CN220232740U - 一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，包括氩气储罐，氩气储罐通过LBE供气管路与LBE储存容器连通，氩气储罐通过堆芯供气管路与堆芯容器连通，伸入LBE储存容器中的LBE出液管路与堆芯进液管路连通，堆芯进液管路与堆芯容器连通，堆芯容器与堆芯出液管路连通，堆芯出液管路与堆芯进液管路连通，堆芯进液管路上设有主泵和主加热器，堆芯容器通过堆芯排液管路与LBE储存容器连通。本实用新型的有益效果：氩气系统验证系统压力并实现压力参数的监测与调节；充液系统根据实际需求进行变通；循环加热系统能够有效的控制试验回路的温度；排液系统既可以满足正常排液的需求，又可以进行快速排液。

Description

一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置

技术领域

本实用新型属于电站、化工、核能技术领域，具体涉及一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置。

背景技术

核反应是指原子核与原子核，或者原子核与各种粒子(如质子，中子，光子或高能电子)之间的相互作用引起的各种变化。在核反应过程中，会产生不同于入射弹核和靶核的新的原子核。因此，核反应是生成各种不稳定原子核的根本途径。

在利用堆芯容器开展大功率核反应试验前，需进行零功率或低功率等级的试验，对所需的各项参数进行测试和验证，如反应堆环境温度、压力、介质运行温度、压力、流量及热物理性质等。故需要搭建相应的试验装置以完成相关参数的测量与分析，对关键的堆芯核数据、堆芯物理设计方法及堆芯测量技术等的准确性与可靠性开展验证性的研究，掌握反应堆的物理性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供了一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，解决了液态铅铋合金堆芯零功率热态试验的问题。

本实用新型搭建了一个能够进行液态铅铋合金(LBE)堆芯零功率热态试验的装置，通过该试验装置能够实现对铅铋合金热态试验过程中堆芯反应温度、介质运行温度、压力、流量和液位等关键参数监测和调节，完成重要热物性参数的测量与研究，从而能够更好的掌握液态铅铋合金特性及反应堆物理性能，为反应堆堆芯的工程化设计与安全分析计算提供最基础的关键核数据。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，包括氩气储罐，氩气储罐通过LBE供气管路与LBE储存容器连通，氩气储罐通过堆芯供气管路与堆芯容器连通，伸入LBE储存容器中的LBE出液管路与堆芯进液管路连通，堆芯进液管路与堆芯容器连通，堆芯容器与堆芯出液管路连通，堆芯出液管路与堆芯进液管路连通，堆芯进液管路上设有主泵和主加热器，堆芯容器通过堆芯排液管路与LBE储存容器连通。

进一步的，还包括氩气源，氩气源通过供气管路与氩气储罐连通。

进一步的，所述的氩气储罐通过储罐排空管路与排空端连通，储罐排空管路上包括并联的截止阀管路和安全阀管路。

进一步的，所述的LBE供气管路和堆芯供气管路在前端合并为同一管路。

进一步的，所述的LBE储存容器通过LBE排空管路与排空端连通，堆芯容器通过堆芯排空管路与排空端连通。

进一步的，所述的LBE排空管路和堆芯排空管路在后端合并为同一管路。

进一步的，所述的LBE排空管路、堆芯排空管路均通过循环旁路与氩气储罐连通，循环旁路上设有增压泵。

进一步的，所述的LBE储存容器通过LBE抽真空管路与抽真空组件连通，堆芯容器通过堆芯抽真空管路与抽真空组件连通。

进一步的，所述的LBE抽真空管路的前端与LBE供气管路的后端合并为同一管路，堆芯抽真空管路的前端与堆芯供气管路的后端合并为同一管路。

进一步的，所述的LBE抽真空管路和堆芯抽真空管路在后端合并为同一管路。

进一步的，所述的堆芯排液管路上包括并联的流速调节管路和高速快排管路。

进一步的，所述的堆芯容器位于密闭空间内，送风管路与密闭空间连通，送风管路上设有送风组件，密闭空间通过排风管路连通至厂房外，排风管路上设有排风组件。

本实用新型的有益效果：

1.通过氩气系统可以验证系统压力的合适数值并实现压力参数的实时监测与调节。

2.充液系统的多元化可以根据实际需求进行变通，提高系统设置的灵活性。

3.循环加热系统能够有效的控制试验回路的温度，使得试验回路能够在特定的温度下运行并根据运行结果完成参数的测量与记录。

4.排液系统既可以满足正常排液的需求，又可以在事故情况下紧急进行快速排液，保证了试验的安全进行。

5.试验平台通排风系统既可以保证在试验过程中系统的微负压环境，又可以在需要人工介入时调整平台的温度和压力使其达到人工介入条件，既保证了试验的进行，又保证了参与人员的安全。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；并且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型氩气系统结构示意图。

图3是本实用新型充液系统结构示意图。

图4是本实用新型加热循环系统结构示意图。

图5是本实用新型排液系统结构示意图。

图6是本实用新型通排风系统结构示意图。

图中：1-氩气源，2-氩气储罐，3-LBE储存容器，4-抽真空组件，5-堆芯容器，6-供气管路，7-储罐排空管路，8-排空端，9-LBE供气管路，10-堆芯供气管路，11-LBE排空管路，12-堆芯排空管路，13-循环旁路，14-LBE抽真空管路，15-堆芯抽真空管路，16-LBE出液管路，17-堆芯进液管路，18-堆芯出液管路，19-主泵，20-主加热器，21-堆芯排液管路，22-送风管路，23-排风管路，24-密闭空间，25-送风组件，26-排风组件，28-增压泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

参考图1所示，一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，包括氩气系统、充液系统、循环加热系统、排液系统和通排风系统，具体包括氩气源1、氩气储罐2、LBE储存容器3、抽真空组件4、堆芯容器5、供气管路6、储罐排空管路7、排空端8、LBE供气管路9、堆芯供气管路10、LBE排空管路11、堆芯排空管路12、循环旁路13、LBE抽真空管路14、堆芯抽真空管路15、LBE出液管路16、堆芯进液管路17、堆芯出液管路18、主泵19、主加热器20、堆芯排液管路21、送风管路22、排风管路23、密闭空间24、送风组件25和排风组件26。

氩气源1通过供气管路6与氩气储罐2连通，氩气源1优选为氩气瓶组，用于向氩气储罐2内供入氩气。氩气储罐2通过储罐排空管路7与排空端8连通，储罐排空管路7上包括并联的截止阀管路和安全阀管路，用于实现氩气储罐2的正常泄放和安全泄放两种模式。

氩气储罐2通过LBE供气管路9与LBE储存容器3连通，氩气储罐2通过堆芯供气管路10与堆芯容器5连通，用于分别向LBE储存容器3、堆芯容器5内通入氩气，实现内部增压。LBE供气管路9和堆芯供气管路10在前端合并为同一管路，有利于减少管路投入。

LBE储存容器3通过LBE抽真空管路14与抽真空组件4连通，堆芯容器5通过堆芯抽真空管路15与抽真空组件4连通，用于分别实现LBE储存容器3、堆芯容器5内部的抽真空。

LBE抽真空管路14的前端与LBE供气管路9的后端合并为同一管路，堆芯抽真空管路15的前端与堆芯供气管路10的后端合并为同一管路，LBE抽真空管路14和堆芯抽真空管路15在后端合并为同一管路，有利于减少管路投入。

LBE储存容器3通过LBE排空管路11与排空端8连通，堆芯容器5通过堆芯排空管路12与排空端8连通，分别实现LBE储存容器3、堆芯容器5内部压力的泄放。

LBE排空管路11和堆芯排空管路12在后端合并为同一管路，有利于减少管路的投入。LBE排空管路11、堆芯排空管路12均通过循环旁路13与氩气储罐2连通，循环旁路13上设有增压泵28，从而能够将排空的氩气循环回收至氩气储罐2再次利用。

伸入LBE储存容器3中的LBE出液管路16与堆芯进液管路17连通，堆芯进液管路17与堆芯容器5连通，堆芯容器5与堆芯出液管路18连通，堆芯出液管路18与堆芯进液管路17连通，堆芯进液管路17上设有主泵19和主加热器20。堆芯容器5、堆芯进液管路17和堆芯出液管路18上均设有预热保温组件，预热保温组件优选为电加热丝。

通过LBE出液管路16和堆芯进液管路17，利用两端压差或主泵19，能够将LBE储存容器3的液体输送至堆芯容器5中。通过堆芯出液管路18和堆芯进液管路17，利用主泵19和主加热器20，能够实现堆芯容器5内液体的循环加热。通过预热保温组件，实现加热前的预热以及加热后的保温作用。

堆芯容器5通过堆芯排液管路21与LBE储存容器3连通，实现将堆芯容器5内液体排至LBE储存容器3中。堆芯排液管路21上包括并联的流速调节管路和高速快排管路，实现低速排液和高速排液两种模式。

堆芯容器5位于密闭空间24内，送风管路22与密闭空间24连通，送风管路22上设有送风组件25，密闭空间24通过排风管路23连通至厂房外，排风管路23上设有排风组件26，为堆芯容器5提供良好的通风环境。

本实用新型的工作流程：

(1)氩气系统(参考图2所示)

氩气系统的主要功能是实现对系统的抽真空、氩气置换和气体排放，调节系统压力，并为液态LBE的充、排提供动力，即氩气系统又分为抽真空系统、进气系统和排空系统。

其中抽真空系统既可以对试验回路进行整体抽真空操作，也可以对单个设备(堆芯容器、LBE储存容器)独立抽真空。在进气系统中，采用氩气瓶组作为氩气源。试验前，瓶组中的高压氩气经过减压阀降压后充入氩气储罐，然后根据试验需要通过储罐下游管线将氩气输送至相应容器内，实现系统压力调节。试验过程中的充液和排液操作，都需要借助进气系统来完成。当系统需要减压(试验过程中由于升温导致压力升高)或试验后需要排气时，均可以通过氩气排空系统实现。

此外，在排空管线的末端设置一条旁路，通过增压泵提高氩气的出口压力并重新回到氩气储罐，实现氩气的回收与重复利用。

(2)充液系统(参考图3所示)

充液系统的主要功能是在正式试验前将储存容器内的液态LBE充入堆芯容器内。根据目前的调研情况，有两种方法可以实现充液操作，具体如下：

1)采用压差法进行充液。首先将堆芯容器与LBE储存容器隔离，然后将堆芯容器内的压力维持在常压或者利用氩气抽真空系统将容器抽至真空状态，之后将氩气储罐内的高压氩气排入LBE储存容器，这样就在堆芯容器与LBE储存容器之间形成压力差。打开连接管线的阀门，储存容器内的液态LBE借助压力驱动流向堆芯容器及相连管线，同时监测堆芯容器内的液位变化情况，在到达指定数值后关闭连接管线的阀门，充液过程结束。需要注意的是，由于LBE密度较大(约为水的10倍)，随着充液过程的进行，液体重位压头增大，储存容器内的气相空间压力变小，因此压差驱动力逐渐减小，充液速度降低。为了保证充液过程的顺利进行，充液前应保证两个隔离系统之间形成较大的压差，充液过程中可以通过氩气储罐持续向LBE储存罐内补偿压力。

2)利用泵将储存容器内的液态LBE抽到堆芯容器及相连管线中，该方案的优点是冲液过程中LBE流量可控，并且与循环加热系统共用一个主泵。

上述两种方法均可以实现LBE储存容器向堆芯容器的充液，并且无需增加额外的管线或者设备，因此可以根据试验需要或者现场条件灵活选择。

(3)循环加热系统(参考图4所示)

循环加热系统的主要功能是按照一定的升温速率，将试验主回路的液态LBE加热至热态试验所需的温度。该系统主要由一体化堆芯容器、主加热器、主泵及阀门等构成，整个系统的管线和设备本体均缠绕电加热丝(预热、保温)，并且在重要区段布置一定数量的热电偶、压力表进行监测。

完成充液操作后，关闭相关阀门形成闭合回路。主泵切入运行模式，以一定功率运行LBE试验回路，同时调节主加热器和管道的电加热装置，将试验回路逐渐升温至目标温度。待回路温度达到预设值之后，关闭主泵和主加热器，系统依靠电加热丝进行温度控制，直至试验完成。之后再启动主泵和主加热器，将试验回路逐渐升温至下一个试验所需的温度目标。

此外，加热过程中由于升温导致系统压力有所增加，可以通过排空系统对压力进行调节，满足试验的要求。

(4)排液系统(参考图5所示)

排液系统的主要功能有两个：(1)试验完成后的正常排液；(2)事故情况下紧急排液。根据上述需求，在试验主回路与LBE储存容器之间设计了两条并联的管线，并且在靠近储存容器的区段设置常开手阀。当试验结束需要正常排液时，打开图中右侧并联管线的截止阀并调节阀开度，保证试验回路内的LBE介质以较低流速排入储存容器内，此时左侧并联回路处于关闭状态。事故工况下需要紧急排液，则打开图中左侧截止阀，试验回路内的LBE介质以较高流速排入储存容器内，此时右侧并联回路处于关闭状态。

需要指出的是，由于堆芯容器在试验过程中处于微正压状态，与储存容器之间的压差很小，因此紧急排液基本依靠重力驱动完成，排液速率可能无法得到保障。为了提高紧急排液速率，可以在试验过程中让氩气储罐与堆芯容器的管线处于备用状态，如需紧急排液，可通过截止阀迅速开启阀门，向堆芯容器进行增压，从而提高排液速率。

(5)试验通排风系统(参考图6所示)

为保障试验装置在试验过程中具备人工介入的环境温度要求，同时保证试验过程中系统的微负压气氛，拟布置一组通排风系统。

1)当试验平台正常运行时，仅排风系统开启，排风口直通厂房外，保证堆芯本体系统的微负压状态。

2)当试验平台需要人工介入时，同时开启送风系统和排风系统，使得试验平台的温度和气氛调整至人工介入条件。

实施例

在某铅铋合金反应堆堆芯零功率热态试验中，采用一体化的堆芯容器装载试验堆芯及液态铅铋合金，设计上要求回路具备升温、升压和稳压等功能配合热态试验的开展，并且能够实现灵活进液和快速排液，可用于验证系统在事故情况下的响应情况。

本实用新型的关键点：

1、充液系统的多元化设计可以根据试验需求和现场条件进行变通，提高了系统的灵活性；2、设置排液系统能够极大的保证正常情况和事故情况下的快速排液，确保了平台试验过程的安全；3、试验平台通排风系统可以根据需求调整试验环境，即可以确保试验的微负压环境，也可以在需要时调节温度和气压达到人体能够介入的环境。

前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，包括氩气储罐(2)，其特征在于：所述的氩气储罐(2)通过LBE供气管路(9)与LBE储存容器(3)连通，氩气储罐(2)通过堆芯供气管路(10)与堆芯容器(5)连通，伸入LBE储存容器(3)中的LBE出液管路(16)与堆芯进液管路(17)连通，堆芯进液管路(17)与堆芯容器(5)连通，堆芯容器(5)与堆芯出液管路(18)连通，堆芯出液管路(18)与堆芯进液管路(17)连通，堆芯进液管路(17)上设有主泵(19)和主加热器(20)，堆芯容器(5)通过堆芯排液管路(21)与LBE储存容器(3)连通。

2.根据权利要求1所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：还包括氩气源(1)，氩气源(1)通过供气管路(6)与氩气储罐(2)连通。

3.根据权利要求1或2所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的氩气储罐(2)通过储罐排空管路(7)与排空端(8)连通，储罐排空管路(7)上包括并联的截止阀管路和安全阀管路。

4.根据权利要求1所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的LBE储存容器(3)通过LBE排空管路(11)与排空端(8)连通，堆芯容器(5)通过堆芯排空管路(12)与排空端(8)连通。

5.根据权利要求4所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的LBE供气管路(9)和堆芯供气管路(10)在前端合并为同一管路；所述的LBE排空管路(11)和堆芯排空管路(12)在后端合并为同一管路。

6.根据权利要求4或5所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的LBE排空管路(11)、堆芯排空管路(12)均通过循环旁路(13)与氩气储罐(2)连通，循环旁路(13)上设有增压泵(28)。

7.根据权利要求1所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的LBE储存容器(3)通过LBE抽真空管路(14)与抽真空组件(4)连通，堆芯容器(5)通过堆芯抽真空管路(15)与抽真空组件(4)连通。

8.根据权利要求7所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的LBE抽真空管路(14)的前端与LBE供气管路(9)的后端合并为同一管路，堆芯抽真空管路(15)的前端与堆芯供气管路(10)的后端合并为同一管路；所述的LBE抽真空管路(14)和堆芯抽真空管路(15)在后端合并为同一管路。

9.根据权利要求1所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的堆芯排液管路(21)上包括并联的流速调节管路和高速快排管路。

10.根据权利要求1所述的液态铅铋合金堆芯零功率热态试验装置，其特征在于：所述的堆芯容器(5)位于密闭空间(24)内，送风管路(22)与密闭空间(24)连通，送风管路(22)上设有送风组件(25)，密闭空间(24)通过排风管路(23)连通至厂房外，排风管路(23)上设有排风组件(26)。