[發明專利]一種非能動余熱排出熱交換器試驗裝置

有效

• 申請號: 201510367535.7
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104952497B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 陳玉宙;段明慧;呂玉鳳;李偉卿;畢可明;王煒;王含
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明具體涉及一種非能動余熱排出熱交換器試驗裝置。

背景技術

非能動余熱排出熱交換器(PRHR HX)是第三代壓水堆核電站AP1000中的應急堆芯冷卻系統，對緩解熱阱喪失事故起著重要作用。非能動余熱排出熱交換器主要由傳熱管和安全殼內換料水箱組成。反應堆冷卻劑系統熱段的流體流入傳熱管，被換料水箱中的水冷卻，從而將堆芯的衰變熱排出。由于不同溫度的冷卻劑之間存在密度差，在熱交換器中形成了自然循環。

非能動余熱排出熱交換器在自然循環過程中的兩相流動傳熱現象是對反應堆安全有重要影響的熱工水力現象。由于熱交換器一、二次側溫差大，參數變化范圍廣，涉及多種單相和兩相流動傳熱模式。自然循環流速低，受浮升力影響大，因此熱交換器中的動力學特性與強迫循環有顯著不同。目前，對非能動余熱排出熱交換器傳熱管內、外的兩相流動及傳熱現象認識不充分，因此，建立非能動余熱排出熱交換器試驗裝置用于開展自然循環兩相流動傳熱行為研究對于堆芯設計和安全分析技術的發展十分必要。

美國西屋公司針對AP600中的非能動余熱排出熱交換器建立了傳熱試驗裝置，用于驗證熱交換器的傳熱性能。試驗裝置的試驗段由3根并排的304不銹鋼豎直傳熱管浸沒在圓形水箱中，模擬熱交換器換熱管的豎直段在換料水箱中的傳熱。裝置保持了AP600非能動余熱排出熱交換器的完全高度，換熱管的壁厚、內徑及間距與真實尺寸相似。試驗裝置的運行工況能夠涵蓋AP600非能動余熱排出熱交換器的運行參數。但是，實際AP1000的熱交換器傳熱管是C形傳熱管，由上、下水平段和豎直段組成，其中水平段占傳熱管總表面積的42％，主要的傳熱發生在傳熱管上水平段。而在西屋公司建立的試驗裝置中，傳熱管只包含豎直段，在該裝置上不能開展水平段的傳熱試驗研究。同時，該試驗裝置的傳熱管采用304不銹鋼管，而AP1000中的傳熱管材質為因科鎳(Inconel 690)，兩種材質的熱導率相差約34％，這將對傳熱試驗數據的準確性和可靠性產生影響。

發明內容

針對上述試驗裝置的不足，本發明的目的在于建立與AP1000非能動余熱排出熱交換器C形管尺寸相同、材質接近的非能動余熱排出熱交換器傳熱試驗裝置，用于開展自然循環兩相流動傳熱試驗，為堆芯設計和安全分析提供試驗數據，并為非能動余熱排出熱交換器自然循環兩相流動傳熱程序模型的評價提供依據。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種非能動余熱排出熱交換器試驗裝置，所述試驗裝置包括傳熱試驗段、穩壓器、屏蔽泵、加熱器、循環泵、換熱器、高位水箱、低位水箱、提升泵、補水泵和噴淋泵；

其中，所述傳熱試驗段、穩壓器、屏蔽泵、加熱器組成試驗裝置的主回路系統；所述傳熱試驗段包括3根C形傳熱管和冷卻水箱，所述穩壓器與傳熱試驗段的出口管道和屏蔽泵的入口管道相連；所述屏蔽泵與傳熱試驗段的出口管道相連，通過調節屏蔽泵前的閥門和旁通閥門，調節主回路的流量；所述加熱器安裝在屏蔽泵和傳熱試驗段之間；

所述循環泵的入口與換熱器的管程出口連接，出口與冷卻水箱的入口管相連；

所述換熱器的管程入口與冷卻水箱的出口管相連，管程出口與循環泵的入口相連；

所述高位水箱儲存主回路系統用純水，在重力作用下向主回路系統注水；低位水箱儲存主回路系統用純水；

所述提升泵與高位水箱和低位水箱相連，將低位水箱中的水注入高位水箱中；補水泵安裝在低位水箱和穩壓器下管口之間，將低位水箱中的水從穩壓器底部注入，提升穩壓器壓力，且保證穩壓器內的水面不低于最低液位值；噴淋泵安裝在低位水箱和穩壓器上管口之間，將低位水箱中的水通過穩壓器頂部噴淋裝置向穩壓器中注水。

進一步地，如上所述的非能動余熱排出熱交換器試驗裝置，所述傳熱試驗段中，每根C形傳熱管由上水平段、豎直段和下水平段三段用卡套連接而成，3根C形傳熱管是分別嵌套在冷卻水箱的3個豎直圓管中；3根C形傳熱管的入口通過上分流器與試驗裝置主回路管道相連，3根C形傳熱管的出口通過下分流器與試驗裝置主回路管道相連。

進一步地，如上所述的非能動余熱排出熱交換器試驗裝置，所述冷卻水箱由3個豎直圓管并聯與上、下水平圓管連接而成，每個豎直圓管中分別包含了一根C形傳熱管的豎直段；冷卻水箱底部的下水平圓管上具有入口管，上水平圓管具有上法蘭蓋，所述上法蘭蓋上具有出口管，上法蘭蓋上還有另一個出口管用于冷卻水的溢流。