一种用于研究核反应堆快速启动的试验装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于研究核反应堆快速启动的试验装置，属于核工程领域。


背景技术：

2.传统压水反应堆核动力装置冷态启动过程中由于存在动态排气的过程，需要反复点动主泵排除主冷却剂系统中的溶解氧，因此启动时间冗长。此种排气方法不仅对主泵要求较高，而且排气效果也不佳。对于小型核动力装置来说，由于一回路的水装量较小，采用特殊的启动方式来大幅缩减启动时间是一个优选的实施方案。小型核动力装置系统回路精简，且系统水装量较小，这为开展快速启动试验研究提供了基础。
3.目前，专利和文献中公开了一些核动力装置快速启动的方法。这些方法具体采取的手段和操作不尽相同，但是原理基本相同。其中的部分方法停留在理论层面，需要对其进行实验才能验证其有效性。还有一些快速启动的方法直接应用在现有的压水堆核电厂中，由于实际的反应堆启动成本很高，无法进行多次启动操作以找出排气方法中存在的不足与需要优化的地方。
4.因此，需要一种可靠、易操作、低成本的，能够用于研究压水反应堆快速启动的试验装置，这种试验装置需能够模拟小型核动力装置在多种快速启动方式。通过对这些不同的快速启动方式进行对比，来对压水反应堆快速启动方式进行综合评价。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提供一种用于研究核反应堆快速启动的试验装置。该试验装置能够模拟小型核动力装置在不同注水压力、不同注水水温、不同注入水的含氧量、回路不同真空度、压力容器不同加热功率、稳压器不同加热功率、蒸汽发生器不同加热功率等多种条件下的快速启动方式。从而为核动力装置快速启动方式的性能评价和优化改进提供充足的试验数据和可靠的技术支持。
6.本发明的目的是这样实现的：包括主回路、补水管路和上充旁路，主回路通过管道依次连接主泵、液体流量计、压力容器模拟体、上充泵进水口、稳压器模拟体出水接管以及蒸汽发生器模拟体；补水管路通过管道依次连接补水箱、补水泵、液体流量计、树脂除氧器和主回路管道；上充旁路通过管道依次连接主回路管道、上充泵、液体流量计和稳压器，稳压器模拟体、压力容器模拟体和补水箱中分别装有电加热器元件；真空泵通过管道与压力容器模拟体顶部的排气阀、蒸汽发生器模拟体顶部的排气阀以及稳压器模拟体顶部的排气阀相连；主泵周围设置有一个隔离回路，压力容器模拟体和蒸汽发生器模拟体顶部排气管道上各装有一个法兰连接的可视观察口，稳压器模拟体、压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体以及树脂除氧器下游管道上均设有一个含氧量测量口，补水箱、压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体内部均设有热电偶，压力容器模拟体进出口管路上设有差压传感器，补水回路、主回路和上充旁路上均设有液体流量计。
7.本发明还包括这样一些结构特征：
8.1.上充泵通过上充旁路将主回路处于循环中的水送至稳压器模拟体中进行混合；补水泵将补水箱中的水送至树脂除氧器除氧后输送到主回路中对系统进行补水；压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体坐落于同一水平面上。
9.2.真空泵的高度高于稳压器模拟体顶部的排气阀、压力容器模拟体顶部的观察口以及蒸汽发生器模拟体顶部的观察口。
10.3.压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体顶部各装有一个排气阀，抽气时，通过开启排气阀将真空泵与压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体联通，以便对其进行抽真空；注水时，经过观察口确定腔室内已经注满水后，通过关闭排气阀停止向腔室内注水。
11.4.压力容器模拟体进出口和蒸汽发生器模拟体进出口分别装有节流阀。
12.5.稳压器模拟体底部装有排污阀。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该装置可以以较低的成本模拟核动力装置多种条件下快速启动。本试验装置安全性高，操作简单，能够以较小的成本完成对压水核反应堆抽真空配合注入除氧水以实现快速启动这一特殊的启动方式的有效性验证，从而为核动力装置快速启动这一特殊的启动方式的性能评价和优化改进提供充足的试验数据和可靠的技术支持。该装置可实现:
14.(1)在试验回路不同真空度下的注水启动的试验研究。
15.(2)在不同补给水含氧量条件下系统快速启动的试验研究。
16.(3)在不同补水速率下系统快速启动的试验研究。
17.(4)不同注水水温的情况下系统快速启动的试验研究。
18.(5)在不同压力容器模拟体加热功率、稳压器模拟体加热功率和蒸汽发生器模拟体加热功率的条件下系统快速启动的试验研究。
19.(6)本试验装置设计了主泵的旁通回路，在系统抽真空时将主泵从主回路中隔离出来，避免对主泵造成损坏。
20.(7)本试验装置设计了上充旁路，上充泵通过上充旁路将主回路中循环水抽入稳压器模拟体中，使得稳压器模拟体中的水能够参与到主回路的循环中去，同时也能够避免稳压器模拟体内部流体与主回路中流体的温差过大，减小热应力。
21.(8)在压力容器模拟体和蒸汽发生器模拟体顶部排气管路上设置了观察口，能够观察到模拟体内部是否注满
22.(9)在压力容器模拟体和蒸汽发生器模拟体进出口设置了节流阀，配合安装的压差计，能够实现调节模拟体的流动阻力，使其阻力与实际反应堆装置相匹配。
附图说明
23.附图1是本发明的结构示意图。
24.图中1、压力容器模拟体，106、真空表，101、901观察口，103、104、903、904截流阀，102、902、1402排气阀，107、907、1407安全阀，1403、1404、1405球阀，2、7、12、19电加热器，3、树脂除氧器；4、树脂换料通道，5、液体流量计，6、补水泵，8、补水箱，9、蒸汽发生器模拟体，10、主泵，13、液位计，14、稳压器模拟体，15、真空泵，16、气体流量计，11、17液体流量计，18、上充泵，109、309、909、1409氧含量测量口。
具体实施方式
25.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
26.本发明的整个试验装置由补水箱、压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体、稳压器模拟体、树脂除氧器、主泵、上充泵、真空泵、液体流量计、气体流量计及温度测量系统、流量测量系统、压力测量系统和数据采集系统组成。
27.本发明包括主回路、补水管路和上充旁路。主回路通过管道依次连接主泵、液体流量计、压力容器模拟体、上充泵进水口、稳压器模拟体出水接管以及蒸汽发生器模拟体。补水管路通过管道依次连接补水箱、补水泵、液体流量计、树脂除氧器和主回路管道。上充旁路通过管道依次连接主回路管道、上充泵、液体流量计和稳压器。真空泵通过管道与压力容器模拟体顶部的排气阀、蒸汽发生器模拟体顶部的排气阀以及稳压器模拟体顶部的排气阀相连。补水泵将补水箱中的水送至树脂除氧器除氧后输送到主回路中对系统进行补水。稳压器模拟体、压力容器模拟体和补水箱中分别装有电加热器元件，通过这三组电加热器可以控制补水的水温和主回路中循环水的水温。上充泵通过上充旁路将主回路处于循环中的水送至稳压器模拟体中进行混合，使得稳压器模拟体中的水能够参与到主回路的循环中去，提高了主回路中水的升温速度，加快了整个装置的启动过程。主泵周围设置有一个隔离回路。当主回路抽真空时，需通过控制隔离回路阀门将主泵与主回路隔开，防止主泵发生气蚀。压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体坐落于同一水平面上。真空泵的高度高于稳压器模拟体顶部的排气阀、压力容器模拟体顶部的观察口以及蒸汽发生器模拟体顶部的观察口。压力容器模拟体和蒸汽发生器模拟体顶部排气管道上各装有一个法兰连接的可视观察口，采用透明玻璃制作而成，通过该观察口，可以在注水过程中确定压力容器模拟体和蒸汽发生器模拟体是否已经注满水。
28.压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体顶部各装有一个排气阀。抽气时，可以通过开启排气阀将真空泵与压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体联通，以便对其进行抽真空；注水时，经过观察口确定腔室内已经注满水后，通过关闭排气阀停止向腔室内注水。
29.压力容器模拟体进出口和蒸汽发生器模拟体进出口分别装有节流阀，用以调节压力容器模拟体和蒸汽发生器模拟体的流动阻力。稳压器模拟体底部装有排污阀。当稳压器模拟体内部水位过高时，通过开启排污阀排出过量的水。补水回路、主回路和上充旁路上均设有液体流量计，用于测定水流速率；所述气体流量计安置于抽气管路中，用于测定抽气速率。稳压器模拟体、压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体以及树脂除氧器下游管道上均设有一个含氧量测量口，通过该测量口可以测定试验过程中这些区域水的氧含量。补水箱、压力容器模拟体、蒸汽发生器模拟体和稳压器模拟体内部均设有热电偶，用以测量内部水的温度。压力容器模拟体进出口管路上设有差压传感器，用以测量该段压差。试验中的温度、流量和差压数据均由ni数据采集系统输入到电脑中，并运用专门编制的软件对试验数据进行采集、计算和显示。
30.试验装置整体结构主要由图中压力容器模拟体1，观察口101、901，真空表106，截流阀103、104、903、904，排气阀102、902、1402，安全阀107、907、1407，差压变送器105，电加热器2、7、12，树脂除氧器3；树脂换料通道4，液体流量计5，补水泵6，补水箱8，蒸汽发生器模拟体9，主泵10，液位计13，稳压器模拟体14，真空泵15，气体流量计16，液体流量计11、17，上
充泵18，氧含量测量口109、309、909、1409构成。
31.用于回路不同真空度启动时，其技术方案1是：首先启动电加热器7对水箱水8进行加热，通过采集系统观察水箱内水的升温情况，当其达到指定温度后关闭电加热器7。开启排气阀102、902、1402，启动真空泵15，通过气体流量计16监测抽气的速率，以一定的抽气速度逐步降低主回路压力。通过压力表106观察回路的真空度变化，当回路压力降低至指定真空度时，停运真空泵15及抽气阀门，维持一段时间，观察主回路内的压力是否变化，检查回路是否漏气。在确认回路的真空状态能够正常保持之后，打开管道阀门，使用补水泵6向补水系统注水，通过液体流量计5监测补水速率。通过树脂换料通道4对树脂除氧器3进行换料，树脂除氧器3将补水管路中的水进行除氧。随后，联通主泵10隔离管路对其进行注水排气并再度隔离主泵10，打开补水系统与主回路系统连接阀门，通过液体流量计11监测注水速率，以一定速度向主回路系统注水。在此过程中，通过观察口101、901观察水位，当模拟体1、9内部被水充满后关闭排气阀，之后再观察稳压器模拟体上的液位计13的显示液位，当稳压器模拟体14到达指定水位后关闭补水泵6，关闭抽气阀门102、902、1402以及补水管道阀门，将主回路隔离。开启稳压器模拟体电加热器12，对稳压器模拟体14内部水进行加热，将其加热至对应压力下的饱和温度并蒸发，使稳压器模拟体14内部压力回升，直至压力达到开启主泵10的条件。将主泵隔离回路与主回路系统联通，启动主泵10、上充泵18以及稳压器模拟体内部电加热器12，对主回路进行升温升压，建立流量循环，通过上充旁路中的液体流量计17监测上充旁路中的流量，通过差压计105监测压力容器模拟体进出口压差，通过节流阀103、104、903、904调节压力容器模拟体和蒸汽发生器模拟体的流动阻力，此过程中需要关注回路温度、压力等数据，同时通过含氧量测量口19引出少量水测定其含氧量。开启稳压器模拟体顶部排气阀1402进行排气，确定不凝性气体排除完毕，关闭排气阀1402。最后，根据需要启动电加热器2、12、19，使系统压力温度达到所要求的值即启动完毕。在上述过程中，如果回路内部压力由于其他原因导致超过正常工作压力，致使安全阀107、907或1407自动打开，主回路内高温蒸汽将通过与安全阀相连的管道排出至大气，完成自动泄压。
32.用于回路不同补给水含氧量条件下系统快速启动时，其技术方案是：采用技术方案1中的操作方式，通过调节树脂除氧器的除氧效率，实现不同补给水含氧量条件下系统快速启动。并且，当回路补水完成之后，可通过含氧量测量口109、309、909、1409引出除氧水，使用测氧仪测量水中的含氧量。
33.用于不同补水速率下系统快速启动时，其技术方案是：采用技术方案1中的操作方式，通过调节补水泵6处旁路上阀门的开度来实现对补水速率的控制，并通过流量计5监测补水速率。
34.用于不同补水水温下系统快速启动时，其技术方案是：采用技术方案1中的操作方式，通过调节电加热器7的加热功率和加热时间，实现不同补水水温条件下系统快速启动，补水水温可以通过热电偶监测。
35.用于压力容器模拟体、稳压器模拟体和蒸发器模拟体不同加热功率条件下系统快速启动时，其技术方案是：采用技术方案1中的操作方式，通过调节电加热器2、19、12的加热功率实现压力容器模拟体、稳压器模拟体和蒸发器模拟体不同加热功率条件下系统快速启动。
36.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保
护范围的限制，尽管参照前述实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。