CN109887621B - 一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法，所述氢氧复合器包括内部具有容纳腔的壳体组件、安装在所述容纳腔内的导流组件以及安装在所述壳体组件底部的催化板组件；导流组件用于将所述容纳腔分隔成多个自下而上延伸设置的气体通道，所述气体通道的底部和顶部分别设置有进气口和排气口，且所述气体通道的横截面积由所述进气口至排气口逐渐缩小；所述催化板组件紧邻所述进气口设置，用于催化进入所述气体通道的气体进行氢氧复合反应。本发明提供的氢氧复合器及其气体处理方法可有效防止上升气流之间的相互干扰，极大的增强了设备的抽吸能力，从而能够及时有效的进行氢氧复合反应，防止出现氢爆。

Description

一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法

技术领域

本发明涉及核电安全壳技术领域，尤其涉及一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法。

背景技术

在核电厂发生设计基准事故或严重事故时，一些诸如锆水反应、堆芯冷却剂及水的辐解会产生大量的氢气，并通过主回路压力边界或压力容器破口释放到安全壳中。当安全壳内氢气与空气充分混合后，可能形成燃烧、爆燃或***等现象，由此产生的静态和动态压力载荷会危及安全壳的完整性，影响其安全***有效执行安全功能。八十代中期，出现了一项基于氢气和氧气催化氧化的新技术，进入九十年代，该技术的研究得以全面发展，出现了基于该技术的非能动氢氧复合器。

目前核电厂安全壳内普遍应用的氢氧复合器一般在底部固定安装有催化剂板，空气通过底部通道进入氢氧复合器，并在催化板处被催化进行氢氧复合。因催化反应产生的热量使该处的混合流体的温度升高，密度减小，因此在氢氧复合器内部通道内向上流动，一般称之为“烟囱效应”。然而，现有氢氧复合器的竖直流道的每个流通截面上的面积均相等，“烟囱效应”的抽吸能力有限，同时由于竖直流道内部没有设置导流组件，气流之间可能发生彼此干扰，导致流通不畅，导致现有氢氧复合器的抽吸能力有限，无法及时有效的进行氢氧复合反应，严重时可能会危及安全壳的完整性。

发明内容

本发明针对现有氢氧复合器“烟囱效应”抽吸能力有限、内部气体相互扰动、出口流阻力大的问题，提供了一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法，能够及时有效的进行氢氧复合，防止出现氢爆，保证安全壳的完整性。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：一方面，提供一种核电厂非能动氢氧复合器，包括：

内部具有容纳腔的壳体组件；

导流组件，安装在所述容纳腔内，用于将所述容纳腔分隔成多个自下而上延伸设置的气体通道，所述气体通道的底部和顶部分别设置有进气口和排气口，且所述气体通道的横截面积由所述进气口至排气口逐渐缩小；

催化板组件，安装在所述壳体组件底部，所述催化板组件紧邻所述进气口设置，用于催化进入所述气体通道的气体进行氢氧复合反应。

本发明上述的氢氧复合器中，所述壳体组件包括立体框架和贴装在所述立体框架外形成所述容纳腔的蒙板组件，所述立体框架的长方向截面呈等腰梯形，所述蒙板组件的底部和侧壁上部区域分别设置有连通所述容纳腔的开口，所述进气口和排气口分别设置于所述蒙板组件底部和侧壁上部区域的开口上。

本发明上述的氢氧复合器中，所述催化板组件包括安装在所述立体框架底部的抽屉框架和多个安装在所述抽屉框架内的抽屉，所述抽屉内安装有多个间隔排列的催化板；所述抽屉的顶部和底部分别设置有开口，所述抽屉的顶部开口用于连通所述进气口，所述抽屉的底部开口用于引入气体,以在所述催化板的间隙中被催化进行氢氧复合反应。

本发明上述的氢氧复合器中，所述蒙板组件包括两个相对安装在所述立体框架长度方向两侧的侧面蒙板、相对安装在所述立体框架宽度方向两侧的前蒙板和后蒙板；所述侧面蒙板的顶端呈圆弧状，两个所述侧面蒙板、前蒙板和后蒙板围合形成所述蒙板组件的底部开口。

本发明上述的氢氧复合器中，所述蒙板组件还包括安装在两个所述侧面蒙板顶端的顶部蒙板，所述顶部蒙板的横截面呈圆弧状，其一侧边连接所述后蒙板，另一侧边与所述前蒙板位于同一平面上且与前蒙板间隔形成所述蒙板组件的侧壁上部区域开口。

本发明上述的氢氧复合器中，所述立体框架包括梯形体框架和矩形框架，所述梯形体框架的长方向截面呈等腰梯形，所述矩形框架沿梯形体框架的宽度方向竖直安装在所述梯形体框架的中间位置。

本发明上述的氢氧复合器中，所述导流组件包括安装在所述梯形体框架内的梯形板、安装在所述矩形框架内的中间板以及多个对称安装所述中间板两侧的斜板；

所述梯形板与梯形体框架的长方向截面相匹配；所述斜板的底端插接在梯形板上，所述斜板的顶端朝向中间板倾斜并抵顶在所述顶部蒙板上，所述梯形板、中间板以及所述斜板用于将所述蒙板组件的底部开口上分隔形成多个所述进气口。

本发明上述的氢氧复合器中，所述导流组件还包括扇形板和多个转向板，所述扇形板的一侧边连接所述矩形框架，所述扇形板的另一侧边位于所述蒙板组件的侧壁上部区域开口上；所述转向板的横截面呈圆弧状，其一侧边连接梯形板，其另一侧边位于所述蒙板组件的侧壁上部区域开口上；

所述转向板、扇形板与所述斜板用于将所述蒙板组件的侧壁上部区域开口分隔形成多个所述排气口。

本发明上述的氢氧复合器中，所述蒙板组件的侧壁上部区域开口上安装有栅格网，所述栅格网与所述侧面蒙板、前蒙板和顶部蒙板固定连接,用于防护所述排气口。

另一方面，提供一种上述氢氧复合器的气体处理方法，包括步骤：

S1、通过催化板组件底部的开口引入气体进入氢氧复合器，并在所述催化板组件处催化气体进行氢氧复合反应；

S2、反应后的气体从气体通道底部的进气口进入所述气体通道内，并在氢氧复合反应和横截面积由所述进气口至排气口逐渐缩小的气体通道的抽吸作用下向上流动；

S3、通过所述气体通道顶部的出气口将气体排出所述氢氧复合器。

综上，本发明提供的一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法，通过采用导流组件将壳体组件的内部容纳腔分隔成多个气体通道，且每一气体通道的横截面积自进气口至排气口逐渐缩小，能极大的增强“烟囱效应”的抽吸能力，且导流组件可有效防止上升气流之间的相互干扰，保证气体的平稳流通；因此，该氢氧复合器可实现在核电厂发生严重事故产生大量氢气时，及时有效的进行氢氧复合反应，防止出现氢爆，保证安全壳的完整性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器的结构示意图；

图2是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器的另一结构示意图；

图3是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器的侧面结构示意图；

图4是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器中立体框架和抽屉框架的结构示意图；

图5是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器中催化板组件的结构示意图；

图6是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器中导流组件的结构示意图；

图7是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器中导流组件的斜板的结构示意图；

图8是本发明根据一示例性实施例示出的氢氧复合器的气体处理方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

针对现有氢氧复合器“烟囱效应”抽吸能力有限、内部气道容易相互扰动、出口流阻大等问题，本发明旨在提供一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法，其核心思想是：该氢氧复合器采用导流组件将壳体组件的内部容纳腔分隔成多个气体通道，且每一气体通道的横截面自进气口至排气口逐渐缩小，能极大的增强“烟囱效应”的抽吸能力；同时，导流组件可有效防止上升气流之间的相互干扰，保证气体的平稳流通，提高了氢氧复合器的反应效率。

结合图1、图2和图3所示，本公开实施例提供的非能动氢氧复合器包括内部具有容纳腔的壳体组件、安装在所述壳体组件内的导流组件20以及安装在所述壳体组件底部的催化板组件40。其中，导流组件20用于将所述容纳腔分隔成多个自下而上延伸设置的气体通道30，气体通道30的底部和顶部分别设置有进气口和排气口，且气体通道30的横截面积由所述进气口至排气口逐渐缩小；催化板组件40紧邻每一所述进气口设置，用于催化进入气体通道30的气体进行氢氧复合反应。

在此过程中，因催化反应产生的热量使气体的温度升高，密度减小，因此可在气体通道30内向上流动。由于气体通道30的流通面积逐渐较小，因此极大的增强了“烟囱效应”的抽吸能力；同时，导流组件20将容纳腔分隔成多个气体通道，能够避免气体之间的互相扰动，从而强化氢氧复合器的抽吸能力。

进一步地，结合图4所示，所述壳体组件包括立体框架10和贴合焊接在立体框架10外形成所述容纳腔的蒙板组件50，立体框架10的长方向截面呈等腰梯形，蒙板组件50的底部和侧壁上部区域分别设置有连通所述容纳腔的开口，所述进气口位于蒙板组件50底部的开口上，所述排气口位于蒙板组件50的侧壁上部区域开口上。

进一步地，结合图5所示，催化板组件40包括安装在立体框架10底部的抽屉框架41和多个安装在抽屉框架41内的抽屉42，抽屉42内安装有多个竖直间隔排列的催化板43。其中，抽屉框架41呈长方体状，抽屉42的顶部和底部分别设置有用于气体流通的开口，抽屉42的顶部开口连通所述进气口，抽屉42的底部开口用于将气体引入所述氢氧复合器，并在催化板43之间的间隙中被催化进行氢氧复合反应。

本实施例中，抽屉42的数量为两个，两个抽屉42沿抽屉框架41的长度方向排列设置；所述氢氧复合器还包括底部蒙板44，底部蒙板44分别贴合焊接在抽屉框架41的长度方向两侧、抽屉框架41的后侧以及两个抽屉42之间，用于围合形成取放每一抽屉42的侧壁开口，方便更换催化板43。

立体框架10包括由多根角钢拼接形成的梯形体框架11和矩形框架12，其中，矩形框架12沿梯形体框架11的宽度方向竖直安装在梯形体框架11的中间位置；梯形体框架11的长方向截面呈等腰梯形。优选的，梯形体框架11的侧边角钢与下底角钢之间的夹角为78°，以保证气体通道最佳的抽吸能力。

蒙板组件50包括两个相对贴合焊接在立体框架10长度方向两侧的侧面蒙板51、相对贴合焊接在立体框架10宽度方向两侧的前蒙板52和后蒙板53，其中，侧面蒙板51的顶端呈圆弧状，前蒙板52和后蒙板53均为梯形状，两个侧面蒙板51、前蒙板52和后蒙板53围合形成蒙板组件50的底部开口；

蒙板组件50还包括焊接在两个侧面蒙板51顶端的顶部蒙板54，顶部蒙板54的横截面呈四分之一圆弧状，顶部蒙板54的一侧边焊接连接后蒙板53，顶部蒙板54的另一侧边与前蒙板52位于同一平面上且与前蒙板52间隔形成蒙板组件50的侧壁上部区域开口。

本实施例中，蒙板组件50中的各个蒙板的厚度优选为2mm。

蒙板组件50的侧壁上部区域开口上还安装有栅格网60，栅格网60分别与侧面蒙板51、前蒙板52和顶部蒙板54焊接连接，用于防护所述排气口。本实施例中，栅格网60由垂直交错的铁条编织而成，其外形轮廓呈梯形状。

在本发明的另一些实施例中，侧面蒙板51的顶部还开设有开口，且侧面蒙板51的顶部开口上安装有栅格网，从而可以增大氢氧复合器的排气口面积。

进一步地，结合图6和图7所示，导流组件20包括梯形板21、中间板22和多个两两对称安装在中间板22两侧的斜板23；其中，梯形板21焊接在梯形体框架11内，梯形板21呈等腰梯形状，且与梯形体框架11的长方向截面相匹配，用于将所述容纳腔分隔为前后两部分；斜板23由底部的矩形板和顶部的扇形板组成，且斜板23的底部还开设有与梯形板21等高的插槽，斜板23的底端通过所述插槽插接在梯形板21上，斜板23的顶端朝向中间板22倾斜并抵顶在顶部蒙板54；本实施例中，梯形板21、中间板22以及斜板23的底部位于蒙板组件50的底部开口上，用于将蒙板组件50的底部开口分隔形成多个所述进气口；

导流组件20还包括扇形板25和多个转向板24，其中，扇形板25为四分之一圆大小，扇形板25的一侧边焊接连接在矩形框架12上，扇形板25的另一侧边位于蒙板组件50的侧壁上部区域开口上，扇形板25的弧形段与顶部蒙板54焊接连接；转向板24的横截面呈四分之一圆弧状，转向板24的一侧边焊接连接在梯形板21上，另一侧边位于蒙板组件50的侧壁上部区域开口上；转向板24、扇形板25与斜板23的顶端侧边位于蒙板组件50的侧壁上部区域开口上，用于将蒙板组件50的侧壁上部区域开口分隔形成多个所述排气口。

本实施例中，斜板23的数量为两个，转向板24的数量为四个，导流组件20用于将所述容纳腔分隔形成八个气体通道30。当然，本领域技术人员可通过改变导流组件20的结构，例如，将转向板24设置为一体成型，或者改变斜板23的数量，从而改变气体通道的数量，也可实现本发明的技术效果，本实施例不再赘述。

如图8所示，图8示出了上述实施例中的氢氧复合器的气体处理方法，包括步骤：

S1、通过催化板组件40底部的开口引入气体进入氢氧复合器，并在所述催化板组件40处催化气体进行氢氧复合反应；

S2、反应后的气体从气体通道30底部的进气口进入所述气体通道30内，并在氢氧复合反应和横截面积由所述进气口至排气口逐渐缩小的气体通道30的抽吸作用下向上流动；

S3、通过所述气体通道30顶部的出气口将气体排出所述氢氧复合器。

在步骤S2中，氢氧复合反应的作用包括氢氧复合反应产生的热量使该处的气体的温度升高和密度减小，从而产生“烟囱效应”使得气体在气体通道内向上流动。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述气体处理方法可以参考上述实施例提供的氢氧复合器对应的气体处理方法，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种核电厂非能动氢氧复合器及其气体处理方法，具有以下有益效果：

该氢氧复合器采用导流组件将壳体组件的内部容纳腔分隔成多个气体通道，且每一气体通道的横截面积自进气口至排气口逐渐缩小，极大的增强了“烟囱效应”的抽吸能力；同时，导流组件可有效防止上升气流之间的相互干扰，保证气体的平稳流通；另外，氢氧复合器排气口通过顶部蒙板设计成流线型结构，降低了出口流阻，利于排气；因此，该氢氧复合器可实现在核电厂发生严重事故产生大量氢气时，及时有效的进行氢氧复合反应，防止出现氢爆，保证安全壳的完整性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电厂非能动氢氧复合器，其特征在于，包括：

内部具有容纳腔的壳体组件；

导流组件(20)，安装在所述容纳腔内，用于将所述容纳腔分隔成多个自下而上延伸设置的气体通道(30)；所述气体通道(30)的底部和顶部分别设置有进气口和排气口，且所述气体通道(30)的横截面积由所述进气口至排气口逐渐缩小；

催化板组件(40)，安装在所述壳体组件底部，所述催化板组件(40)紧邻所述进气口设置，用于催化进入所述气体通道(30)的气体进行氢氧复合反应；

所述壳体组件包括立体框架(10)和贴装在所述立体框架(10)外形成所述容纳腔的蒙板组件(50)，所述立体框架(10)的长方向截面呈等腰梯形，所述蒙板组件(50)顶端呈圆弧状。

2.根据权利要求1所述的氢氧复合器，其特征在于，所述蒙板组件(50)的底部和侧壁上部区域分别设置有连通所述容纳腔的开口，所述进气口和排气口分别设置于所述蒙板组件(50)的底部和侧壁上部区域开口上。

3.根据权利要求2所述的氢氧复合器，其特征在于，所述催化板组件(40)包括安装在所述立体框架(10)底部的抽屉框架(41)和多个安装在所述抽屉框架(41)内的抽屉(42)，所述抽屉(42)内安装有多个间隔排列的催化板(43)；所述抽屉(42)的顶部和底部分别设置有开口，所述抽屉(42)的顶部开口用于连通所述进气口，所述抽屉(42)的底部开口用于引入气体,以在所述催化板(43)的间隙中被催化进行氢氧复合反应。

4.根据权利要求2所述的氢氧复合器，其特征在于，所述蒙板组件(50)包括两个相对安装在所述立体框架(10)长度方向两侧的侧面蒙板(51)、相对安装在所述立体框架(10)宽度方向两侧的前蒙板(52)和后蒙板(53)；所述侧面蒙板(51)的顶端呈圆弧状，两个所述侧面蒙板(51)、前蒙板(52)和后蒙板(53)围合形成所述蒙板组件(50)的底部开口。

5.根据权利要求4所述的氢氧复合器，其特征在于，所述蒙板组件(50)还包括安装在两个所述侧面蒙板(51)顶端的顶部蒙板(54)，所述顶部蒙板(54)的横截面呈圆弧状，其一侧边连接所述后蒙板(53)，其另一侧边与所述前蒙板(52)位于同一平面上且与前蒙板(52)间隔形成所述蒙板组件(50)的侧壁上部区域开口。

6.根据权利要求5所述的氢氧复合器，其特征在于，所述立体框架(10)包括梯形体框架(11)和矩形框架(12)，所述梯形体框架(11)的长方向截面呈等腰梯形，所述矩形框架(12)沿梯形体框架(11)的宽度方向竖直安装在所述梯形体框架(11)的中间位置。

7.根据权利要求6所述的氢氧复合器，其特征在于，所述导流组件(20)包括安装在所述梯形体框架(11)内的梯形板(21)、安装在所述矩形框架(12)内的中间板(22)以及多个对称安装所述中间板(22)两侧的斜板(23)；

所述梯形板(21)与梯形体框架(11)的长方向截面相匹配；所述斜板(23)的底端插接在梯形板(21)上，所述斜板(23)的顶端朝向中间板(22)倾斜并抵顶在所述顶部蒙板(54)上，所述梯形板(21)、中间板(22)以及所述斜板(23)用于将所述蒙板组件(50)的底部开口上分隔形成多个所述进气口。

8.根据权利要求7所述的氢氧复合器，其特征在于，所述导流组件(20)还包括扇形板(25)和多个转向板(24)，所述扇形板(25)的一侧边连接所述矩形框架(12)，所述扇形板(25)的另一侧边位于所述蒙板组件(50)的侧壁上部区域开口上；所述转向板(24)的横截面呈圆弧状，其一侧边连接梯形板(21)，其另一侧边位于所述蒙板组件(50)的侧壁上部区域开口上；

所述转向板(24)、扇形板(25)与所述斜板(23)用于将所述蒙板组件(50)的侧壁上部区域开口分隔形成多个所述排气口。

9.根据权利要求5所述的氢氧复合器，其特征在于，所述蒙板组件(50)的侧壁上部区域开口上安装有栅格网(60)，所述栅格网(60)与所述侧面蒙板(51)、前蒙板(52)和顶部蒙板(54)固定连接,用于防护所述排气口。

10.根据权利要求1-9任一项所述的氢氧复合器的气体处理方法，其特征在于，包括步骤：

S1、通过催化板组件(40)底部的开口引入气体进入氢氧复合器，并在所述催化板组件(40)处催化气体进行氢氧复合反应；

S2、反应后的气体从气体通道(30)底部的进气口进入所述气体通道(30)内，并在氢氧复合反应和横截面积由所述进气口至排气口逐渐缩小的气体通道(30)的抽吸作用下向上流动；

S3、通过所述气体通道(30)顶部的出气口将气体排出所述氢氧复合器。

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