[實(shí)用新型]一種熔融物堆內(nèi)滯留壓力容器外部冷卻二維試驗(yàn)段

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202020175014.8
• 申請(qǐng)日: 2020-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN213042674U
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張澤皓;陸道綱;王漢;劉少華;靳愚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G21C17/00
• 分類號(hào): G21C17/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 李全旺

本實(shí)用新型公開了一種熔融物堆內(nèi)滯留壓力容器外部冷卻二維試驗(yàn)段，試驗(yàn)段設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)架上，試驗(yàn)臺(tái)架包括：水箱、換熱器、渦流流量計(jì)、過渡段、加熱系統(tǒng)、上升管、下降管段、出口閥、進(jìn)口閥、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)；試驗(yàn)段包括：半U(xiǎn)型流道和加熱銅塊。加熱銅塊設(shè)有功率可調(diào)整的加熱棒，正背面均有熱電偶孔，通過插入K型鎧裝熱電偶進(jìn)行測(cè)溫和分析加熱銅塊CHF分布和各個(gè)方向上的熱流密度。半U(xiǎn)型流道的正反兩面分別設(shè)有四個(gè)觀察窗，下表面設(shè)有三個(gè)圓形打光孔。本實(shí)用新型采用縮比方法對(duì)原型尺寸進(jìn)行縮比，并采用了二維切片模型，在縮短了工期和減少成本的情況下，又能保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于核電發(fā)電試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種熔融物堆內(nèi)滯留壓力容器外部冷卻二維試驗(yàn)段。

背景技術(shù)

在核電發(fā)展歷程中，核安全一直是人們所關(guān)心的重點(diǎn)問題。目前世界范圍內(nèi)已經(jīng)有400多個(gè)在役核電站，絕大部分按照二代核電技術(shù)建造。雖然核電廠已經(jīng)采取了一系列的措施來避免嚴(yán)重事故的發(fā)生，但是極端條件下仍可能發(fā)生超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的嚴(yán)重事故，如三里島事故，切爾諾貝利事故和福島事故。一旦嚴(yán)重事故發(fā)生，很有可能造成蒸汽爆炸，放射性物質(zhì)大量釋放等嚴(yán)重后果。現(xiàn)有研究表明，核電廠一旦發(fā)生堆芯熔融的嚴(yán)重事故，使熔融物得到冷卻保證壓力容器和安全殼的完整性，就能大量減少放射性物質(zhì)的釋放，減輕事故影響。自此之后，國(guó)際上逐漸形成了熔融物堆內(nèi)滯留(In-Vessel Retention,IVR)的壓力容器外部冷卻(External Reactor Vessel Cooling,ERVC)嚴(yán)重事故緩解策略。即冷卻水流過壓力容器外壁與保溫層之間形成的流道，將通過壓力容器下封頭壁面導(dǎo)出的熔融物的熱量帶出，從而防止壓力容器下封頭表面發(fā)生沸騰臨界，保證下封頭的完整性。目前，IVR-ERVC已經(jīng)成為以AP1000系列為代表的第三代先進(jìn)核電技術(shù)中一項(xiàng)核心的嚴(yán)重事故緩解措施。同樣，在其他先進(jìn)核反應(yīng)堆型中，EVR-ERVC同樣具有廣闊的應(yīng)用前景。

Kymalaiinen等針對(duì)Loviisa電廠進(jìn)行了研究，并首次系統(tǒng)提出了IVR-ERVC 嚴(yán)重事故緩解措施及外部冷卻有效性的評(píng)價(jià)方法。試驗(yàn)采用的是一維全高度回路，對(duì)流道內(nèi)流體的流動(dòng)狀況和CHF進(jìn)行了研究。得出結(jié)論，ERVC能夠保證 IVR的實(shí)現(xiàn)。

最具代表性的試驗(yàn)為美國(guó)加利福尼亞州大學(xué)開展的ULPU系列試驗(yàn)。旨在測(cè)量下封頭表面的臨界熱流密度，優(yōu)化保溫層結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)采用的是全尺寸試驗(yàn)回路和切片結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)段。ULPU試驗(yàn)項(xiàng)目共包括五個(gè)階段的試驗(yàn)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ試驗(yàn)針對(duì)的是AP600堆型，Ⅳ、Ⅴ針對(duì)的是AP1000堆型，對(duì)保溫層的結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行了研究試驗(yàn)。ULPU試驗(yàn)還明確給糊了壓力容器外部冷卻CHF的分布，如圖1所示。圖2則為ULPU系列試驗(yàn)典型的試驗(yàn)裝置。

另外，韓國(guó)也針對(duì)其先進(jìn)堆型APR1400展開了SBLB試驗(yàn)，采用的是縮比方法，但其是對(duì)三維臺(tái)架的縮比。

美國(guó)Sandia實(shí)驗(yàn)室開展了CYBL試驗(yàn)采用1：1比例的壓力容器對(duì)外部冷卻過程沸騰傳熱和流動(dòng)過程進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

可見，國(guó)外的研究大部分都是采用1:1比例的模型來模擬下封頭，即使是取切片模型也是全尺寸模擬的。這樣耗費(fèi)的時(shí)間較多，工程量比較大。

國(guó)內(nèi)方面，上海交通大學(xué)也開展了1:1的REPEC試驗(yàn)，針對(duì)的是CPR1000 先進(jìn)大功率堆型，采用的是二維切片結(jié)構(gòu)，全尺寸模擬壓力容器的二維切片結(jié)構(gòu)，其試驗(yàn)臺(tái)架如圖3所示。另外，還有一些利用軟件計(jì)算和利用傾斜的加熱壁面模仿加熱壁面進(jìn)行試驗(yàn)的項(xiàng)目。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在對(duì)于IVR-ERVC的相關(guān)研究，大部分都是針對(duì)下封頭的全尺寸模型或二維切片進(jìn)行分析，由于原型尺寸較為龐大，用原型切片進(jìn)行試驗(yàn)，存在不僅建造時(shí)間長(zhǎng)，花費(fèi)金額較大，而且試驗(yàn)過程中也會(huì)出現(xiàn)很多的問題。由于試驗(yàn)段所模擬的是反應(yīng)堆極端狀況下的狀況，缺少實(shí)際數(shù)據(jù)支持，所以對(duì)于二維切片模擬結(jié)果的可靠性無從確定。

因此希望有一種熔融物堆內(nèi)滯留壓力容器外部冷卻二維試驗(yàn)段能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中試驗(yàn)工期長(zhǎng)、成本高、準(zhǔn)確性的問題。