CN219286054U - 断管保护实验装置及分析系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种断管保护实验装置及分析系统，所述断管保护实验装置,包括：储气罐，用于存储实验气体；出气管路，连接储气罐的出气口；第一阀门，用于开启出气管路，以通过出气管路将实验气体排出；断管模拟件，设于出气管路上，用于开启放气以模拟断管场景；第一压力传感器，设于出气管路的靠近储气罐的出气口的位置，用于测量储气罐的出气口的气体压力；第二压力传感器，跨接在断管模拟件的两端，用于测量断管模拟件两端的压力差；流量传感器，设于出气管路上，用于测量储气罐的出气口的气体流量。本申请能够模拟管路断管过程，并能够检测和收集模拟断管过程中的流量和压力等信息，以用于对断管后的临界流现象和泄漏情况的研究分析。

Description

断管保护实验装置及分析系统

技术领域

本申请属于核电技术领域，具体涉及一种断管保护实验装置及分析系统。

背景技术

高温气冷堆是一种先进第四代核电堆型技术，具有安全性好、效率高、经济性好和用途广泛等优势。高温气冷堆通过核能-热能-机械能-电能的转化实现发电，能够代替传统化石能源，实现经济和生态环境协调发展。高温气冷堆利用氦气作为冷却剂，反应堆产生的热量由氦气冷却剂带走。高温气冷堆中氦气管道断管事故，均会引发氦气泄漏和一回路失压，可能会导致反应堆的非计划停堆。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种断管保护实验装置及分析系统。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种断管保护实验装置,包括：储气罐，用于存储实验气体；出气管路，其进气口连接所述储气罐的出气口；第一阀门，设于所述出气管路上，用于开启所述出气管路，以使所述储气罐能够通过所述出气管路将所述实验气体排出；断管模拟件，设于所述出气管路上，用于开启放气以模拟断管场景；第一压力传感器，设于所述出气管路的靠近所述储气罐的出气口的位置，用于测量所述储气罐的出气口的气体压力；第二压力传感器，跨接在所述断管模拟件的两端，用于测量所述断管模拟件两端的压力差；流量传感器，设于所述出气管路上，用于测量所述储气罐的出气口的气体流量；数据采集系统，分别连接各个传感器，并用于对各个传感器的测量数据进行采集，以进行后续的分析。

可选地，所述断管保护实验装置还包括：第二阀门，跨接在所述第一阀门的两端，用于对所述出气管路的气体流量进行调节。

可选地，所述断管保护实验装置还包括：进气管路，其出气口连接所述储气罐的进气口，用于向所述储气罐中送气。

可选地，所述断管保护实验装置还包括：压缩机，设于所述进气管路上，用于压缩气体；干燥机，设于所述进气管路上并靠近所述压缩机的出气口，用于对压缩后的气体进行干燥；第三阀门，设于所述进气管路上并靠近所述干燥机的出气口，用于开启所述进气管路，以使干燥后的气体能够进入所述储气罐；增压泵，跨接在所述第三阀门的两端，用于对干燥后的气体加压。

可选地，所述断管保护实验装置还包括：第三压力传感器，设于所述储气罐上，用于测量所述储气罐的内部压力。

可选地，所述断管保护实验装置还包括：安全阀，设于所述储气罐上，当所述储气罐内的所述实验气体的压力超过阈值时开启，以进行泄压。

可选地，所述实验气体为空气；所述出气管路的出气口与大气连通，以使所述储气罐能够通过所述出气管路将所述实验气体排至大气。

可选地，所述断管保护实验装置还包括：消音器，设于所述出气管路上并靠近所述出气管路的出气口，用于消除或者降低气体噪音。

可选地，所述断管保护实验装置还包括：第一温度传感器，设于所述储气罐内，用于测量所述储气罐的内部温度；第二温度传感器，设于所述储气罐上，用于测量所述储气罐的表面温度。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种断管保护实验分析系统，包括：

前文所述的断管保护实验装置；以及

数据分析单元，连接所述数据采集系统，用于对各个传感器的测量数据进行分析。

本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

相对于现有技术，本申请实施例的断管保护实验装置能够模拟管路断管过程，并能够检测和收集模拟断管过程中的流量和压力等信息，以用于对断管后的临界流现象和泄漏情况的研究分析。

附图说明

图1是本申请示例性实施例中一种断管保护实验装置的结构示意图；

图中，1、储气罐；2、出气管路；3、第一阀门；4、断管模拟件；5、第一压力传感器；6、第二压力传感器；7、流量传感器；8、第二阀门；9、进气管路；10、压缩机；11、干燥机；12、第三阀门；13、增压泵；14、第三压力传感器；15、安全阀；16、消音器；17、第一温度传感器；18、第二温度传感器。

具体实施方式

现有技术中，高温气冷堆中的氦气管道断管事故，均会引发氦气泄漏和一回路失压，可能会导致反应堆的非计划停堆。常规解决方法是通过监测管道压差、流量等数据，为可能出现的泄漏情况进行及时预警。然而，该方法仅是一种破管监测手段，无法对断管后的泄漏情况进行系统研究，例如，对于上游不同压力情况下的临界流现象的研究以及最大泄漏量的估算均无法有效实现。因此，本领域迫切地需要研发出一种能够应用于高温气冷堆氦气场景的在高压环境下的断管保护试验装置，实现对断管过程、参数变化和功能进行研究。为此，申请人提出本申请。

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

图1是本申请示例性实施例中一种断管保护实验装置的结构示意图。断管保护实验装置能够模拟管路断管过程，并能够检测和收集模拟断管过程中的流量和压力等信息，以用于后续的研究分析，例如，对断管后的临界流现象和泄漏情况的研究分析。

如图1所示，断管保护实验装置,包括：储气罐1，用于存储实验气体；出气管路2，其进气口连接所述储气罐1的出气口；第一阀门3，设于所述出气管路2上，用于开启所述出气管路2，以使所述储气罐1能够通过所述出气管路2将所述实验气体排出；断管模拟件4，设于所述出气管路2上，用于开启放气以模拟断管场景；第一压力传感器5，设于所述出气管路2的靠近所述储气罐1的出气口的位置，用于测量所述储气罐1的出气口的气体压力；第二压力传感器6，跨接在所述断管模拟件4的两端，用于测量所述断管模拟件4两端的压力差；流量传感器7，设于所述出气管路2上，用于测量所述储气罐1的出气口的气体流量；数据采集系统(图中未画出)，分别连接各个传感器，并用于对各个传感器的测量数据进行采集，以进行后续的分析。

所述第一阀门3常闭，在排出所述实验气体时，所述第一阀门3处于开启状态。其中，所述第一阀门3的型号可根据实际的实验条件进行合理选择，在此本申请不进行具体限制。例如，所述第一阀门3可选择球阀。

所述断管模拟件4常闭，在需要模拟断管场景时，所述断管模拟件4开启。其中，所述断管模拟件4的结构可根据实际的实验条件进行合理选择，在此本申请不进行具体限制。例如，所述断管模拟件4可选择电磁切断阀，电磁切断阀通过法兰与所述出气管路2连接，这样可以方便更换不同型号的电磁切断阀，以模拟不同的断管场景。

可以理解，所述储气罐1通过所述出气管路2排出所述实验气体的过程即可以模拟管路的正常工作过程，当所述断管模拟件4开启时，能够造成所述出气管路2泄露的场景，从而模拟管路的断管过程。

上述断管保护实验装置模拟管路断管过程，具体过程为：

1、开启所述第一阀门3，所述第一阀门3开启后，所述储气罐1能够通过所述出气管路2将所述实验气体排出，从而模拟管路的正常工作过程。

2、开启所述断管模拟件4，所述断管模拟件4开启后，所述出气管路2通过断管模拟件4排放所述实验气体，从而模拟管路的断管过程。

在上述模拟管路断管的过程中，所述第一压力传感器5能够测量所述储气罐1的出气口的气体压力，所述第二压力传感器6能够测量所述断管模拟件4两端(所述出气管路2的破管处的上游位置和下游位置)的压力差，所述流量传感器7能够测量所述储气罐1的出气口的气体流量。其中，各个传感器可以与所述数据采集系统采用有线或无线连接，进行测量数据的传输，而由所述数据采集系统接收到的测量数据可以以进行对断管后的临界流现象和泄漏情况的研究分析。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：第二阀门8，跨接在所述第一阀门3的两端，用于对所述出气管路2的气体流量进行调节。也就是说，所述第二阀门8与所述第一阀门3形成并联关系，在模拟管路正常工作过程中，通过同时开启所述第二阀门8，可以实现对管路中气体流量的调节。

进一步地，所述第二阀门8的数量可以是多个，多个所述第二阀门8均跨接在所述第一阀门3的两端，为了实现对管路中气体流量的调节，可以开启不同数量的所述第二阀门8。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：进气管路9，其出气口连接所述储气罐1的进气口，用于向所述储气罐1中送气。示例性地，为了实现送气，可以在所述进气管路9上设置送气组件，利用送气组件进行送气操作。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：压缩机10，设于所述进气管路9上，用于压缩气体；干燥机11，设于所述进气管路9上并靠近所述压缩机10的出气口，用于对压缩后的气体进行干燥；第三阀门12，设于所述进气管路9上并靠近所述干燥机11的出气口，用于开启所述进气管路9，以使干燥后的气体能够进入所述储气罐1；增压泵13，跨接在所述第三阀门12的两端，用于对干燥后的气体加压。也就是说，所述压缩机10、所述干燥机11、所述第三阀门12和所述增压泵13构成了送气组件，用于将实验气体送入所述储气罐1内。

所述压缩机10对气体进行压缩，能够使气体具备一定的压力，从而将气体送入所述储气罐1内。所述压缩机10的型号可根据实际的实验条件进行合理选择，在此本申请不进行具体限制。例如，所述压缩机10的排气量为1.3m3/min，额定排气压力为0.8MPa。

所述干燥机11对压缩后的气体进行干燥，能够去除气体中的水分，避免因气体中存在水分影响后续的实验过程。其中，所述干燥机11的型号可根据实际的实验条件进行合理选择，在此本申请不进行具体限制。例如，所述干燥机11为冷冻吸附式干燥机11，冷冻吸附式干燥机11可以有两个或者更多吸附单元，当其中一个吸附单元(吸附单元中的分子筛)吸附气体中的水分时，其他吸附单元自动升温并进行再生，在工作一段时间后可以切换其他吸附单元工作，从而能够保证气体干燥的效率和效果。

所述第三阀门12常闭，在需要向所述储气罐1内送气时，所述第三阀门12处于开启状态，并且，在所述增压泵13开启时，所述第三阀门12处于关闭状态。所述第三阀门12的型号可根据实际的实验条件进行合理选择，在此本申请不进行具体限制。例如，所述第三阀门12可选择波纹管阀，密封性更强，更加适用于高压环境。

所述增压罐对干燥后的气体进行进一步加压，能够在将气体送入所述储气罐1的同时，增加所述储气罐1内的气体的压力，从而达到断管保护实验所需要的气体压力要求。这是由于高温气冷堆中氦气管道内的气体压力较大，在实际的过程中，压缩机10的加压性能有一定的限制，无法满足实验要求，此时通过增压泵13对气体进行进一步加压，可以满足上述要求。

上述断管保护实验装置向储气罐1中充气的过程为：

1、开启所述第三阀门12，通过所述压缩机10对气体进行压缩，压缩后的气体通过所述干燥机11进行干燥后流入所述储气罐1中进行存储。

2、在所述储气罐1内的气体压力达到第一设定值时，关闭所述第三阀门12并开启所述增压泵13，干燥后的气体通过所述增压泵13加压后流入所述储气罐1中进行存储。

3、在所述储气罐1内的气体压力达到第二设定值(满足断管保护实验所需要的气体压力要求)时，即完成充气，关闭所述压缩机10、所述干燥机11和所述增压泵13。

需要说明的是，为了保证实验的可靠性，在上述向储气罐1中充气的过程中，关闭所述压缩机10、所述干燥机11和所述增压泵13后，需要将所述储气罐1静置一段时间，待所述储气罐1内的气体压力保持稳定后，才能进行实验。

进一步地，所述断管保护实验装置还包括：第三压力传感器14，设于所述储气罐1上，用于测量所述储气罐1的内部压力。可以理解，在具体实施中，可以通过所述第三压力传感器14检测所述储气罐1内的气体压力，用于判断气体压力是否达到第一设定值或者第二设定值。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：安全阀15，设于所述储气罐1上，当所述储气罐1内的所述实验气体的压力超过阈值时开启，以进行泄压，从而能够避免因为所述储气罐1中气体压力过大而产生罐体爆裂的危险。

在本实施例中，所述实验气体为空气；所述出气管路2的出气口与大气连通，以使所述储气罐1能够通过所述出气管路2将所述实验气体排至大气。可以理解，以空气作为实验气体，可以直接将实验气体排放到大气中，避免污染的问题，并且，相对于高昂的氦气而言可以大大减少试验成本。

需要说明的是，所述实验气体也可以采用其他工质，例如，所述实验气体可以是氦气、氮气等。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：消音器16，设于所述出气管路2上并靠近所述出气管路2的出气口，用于消除或者降低气体噪音。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：第一温度传感器17，设于所述储气罐1内，用于测量所述储气罐1的内部温度，以保证整个实验过程的安全性。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：第二温度传感器18，设于所述储气罐1上，用于测量所述储气罐1的表面温度，以保证整个实验过程的安全性。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：控制系统，分别与所述储气罐1、所述断管模拟件4、所述数据采集系统以及各个阀门和各个传感器进行连接，以进行系统控制。也就是说，所述控制系统可以控制断管保护实验装置进行充气、排气、断管模拟和数据采集等操作。

在本实施例中，所述断管保护实验装置还包括：数字显示屏，与控制系统连接，用于显示系统运行情况，方便用户观察和及时反应。

相对于现有技术，上述断管保护实验装置能够模拟管路断管过程，并能够检测和收集模拟断管过程中的流量和压力等信息，以用于对断管后的临界流现象和泄漏情况的研究分析。

本申请实施例还提供一种断管保护实验分析系统，包括：

前文所述的断管保护实验装置；以及

数据分析单元(图中未画出)，连接所述数据采集系统，用于对各个传感器的测量数据进行分析。

本申请实施例的断管保护实验分析系统包括前文所述的断管保护实验装置，其能够模拟管路断管过程，并能够检测和收集模拟断管过程中的流量和压力等信息，以用于对断管后的临界流现象和泄漏情况的研究分析。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种断管保护实验装置,其特征在于，包括：

储气罐，用于存储实验气体；

出气管路，其进气口连接所述储气罐的出气口；

第一阀门，设于所述出气管路上，用于开启所述出气管路，以使所述储气罐能够通过所述出气管路将所述实验气体排出；

断管模拟件，设于所述出气管路上，用于开启放气以模拟断管场景；

第一压力传感器，设于所述出气管路的靠近所述储气罐的出气口的位置，用于测量所述储气罐的出气口的气体压力；

第二压力传感器，跨接在所述断管模拟件的两端，用于测量所述断管模拟件两端的压力差；

流量传感器，设于所述出气管路上，用于测量所述储气罐的出气口的气体流量；

数据采集系统，分别连接各个传感器，并用于对各个传感器的测量数据进行采集，以进行后续的分析。

2.根据权利要求1所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述断管保护实验装置还包括：

第二阀门，跨接在所述第一阀门的两端，用于对所述出气管路的气体流量进行调节。

3.根据权利要求1所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述断管保护实验装置还包括：

进气管路，其出气口连接所述储气罐的进气口，用于向所述储气罐中送气。

4.根据权利要求3所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述断管保护实验装置还包括：

压缩机，设于所述进气管路上，用于压缩气体；

干燥机，设于所述进气管路上并靠近所述压缩机的出气口，用于对压缩后的气体进行干燥；

第三阀门，设于所述进气管路上并靠近所述干燥机的出气口，用于开启所述进气管路，以使干燥后的气体能够进入所述储气罐；

增压泵，跨接在所述第三阀门的两端，用于对干燥后的气体加压。

5.根据权利要求4所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述断管保护实验装置还包括：

第三压力传感器，设于所述储气罐上，用于测量所述储气罐的内部压力。

6.根据权利要求4所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述断管保护实验装置还包括：

安全阀，设于所述储气罐上，当所述储气罐内的所述实验气体的压力超过阈值时开启，以进行泄压。

7.根据权利要求1所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述实验气体为空气；

所述出气管路的出气口与大气连通，以使所述储气罐能够通过所述出气管路将所述实验气体排至大气。

8.根据权利要求7所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述断管保护实验装置还包括：

消音器，设于所述出气管路上并靠近所述出气管路的出气口，用于消除或者降低气体噪音。

9.根据权利要求1所述的断管保护实验装置，其特征在于，所述断管保护实验装置还包括：

第一温度传感器，设于所述储气罐内，用于测量所述储气罐的内部温度；

第二温度传感器，设于所述储气罐上，用于测量所述储气罐的表面温度。

10.一种断管保护实验分析系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的断管保护实验装置；以及

数据分析单元，连接所述数据采集系统，用于对各个传感器的测量数据进行分析。

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