[發(fā)明專利]測量高溫高壓含塵氣流中器件壁面粉塵沉積特性的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510522759.0
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105070335B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 彭威;楊小勇;孫小凱;趙鋼;張?zhí)扃?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: G21C17/10
• 分類號: G21C17/10;G21C17/112;G21C15/00
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙)11311
• 代理人: 田明,任曉航

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及核反應堆工程領域，特別是一種測量在高溫高壓含塵氣流中器件壁面粉塵沉積特性的裝置。

背景技術(shù)

與其他核能系統(tǒng)相比，模塊式高溫氣冷堆具有安全性好、發(fā)電效率高等特點，受到各國普遍關(guān)注，而超高溫氣冷堆是第四代先進核能系統(tǒng)的候選堆型之一，被認為是最有可能在不遠的將來實施的先進堆型。在高溫氣冷堆中，堆芯除去少量燃料、控制材料外，基本上全都為石墨類材料，而球床堆特有的燃料球循環(huán)方式，使得燃料球在運動過程中其自身以及其它的石墨構(gòu)件和管道不可避免的將發(fā)生摩擦磨損，產(chǎn)生石墨粉塵。產(chǎn)生的石墨粉塵將跟隨一回路工質(zhì)氦氣在一回路中運動、擴散和沉積。石墨粉塵的運動行為對于高溫氣冷堆的運行具有較重要意義。在反應堆正常工況下運行時，石墨粉塵顆粒隨著冷卻氣體氦氣在反應堆一回路流動，并在一回路表面和流動死區(qū)發(fā)生沉積，對設備的維護和檢修帶來不便；石墨粉塵還會在蒸發(fā)器換熱管表面沉積，影響其換熱效率等；石墨粉塵顆粒為疏松多孔結(jié)構(gòu)，表面可吸附帶有放射性的裂變碎片。

因此，了解石墨粉塵在高溫堆一回路各裝置表面的沉積特性對于反應堆的安全運行和分析有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

目前，對于高溫堆中各設備器件表面的粉塵沉積情況的資料知之甚少。已有其他領域的壁面粉塵沉積特性的數(shù)據(jù)大多是基于空氣氛圍、常溫常壓下的數(shù)據(jù)，而高溫氣冷堆的冷卻劑為高溫高壓的氦氣。因而，要需要設計合適的方案實現(xiàn)對高溫氣冷堆一回路中高溫高壓的攜帶一定濃度石墨粉塵的氦氣工質(zhì)中各器件表面的粉塵沉積特性進行測量。

本發(fā)明提供一種能夠利用不同氣體工質(zhì)在高溫高壓工況下研究器件壁面粉塵沉積特性的裝置。

設計了一種高溫堆內(nèi)高溫高壓含塵氣流中器件壁面粉塵沉積特性的測試裝置，具體結(jié)構(gòu)見附件中圖1及2。

該裝置主要由高壓氣源系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、主管路系統(tǒng)、粉塵注入系統(tǒng)、試驗段系統(tǒng)以及除塵排放系統(tǒng)構(gòu)成。高壓氣源系統(tǒng)包含多種氣源，并且可以替換成不同的氣源，開展不同氣體工質(zhì)下的實驗。氣體注入到主管道之前，經(jīng)加熱系統(tǒng)加熱升溫，使得主管道環(huán)境為能夠模擬高溫氣冷堆一回路環(huán)境的高溫高壓。為較少散熱，主管道管道外圍包裹保溫隔熱材料。

為了減少上游管道壁面可能存在的沉積粉塵對下游的影響，本裝置設計為開式系統(tǒng)。通過主管道下游的恒流量閥門來設置需要的流量，通過主管道上游的恒壓閥來設置實驗需要的壓力值，從而可以獲得不同的氣體壓力和氣流速度。通過粉塵注入系統(tǒng)將石墨粉塵注入到主管道系統(tǒng)中的氣流中，從而形成具有一定濃度的含塵氣流。本裝置可以分析試驗器件在主管道中實驗前后表面石墨粉塵沉積特性的變化，如沉積的粉塵量、粉塵厚度、粉塵顆粒特性，可以進一步分析預測高溫堆中各器件壁面石墨粉塵沉積規(guī)律。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測量高溫堆一回路管道中器件壁面粉塵沉積特性的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為試驗段系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-高壓氣源系統(tǒng)；2-加熱系統(tǒng)；3-主管道系統(tǒng)；4-試驗段系統(tǒng)；5-粉塵注入系統(tǒng)；6-除塵排放系統(tǒng)；7-高壓空氣罐；8-高壓氮氣罐；9-高壓氦氣罐；10-加熱器；11-恒壓調(diào)節(jié)閥；12-壓力傳感器；13-溫度傳感器；14-功率調(diào)節(jié)器；15-溫度傳感器器；16-壓力傳感器；17-風速傳感器；18-連接法蘭；19-試驗段本體；20-試驗器件；21-高壓氣瓶；22-截止閥；23-粉塵容器；24-截止閥；25-恒流量調(diào)節(jié)閥；26-安全泄壓閥；27-過濾器；28-保溫層；29-盤管結(jié)構(gòu)器件；30-管道結(jié)構(gòu)器件；31-葉片結(jié)構(gòu)器件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如附圖1所示，一種測量高溫堆內(nèi)高溫高壓含塵氣流中器件壁面粉塵沉積特性的裝置，包括高壓氣源系統(tǒng)1、加熱系統(tǒng)2、主管道系統(tǒng)3、試驗段系統(tǒng)4、粉塵注入系統(tǒng)5、除塵排放系統(tǒng)6、恒壓調(diào)節(jié)閥11以及恒流量調(diào)節(jié)閥25；所述高壓氣源系統(tǒng)1和所述加熱系統(tǒng)2依次串聯(lián)在所述主管道系統(tǒng)3的一端，所述粉塵注入系統(tǒng)位于主管道系統(tǒng)3的側(cè)面，所述除塵排放系統(tǒng)6連接在所述主管道系統(tǒng)3的另一端，而所述試驗段4串聯(lián)在所述主管道系統(tǒng)3的內(nèi)部；其中，所述高壓氣源系統(tǒng)1用于向所述主管道系統(tǒng)3提供高壓氣體；所述加熱系統(tǒng)2用于對所述高壓氣源系統(tǒng)提供的氣體進行加熱；所述粉塵注入系統(tǒng)5用于對所述主管道系統(tǒng)3中的氣體加入石墨粉塵；所述除塵排放系統(tǒng)6用于整個裝置的氣體泄放出口。