CN214043099U - 一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，包括蒸汽发生筒体，蒸汽发生筒体侧面设置有接管，蒸汽发生筒体内部安装有使氦气转向的挡板，位于挡板正下方设置有换热单元套筒，位于换热单元套筒底部的气体出口与蒸汽发生筒体内部设置的内环形腔内套筒底部相连，内环形腔内套筒位于换热单元套筒外侧，所述内环形腔内套筒顶部设置有弯管，弯管的输出端连接导流锥筒，所述导流锥筒上方依次连接过气箱、导流筒、冲击风机叶轮和扩压器部位模拟结构。本实用新型用于近似模拟HTR‑PM蒸汽发生器和主氦风机高温高压氦气气氛下的关键氦气流道结构和材料与实际部位一致的联体模拟装置，为进一步研究HTR‑PM蒸汽发生器和主氦风机石墨粉尘的沉积机理具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及核工程技术领域，特别涉及一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置。
背景技术
HTR-PM高温气冷示范堆是我国在清华HTR-10高温气冷研究堆的基础上发展建立的首座第四代商用示范堆。高温气冷堆采用石墨包覆的球形燃料元件，在循环过程中，燃料球会与自身以及石墨反射层其它的石墨构件发生摩擦磨损产生放射性的石墨粉尘。石墨粉尘会随着氦气流在高温气冷堆一回路内进行流动。含有放射性核素的石墨粉尘在传播过程中，会在主回路关键设备内表面和死区发生沉积，沉积在设备表面的石墨粉尘一方面会对主氦风机维修人员造成不必要的辐射；另一方面，碳元素在金属内的扩散可能造成金属属性的变化，影响设备的稳定性。
发明内容
为了克服以上技术问题，本实用新型的目的在于提供一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，用于近似模拟HTR-PM 蒸汽发生器和主氦风机高温高压氦气气氛下的关键氦气流道结构和材料与实际部位一致的联体模拟装置，为进一步研究HTR-PM蒸汽发生器和主氦风机石墨粉尘的沉积机理具有重要意义。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，包括蒸汽发生筒体18，蒸汽发生筒体18侧面设置有接管一2，接管一2用于将氦气引入蒸汽发生筒体18内部，所述蒸汽发生筒体18内部安装有使氦气转向的挡板4，位于挡板4正下方设置有换热单元套筒5，位于换热单元套筒5底部的气体出口与蒸汽发生筒体18内部设置的内环形腔内套筒6底部相连，内环形腔内套筒6位于换热单元套筒5外侧，所述内环形腔内套筒6顶部设置有弯管7，弯管7的输出端连接导流锥筒8，所述导流锥筒8上方依次连接过气箱9、导流筒10、冲击风机叶轮11和扩压器部位模拟结构12，所述导流锥筒8位于接管 2上方，位于导流锥筒8、过气箱9、导流筒10、冲击风机叶轮11和扩压器部位模拟结构12外侧，蒸汽发生筒体18内侧位置形成主氦风机蜗壳模拟部位腔室13，所述主氦风机蜗壳模拟部位腔室13通过接管14连接蒸汽发生筒体18外侧。
所述接管一2位于蒸汽发生筒体18外部连接有法兰一1，接管一2位于蒸汽发生筒体18内部连接有锥形管3。
所述换热单元套筒5共19个。
所述弯管7有14根。
所述接管二14外侧设置有法兰二15。
所述蒸汽发生筒体18顶部设置有椭圆封头17。
所述蒸汽发生筒体18底部为球封头19。
本实用新型的有益效果：
本实用新型专利中联体装置的法兰16、法兰一1、封头17、法兰二 15均为可拆卸部件，通过组装/拆卸法兰一1和法兰二15充入不同温度、压力、粉尘浓度、氦气流速下的氦气，开展蒸汽发生器和主氦风机联体装置石墨粉尘沉积试验。通过组装/拆卸封头17、法兰二15，可以组装/拆解联体装置，研究石墨粉尘沉积量和取样方法。
本实用新型专利可以研究不同温度、压力、粉尘浓度、氦气流速下蒸汽发生器和主氦风机氦气流道各部位石墨粉尘沉积量、粉尘特性、与材料的结合特性，获取石墨粉尘沉积机理。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为换热单元套筒截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1、图2所示：蒸汽发生器结构模拟件近似模拟HTR-PM蒸汽发生器壳侧介质流道和流通环境。整个蒸汽发生器模拟装置设计压力为5.75MPa，设计温度300℃，其最大工作压力为5MPa，工作温度为250℃，容积为1.8m3，为立式容器。蒸汽发生器模拟装置包括蒸汽发生筒体18、19个换热单元套筒5与主回路氦气接触的部位的模拟部分组成。其中，底部采用球封头19，顶部为椭圆封头17，球封头、椭圆封头、筒体都为22mm厚；该设备在蒸汽发生筒体18上增加了两组设备法兰，分别位于蒸汽发生筒体18上下部，方便拆卸，单个设备法兰重达500kg。
蒸汽发生器结构模拟件整体由上中下三部分构成，三部分通过设备法兰相连接，上部为椭圆封头17与法兰焊接组成，上部拆开后，可进行主氦风机模拟叶轮的结构安装，可观测石墨粉尘在风机通道中的沉积情况；中间蒸汽发生筒体18下半部分安装的是蒸汽发生器换热单元简化的模拟装置，由19根套管组成。为充分模拟材质对石墨粉尘沉积行为的影响，参考实际工况材质，套管采用N06625或S31608。中间蒸汽发生筒体18上半部分由14根通风抽气管道组成，其材质采用的是S30408。
下部为球型封头19与法兰焊接组成，结构上设有人孔模拟管道，拆开后，可观测石墨粉尘在蒸发器底部的沉积情况和人孔处的沉积情况。
主氦风机结构模拟件设计温度为300℃；设计压力为5.75MPa。主氦风机模拟件整体按照尺寸1:5比例设计，内部14根氦气上升弯管7单根选用312TP304材料。主氦风机模拟件叶轮部位采用静态模拟氦气流道，入口直径、出口直径按照1:5尺寸比例设计，材料选用FV520B。
实施例1：
研究石墨粉尘在蒸汽发生器和主氦风机内表面的沉积机理、石墨粉尘取样方法
本次应用的主要目的是研究高温气冷堆内石墨粉尘在蒸汽发生器底部沉积机理；
(1)通过法兰一1和接管一2充入载带定量的石墨粉尘的氦气(温度范围：室温～500℃、压力～5MPa、粉尘浓度～1000mg/m3)，氦气通过锥形管3导流，经挡板4转变方向90°，均匀下流入19个换热单元套筒5，流至蒸汽发生器模拟装置底部(含人孔处模拟部位)汇集，绕后从下之上经过蒸汽发生器模拟装置壳内环形腔内套筒6，进入接管7(14根弯管)，汇集至导流锥筒8，经过气箱9，导流筒10，冲击风机叶轮11模拟部位后，再经过扩压器部位模拟结构12，进入主氦风机蜗壳模拟部位腔室13，最后通过接管二14和法兰二15，流出蒸汽发生器和主氦风机模拟装置。载带的石墨粉尘沉积在模拟装置19根套筒内表面、底部、内套筒、导流锥筒8、风机叶轮11模拟部位。
(2)法兰16、法兰一1、封头17、法兰二15均为可拆卸部件，在石墨粉尘沉积试验结束后，通过拆卸法兰一1、法兰二15，将联体装置从试验回路拆卸。
(3)通过拆除封头17、法兰13，可将该联合装置拆解。
(4)联合装置拆解后，根据研究目的，取出19根换热单元套筒 5、14根导流筒、风机叶轮模拟结构件，裸露出蒸汽发生器底部结构。
(5)开展蒸汽发生器19根套筒、蒸汽发生器底部结构，主氦风机内14根弯管7、风机叶轮模拟结构件内表面的沉积的石墨粉尘沉积量、石墨粉尘的取样方法。
(6)法兰16、法兰一1、封头17、法兰二15均为可拆卸部件，在特定参数下石墨粉尘沉量和取样后，通过组装法兰一1、法兰二15，将各个模拟结构件恢复联体装置。
(7)重复(1)～(6)步骤，可以研究不同温度、压力、粉尘浓度、氦气流速下蒸汽发生器和主氦风机氦气流道各部位石墨粉尘沉积量、粉尘特性、与材料的结合特性，获取石墨粉尘沉积机理。
Claims (7)
1.一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，其特征在于，包括蒸汽发生筒体(18)，蒸汽发生筒体(18)侧面设置有接管一(2)，接管一(2)用于将氦气引入蒸汽发生筒体(18)内部，所述蒸汽发生筒体(18)内部安装有使氦气转向的挡板(4)，位于挡板(4)正下方设置有换热单元套筒(5)，位于换热单元套筒(5)底部的气体出口与蒸汽发生筒体(18)内部设置的内环形腔内套筒(6)底部相连，内环形腔内套筒(6)位于换热单元套筒(5)外侧，所述内环形腔内套筒(6)顶部设置有弯管(7)，弯管(7)的输出端连接导流锥筒(8)，所述导流锥筒(8)上方依次连接过气箱(9)、导流筒(10)、冲击风机叶轮(11)和扩压器部位模拟结构(12)，所述导流锥筒(8)位于接管一(2)上方，位于导流锥筒(8)、过气箱(9)、导流筒(10)、冲击风机叶轮(11)和扩压器部位模拟结构(12)外侧，蒸汽发生筒体(18)内侧位置形成主氦风机蜗壳模拟部位腔室(13)，所述主氦风机蜗壳模拟部位腔室(13)通过接管二(14)连接蒸汽发生筒体(18)外侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，其特征在于，所述接管一(2)位于蒸汽发生筒体(18)外部连接有法兰一(1)，接管一(2)位于蒸汽发生筒体(18)内部连接有锥形管(3)。
3.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，其特征在于，所述换热单元套筒(5)共19个。
4.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，其特征在于，所述弯管(7)有14根。
5.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，其特征在于，所述接管二(14)外侧设置有法兰二(15)。
6.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，其特征在于，所述蒸汽发生筒体(18)顶部设置有椭圆封头17。
7.根据权利要求1所述的一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置，其特征在于，所述蒸汽发生筒体(18)底部为球封头(19)。
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| CN202022765889.6U CN214043099U (zh) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 一种用于石墨粉尘沉积机理研究的耐高温高压联体装置 |
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