CN104392753B - 模拟核电安全壳严重事故工况的实验***及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟核电安全壳严重事故工况的实验***及其实现方法，解决现有技术无法全面模拟核电严重事故工况的问题。本发明包括实验容器，设置在实验容器内的第一压力传感器，通过多点热电偶与实验容器连接的数据采集***，以及均与实验容器连接的排气管道、空气供应***、氢气供应***、喷淋***、气溶胶供应***、电缆燃烧产物供应***、水蒸汽在线供应***和至少为四个的取样管道；所述气溶胶供应***与喷淋***连接。本发明结构合理，能够真实、全面地模拟核电严重事故工况，并以此来对非能动氢气复合器的消氢性能进行测试，其测试结果非常接近实际工况，因此也为复合器的研究和设计提供了非常好的参考标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种关于核电氢安全设备方面的实验***，具体涉及的是一种模拟核电安全壳严重事故工况的实验***及其实现方法。
背景技术
日本福岛核事故以后，核电安全壳内的氢风险控制越来越受到重视，对氢安全设备的要求越来越高，特别是在严重事故工况下氢安全设备是否仍然能发挥氢气控制或消除的功能成了设备的重要考核依据。尤其是作为主要消氢手段的非能动氢复合器(PARs)，更是要考核其在严重事故工况的运行性能。
但是，在严重事故工况下，安全壳内存在复杂的环境条件：温度最高达到150℃以上、压力最高达到0.5Mpa以上、累积辐照计量大于5×106Gy；安全壳内的气体包括放射性气溶胶(≥50g/m3)、水蒸汽(最高可达60％)、氢气(最高可达10％以上)、空气以及CO等毒化组分。
我国的非能动氢气复合器主要从法国阿海珐公司进口。国内虽有这方面的研究，但由于技术方面的限制，要想同时实现上述环境条件非常困难，因而目前对复合器设计核电站严重事故工况的模拟试验通常只能用于实验室研究，其所设计的复合器水平也比较低，根本不能反映非能动氢气复合器在严重事故工况下真正的消氢性能，因此也难以满足目前实际工况的需要。
发明内容
针对上述技术不足，本发明提供了一种模拟核电安全壳严重事故工况的实验***及其实现方法，能够真实、全面地模拟核电站设计严重事故工况的各种条件，从而对非能动氢复合器的消氢性能进行全面的检测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
模拟核电安全壳严重事故工况的实验***，包括用于装载非能动氢气复合器整机的实验容器，设置在实验容器内、用于检测实验容器内部压力的第一压力传感器，以及数据采集***，还包括均与实验容器连接的排气管道、空气供应***、氢气供应***、喷淋***、气溶胶供应***、电缆燃烧产物供应***、水蒸汽在线供应***以及至少为四个的取样管道；所述实验容器通过多点热电偶与数据采集***连接；所述气溶胶供应***与喷淋***连接。
具体地说，所述实验容器由不锈钢制成，并且内部容积大于40m3；所述空气供应***包括通过第一管道与实验容器连接的第一空气源，以及依次设置在第一管道中的第一减压阀、第一流量计、单向阀、第一隔离阀和第一阻火器；所述第一减压阀位于第一空气源与第一流量计之间。
具体地说，所述氢气供应***包括通过第二管道与实验容器连接的氢气源，以及依次设置在第二管道中的第二减压阀、第二流量计、第三减压阀、第一电磁阀、第二阻火器和第三隔离阀；所述第二减压阀位于氢气源与第二流量计之间。
进一步地，所述喷淋***包括内装有由水、2000～2200ppm的硼酸和0.4％～0.6％的氢氧化钠混合而成的喷淋液的喷淋液混合箱，通过第四管道与该喷淋液混合箱连接并置于实验容器内的喷淋头，以及依次设置在第四管道中的循环泵、第二电磁阀和第四隔离阀；所述循环泵位于喷淋液混合箱和第二电磁阀之间；所述第四管道与气溶胶供应***连接。
具体地说，所述气溶胶供应***包括通过第五管道与第四管道连通的第二空气源，以及依次设置在该第五管道中的第五隔离阀、气溶胶发生器和第六隔离阀；所述第五隔离阀位于第二空气源与气溶胶发生器之间。
再进一步地，所述电缆燃烧产物供应***包括通过第六管道与实验容器连接的第三空气源，依次设置在该第六管道中的第五减压阀、电缆燃烧室和第七隔离阀，以及设置在第六管道上并位于第七隔离阀与实验容器之间的第二压力传感器；所述第五减压阀位于第三空气源与电缆燃烧室之间。
更进一步地，所述水蒸汽在线供应***包括通过第七管道与实验容器连接的水蒸汽发生器，依次设置在第七管道中的第八隔离阀和第九隔离阀，以及设置在第七管道上并位于水蒸汽发生器与第八隔离阀之间的第三压力传感器。
基于上述设备结构基础，本发明还提供了该模拟核电安全壳严重事故工况的实验***的实现方法，包括以下步骤：
(1)将非能动氢气复合器置于实验容器内，并将多点热电偶一端的测点固定在非能动氢气复合器的各个测量位置上，另一端连接数据采集***；
(2)对实验容器进行保压测试；
(3)保压测试合格后，分别打开排气管道和第一减压阀，利用第一减压阀将第一空气源的出口压力调节至0.1～0.2MPa，然后打开单向阀和第一隔离阀，根据第一流量计显示的流量，利用第一隔离阀将欲通入到实验容器中的空气流量调节至700～750m3/h，利用进入的空气对实验容器进行吹洗，吹洗时间为10min以上；
(4)依次关闭第一隔离阀、单向阀和第一减压阀，直至实验容器内的第一压力传感器显示的压力为0.1～0.15MPa时关闭排气管道；
(5)利用电缆燃烧产物供应***向实验容器内通入电缆燃烧气体产物；
(6)向气溶胶发生器中加入1.0～1.2g的碘和2000～2500g的固体BaSO4粉末混合形成混合物，并对该混合物进行加热；
(7)对混合物加热30～35min后，得到含有碘蒸气的气溶胶，依次打开第五隔离阀和第六隔离阀，利用第二空气源的空气推动气溶胶持续通入到实验容器内，待该实验容器内的碘蒸气浓度大于或等于30mg/m3、固体气溶胶浓度大于或等于50g/m3时，关闭第六隔离阀，同时停止加热；
(8)调节水蒸汽发生器的输出压力至0.5～0.6MPa，并依次打开第八隔离阀和第九隔离阀，将水蒸汽持续通入到实验容器内；
(9)当实验容器内的压力达到0.55～0.6MPa后，继续调节水蒸汽发生器出口处的压力，使实验容器内的压力稳定在0.55～0.6MPa，并持续通入水蒸汽30min以上，使实验容器内温度大于或等于150℃，压强大于或等于0.5MPa；
(10)依次打开第二减压阀和第三减压阀，利用第二减压阀和第三减压阀分层次将氢气源的出口压力调节至0.5MPa以上；
(11)依次打开第一电磁阀和第三隔离阀，根据第二流量计显示的流量，利用第三隔离阀将欲通入到实验容器中的氢气流量调节至400L/min以上；
(12)打开全部取样管道，观察不同取样点氢气浓度的变化情况，同时，通过多点热电偶采集的数据，利用数据采集***监测实验容器内不同测点的温度变化；
(13)持续执行步骤(12)，直至时长达到8～17min后，停止通入氢气，此时，实验容器内氢气的平均浓度为2％～4％；
(14)通过多点热电偶采集的数据，利用数据采集***监测非能动氢气复合器催化板的表面温度，并判断该催化板的表面温度是否有明显上升趋势，是，则将停止通入氢气至催化板表面温度上升10℃的时间记录为复合器的启动时间，并执行步骤(15)；否，则继续监测催化板的表面温度变化；
(15)在停止通入氢气30～35min后，打开第二电磁阀、第四隔离阀和循环泵，将预先在喷淋液混合箱中配制好的喷淋液泵出，并以大于或等于2m3/h的流量喷入到实验容器内；
(16)持续喷淋10min以上后，停止喷淋，并继续监测和记录非能动氢气复合器不同取样点的氢气浓度和测点温度，直至停止通入氢气后的时长达到或超过60min时，停止监测和记录。
进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：
(2a)向实验容器充入0.5MPa的空气，并保压30～35min；
(2b)利用第一传感器检测实验容器内的压力，并判断其在保压30～35min后，压降是否小于或等于2kPa，是，则确定实验容器密封性良好；否，则需要对实验容器进行检漏，并重新密封实验容器，然后循环步骤(2a)。
再进一步地，所述步骤(5)包括以下步骤：
(5a)开启电缆燃烧室中的燃烧电源，并加热到600℃以上，实现对电缆的燃烧；
(5b)电缆燃烧结束后，分别打开第五减压阀和第七隔离阀，在第三空气源提供的空气的助推下，将电缆燃烧气体产物的流量调节至190～200L/min，让电缆燃烧气体产物通入到实验容器内，并在8～10min后，关闭第七隔离阀，停止通入电缆燃烧气体产物。
本发明的设计原理在于，在实际工况中，由于发生严重事故时，首先可能对非能动氢复合器产生毒化的是扩散较快的电缆燃烧的气体产物(含CO等)。接着是在空气中扩散速度较慢的堆芯裂变产物，包括碘蒸气和其他固体气溶胶，并且氢气由核岛内的锆水分解产生，水蒸汽由核岛内的一回路冷却水加热产生，氢气和水蒸汽浓度的增加都很缓慢，约需要10小时以上，氢气浓度才能达到4％，水蒸汽浓度才能达到60％以上，安全壳内温度上升主要是水蒸汽加热所致，也需要数小时才能达到最高温度150℃。而喷淋液需要等到复合器开始消氢一段时间后才可喷淋，因为喷淋液会冷却气体，使安全壳内的水蒸汽冷凝，降低水蒸汽浓度，从而使氢浓度迅速增加，甚至超过***极限。
因此，本申请发明人在研究了上述严重事故工况的环境条件及其完整流程后，设计了相应的***来模拟严重事故工况的试验条件，从而测试非能动氢气复合器的消氢性能，即：(1)测试装载设备复合器的实验容器密封保压性能；(2)向实验容器内通入空气进行吹洗；(3)向实验容器内通入电缆燃烧气体产物；(4)向实验容器内通入含碘蒸气的气溶胶，使实验容器内的碘蒸气浓度大于或等于30mg/m3，固体气溶胶浓度大于或等于50g/m3；(5)向实验容器内通入高温水蒸汽并加热保温，持续通入半小时以上，使实验容器内温度大于或等于150℃，压强大于或等于0.5MPa；(6)向实验容器内通入氢气，直至容器内的氢浓度为2％～4％；(7)停止通入氢气30分钟后，向实验容器内喷入由水、硼酸和氢氧化钠混合而成的喷淋液，并且喷淋流量大于或等于2m3/h，持续时间10分钟以上。按照上述测试步骤，通过检测实验容器内不同位置的温度、压强、氢浓度等参数的变化，即可检验氢安全设备在严重事故工况下的性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过合理的***结构和试验流程设计后，在充分考虑到安全(实验容器选用、保压测试、容器内压力控制，以及气体压力、流量的监测和调节)的基础上，利用喷淋***、气溶胶供应***、电缆燃烧产物供应***以及水蒸汽在线供应***，可以真实、全面地模拟出了核电站严重事故工况的条件，并以此来对非能动氢气复合器的性能进行实时测试(氢气浓度、温度实时测量)，检验非能动氢气复合器在核电站严重事故工况下的各种性能保持情况(启动性能、稳定反应性能、重复性能、耐水性能等等)。由于模拟的工况真实、全面，并且是对非能动氢气复合器整机进行“实时在线”测试，其对压力反应容器的性能、进行反应和取样等安全性的考虑是实验室级别所达不到的，因此，本发明对复合器的性能测试结果非常接近实际工况，可直接作为研究和设计非能动氢气复合器及其在核电站中布置的参考标准和依据。
(2)本发明采用了在线的方式将水蒸汽通入到实验容器内，使实验容器内温度缓慢上升，这种在线提供水蒸汽的方式是实验室级别的研究无法做到的，因为高温混合氢氧气体在水蒸汽发生器设置端存在着泄露和***的风险，对在线反应测试具有极大的安全隐患，因此很多实验室只能是在反应前就预先通入好水蒸汽，但这既与实际工况不符，又不能真实反映非能动氢气复合器的性能。而本发明通过合理的结构和流程设计，能够在确保安全的前提下，真实地模拟出实际工况，从而很好地对复合器的真实性能进行测试。
(3)本发明中的实验容器优选采用不锈钢材料制成，并且内部容积大于40m3，因而不仅体积足够大，能提供流量足够大的氢气和空气，对非能动氢气复合器进行整机试验，而且不锈钢制作实验容器可以使其抗氢脆效果较好，不易引起泄露或氢爆，有效地提高了整个实验***的安全性。
(4)本发明设计严谨、流程清晰明了、安全性高，模拟的事故工况真实、全面，因此，本发明为非能动氢气复合器的设计能够达到相应实际工况的技术标准提供了非常有价值的参考，其很好地顺应了科技的发展潮流，因而具有非常良好的应用前景和推广前景。
附图说明
图1为本发明的***结构示意图。
其中，附图标记对应的零部件名称为：
1-实验容器，2-数据采集***，3-排气管道，4-取样管道，5-第一空气源，6-第一管道，7-第一减压阀，8-第一流量计，9-单向阀，10-第一隔离阀，11-第一阻火器，12-分支管道，13-第二隔离阀，14-氢气源，15-第二管道，16-第二减压阀，17-第二流量计，18-第三减压阀，19-第一电磁阀，20-第二阻火器，21-第三隔离阀，22-第四减压阀，23-喷淋液混合箱，24-第四管道，25-循环泵，26-第二电磁阀，27-第四隔离阀，28-喷淋头，29-第二空气源，30-第五管道，31-第五隔离阀，32-气溶胶发生器，33-第六隔离阀，34-第三空气源，35-第六管道，36-第五减压阀，37-电缆燃烧室，38-第七隔离阀，39-第二压力传感器，40-水蒸汽发生器，41-第七管道，42-第三压力传感器，43-第八隔离阀，44-第九隔离阀，45-非能动氢气复合器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种可以模拟核电安全壳严重事故工况的实验***，以便测试非能动氢气复合器的消氢性能，从而为复合器的研究和设计提供参考。在设备方面，本发明包括实验容器1、数据采集***2、空气供应***、氢气供应***、喷淋***、气溶胶供应***、电缆燃烧产物供应***以及水蒸汽在线供应***。所述实验容器1用于装载非能动氢气复合器整机，其上设有排气管道3、至少为四个的取样管道4，以及一些安全阀门，而该实验容器1内则设置了第一压力传感器，用于检测其内部的压力。所述数据采集***2用于记录实验过程中，实验容器1内的数据(温度、浓度等)，并进行分析，该数据采集***2通过多点热电偶与实验容器1连接。本发明所采用的数据采集***2和多点热电偶均为现有技术，其中，本实施例的数据采集***采用5块16路数据采集卡同时记录数据，然后再利用读取设备导出数据，然后进行分析，而本实施例中的多点热电偶则优选采用K型热电偶。
所述空气供应***用于向实验容器1内部通入空气，其包括通过第一管道6与实验容器1连接的第一空气源5，以及依次设置在第一管道6中的第一减压阀7、第一流量计8、单向阀9、第一隔离阀10和第一阻火器11；所述第一减压阀7位于第一空气源5与第一流量计8之间；所述第一管道6上还设有也与实验容器1连通的分支管道12，并且在该分支管道12中还设有第二隔离阀13。
所述氢气供应***则用于向实验容器1内部提供氢气，其包括通过第二管道15与实验容器1连接的氢气源14，以及依次设置在第二管道15中的第二减压阀16、第二流量计17、第三减压阀18、第一电磁阀19、第二阻火器20和第三隔离阀21；所述第二减压阀16位于氢气源14与第二流量计17之间；所述第二管道15通过第三管道与第一管道6连通，并且在该第三管道中还设有第四减压阀22。
所述喷淋***用于向实验容器1内喷入喷淋液。具体来说，该喷淋***包括内装有由水、2000～2200ppm的硼酸和0.4％～0.6％的氢氧化钠混合而成的喷淋液的喷淋液混合箱23，通过第四管道24与该喷淋液混合箱23连接并置于实验容器1内的喷淋头28，以及依次设置在第四管道24中的循环泵25、第二电磁阀26和第四隔离阀27；所述循环泵25位于喷淋液混合箱23和第二电磁阀26之间。
所述气溶胶供应***用于向实验容器1内通入气溶胶。具体来说，该气溶胶供应***包括通过第五管道30与第四管道24连通的第二空气源29，以及依次设置在该第五管道30中的第五隔离阀31、气溶胶发生器32和第六隔离阀33；所述第五隔离阀31位于第二空气源29与气溶胶发生器32之间。
所述电缆燃烧产物供应***用于向实验容器1内通入电缆燃烧气体产物。该电缆燃烧产物供应***包括通过第六管道35与实验容器1连接的第三空气源34，依次设置在该第六管道35中的第五减压阀36、电缆燃烧室37和第七隔离阀38，以及设置在第六管道35上并位于第七隔离阀38与实验容器1之间的第二压力传感器39；所述第五减压阀36位于第三空气源34与电缆燃烧室37之间。
而所述水蒸汽在线供应***则用于向实验容器1内通入水蒸汽。该水蒸汽在线供应***包括通过第七管道41与实验容器1连接的水蒸汽发生器40，依次设置在第七管道41中的第八隔离阀43和第九隔离阀44，以及设置在第七管道41上并位于水蒸汽发生器40与第八隔离阀43之间的第三压力传感器42；所述第一管道6通过第八管道与第七管道连通，并且该第八管道中还设有阀门。
为能更好地进行模拟实验，上述一些设备的技术参数分别如下：
实验容器
材质：不锈钢，抗氢脆效果较好，不易引起泄露或氢爆，安全性较高；容积：大于40m3，能提供流量足够大的氢气和空气；耐受最高温度：200℃；耐受最高压力：2MP。
第一空气源：可以提供大于或等于500m3/h的空气流量。
氢气源：可以提供大于或等于400L/min的氢气流量。
喷淋头：能实现2m3/h的喷淋流量。
气溶胶发生器：外置加热，并且能在10分钟内向实验容器内喷入约2kg的气溶胶。
电缆燃烧室：能密封加热至600℃以上。
水蒸汽发生器：消耗水量大于或等于500kg/h。
按照上述设备结构，下面对本发明模拟严重事故工况(高温、高压、高湿度、气溶胶、电缆燃烧气体产物、碘蒸气、喷淋液)并测试非能动氢气复合器消氢性能的实现过程进行详细介绍。
首先，将非能动氢气复合器45整机装入到实验容器1内，然后将多点热电偶的多个测点固定在该非能动氢气复合器45的各个测量位置上，并连接数据采集***2。
为确保安全测试，试验开始前，先向实验容器1中充入0.5MPa的空气，然后保压30～35min，测试实验容器1的密封性。在保压测试的过程中，实验容器1内的第一压力传感器实时检测实验容器1内部的压力值，保压结束时，若实验容器1内的压力有变化，且压降小于或等于2kPa，则可以认为该实验容器1具有良好的密封性；反之，则需要对实验容器1进行捡漏修复，重新密封实验容器1。
检测实验容器1的密封性后，分别打开排气管道3和第一减压阀7，利用第一减压阀7将第一空气源5的出口压力调节至0.1～0.2MPa。然后打开单向阀9和第一隔离阀10，并根据第一流量计8显示的流量，利用第一隔离阀10将欲通入到实验容器1中的空气流量调节至700～750m3/h，利用进入的空气对实验容器1吹洗10min以上。然后关闭空气进气的相应阀门，直至实验容器1内的压力略大于0.1MPa(0.1MPa～0.15MPa)时，关闭排气管道3。
接着，分别开启第五减压阀36和电缆燃烧室37中的燃烧电源，并设定加热温度为600℃，然后在调节好第三空气源34的出口压力后，通入到电缆燃烧室37中，实现对电缆的燃烧。电缆燃烧结束后，打开第七隔离阀38，调节电缆燃烧气体产物的流量至190～200L/min，压力控制在0.1～0.2MPa，让电缆燃烧气体产物通入到实验容器1内，约8～10min后，关闭第七隔离阀38，停止通入电缆燃烧气体产物。
紧接着，向气溶胶发生器32中加入1.0～1.2g的碘和2000～2500g的固体BaSO4粉末(2000g以上的BaSO4能够较好地确保40m3及其以上的容器密度达到50g/m3)混合，然后对混合物进行加热，设定加热的温度为100℃。加热约30～35min后，温度达到600℃以上，且得到含有碘蒸气的气溶胶，然后依次打开第五隔离阀31和第六隔离阀33，利用第二空气源29提供的空气，推动气溶胶持续通入到实验容器1内，使气溶胶持续通入到实验容器1内，待该实验容器1内的碘蒸气浓度大于或等于30mg/m3、固体气溶胶浓度大于或等于50g/m3时，关闭第六隔离阀33，同时停止加热。
调节水蒸汽发生器40的输出压力值至0.5～0.6MPa，然后依次开启第八隔离阀43和第九隔离阀44，将水蒸汽持续通入到实验容器1内。待实验容器1内的压力达到0.55～0.6MPa后，调节水蒸汽发生器40出口处的压力调节阀，使实验容器1内的压力稳定在0.55～0.6MPa(可通过稳压阀实现)，并持续通入30min以上，使实验容器内温度大于或等于150℃，压强大于或等于0.5MPa。
依次打开第二减压阀16和第三减压阀18，利用第二减压阀16和第三减压阀18将氢气源14的出口压力调节至0.5MPa以上，分层次调节可实现氢气的稳定输出同时，可以满足试验要求。调节好氢气的压力后，再依次打开第一电磁阀19和第三隔离阀21，根据第二流量计17显示的流量，利用第三隔离阀19将欲通入到实验容器1中的氢气流量调节至400L/min左右，然后监测实验容器1内不同取样点氢气浓度的变化(可通过氢气浓度检测仪检测)，以及实验容器1内不同测点的温度变化。
持续上述情况，约8～17min后，关闭相应阀门，停止通入氢气，此时实验容器1内的平均氢气浓度可达到2％～4％左右。
接着，利用数据采集***采集的数据，观察非能动氢气复合器45催化板的表面温度，若发现温度有明显的上升趋势，则开始记录复合器的启动时间h，该启动时间h的记录起点为氢气停止通入时的时间，记录终止时间为催化板表面温度上升10℃的时间。
在停止通入氢气30～35min后，启动喷淋***。打开第二电磁阀26以及第四隔离阀27，然后通过循环泵25将预先在喷淋液混合箱23中配制好的喷淋液(即水、2000～2200ppm的硼酸和0.4％～0.6％的氢氧化钠混合的水溶液)泵出，并通过喷淋头28以大于或等于2m3/h的流量喷入到实验容器1内。观察喷淋过程中实验容器1内的压力变化以及各个取样点的氢气浓度变化，待喷淋时间达到10min以上后，停止喷淋。
停止喷淋后，继续观察和记录实验容器1内不同取样点的氢气浓度变化，以及实验容器1内不同测点的温度变化。在停止通入氢气约60min以后，停止观察和记录，并结束试验。
依照上述试验所记录的数据，下面对严重事故工况下非能动氢气复合器的消氢性能进行分析。
假设记录到的各取样点的平均氢浓度为CH’，且初始通入容器内氢气浓度为CH，则试验后的消氢效率η可采用如下公式计算：
η＝(1-CH’/CH)×100％；
依照上述计算结果，如果复合器样机的启动时间h≤30min，消氢效率η≥60％，则认为复合器在模拟严重事故工况下性能下降不多，仍能正常工作。
本发明通过合理的结构和流程设计，能够模拟出核电站严重事故工况，并以此来对非能动氢气复合器的性能进行测试。另外，本发明的***结构如果稍加改动后，同样也能够用在其他核电氢安全设备的研制和性能检测上。由此可见，本发明能够很好地为非能动氢气复合器的消氢性能提供准确的测试评价，进而为复合器的研究和设计能够达到相应的技术标准提供有意义、有价值的参考。因此，本发明与现有技术相比，技术进步十分明显，具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.模拟核电安全壳严重事故工况的实验***，包括用于装载非能动氢气复合器整机的实验容器(1)，设置在实验容器(1)内、用于检测实验容器内部压力的第一压力传感器，以及数据采集***(2)，其特征在于，还包括均与实验容器(1)连接的排气管道(3)、空气供应***、氢气供应***、喷淋***、气溶胶供应***、电缆燃烧产物供应***、水蒸汽在线供应***以及至少为四个的取样管道(4)；所述实验容器(1)通过多点热电偶与数据采集***(2)连接；所述气溶胶供应***与喷淋***连接；所述实验容器(1)由不锈钢制成，并且内部容积大于40m3；所述空气供应***包括通过第一管道(6)与实验容器(1)连接的第一空气源(5)，以及依次设置在第一管道(6)中的第一减压阀(7)、第一流量计(8)、单向阀(9)、第一隔离阀(10)和第一阻火器(11)；所述第一减压阀(7)位于第一空气源(5)与第一流量计(8)之间；所述氢气供应***包括通过第二管道(15)与实验容器(1)连接的氢气源(14)，以及依次设置在第二管道(15)中的第二减压阀(16)、第二流量计(17)、第三减压阀(18)、第一电磁阀(19)、第二阻火器(20)和第三隔离阀(21)；所述第二减压阀(16)位于氢气源(14)与第二流量计(17)之间；所述喷淋***包括内装有由水、2000～2200ppm的硼酸和0.4％～0.6％的氢氧化钠混合而成的喷淋液的喷淋液混合箱(23)，通过第四管道(24)与该喷淋液混合箱(23)连接并置于实验容器(1)内的喷淋头(28)，以及依次设置在第四管道(24)中的循环泵(25)、第二电磁阀(26)和第四隔离阀(27)；所述循环泵(25)位于喷淋液混合箱(23)和第二电磁阀(26)之间；所述第四管道(24)与气溶胶供应***连接；所述气溶胶供应***包括通过第五管道(30)与第四管道(24)连通的第二空气源(29)，以及依次设置在该第五管道(30)中的第五隔离阀(31)、气溶胶发生器(32)和第六隔离阀(33)；所述第五隔离阀(31)位于第二空气源(29)与气溶胶发生器(32)之间。
2.根据权利要求1所述的模拟核电安全壳严重事故工况的实验***，其特征在于，所述电缆燃烧产物供应***包括通过第六管道(35)与实验容器(1)连接的第三空气源(34)，依次设置在该第六管道(35)中的第五减压阀(36)、电缆燃烧室(37)和第七隔离阀(38)，以及设置在第六管道(35)上并位于第七隔离阀(38)与实验容器(1)之间的第二压力传感器(39)；所述第五减压阀(36)位于第三空气源(34)与电缆燃烧室(37)之间。
3.根据权利要求2所述的模拟核电安全壳严重事故工况的实验***，其特征在于，所述水蒸汽在线供应***包括通过第七管道(41)与实验容器(1)连接的水蒸汽发生器(40)，依次设置在第七管道(41)中的第八隔离阀(43)和第九隔离阀(44)，以及设置在第七管道(41)上并位于水蒸汽发生器(40)与第八隔离阀(43)之间的第三压力传感器(42)。
4.模拟核电安全壳严重事故工况的实验***的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将非能动氢气复合器置于实验容器内，并将多点热电偶一端的测点固定在非能动氢气复合器的各个测量位置上，另一端连接数据采集***；
(2)对实验容器进行保压测试；
(3)保压测试合格后，分别打开排气管道和第一减压阀，利用第一减压阀将第一空气源的出口压力调节至0.1～0.2MPa，然后打开单向阀和第一隔离阀，根据第一流量计显示的流量，利用第一隔离阀将欲通入到实验容器中的空气流量调节至700～750m3/h，利用进入的空气对实验容器进行吹洗，吹洗时间为10min以上；
(4)依次关闭第一隔离阀、单向阀和第一减压阀，直至实验容器内的第一压力传感器显示的压力为0.1～0.15MPa时关闭排气管道；
(5)利用电缆燃烧产物供应***向实验容器内通入电缆燃烧气体产物；
(6)向气溶胶发生器中加入1.0～1.2g的碘和2000～2500g的固体BaSO4粉末混合形成混合物，并对该混合物进行加热；
(7)对混合物加热30～35min后，得到含有碘蒸气的气溶胶，依次打开第五隔离阀和第六隔离阀，利用第二空气源的空气推动气溶胶持续通入到实验容器内，待该实验容器内的碘蒸气浓度大于或等于30mg/m3、固体气溶胶浓度大于或等于50g/m3时，关闭第六隔离阀，同时停止加热；
(8)调节水蒸汽发生器的输出压力至0.5～0.6MPa，并依次打开第八隔离阀和第九隔离阀，将水蒸汽持续通入到实验容器内；
(9)当实验容器内的压力达到0.55～0.6MPa后，继续调节水蒸汽发生器出口处的压力，使实验容器内的压力稳定在0.55～0.6MPa，并持续通入水蒸汽30min以上，使实验容器内温度大于或等于150℃，压强大于或等于0.5MPa；
(10)依次打开第二减压阀和第三减压阀，利用第二减压阀和第三减压阀分层次将氢气源的出口压力调节至0.5MPa以上；
(11)依次打开第一电磁阀和第三隔离阀，根据第二流量计显示的流量，利用第三隔离阀将欲通入到实验容器中的氢气流量调节至400L/min以上；
(12)打开全部取样管道，观察不同取样点氢气浓度的变化情况，同时，通过多点热电偶采集的数据，利用数据采集***监测实验容器内不同测点的温度变化；
(13)持续执行步骤(12)，直至时长达到8～17min后，停止通入氢气，此时，实验容器内氢气的平均浓度为2％～4％；
(14)通过多点热电偶采集的数据，利用数据采集***监测非能动氢气复合器催化板的表面温度，并判断该催化板的表面温度是否有明显上升趋势，是，则将停止通入氢气至催化板表面温度上升10℃的时间记录为复合器的启动时间，并执行步骤(15)；否，则继续监测催化板的表面温度变化；
(15)在停止通入氢气30～35min后，打开第二电磁阀、第四隔离阀和循环泵，将预先在喷淋液混合箱中配制好的喷淋液泵出，并以大于或等于2m3/h的流量喷入到实验容器内；
(16)持续喷淋10min以上后，停止喷淋，并继续监测和记录非能动氢气复合器不同取样点的氢气浓度和测点温度，直至停止通入氢气后的时长达到或超过60min时，停止监测和记录。
5.根据权利要求4所述的模拟核电安全壳严重事故工况的实验***的实现方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：
(2a)向实验容器充入0.5MPa的空气，并保压30～35min；
(2b)利用第一传感器检测实验容器内的压力，并判断其在保压30～35min后，压降是否小于或等于2kPa，是，则确定实验容器密封性良好；否，则需要对实验容器进行检漏，并重新密封实验容器，然后循环步骤(2a)。
6.根据权利要求5所述的模拟核电安全壳严重事故工况的实验***的实现方法，其特征在于，所述步骤(5)包括以下步骤：
(5a)开启电缆燃烧室中的燃烧电源，并加热到600℃以上，实现对电缆的燃烧；
(5b)电缆燃烧结束后，分别打开第五减压阀和第七隔离阀，在第三空气源提供的空气的助推下，将电缆燃烧气体产物的流量调节至190～200L/min，让电缆燃烧气体产物通入到实验容器内，并在8～10min后，关闭第七隔离阀，停止通入电缆燃烧气体产物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20161207 |