IVR-ERVC实验装置的精细压力调控实验系统的制作方法

ivr-ervc实验装置的精细压力调控实验系统
技术领域
1.本发明涉及的是一种核电站控制领域的技术，具体是一种压力容器外部冷却(ivr-ervc)实验装置的精细压力调控实验系统。


背景技术：

2.当反应堆发生严重事故后，堆芯产生大量的衰变热并融化，进而形成高温熔融物，威胁反应堆压力容器的完整性。如何保证压力容器的完整性，避免放射性物质的大量释放，一直是研究的重点。为缓解严重事故后果，避免放射性物质的大量释放，发展出一项严重事故管理策略，即：通过压力容器外部冷却，保证压力容器的完整性，从而使熔融物滞留在压力容器内，该过程简称ivr-ervc。如何提高压力容器外部的冷却能力一种是一个研究重点，当前的研究以表明提高运行压力是一种有效的措施。因此对于在带压条件下，ivr-ervc极限传热能力的研究具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明针对现有ivr-ervc实验装置无法实现对实验系统内压力的快速精确调控，而只能在较小的压力范围内、粗略的对系统的内的压力进行控制，稳定性较差的缺陷，提出一种ivr-ervc实验装置的精细压力调控实验系统，通过不同级系统之间相互配合，实现在宽泛的压力区间内任意压力值的快速、精确的动态调控，并长时间稳定在该压力水平。本发明结构紧凑、占用体积小，实现在ivr-ervc实验装置内压力精确调控，填补在ivr-ervc模化实验研究领域的相关空白。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种ivr-ervc实验装置的精细压力调控实验系统，包括：上水箱以及设置于其上的三级压力调节系统，该三级压力调节系统包括：用于压力精准调节的蒸发冷凝回流系统、用于快速降压的喷雾冷凝系统和用于压力的快速调控的打压排放系统，通过三级压力调节系统对上水箱顶部气空间的压力进行联合调控。
6.所述的联合调控具体是指：打压排放系统、喷雾冷凝系统、通过蒸发冷凝回流系统三级压力调节子系统的配合，根据实际的压力与目标压力之间的差值，选择在不同的压力调节子系统。打压排放系统用于当实际压力与目标压力之间差值较大(大于一个大气压)时的快速调控；蒸发冷凝回流系统用于保持压力稳定，实验过程中沸腾产生的蒸汽通过螺旋管冷凝器冷凝，蒸汽冷凝后的冷凝水受重力重新回流至实验系统内，减少实验系统内的冷却水损耗从而实现
±
5kpa压力精准调节；喷雾冷凝系统用于在压力偏高时进行快速降压，避免直接投入打压-排放系统带来的压力降低过度。技术效果
7.与现有技术相比，本发明通过三级压力调控子系统之间相互配合，可实现对大型ivr-ervc实验装置内的压力，在宽泛的压力范围内进行快速精确调节，避免了仅依靠单一调节手段带来的调节范围有限、调节精确度不够等缺陷。蒸发-冷凝回流的设置使得实验装
置在一定的压力偏差范围内具有自稳自调特性，避免了频繁的额外干预。
8.与现有技术相比，本发明独有的效果包括：
9.1)本发明通过三级压力调控子系统之间相互配合，实现在宽压力范围内进行压力的准确调控，避免了仅依靠单一调节手段带来的调节范围有限、调节精确度不够等缺陷。利用打压排放系统对上水箱内的压力进行快速的初步控制，使其短时间内达到预期的压力值附近；蒸发冷凝回流系统对水箱内的压力进行微调，并保持动态稳定；当蒸发冷凝回流系统难以抑制压力上升时，利用喷雾冷凝系统喷放过冷水，对蒸汽进行冷凝，降低气空间的压力。
10.2)加热器设置于水箱的液面之下，能够通过控制加热功率控制蒸发量进而增加上水箱顶部气空间内的压力；通过增加螺旋管冷凝器二次侧的流体温度和流量控制降低上水箱顶部气空间内的压力；通过二者的配合进行水箱内气空间压力的微调。此外，螺旋管冷凝器在上水箱顶部倾斜布置，当蒸汽通过冷凝器与上水箱接管进入冷凝器被冷凝后，进入冷凝器一次侧底部，并通过最低高度位置的接管返回上水箱。同时，倾斜布置的螺旋管换热器的设置，使得实验体系在一定的压力偏差范围内具有一定的自稳自调特性。
附图说明
11.图1为本发明结构示意图；
12.图2为图1在具体螺旋管冷凝器的布置方式示意图；
13.图3为实施例中快速泄压过程中压力变化时序图；
14.图4为实施例中蒸发加压过程中压力变化时序图；
15.图5为实施例中稳压状态下压力变化时序图；
16.图中：1加热器、2螺旋管冷凝器、3喷雾冷凝器、4快速排气阀、5储气罐、6安全阀、7排气管、8水泵、9储水罐、10压力传感器、11控制器、12计算器、13上水箱、14液位计。
具体实施方式
17.如图1所示，为本实施例涉及一种ivr-ervc实验装置的精细压力调控实验系统，包括：上水箱13以及设置于其上的三级压力调节系统，该三级压力调节系统包括：用于压力精准调节的蒸发冷凝回流系统、用于快速降压的喷雾冷凝系统和用于压力的快速调控的打压排放系统，通过三级压力调节系统对上水箱13顶部气空间的压力进行联合调控。
18.所述的蒸发冷凝回流系统包括：两个加热器和两个螺旋管冷凝器，其中：加热器1设置于上水箱13的液面之下，一对螺旋管冷凝器2对称设置于上水箱13顶部。
19.所述的螺旋管冷凝器2倾斜布置，在不同的高度位置通过四根链接管路与上水箱13相通相连，且最低位置的连接管接于螺旋管冷凝器2的二次侧底部；该螺旋管冷凝器2的形状结构及布置示意图如图2所示。
20.所述的喷雾冷凝系统为设置于上水箱13的顶部、液面之上的气空间内的若干环形喷雾器3，该环形喷雾器3均匀的对上水箱13顶部气空间内的蒸汽进行冷凝。
21.所述的打压排放系统包括：设置于上水箱13的顶部的快速排气阀4和与上水箱13相连的储气罐5。
22.所述的上水箱13的顶部进一步设有安全阀6。
23.所述的上水箱13的顶部进一步设有压力传感器10，该压力传感器10监测气空间压力，并将压力信号传递到控制器11和计算机12，利用控制器11和计算机12进行上水箱13的顶部自动或手动调控，该调控具体是指：具体实验过程中可以选择人工压力了控制和自动压力控制两种模式，正常状况下可以利用自动压力控制模式对实验系统内的压力进行控制；当自动压力控制不符合预期时可切换至人工控制模式，对压力进行控制。
24.所述的上水箱13的顶部进一步设有常开的蒸汽排放口7。
25.所述的上水箱13通过水泵8和储水罐9维持其内部液位高度。
26.所述的联合调控具体是指：打压排放系统、喷雾冷凝系统、通过蒸发冷凝回流系统三级压力调节子系统的配合，根据实际的压力与目标压力之间的差值，选择在不同的压力调节子系统。打压排放系统用于当实际压力与目标压力之间差值较大(大于一个大气压)时的调节；例如，当在实验目标压力为0.3mpa，而实验系统处于常压初始状态，投入打压-排放系统可使得实验系统压力快速接近目标压力。蒸发冷凝回流系统可以进行小范围的压力精准调节，保持压力稳定；实验过程中沸腾产生的蒸汽通过螺旋管冷凝器冷凝，蒸汽冷凝后的冷凝水受重力重新回流至实验系统内，减少实验系统内的冷却水损耗。在螺旋管冷凝器冷凝能力范围内，沸腾产生的蒸汽绝大部分均可被冷凝，是的系统压力具有一定的自稳自调特性，可进行压力的精细调节(调节范围约
±
5kpa)。当实验过程中，蒸发冷凝回流系统无法完成对压力的控制，系统压力不受控上升，在打压-排放系统投入使用之前，可以利用喷雾冷凝系统可在压力偏高时进行压力控制，避免直接投入打压-排放系统带来的压力降低过度。
27.本装置通过以下方式进行工作：首先将排气管7位置的处的阀门全部打开，利用水泵8将出水罐9内的实验流体注入上水箱13内的指定高度，如淹没加热器1，利用液位计14监测上水箱13内的液位。并开启ivr-ervc实验系统，并将实验系统内的水加热至饱和，完成实验开始前储压力调整外的其他准备工作。通过储气罐5注气打压，并配合排气管7位置的处的阀门开度的调整将压力初步调整至预期水平附近。上水箱气空间内的压力通过压力传感器10进行监测。当实际压力值低于预期水平和高于预期水平时，实际调控步骤并不相同，下面将进行分开表述。
28.当压力监测结果高于预期值时，且偏差较大时，通过快速排气阀4排出上水箱13气空间内的部分气体，快速降低压力使其接近预期压力水平；当气空间内的压力进一步接近预期水平，但仍有一定的偏差，打开喷雾冷凝器3，向上水箱13气空间内喷洒过冷水雾冷凝蒸汽，进而进一步降低气空间压力至预期水平。在实验过程中，随着加热功率的增加，伴随着液相的蒸发上水箱13气空间内将会集聚更多的蒸汽，进而导致压力上升。这一过程压力变化相对缓慢，通过控制增加螺旋管冷凝器2一次侧的过冷度和流量增加对蒸汽的冷凝，进而抑制压力的上涨。当实际监测压力与预期值偏差并不大时，仅通过喷雾冷凝器3或螺旋管冷凝器即可实现对压力的调控。
29.当压力监测结果低于预期值时，且偏差较大时，可利用储气罐5向上水箱13内的气空间内打压，快速增加气空间内的压力，使其接近预期压力水平。当气空间内的压力接近预期值，但仍有一定的偏差时，能够通过调小排气管7位置处阀门的开度，并打开预热器1，利用增加气空间内蒸汽量的方式小范围增加上水箱13内气空间的压力。当气空间内的压力与预期值仍有一定的偏差，但偏差并不大时，仅通过并打开预热器1，蒸发产生更过蒸汽量的
方式即可保持压力稳定。
30.在压力调控过程中，需要通过水泵8不断补水维持上水箱13内的液位高度。对于压力调节系统内的各个设备；利用控制器11可计算机12进行远程控制，能够选择自动和手动两种模式。
31.如图3-图5所示，为该系统投入使用过程中时，系统压力变化过程。其中，图3为利用打压排放系统进行快速泄压时，系统内的压力变化过程；图4为利用蒸发冷凝回流系统对系统进行蒸发加压过程中的压力变化；图5为压力稳定状态下的系统压力。这些实际压力监测结果表明该系统可以有效的在不同状态下对压力进行控制。
32.与现有技术相比，本装置通过三级压力调控子系统之间相互配合，实现在宽压力范围内进行压力的准确调控。利用打压排放系统对上水箱内的压力进行快速的初步控制，使其短时间内达到预期的压力值附近；蒸发冷凝回流系统对水箱内的压力进行微调，并保持动态稳定；当蒸发冷凝回流系统难以抑制压力上升时，利用喷雾冷凝系统喷放过冷水，对蒸汽进行冷凝，降低气空间的压力。本装置的喷雾冷凝系统采用环形喷雾器，以保证在实施喷雾冷凝时可对上水箱顶部气空间内的蒸汽进行均匀的冷凝。本装置的加热器设置于水箱的液面之下，能够通过控制加热功率控制蒸发量进而增加上水箱顶部气空间内的压力；通过增加螺旋管冷凝器二次侧的流体温度和流量控制降低上水箱顶部气空间内的压力；通过二者的配合进行水箱内气空间压力的微调。此外，螺旋管冷凝器在上水箱顶部倾斜布置，当蒸汽通过冷凝器与上水箱接管进入冷凝器被冷凝后，进入冷凝器一次侧底部，并通过最低高度位置的接管返回上水箱。
33.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。