CN216772822U - 一种可调节的非能动余热排出系统实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于核动力装置技术领域，公开了一种可调节的非能动余热排出系统实验装置，包括蒸汽发生器模拟体、余排换热器、循环泵、水箱、冷管段、热管段、球阀、冷却水管路等等。本实用新型能够模拟不同运行工况下停堆后堆芯衰变热不同所带来的非能动余热排出系统的自然循环能力不同的问题，通过调节蒸汽发生器模拟体和余排换热器垂直高度、蒸汽发生器初始水位等方式来匹配不同产热量下的最佳自然循环能力，进而使非能动余热排出系统运行性能最优化，该非能动余热排出系统实验装置可用于教学和科学实验研究，该理念可借鉴到实际工程应用中，尤其是工况变化频繁的船用核动力装置。

Description

一种可调节的非能动余热排出系统实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种可调节的非能动余热排出系统实验装置，属于非能动装置技术领域。

背景技术

目前，非能动系统是指不依赖外界动力源及设备工作的系统。非能动安全系统依靠自然对流或者重力等自然力驱动，不依靠能动设备及部件(如泵，柴油发电机)实现其安全功能，是保障反应堆在事故情况下安全的重要手段，常被应用于先进的核动力装置中。核电站或船用核动力装置常采用基于自然循环的非能动余热排出系统来导出全厂断电(含可靠电源丧失)事故条件下反应堆停堆后的衰变热量，同时有效降低了堆芯熔毁和放射性物质泄漏的概率，提高了核动力装置的固有安全性。对于非能动余热排出系统而言，自然循环的有效建立以及堆芯热量的有效导出对系统的运行至关重要。为了保证安全，在设计和建造非能动余热排出系统时，都会考虑安全裕量，设计普遍偏保守，部分工况下余排换热器的换热功率较堆芯余热大出很多，在设计和安装方面造成一定的困难。非能动余热排出系统的自然循环能力在设计之初就已固定，自然循环能力无法根据实际衰变热的大小进行更改调整，也造成了资源的浪费。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

目前反应堆内设置的非能动余热排出系统的自然循环能力较为保守，且在设计之初就已固定，自然循环能力无法根据实际的不同运行功率工况进行调节，尤其是船用核动力装置上，造成了资源的浪费。

解决以上问题及缺陷的难度为：

在核电站或者船用核动力装置中，非能动余热排出系统冷热源之间的芯位差在设计时就已固定，即系统的自然循环能力一开始就已固定，若要使非能动余热排出系统的自然循环能力可调节，在实际运行中改变冷热源之间的芯位差是不现实的，在工程上难以实现。

解决以上问题及缺陷的意义为：

在实际运行中，随着停堆的时间越长，堆芯衰变热的释热量越来越小，而且，堆芯刚停堆后的衰变热的大小还和停堆前一刻的运行状态有关系，尤其对于船用核动力装置。目前非能动余热排出系统设计时能够导出的热量通常按满功率的3％来设计，为了满足这一要求，非能动余热排出系统的余排换热器等设备的设计标准也被提高，但是实际运行中，在船用核动力装置中，衰变热很难达到满功率的3％，出现“大牛拉小车”的状况，如果能够使非能动余热排出系统的自然循环能力可调，让自然循环能力与实际运行时要排出的堆芯衰变热相匹配，这在一定程度上能够避免资源的浪费。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可调节的非能动余热排出系统实验装置。

本实用新型是这样实现的，一种可调节的非能动余热排出系统实验装置设置有：

蒸汽发生器模拟体，余排换热器，冷管段，热管段，循环泵，冷却水箱，冷却水管路，球阀等等。所述蒸汽发生器模拟体的出口通过热管段与位于高位的余排换热器管程入口连通，所述余排换热器的管程出口通过冷管段与蒸汽发生器模拟体的入口连通。

进一步，所述冷管段管路靠近蒸汽发生器模拟体设置有球阀调节流量，所述冷管道靠近蒸汽发生器设置支路，所述支路连接冷管道和蒸汽发生器模拟体上半侧，所述支路中间设置有球形阀调节流量。

进一步，所述冷却回路由循环泵、水箱和余排换热器的壳程组成，水箱通过循环泵和连接管路与余排换热器壳程连通，中间管段设置了球阀来调节冷却水的流量。

进一步，所述冷却水回路靠近余排换热器设置了支路，所述支路不通过循环泵来连接水箱和余排换热器壳程，可实现冷却水回路的自然循环流动。

进一步，所述该实验装置可以实现蒸汽发生器模拟体与余排换热器之间自然循环以及余排换热器与水箱之间自然循环的双自然循环的耦合运行。

进一步，所述该实验装置可以实现蒸汽发生器模拟体与余排换热器之间自然循环以及余排换热器与水箱之间循环泵驱动循环的耦合运行。

进一步，所述蒸汽发生器模拟体出口设置有安全阀。

进一步，所述余排换热器设置有排污口。

进一步，所述蒸汽发生器模拟体上端设置有上支座，所述上支座为耳式支座，耳式支座紧固连接有钢架，钢架与台架平台固定连接。

进一步，所述余排换热器上端设置有支座，所述支座通过槽钢与台架平面固定连接，槽钢上从上至下开多个通孔，所述支座与通孔紧固连接，所述余排换热器下端利用卡箍限位在槽钢上，所述余排换热器的高度可以通过通孔来调节，进而实现蒸汽发生器模拟体与余排换热器位置相对高度差的调节。

结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：

本实用新型的目的是提供一种可调节的非能动余热排出系统实验装置，可调节的变量有蒸汽发生器模拟体产热量、蒸汽发生器模拟体初始液位高度、蒸汽发生器模拟体流量、蒸汽发生器模拟体与余热排出换热器之间的相对高度。通过对这些变量的调节控制，实现对非能动余热排出系统实验装置自然循环能力大小的调节与控制，能够针对不同运行工况下产热量的不同，选择最匹配的自然循环能力，进而使非能动余热排出系统在该工况下具有最佳的运行性能，该非能动余热排出系统实验装置可用于教学和实验研究，该理念可借鉴到实际工程应用中，尤其是工况变化频繁的船用核动力装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的可调节的非能动余热排出系统实验装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的余排换热器高度调节结构示意图。

图中：1、蒸汽发生器模拟体；2、热管段；3、余排换热器；4、冷管段；5、球阀；6、冷却回路；7、冷却水箱；8、循环泵；9、多孔槽钢。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可调节的非能动余热排出系统实验装置，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的可调节的非能动余热排出系统实验装置由蒸汽发生器模拟体1、热管段2、余排换热器3、冷管段4、球阀5、冷却回路6、冷却水箱7、循环泵8组成的自然循环回路及冷却水回路的双环路实验装置系统。

在自然循环回路中，流动介质去离子水在蒸汽发生器模拟体内被加热，温度升高沸腾后通过热管段流经位于高位的余排换热器管程，在余排换热器中被走壳程的冷却水冷却后温度降低，通过冷管段回到蒸汽发生器模拟体内，形成自然循环回路。

蒸汽发生器模拟体出口设置有安全阀，防止系统超压，热管段设置有排气口，用于排出系统内的空气及泄压，自然循环回路中的压力由蒸汽发生器模拟体上部的加热产生的蒸汽来维持，从冷管段返回蒸汽发生器模拟体的流动介质有两条支路，支路上都设置有控制启闭和调节循环流量的手动球阀，一条支路是从冷管段返回蒸汽发生器模拟体下端，一条支路是从冷管段返回蒸汽发生器模拟体上端。

冷却水回路设置了循环泵、冷却水箱、冷却水管路，管路中间设置有手动球阀，冷却水箱里的冷却水可以通过循环水泵提供动力到达余排换热器的壳程对自然循环回路的流动介质进行冷却，也可以通过冷却水箱与余排换热器之间的高度差和密度差所形成的驱动力来驱动冷却水循环。回路中间管段设置了手动球阀，用于控制系统流量。冷却回路的主要功能是在余排换热器中带走自然循环系统的热量。

本实用新型在使用时，蒸汽发生器模拟体内产生热量加热流体，流体去离子水温度升高变成蒸汽，通过热管段在余排换热器管程被壳程的冷却水冷却后温度降低变成液相的水，经由冷管段可由上接口和下接口返回蒸汽发生器模拟体内形成自然循环，冷却水可由循环泵驱动通过冷却水管道由冷却水箱到余排换热器壳程完成换热后再返回冷却水箱形成循环，形成自然循环和强迫循环的耦合换热，也可不借助循环泵的驱动力，经由循环泵旁另一侧支路，通过自然循环建立起冷却水箱与余排换热器壳程之间的流体的流动，形成自然循环与自然循环的耦合换热。蒸汽发生器模拟体的产热功率调节范围是20～55KW，系统运行前蒸汽发生器模拟体初始液位的调节高度是1.2～1.8m。蒸汽发生器模拟体与余排换热器之间的相对垂直高度可以调节，余排换热器壳程和管程进出口连接管道部分设置为活接，调节高度可分成4挡，调节范围为1m，系统运行时的流量可通过手动球阀进行调节，余排换热器管程出口的流动介质返回蒸汽发生器模拟体的路径及高度可以通过球阀的启闭来选择。蒸汽发生器模拟体上支座为耳式支座，用槽钢进行拼接成钢架与耳式支座紧固连接，钢架与台架平台进行固定。余排换热器在垂直地面方向上的移动主要通过槽钢实现的，余排换热器上端设置支座，利用18号槽钢与台架平面固定，槽钢上从上至下开多个通孔，当余排换热器需要移动时，余排换热器上端支座与大号槽钢上通孔进行紧固连接，余排换热器下端利用卡箍限位在槽钢上，进而实现蒸汽发生器模拟体和余排换热器之间的垂直距离的调节变化，进而改变自然循环系统的循环能力。

本实用新型能够模拟不同运行工况下停堆后堆芯衰变热不同所带来的非能动余热排出系统的自然循环能力不同的问题，通过调节蒸汽发生器模拟体和余排换热器垂直高度、蒸汽发生器初始水位等方式来匹配不同产热量下的最佳自然循环能力，进而使非能动余热排出系统运行性能最优化，该非能动余热排出系统实验装置可用于教学和科学实验研究，该理念可借鉴到实际工程应用中，尤其是工况变化频繁的船用核动力装置。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，所述可调节的非能动余热排出系统设置有：

蒸汽发生器模拟体，余排换热器，冷管段，热管段，循环泵，冷却水箱，冷却水管路，球阀；

所述蒸汽发生器模拟体的出口通过热管段与位于高位的余排换热器管程入口连通，所述余排换热器的管程出口通过冷管段与蒸汽发生器模拟体的入口连通。

2.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，所述冷管段管路靠近蒸汽发生器模拟体设置有球阀调节流量，所述冷管段靠近蒸汽发生器模拟体设置支路，所述支路连接冷管段和蒸汽发生器模拟体上半侧，所述支路中间设置有球阀调节流量。

3.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，冷却回路由循环泵、水箱和余排换热器的壳程组成，水箱通过循环泵和连接管路与余排换热器壳程连通，中间管段设置了球阀来调节冷却水的流量。

4.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，冷却水回路靠近余排换热器设置了支路，所述支路可以不通过循环泵来连接水箱和余排换热器壳程，可实现冷却水回路的自然循环流动。

5.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，该实验装置可以实现蒸汽发生器模拟体与余排换热器之间自然循环以及余排换热器与水箱之间自然循环的双自然循环的耦合运行。

6.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，该实验装置可以实现蒸汽发生器模拟体与余排换热器之间自然循环以及余排换热器与水箱之间循环泵驱动循环冷却的耦合运行。

7.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，所述蒸汽发生器模拟体出口设置有安全阀。

8.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，所述余排换热器设置有排污口。

9.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，所述蒸汽发生器模拟体上端设置有上支座，所述上支座为耳式支座，耳式支座紧固连接有钢架，钢架与台架平台固定连接。

10.如权利要求1所述的可调节的非能动余热排出系统实验装置，其特征在于，所述余排换热器上端设置有支座，所述支座通过槽钢与台架平面固定连接，槽钢上从上至下开多个通孔，所述支座与通孔紧固连接，所述余排换热器下端利用卡箍限位在槽钢上，所述余排换热器的高度可以通过通孔来调节，进而实现蒸汽发生器模拟体与余排换热器位置相对高度差的调节。

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