CN110057746A - 一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***及模拟方法，所述在线高温高压辐射腐蚀模拟***，包括通过管路顺次连接呈环状的储水罐二、高压泵、预热器、高压釜、冷凝器以及收集罐，所述储水罐二的一侧设置有放射源，所述高压釜内设置有悬挂点。本发明中，通过在储水罐二的外侧设置放射源能够对储水罐二内的水进行辐照，然后通过高压泵和预热器的设置，能够对进入高压釜的水进行加热与加压，从而能够模拟结构材料所面临的高温高压辐射腐蚀环境。另外，根据实际情况的需要，也可以将放射源移走，此时该装置即可模拟相关材料仅受高温高压情况下的腐蚀情况。还可以设置多种类型的放射源对水进行辐照，进而模拟多种辐射类型下的多因素协同腐蚀。

Description

一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***及模拟方法

技术领域

本发明涉及辐射腐蚀模拟技术领域，具体的说是一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***及模拟方法。

背景技术

随着人们对能源需求的增加，核能作为一种清洁、高效的能源越来越受到更多人的关注。然而核电站在运行过程中其内部燃料包壳、燃料组件及管路除需忍受高温高压水腐蚀外，还受到中子辐照及射线辐射等多因素的共同影响。多因素的存在导致材料腐蚀行为复杂化，因此提前获得多因素条件下材料的腐蚀行为对于核电站的安全至关重要。

当前，由于受技术要求、中子辐照实验以及辐射源等的限制，仅能通过模拟没有射线辐射及中子辐照条件下材料的腐蚀行为来预判该材料在核电站中的使用寿命。然而，这些实验结果仅能部分代表材料在实际工况的腐蚀行为，导致对核电站用材料使用寿命的判断出现误差，严重的，会威胁到核电站的安全。因此，在实验室模拟核电站实际工况下的腐蚀条件显得尤其重要，为评估材料的相关性能提供参考依据，同时为预测材料性能的变化提供数据分析。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提出了一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***及模拟方法，致力于解决前述背景技术中的技术问题之一。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：

作为本发明的第一个方面，提供了一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***，包括

储水罐二；

放射源，设置于所述储水罐二的一侧；

高压泵，所述高压泵的入口连接至所述储水罐二的出口；

预热器，所述预热器的入口连接至所述高压泵的出口；

高压釜，所述高压釜的入口连接至所述预热器的出口，所述高压釜内设置有悬挂点；

冷凝器，所述冷凝器的入口与所述高压釜的出口连接；

收集罐，所述收集罐的入口与所述冷凝器的出口连接，出口连接至所述储水罐二的入口。

作为本发明的一种可选的实施方式，还包括

储水罐一，所述储水罐一的出口连接至所述储水罐二的入口，所述储水罐一的入口连接至所述收集罐的出口；

氧气管路，所述氧气管路的出口位于所述储水罐一的内部；

氢气管路，所述氢气管路的出口位于所述储水罐一的内部；

氮气管路，所述氮气管路的出口位于所述储水罐一的内部。

作为本发明的一种可选的实施方式，所述氧气管路、氢气管路及氮气管路位于储水罐一内部的端部还连接有微米级气体分散器。

作为本发明的一种可选的实施方式，还包括

循环泵，所述循环泵的入口与出口分别连接至储水罐二的出口和高压泵的入口；

水化学监测支路，所述水化学监测支路的入口和出口分别连接至所述循环泵的出口和所述储水罐一的入口。

作为本发明的一种可选的实施方式，所述水化学监测支路包括测氧仪、PH控制仪及腐蚀电位测量仪，所述测氧仪、PH控制仪及腐蚀电位测量仪顺次串接，所述腐蚀电位测量仪的入口连接至所述循环泵的出口，所述测氧仪的出口连接至储水罐一的入口。

作为本发明的一种可选的实施方式，还包括

脉冲阻尼器，所述脉冲阻尼器设置于所述高压泵和所述预热器之间；

常压过滤器，所述常压过滤器设置于所述循环泵与所述高压泵之间；

离子交换树脂，所述离子交换树脂设置于所述储水罐一和所述收集罐之间。

作为本发明的一种可选的实施方式，还包括两个射线累积计量检测仪及一个采集终端，两个所述射线累积计量检测仪分别设置于所述储水罐二靠近或者远离所述放射源的一侧，两个所述射线累积计量检测仪分别与采集终端电性连接。

作为本发明的第二个方面，提供了一种在线高温高压辐射腐蚀模拟方法，包括

将待测试的试样放置于高压釜内，并向高压釜内通入循环水；

进入高压釜内的循环水首先使用放射源进行辐照，然后进行加压与加热，再通入高压釜内；

对离开高压釜的循环水进行降温与减压处理。

作为本发明的第二个方面，提供了一种在线高温高压腐蚀模拟方法，包括将待测试的试样放置于高压釜内，并向高压釜内通入循环水；

进入高压釜内的循环水首先通入氮气和/或氢气，并对循环水内的氧含量、PH及腐蚀电位进行检测，然后进行加压与加热，再通入高压釜内；

对离开高压釜的循环水进行降温与减压处理。

本发明的有益效果是：

本发明中，通过在储水罐二的外侧设置放射源能够对储水罐二内的水进行辐照，然后通过高压泵和预热器的设置，能够对进入高压釜的水进行加热与加压，进而使进入高压釜内的水具备被辐射、高温与高压的特性，从而能够模拟试样所面临的高温高压辐射腐蚀环境，进而能够对试样的性能进行测试，以便于准确的了解相关材料在核电站等实际工况中的腐蚀情况。另外，根据实际情况的需要，也可以将放射源移走，此时该装置即可模拟试样仅受高温高压情况下的腐蚀情况。另外，也可以根据实际情况的需要，设置多种类型的放射源对水进行辐照，进而模拟多种辐射类型下的多因素协同腐蚀。本发明能够模拟相关材料多种环境下的多因素协同腐蚀行为，有利于了解试样在复杂环境下的特性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本具体实施方式的主视图。

其中，1-氧气管路，2-氢气管路,3-氮气管路,4-储水罐一，5-气体分散器，6-注水阀，7-排气阀Ⅰ，8-背压阀Ⅰ，9-单向阀Ⅰ，10-常规泵，11-排气阀Ⅱ，12-单向阀Ⅱ，13-储水罐二，14-射线累积计量检测仪，15-放射源，16-泄水阀Ⅰ，17-单向阀Ⅲ，18-循环泵，19-常压过滤器，20-单向阀Ⅳ，21-高压泵，22-单向阀Ⅴ，23-脉冲阻尼器，24-预热器，25-单向阀Ⅵ，26-高压釜，27-背压阀Ⅱ，28-排气阀Ⅲ，29-排气阀Ⅳ，30-单向阀Ⅶ，31-冷凝器，32-排气阀Ⅴ，33-背压阀Ⅲ，34-单向阀Ⅷ，35-收集罐，36-排气阀Ⅵ，37-泄水阀Ⅱ，38-单向阀Ⅸ，39-离子交换树脂，40-单向阀Ⅹ，41-测氧仪,42-PH控制仪,43-腐蚀电位测量仪，44-单向阀Ⅺ。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

作为本发明的第一个方面，提供了一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***，包括

储水罐二；

放射源，设置于所述储水罐二的一侧；

高压泵，所述高压泵的入口连接至所述储水罐二的出口；

预热器，所述预热器的入口连接至所述高压泵的出口；

高压釜，所述高压釜的入口连接至所述预热器的出口，所述高压釜内设置有悬挂点；

冷凝器，所述冷凝器的入口与所述高压釜的出口连接；

收集罐，所述收集罐的入口与所述冷凝器的出口连接，出口连接至所述储水罐二的入口。

本发明中，通过在储水罐二的外侧设置放射源能够对储水罐二内的水进行辐照，然后通过高压泵和预热器的设置，能够对进入高压釜的水进行加热与加压，进而使进入高压釜内的水具备辐射、高温与高压的特性，将待测试的材料放置于所述高压釜内，从而使该模拟***能够在线模拟试样所面临的高温高压与辐射腐蚀环境，进而能够对试样的耐腐蚀性进行测试，以便于准确的了解试样在核电站实际工况中的腐蚀情况。另外，根据实际情况的需要，也可以将放射源移走，此时该装置即可模拟试样仅受高温高压水腐蚀的情况。另外，也可以根据实际情况的需要，设置多种类型的放射源对水进行辐照，进而模拟多种辐射类型下的多因素协同腐蚀。本发明能够模拟试样多种环境下的多因素协同腐蚀行为，有利于了解试样在复杂环境下的特性。

作为本发明的一种具体的实施方式，如图1所示，提供了一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***，包括储水罐一4，材质为不锈钢，储水罐一4用于储水，以保证循环***水的充足。还包括氧气管路1、氢气管路2、氮气管路3，所述氧气管路1、氢气管路2、氮气管路3的出口均位于所述储水罐一4的内部，分别用于向储水罐一4内的水中通入氧气、氢气和氮气，所述氧气管路1、氢气管路2、氮气管路3上均设置有电磁阀Ⅰ。经过电磁阀Ⅰ控制通入氮气、氢气，控制水溶液中的氧含量，氢含量，使其达到核电站***的最低值。为了使通入储水罐一4内的气体能够与水充分接触，在每个进气管入水端各装有一个三通，每个三通上连接两个微米级气体分散器5，使气体更快速、更有效的溶解于水中。

需要进行说明的是，电磁阀Ⅰ仅在不使用放射源的的情况下打开，当使用放射源进行辐射腐蚀实验时，电磁阀Ⅰ处于关闭状态。

储水罐一4通过管道连接注水阀6，作为储水罐一4的进水口。储水罐一4上通过管道连接着排气阀Ⅰ7，排气阀Ⅰ7的设置可以根据需要手动调节储水罐一4内的压力。储水罐一4上还通过管道连接背压阀Ⅰ8，通过设定背压阀Ⅰ8的最低压力值，使储水罐一4与室外的压力一致。

储水罐一4底部通过管路连接常规泵10，然后连接至储水罐二13，储水罐一4与常规泵10连接的管路上设有单向阀Ⅰ9，储水罐一4出来的水，由常规泵10提供水动力，进入储水罐二13，常规泵10与储水罐二13连接的管路上设有单向阀Ⅱ12，单向阀Ⅱ12能够在管线出现故障时，防止水倒流损坏常规泵10，常规泵10能使水溶液流动起来。

在储水罐二13上通过管道连接排气阀Ⅱ11，在储水罐二13底部通过管道连接泄水阀Ⅰ16，储水罐二13可以根据需要开关泄水阀Ⅰ16进行放水。放射源15设置于储水罐二13的外侧。还包括两个射线累积计量检测仪14及一个采集终端，两个所述射线累积计量检测仪14分别设置于所述储水罐二13靠近或者远离所述放射源15的一侧，两个所述射线累积计量检测仪14分别与采集终端电性连接。进行辐射腐蚀实验时，用放射源15对储水罐二13中的循环水进行辐照，储水罐二13两侧的射线累积计量检测仪14分别记录辐射剂，并传递至于射线累积计量检测仪14电连接的采集终端，采集终端对两个射线累积计量检测仪14采集到的数据进行加权平均，即可估算出流经储水罐二13的水所受到的辐射剂量。

储水罐二13的材质是不锈钢。储水罐二13底部通过管路连接循环泵18，储水罐二13与循环泵18连接的管路上设有单向阀Ⅲ17。储水罐二13出来的水，由循环泵18提供循环水动力，分别进入水化学监测支路和高压釜支路。

所述水化学监测支路包括测氧仪41、PH控制仪42及腐蚀电位测量仪43。在循环泵18和腐蚀电位测量仪43之间的管路上设有单向阀Ⅺ44，由循环泵18提供循环水动力进入水化学测量***回路的水最后汇入储水罐一4，测氧仪41与储水罐一4的连接管路上设有单向阀Ⅹ40。水化学监测支路可以在线检测水中溶氧量、PH值以及电化学参数，以便更好的模拟实际工况。水化学监测支路在辐射与未辐射的循环回路中都可使用。

所述高压釜支路依次设有常压过滤器19和单向阀Ⅳ20，然后连接高压泵21，然后连接至预热器24，最后连接高压釜26。高压泵21既提供水动力，也为高压釜26提供了压力。储水罐二13进入高压釜支路中的水经过高压泵21进行加压，加压后的水通过单向阀Ⅴ22进入预热器24进行加热，让水的温度先达到某一个预定值之后进入高压釜26内，加热加压后的水经过单向阀Ⅵ25后通过进水管进入高压釜26内，高压釜26外套有加热装置，可以加热和保温。在高压泵21与预热器24之间的管路上***一段管路连接着脉冲阻尼器23，通过脉冲阻尼器23的设置控制流速的平稳。高压釜20上还设有一个背压阀Ⅱ27和两个排气阀Ⅲ28、Ⅳ29，背压阀Ⅱ27主要是控制整个高压釜26内的压力，不让其超过高压釜26的压力临界值。排气阀的主要功能是泄压，防止高压釜26发生***。

所述高压釜26内的高温水通过出水管道经过单向阀Ⅶ30连接冷凝器31，然后连接至收集罐35和离子交换树脂39，通过冷凝器31将高压釜26内流出的高温水冷却至常温。在冷凝器31上连接着排气阀Ⅴ32，冷凝器31与收集罐35的管线上设有背压阀Ⅲ33和单向阀Ⅷ34，收集罐35上设有排气阀Ⅵ36，底部设有泄水阀Ⅱ37。收集罐35通过背压阀Ⅲ33释放压力至常压，之后通过离子交换树脂39，在收集罐35和离子交换树脂39连接的管路上设有单向阀Ⅸ38，通过离子交换树脂39去除杂质离子后接入储水罐一4，完成循环。冷凝器31通过冷凝达到回流的作用，冷凝后存储在收集罐35中。然后通过离子交换树脂39将杂质离子过滤掉，主要目的是保持水的纯净度进入循环水箱内，达到再次循环的目的。

需要说明的是，水箱的材质可以是不锈钢及镍基合金等，试样的材质可以选用实际使用的材料，例如锆、不锈钢、镍基合金以及陶瓷材料等，水箱内的水可以是纯水或者含有预设成分的水溶液。辐射源可以是α射线、β射线、γ射线、X射线中的任意一种或者多种的组合。

为了降低辐射对人体的伤害，可以制备一个较大的铅制外壳，将上述部件包覆于铅制外壳内，或者制备一个较小的铅制外壳，将放射源和储水罐二包覆于铅制外壳内。

作为本发明的第二个方面，提供了一种在线高温高压辐射腐蚀模拟方法，包括

将待测试的相关材料放置于高压釜内，并向高压釜内通入循环水；

进入高压釜内的循环水首先使用放射源进行辐照，然后进行加压与加热，再通入高压釜内；

对离开高压釜的循环水进行降温与减压处理。

本发明中，通过放射源对水进行辐照，然后通过对水进行加压与加热，从而使进入高压釜内的水具备辐射、高温及高压特性，能够对放置于高压釜内的试样模拟核反应堆实际工况下的辐射与腐蚀试验。

作为本发明的第三个方面，提供了一种在线高温高压腐蚀模拟方法，包括将待测试的试样放置于高压釜内，并向高压釜内通入循环水；

进入高压釜内的循环水首先通入氮气和/或氢气，并对循环水内的氧含量、PH及腐蚀电位进行检测，然后进行加压与加热，再通入高压釜内；

对离开高压釜的循环水进行降温与减压处理。

本发明中，通过对水进行加压与加热，并向水中通入氮气与氢气以控制氧含量，从而使进入高压釜内的水具备高温及高压特性，能够对放置于高压釜内的试样模拟实际核反应堆中的腐蚀试验。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种在线高温高压辐射腐蚀模拟***，其特征在于：包括

储水罐二；

放射源，设置于所述储水罐二的一侧；

高压泵，所述高压泵的入口连接至所述储水罐二的出口；

预热器，所述预热器的入口连接至所述高压泵的出口；

高压釜，所述高压釜的入口连接至所述预热器的出口，所述高压釜内设置有悬挂点；

冷凝器，所述冷凝器的入口与所述高压釜的出口连接；

收集罐，所述收集罐的入口与所述冷凝器的出口连接，出口连接至所述储水罐二的入口。

2.根据权利要求1所述的在线高温高压辐射腐蚀模拟***，其特征在于：还包括

储水罐一，所述储水罐一的出口连接至所述储水罐二的入口，所述储水罐一的入口连接至所述收集罐的出口；

氧气管路，所述氧气管路的出口位于所述储水罐一的内部；

氢气管路，所述氢气管路的出口位于所述储水罐一的内部；

氮气管路，所述氮气管路的出口位于所述储水罐一的内部。

3.根据权利要求2所述的在线高温高压辐射腐蚀模拟***，其特征在于：所述氧气管路、氢气管路及氮气管路位于储水罐一内部的端部还连接有微米级气体分散器。

4.根据权利要求1所述的在线高温高压辐射腐蚀模拟***，其特征在于：还包括

循环泵，所述循环泵的入口与出口分别连接至储水罐二的出口和高压泵的入口；

水化学监测支路，所述水化学监测支路的入口和出口分别连接至所述循环泵的出口和所述储水罐一的入口。

5.根据权利要求4所述的在线高温高压辐射腐蚀模拟***，其特征在于：所述水化学监测支路包括测氧仪、PH控制仪及腐蚀电位测量仪，所述测氧仪、PH控制仪及腐蚀电位测量仪顺次串接，所述腐蚀电位测量仪的入口连接至所述循环泵的出口，所述测氧仪的出口连接至储水罐一的入口。

6.根据权利要求5所述的在线高温高压辐射腐蚀模拟***，其特征在于：还包括

脉冲阻尼器，所述脉冲阻尼器设置于所述高压泵和所述预热器之间；

常压过滤器，所述常压过滤器设置于所述循环泵与所述高压泵之间；

离子交换树脂，所述离子交换树脂设置于所述储水罐一和所述收集罐之间。

7.根据权利要求1所述的在线高温高压辐射腐蚀模拟***，其特征在于：还包括两个射线累积计量检测仪及一个采集终端，两个所述射线累积计量检测仪分别设置于所述储水罐二靠近或者远离所述放射源的一侧，两个所述射线累积计量检测仪分别与采集终端电性连接。

8.一种在线高温高压辐射腐蚀模拟方法，其特征在于：包括

将待测试的试样放置于高压釜内，并向高压釜内通入循环水；

进入高压釜内的循环水首先使用放射源进行辐照，然后进行加压与加热，再通入高压釜内；

对离开高压釜的循环水进行降温与减压处理。

9.一种在线高温高压腐蚀模拟方法，其特征在于：包括

将待测试的试样放置于高压釜内，并向高压釜内通入循环水；

进入高压釜内的循环水首先通入氮气和/或氢气，并对循环水内的氧含量、PH及腐蚀电位进行检测，然后进行加压与加热，再通入高压釜内；

对离开高压釜的循环水进行降温与减压处理。