[發(fā)明專利]一種核反應(yīng)堆穩(wěn)壓器安全閥水封試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711455892.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN108181099B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向延;巫英偉;王明軍;譚冰;田文喜;秋穗正;蘇光輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/003
• 分類號(hào): G01M13/003;G01M3/28
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

1.一種核反應(yīng)堆穩(wěn)壓器安全閥水封試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括去離子制水系統(tǒng)(1)、連接去離子制水系統(tǒng)的第一流量控制閥(801)的第一補(bǔ)水泵(201)，第一補(bǔ)水泵(201)另一端連接加熱水箱(3)，加熱水箱(3)低端連接有第一排污閥(802)，同時(shí)加熱水箱(3)內(nèi)置有多組加熱棒，每組加熱棒功率為60kW；加熱水箱(3)外部連接有測量其液位的第一差壓變送器(1001)；加熱水箱(3)出口設(shè)置第一溫度傳感器(901)；他們?cè)诨芈分衅鸬綖樵囼?yàn)回路提供低于飽和溫度的去離子水，同時(shí)保證加熱水箱內(nèi)加熱棒的正常穩(wěn)定工作，以上組成了試驗(yàn)系統(tǒng)的水源及預(yù)加熱模塊；

加熱水箱(3)下游連接有高溫泵(202)，高溫泵(202)連接第二流量控制閥(803)，第二流量控制閥(803)控制反應(yīng)堆穩(wěn)壓器模擬體壓力容器(4)的流量，壓力容器(4)低端設(shè)置有第二排污閥(804)，控制壓力容器內(nèi)的水存量；壓力容器(4)下半部裝有加熱棒以及整流板，加熱棒總功率為200kW；壓力容器(4)中部設(shè)置有第二溫度傳感器(902)，監(jiān)測壓力容器內(nèi)水溫；壓力容器(4)上半部和下半部分分別連接有第二差壓變送器(1002)的低壓端和高壓端，檢測壓力容器(4)坍塌液位；壓力容器(4)斜上方連接有水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)，為實(shí)驗(yàn)主要試驗(yàn)段；壓力容器(4)頂部裝有壓力傳感器(11)和導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)(12)，用于檢測壓力容器(4)內(nèi)坍塌液位、混合液位，保證加熱棒的安全運(yùn)行，壓力容器(4)外層包裹保溫棉，以上組成了系統(tǒng)的壓力容器模塊；

壓力容器(4)頂端連接有電動(dòng)排氣閥(808)，同時(shí)還連接有不凝結(jié)氣體進(jìn)口閥(806)，不凝結(jié)氣體進(jìn)口閥(806)另一端連接不凝結(jié)氣體氣瓶(7)，不凝結(jié)氣體進(jìn)口閥(806)與氣瓶(7)之間設(shè)置有加壓閥(807)，主要調(diào)節(jié)壓力容器(4)內(nèi)不凝結(jié)氣體的濃度以及壓力容器(4)的壓力,不凝結(jié)氣體的濃度根據(jù)分壓定理確定；壓力容器(4)頂端通過真空泵控制閥(805)連接真空泵(6)，用于壓力容器(4)及水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)的真空處理，以上共同組成了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的氣體充排和抽真空模塊；

水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)上部為等效安全閥散熱肋片，中間為傳熱管道，下部為水封鏟型收集槽，等效安全閥散熱肋片通過法蘭與傳熱管道連接；在可視化試驗(yàn)中等效安全閥散熱肋片能夠更換外石英玻璃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄；水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)的傳熱管段和壓力容器(4)側(cè)壁分別連接第三差壓變送器(1003)的高壓端和低壓端，用來判定水封形成情況；水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)沿軸向分別布置有多個(gè)溫度傳感器，用于檢測水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)的溫度場分布；水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)頂端連接第一排水閥(809)，低端連接第二排水閥(810)，主要用于實(shí)驗(yàn)開始前的排氣和實(shí)驗(yàn)?zāi)┢诘呐潘幚恚凰饨Y(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)的等效安全閥散熱肋片不包裹保溫棉，傳熱管段包裹保溫棉，以上共同組成了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)段模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆穩(wěn)壓器安全閥水封實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：試驗(yàn)系統(tǒng)中加熱水箱(3)內(nèi)的加熱功率、壓力容器(4)內(nèi)的加熱棒功率以及所有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制均通過可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控，組成了系統(tǒng)的控制模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆穩(wěn)壓器安全閥水封實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：試驗(yàn)系統(tǒng)上布置的所有溫度傳感器、壓力傳感器、壓差變送器均通過NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)(13)上，以上組成系統(tǒng)的測量采集模塊。

4.權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法，其特征在于：試驗(yàn)開始前對(duì)回路進(jìn)行水壓、氣密性檢測，確保回路在高溫高壓下的邊界完整，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三部分；

1)空氣對(duì)水封的影響試驗(yàn)：

開啟主回路前，開啟第一排污閥(802)、第二排污閥(804)和電動(dòng)排氣閥(808)，保持其余閥門關(guān)閉；待加熱水箱(3)和壓力容器(4)水排盡后，關(guān)閉第一排污閥(802)和第二排污閥(804)；開啟去離子制水系統(tǒng)(1)，開啟第一流量控制閥(801)以及第一補(bǔ)水泵(201)，向加熱水箱(3)補(bǔ)水；通過加熱水箱(3)上第一差壓變送器(1001檢測水位，待加熱水箱中水位達(dá)到加熱水箱上端后，關(guān)閉第一流量控制閥(801)和第一補(bǔ)水泵(201)，開啟加熱水箱(3)中加熱棒，將加熱水箱的水溫提高到70-80℃后，關(guān)閉加熱水箱(3)中加熱棒；實(shí)驗(yàn)預(yù)加熱模塊完成工作；

開啟高溫泵(202)和第二流量控制閥(803)向壓力容器(4)補(bǔ)水，通過壓力容器(4)上的第二差壓變送器(1002)檢測壓力容器液位高度，待液位達(dá)到壓力容器3/5高度時(shí)，停止補(bǔ)水；關(guān)閉高溫泵(202)和第二流量控制閥(803)，同時(shí)關(guān)閉電動(dòng)排氣閥(808)；開啟壓力容器(4)內(nèi)加熱棒，通過第二溫度傳感器(902)和壓力傳感器(11)檢測壓力容器內(nèi)的水物性變化；待水溫度和壓力達(dá)到額定工況后，開啟水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)的排水閥(810)，待水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)液位排盡后關(guān)閉排水閥(810)；降低壓力容器(4中加熱棒加熱功率，維持壓力容器溫度壓力穩(wěn)定即可；

開啟NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始記錄壓力容器(4)內(nèi)壓力、混合液位、坍塌液位以及水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)處的溫度、壓差變化；由于等效安全閥散熱肋片的散熱以及傳熱管道第三差壓變送器(1003)中出現(xiàn)突變時(shí)，判定為水封形成；隨著蒸氣進(jìn)一步由于等效安全閥散熱肋片散熱發(fā)生冷凝，水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)液位逐漸上升，水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)沿軸向分別布置的多個(gè)溫度傳感器分別檢測水封結(jié)構(gòu)處的溫度變化。；待冷凝液完全充滿水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)，試驗(yàn)結(jié)束，停止數(shù)據(jù)采集；開啟第二排水閥(810)和第一排水閥(809)，排盡水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)的水，關(guān)閉第二排水閥(810)和第一排水閥(809)；調(diào)節(jié)壓力容器(4)內(nèi)加熱棒功率，進(jìn)入下一個(gè)試驗(yàn)工況；更換水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)的等效安全閥散熱肋片為石英玻璃后進(jìn)行上述操作，觀測水封形成前后現(xiàn)象；

2)純蒸汽水封實(shí)驗(yàn)

開啟主回路前，開啟第一排污閥(802)、第二排污閥(804)和電動(dòng)排氣閥(808)，保持其余閥門關(guān)閉；待加熱水箱(3)和壓力容器(4)水排盡后，關(guān)閉第一排污閥(802)和第二排污閥(804)；開啟去離子制水系統(tǒng)(1)，開啟第一流量控制閥(801)以及第一補(bǔ)水泵(201)，向加熱水箱(3)補(bǔ)水；通過加熱水箱(3)上第一差壓變送器(1001)檢測水位，待加熱水箱中水位達(dá)到加熱水箱上端后，關(guān)閉第一流量控制閥(801)和第一補(bǔ)水泵(201)，開啟加熱水箱(3)中加熱棒，將加熱水箱的水溫提高到70-80℃后，關(guān)閉加熱水箱(3)中加熱棒；實(shí)驗(yàn)預(yù)加熱模塊完成工作；

開啟高溫泵(202)和第二流量控制閥(803)向壓力容器(4)補(bǔ)水，通過壓力容器(4)上的第二差壓變送器(1002)檢測壓力容器液位高度，待液位達(dá)到壓力容器3/5高度時(shí)，停止補(bǔ)水；關(guān)閉高溫泵(202)和第二流量控制閥(803)，同時(shí)關(guān)閉電動(dòng)排氣閥(808)，開啟真空泵控制閥(805)以及真空泵(6)，對(duì)壓力容器(4)及水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)進(jìn)行抽真空處理；壓力容器(4)內(nèi)壓力達(dá)到真空泵(6)抽真空極限時(shí)，停止真空泵(6)和關(guān)閉真空泵控制閥(805)；開啟壓力容器(4)內(nèi)加熱棒，壓力容器(4)開始升壓，待壓力容器表壓達(dá)到0.15MPa時(shí)，關(guān)閉壓力容器(4)內(nèi)加熱棒；開啟電動(dòng)排氣閥(808)，壓力容器(4)開始卸壓，蒸氣夾帶空氣噴出壓力容器(4)，待壓力容器(4)內(nèi)壓力接近常壓后關(guān)閉電動(dòng)排氣閥(808)；此時(shí)壓力容器內(nèi)空氣濃度降低，重復(fù)上述抽真空、升壓、排氣操作三次，近似看做壓力容器內(nèi)空氣排盡；

開啟電動(dòng)排氣閥(808)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始記錄壓力容器內(nèi)壓力、混合液位、坍塌液位以及水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)處的溫度、壓差變化；由于等效安全閥散熱肋片的散熱以及傳熱管道第三差壓變送器(1003)中出現(xiàn)突變時(shí)，判定為水封形成；隨著蒸氣進(jìn)一步由于等效安全閥散熱肋片散熱發(fā)生冷凝，水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)液位逐漸上升，水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)沿軸向分別布置的多個(gè)溫度傳感器分別檢測水封結(jié)構(gòu)處的溫度變化；待冷凝液完全充滿水封試驗(yàn)段(5)，試驗(yàn)結(jié)束，停止數(shù)據(jù)采集；開啟第二排水閥(810)和第一排水閥(809)，排盡水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)水，關(guān)閉第二排水閥(810)和第一排水閥(809)；調(diào)節(jié)壓力容器(4)內(nèi)加熱棒功率，進(jìn)入下一個(gè)試驗(yàn)工況；更換水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)的等效安全閥散熱肋片為石英玻璃后進(jìn)行上述操作，觀測水封形成前后現(xiàn)象；

3)不凝性氣體對(duì)水封影響實(shí)驗(yàn)

開啟主回路前，開啟第一排污閥(802)、第二排污閥(804)和電動(dòng)排氣閥(808)，保持其余閥門關(guān)閉；待加熱水箱(3)和壓力容器(4)水排盡后，關(guān)閉第一排污閥(802)和第二排污閥(804)；開啟去離子制水系統(tǒng)(1)，開啟第一流量控制閥(801)以及第一補(bǔ)水泵(201)，向加熱水箱(3)補(bǔ)水；通過加熱水箱(3)上第一差壓變送器(1001)檢測水位，待加熱水箱中水位達(dá)到加熱水箱上端后，關(guān)閉第一流量控制閥(801)和第一補(bǔ)水泵(201)，開啟加熱水箱(3)中加熱棒，將加熱水箱的水溫提高到70-80℃后，關(guān)閉加熱水箱(3)中加熱棒；實(shí)驗(yàn)預(yù)加熱模塊完成工作；

開啟高溫泵(202)和第二流量控制閥(803)向壓力容器(4)補(bǔ)水，通過壓力容器(4)上的第二差壓變送器(1002)檢測壓力容器液位高度，待液位達(dá)到壓力容器3/5高度時(shí)，停止補(bǔ)水；關(guān)閉高溫泵(202)和第二流量控制閥(803)，同時(shí)關(guān)閉電動(dòng)排氣閥(808)，開啟真空泵控制閥(805)以及真空泵(6)，對(duì)壓力容器(4)及水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)進(jìn)行抽真空處理；壓力容器(4)內(nèi)壓力達(dá)到真空泵(6)抽真空極限時(shí)，停止真空泵(6)和關(guān)閉真空泵控制閥(805)；開啟壓力容器(4)內(nèi)加熱棒，壓力容器(4)開始升壓，待壓力容器表壓達(dá)到0.15MPa時(shí)，關(guān)閉壓力容器(4)內(nèi)加熱棒；開啟電動(dòng)排氣閥(808)，壓力容器(4)開始卸壓，蒸氣夾帶空氣噴出壓力容器(4)，待壓力容器(4)內(nèi)壓力接近常壓后關(guān)閉電動(dòng)排氣閥(808)；此時(shí)壓力容器內(nèi)空氣濃度降低，重復(fù)上述抽真空、升壓、排氣操作三次，近似看做壓力容器內(nèi)空氣排盡；關(guān)閉壓力容器(4)出口的電動(dòng)排氣閥(808)，開啟不凝結(jié)氣體進(jìn)口閥(806)和加壓閥(807)，氮?dú)狻⒑夂蜌錃鈴牟荒Y(jié)氣體氣瓶(7)通過不凝結(jié)氣體進(jìn)口閥(806)和加壓閥(807)充入壓力容器(4)，通過控制加壓閥(807)開度，控制不凝結(jié)氣體氣瓶(7)出口壓力，確定進(jìn)入壓力容器(4)內(nèi)不凝結(jié)氣體的含量；

開啟NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始記錄壓力容器(4)內(nèi)壓力、混合液位、坍塌液位以及水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)處的溫度、壓差變化；由于等效安全閥散熱肋片的散熱以及傳熱管道第三差壓變送器(1003)中出現(xiàn)突變時(shí)，判定為水封形成；隨著蒸氣進(jìn)一步由于等效安全閥散熱肋片散熱發(fā)生冷凝，水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)液位逐漸上升，水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)沿軸向分別布置的多個(gè)溫度傳感器分別檢測水封結(jié)構(gòu)處的溫度變化；待冷凝液完全充滿水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，停止數(shù)據(jù)采集；開啟排水閥(810)和排水閥(809)，排盡水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)內(nèi)的水，關(guān)閉排水閥(810)和排水閥(809)；。調(diào)節(jié)壓力容器(4)內(nèi)加熱棒功率，進(jìn)入下一個(gè)試驗(yàn)工況；更換水封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段(5)的等效安全閥散熱肋片為石英玻璃后進(jìn)行上述操作，觀測水封形成前后現(xiàn)象。