专利名称：高温高压水循环系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水循环系统，具体为一种能够控制7K化学并实现高温高压条 件的水循环系统。
背景技术：
核电站材料的服役性能是关系到核电站能否安全运行的关键问题。从目前核 电站的运行经验来看， 一些关键设备材料如循环回路管道、蒸汽发生器传热管等 会发生各种各样的环境失效现象，其中最典型的失效方式就是应力腐蚀破裂，严 重威胁核电站的安全运行。所以研究核电关键材料在服役环境中的损伤和失效机
理，为材料的设计和加工成型提供依据并为材料的使用提供安^i平价准则势在必 行。要在实验室中进行模拟研究,首先要求能够模拟核电运行环境，即高温高压水 环境，并严格控制水的电导率、溶解氧含量、pH值等水化学参数。目前，国内
还没有制造这种能够控制水化学参数的高温高压7乂循环系统的厂家。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种能够控制水化学并实现高温高压条件的水循环 系统，解决高温高压水循环系统中水化学参数的调整与控制等问题，能够比较精 确模拟典型的核电运行水环境，为研究核电关键材料的环境失效行为提供了条件。
本实用新型的技术方案如下
一种高温高压水循环系统，该系统主要由两个回路组成， 一回路为常温常压 状态回路，二回路为高温高压状态回路，具体如下
在系统中设有储水罐，储7K罐底部的循环水出水口处有混合泵，该混合泵的 出水口有棉芯过滤器，棉芯过滤器出口分成4个支路，分别SA—回路和二回路 中；其中，
一回路包括与储水罐连接的3个支路，在与储水罐连接的支路I上装有手动
调节阀MV2;在与储水罐连接的支路II上装有手动调节阀MV6、转子流量计和 水处理装置，第一回路的支路II连接一管路，该管路分出两路，其中一路上装有一棉芯过滤器和手动调节阔MV5，另一路通过管路连至第二回路，在该管路上装
有单向阀CV3;在与储水罐连接的支路II让装有手动调节阀MV7，支路III再分 成3个分支路分别经过转子流量计和装有化学传,的涼通池，最后经过单向阀
CV4连回到储水罐中；
二回路中有高压泵，高压泵出水管路上装有缓冲罐、单向阀CV5、压力表II、 换热器，换热器通过一管路与高压釜的进水口连接，在该管路上装有手动调节阀
MV11;换热器通过另一管路与高压釜的出水口连接，在该管路上装有预热器和 手动调节阀MV12;换热器舰一管路与冷凝器入口连接，冷凝器出口管路上装
有压力变送器、过滤器、背压阀、压力莉II、电导率传感器EC、溶解氧传自 DO和热电偶。
所述一回路的支路I上目有旁通容器，在旁通容器的进、出口管路上分别 装有手动调节阀MV3、 MV4。
所述一回路的支路III的3个分支路上的化学传感器分别是电导率传感器EC、 溶解氧传感器DO和pH传自；装有pH传感器的分支路前有一截断阀IV3，装 有pH传感器的分支路旁边有一来自二回路的支路，在该二回路的支路上装有手 动调节阀MV8，在该二回路的支路上i^接一装有手动调节阀MV9的管路。
所述高压釜上还有一排气口 ，在高压釜的排气口管路上装有手动调节阀 MV13。
戶;M高压釜的旁边有一并行的旁路，旁路上M手动调节阀Mvio。
所述冷凝器出口管路上装有的过滤器为两个目数分别为100 //m和50 //m的
过滤器串联在一起。
所述储水罐底部开有排水口、通气口和循环水出水口，储7K罐侧面装有液位
计，储水罐上部开有两个循环7k进水口，储水罐顶部装有压力表I、安全阀以及
排气口。
所述储7乂罐底部开有的排水口、通气口，在所述排水口管路上有手动调节阀
MV1 ，在戶脱通气口内插有多孔的通气管，该通气口的管路上碟有单向阀CV2、 气体流量计并最后分为三路，其中两路上分别装有比例电磁阀，另一路上装有手
动调节阀；在所述循环水出水口上装有截断阀IV1。
所述储7乂罐顶部的排气口管路上装有单向阀CV1和排气装置。 本实用新型的有益效果是1、 本实用新型系统主要由两个回路组成， 一回路为常温常压状态，此回路 中通过不断循环可以使水的电导率达到所需的指标，能比较精确地控帝l冰中的溶
解氧含量和溶解氢含量，并可以检测水的pH值和温度变化，根据实验需要还能
在该回路中加入含有特殊离子的溶液。二回路中的高压泵和预热器可以使高压釜
中的水达到高温高压的状态(320°C， 12 MPa)，模拟一些实际服役环境(如核 电高温水环境) 行材料的环境失效实验，高压釜中出来的水经过换热和冷却 后可以回到一回路中继续循环使用。
2、 本实用新型的一回路中可通过各种水化学传感器检测电导率(EC)、溶解 氧含量(DO)、 pH值的变化； 一回路中的水处理装置可以不断去除水中的阴阳 离子，使电导率降低到M的指标。
3、 本实用新型的一回路中可通过一旁通容器加入含有特殊离子的溶液，为 研究各种离子的影响提供了条件。
4、 本实用新型的一回路可通过一套控制系统比较精确地控制溶解氧的含量， 溶解氧的含量控制请参见中国发明专利申请(专利申请号200810012594.2，
发明名称 一种精确控制水中溶解氧含量的系统及其应用)。
5、 本实用新型可根据亨利定律，利用气体质量流量计控制通入组分气体的 流量比，从而达到控制水中溶解氢含量的目的。
6、 本实用新型的二回路中可通过一隔膜式高压泵和背压阀来调节水的压力 在0至20 MPa之间，通过一预热器可将7K温加热到室驢35CTC 。
7、 本实用新型的二回路中通过换热器将大部分高压釜内高温出水的热量传 递给低温的进水，这样既减少了能量的损耗，又能使出水温度显著降低；出水再 经过冷凝器后即降到常温，被过滤器虑去杂质颗粒后经过背压阀即降至慌压，最 后回到一回路中循环反复使用。
8、 本实用新型的二回路中可实时检测高压釜中出水的电导率和溶解氧含量 变化，据此可以更加确切了解高压釜内的水化学参数，关闭截断阀，打开手动调 节阀后，还可领糧pH值的变化，还可以通过另一手动调节阀来取样分析。
图1为高温高压7jC循环系统的总体结构图。
图中，1液位计；2排气装置；3压力表I; 4旁通容器；5水处理装置；6 化学传感器；7热电偶；8压力莉II; 9背压阀；10压力变送器；11高压釜；12
6预热器；13换热器；14冷凝器；15流量计；16缓冲罐；17压力表II; 18高压 泵；19棉芯过滤器；20混合泵；21储水罐；22气瓶；23气体流量计。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供能够达到高温高压状态的7K循环系统，该系统 主要由两个回路组成。 一回路为常温常压状态，此回路通过不断循环可以使水的
电导率、溶解氧含Ki到所需的指标，并能检测水的pH值和iUit变化，根据实 验需要还可以在该回路中加入含有特殊离子的溶液。二回路中的高压泵18和预 热器12可以使高压釜11中的7乂达到高温高压的状态，从而模拟一些实际服役环 境(如核电高温高压水环境)进行材料的环境失效实验，高压釜11中出来的水
经过换热和冷却后可以回到一回路中继续循环使用。具体如下
在系统中有一个两百升左右的不锈钢储水罐21，该储水罐21底部开有排水 口、通气口和循环水出水口。在所述排水口管路上有一手动调节阀MV1以控制 是否排水；在所M气口内插有一根多孔的通气管使气体较为缓漫均匀iM入到 储水罐21内，该通气口的管路上3^有单向阀CV2、气体流量计23并最后分为 三路，其中两路上分别装有比例电磁阀，另一路上装有手动调节阀，其中两路上 的比例电磁阀用来自动控制水中的溶解氧含量，而手动调节阀用来手动通入气体; 在所述循环水出水口上装有一截断阀IV1，该阀打开时可以使储水罐21内的水进 入到回路中参与循环。储水罐21侧面装有一个高约1米的液位计1，可用来观测 储水罐21内水位的变换。储7夂罐21上部开有两个循环7，水口，使循环回路中 的水回到储水罐21内。储水罐21顶部装有压力表I3、安全阀以及排气口。压 力表I3可指示储水罐21内压力变化，安全阀可避免储7乂罐21内发生过压危险， 排气口管路上装有一单向阀CV1禾口排气装置2(专利申请号:200810011749.0)， 排气装置2能使储7jC罐21内气脾向排到大气中而不发生排空或倒吸现象。
储水罐21底部的循环水出水口处有一磁力混合泵20，该泵可将储水罐21内 的水泵到回路中参与循环。该混合泵20的出水口有一棉芯过滤器19以滤去水中 的杂质颗粒，然后出水分成4个支路，分别进入第一回路和第二回路中，其中第 一回路包括3个支路。
棉芯过滤器19滤后的出水有一部分经过一回路中的支路I直接回到储水罐 21中，在与储水罐21连接的支路I上装有手动调节阀MV2，这样可以使储水罐 21内的水上下混合，保证化学参数更为均匀一致。该支路I上^有一旁通容器4，在旁通容器4的进、出口管路上分别装有手动调节阀MV3、 MV4。当要往回 路中加入含有特殊离子的溶液时，先将手动调节阀MV3、 MV4关闭，旋开旁通 容器4上的密封盖，往容器内注入溶液，再将密封盖旋紧，打开手动调节阀MV3、 MV4，关闭手动调节阀MV2，这样当水循环时就能流经旁通容器4，将溶液带入 储水罐21内。
棉芯过滤器19滤后的出水有一部分经过一回路中的支路II回到储水罐21中， 支路II上装有一手动调节阀MV6、转子流量计和一套水处理装置。该支路II中流 量可M31转子流量计来观测，通过手动调节阀MV6来调节，水处理装置中包括 一根活性炭柱和两根混床超纯化柱。当水经过性炭柱时，水中微小的杂质粒子会 被吸附掉，随后经过混床超纯化柱时，水中的阴阳离子会被交换成氢离子和氢氧 根离子，经过这个过程以后出来的水电导率逐渐下降，水质将越来越纯。第一回 路的支路II连接一管路，该管路分出两路，其中一路上装有一棉芯过滤器和手动 调节阀MV5，另一路通过管路连至二回路，在该管路上装有单向阀CV3。当系 统中需要补充水时，打开手动调节阀MV5，入口的进水经过棉芯过滤器19除去
部分杂质后，并入支路n中进入循环系统。
棉芯过滤器19滤后的出7乂有一部分经过一回路中的支路III回到储水罐21中， 该支路II让有一手动调节阀MV7来调节M的流量，然后再分成3个分支路分 别经过一个转子流量计15和装有化学传感器6的涼lM池，最后经过一单向阀CV4 连回到储7乂罐21中。3个分支路上的化学传繊6分别是电导率传繊EC、溶 解氧传感器DO和PH传感器。装有pH传麟的分支路前有一截断阀IV3，装有 pH传感器的分支路旁边有一来自二回路的支路，在该二回路的支路上装有手动 调节阀MV8，在该二回路的支路上连接一装有手动调节阀MV9的管路。当需要 测量二回路的pH值时，将该分支路上的截断阀IV3关闭，并将二回路支路上的 手动调节阀MV8打开即可。
棉芯过滤器滤19后的出7jl有一部分经过二回路，该回路中有一隔膜式高压 泵18，能使该回路中水的压力维持在0到20MPa之间，高压泵18的出水口处 有一缓冲罐16，该缓冲罐16内充入高压气体后能减小泵出水压力波动的幅度， 使水压平稳。缓冲罐16后有一单向阀CV5以防止水回流，单向阀CV5后的安 全阀可避免压力过高产生危险，之后有一压力表II17指示压力大小。在压力表II 17之后的高压泵18出水管路上装有换热器13，换热器13通过一管路与高压釜11的热端(进水口)连接，在该管路上装有手动调节阀MV11;换热器13通过 另一管路与高压釜11的冷端(出水口)连接，在该管路上装有预热器12和手动 调节阀MV12。常温的高压水随后进入到换热器13中与高压釜11内出来的高 显
水进行换热过程，这样可使要进高压釜11的7jC温度上升，减少后面用来加热的 电能损耗，而且可大大降低出高压釜11高温水的温度，便于后面进一步将出水
冷却至常温，再回到储7夂罐21中循环利用。换热器13冷端的出水再进入到预热 器12中进一步加热到所需的工作温度，然后充入高压釜11内开始工作。高压釜
11是放置试样进行实验的容器，高压釜"上除了有进水口、出7夂口夕卜，还有一
排气口以排除高压釜11内残余的空气，在高压釜的排气口管路上装有手动调节
阀MV13。高压釜11的旁边有一并行的旁路，旁路上装有手动调节阀MV10，当 7乂化学参数没有达到所需的指标时，关闭高压釜11的进出口处的阀门，打开旁 路上的手动调节阀MV10让水从旁路流过，直到水化学参数达标后再让水通入高 压釜11内。换热器13通过一管路与冷凝器14入口连接，从高压釜11内出来的 高温高压水经过换热器13再进入冷凝器14，从冷凝器14出来的7乂温度可以降 到常温。冷凝器14出口管路上装有压力变送器10、过滤器、背压阀9、压力表 1118、电导率传感器EC、溶解氧传感器DO和热电偶7，压力变送器10可以感 应压力的变化并变送成4到20 mA电流信号。两个目数分别为100戶和50 //m 的过滤器串联在一起滤去在反应过程中产生的杂质。初步除杂的常温高压水随后 经过背压阀9，背压阀9是调节高压部分压力大小的阀门，它与高压泵18 i^作 用来维持两者之间的压力在一稳定的数值。常纟显高压水经过背压阀9后变成常温 常压7乂，再一次经过安全阀、压力莉I18、流量计、电导率传感器EC、溶解氧传 感器DO和热电偶7。此回路中测得的是高压釜出水的化学参数，与一回路中各 传感器测到的值有所不同，更能真实反映出高压釜内的反应条件。该回路经过一 个单向阀CV3后最终并入第一回路中的支路II上，并且分出两个支路以方便测量 pH值和取样。
运行这套高温高压7X循环系统，包括如下步骤
1、关闭手动调节阀MV1，将自来水管接到手动调节阀MV5上，打开该阀门， 此时水慢侵注入到储水罐21中，当水位到了一定高度时(约液位计2/3高度)， 关闭手动调节阀MV5。
92、 关闭手动调节阀MV3、 MV4、 MV11、 MV12，打开手动调节阀MV10、 截断阀IV1，启动混合泵20，调节手动调节阀MV2、 MV6、 MV7的开度，使各 个转子流量计15的数f直在^S的范围。
3、 让7jC在回路中不断循环，使电导率达到足够低的数值；若要控制溶解氧含 量，将各进气管连到对应的阀门上，打开气瓶22开关，在控制界面上设定好相 关的参数即可；若要控制溶解氢含量，根据所需浓度和该温度下的亨禾孫数计算 出组^^体的比例，然后在对应的气体质量流量计上按此比例设定好流量值即可。
4、 若要在回路中加入某一浓度的特殊离子，先等水质纯化到一定程度(电导 率达到60至70ns/cm)后短接水处理装置5两头的软管将其屏蔽，然后旋开旁 通容器4上的密封盖，将配好的溶液注入到容器中，将密封盖旋紧，最后打开手 动调节阀MV3、 MV4，关闭手动调节阀MV2。
5、 当各种水化学参数达至i」指标后，打开手动调节阀MV12、 MV13，使水墁 慢注入到高压釜11内，而高压釜11内气体从手动调节阀MV13处排出，当手动 调节阀MV13处开始溢7乂时将其关闭，再打开手动调节阀MV11，最后关闭手动 调节阀MV10。
6、 启动高压泵18，调节行程手轮，使水流量到^S值(一般为10L7h)，再
将手轮锁紧。
7、 慢tfJ顿时针旋紧背压阔9，可以看到压力表II17指示值慢慢增大， 一直旋 转到压力达到合适的数值(10MPa左右)。
8、 打开接到冷凝器14上的冷却水开关，接通预热器12电源，通过它将水温 加热到实验温度(30CTC左右)。
9、 实验结束后，先关闭预热器12电源和气瓶22开关，等高压釜11内温度 降到室温，关闭冷却7乂，逆时针旋转背压阀9直道压力表2指示为零，然后将高 压泵18行程调到零后，再将其关闭，最后关闭混合泵20。
权利要求1、一种高温高压水循环系统，其特征在于该系统主要由两个回路组成，一回路为常温常压状态回路，二回路为高温高压状态回路，具体如下在系统中设有储水罐(21)，储水罐(21)底部的循环水出水口处有混合泵(20)，该混合泵(20)的出水口有棉芯过滤器(19)，棉芯过滤器(19)出口分成4个支路，分别进入一回路和二回路中；其中，一回路包括与储水罐(21)连接的3个支路，在与储水罐(21)连接的支路I上装有手动调节阀MV2；在与储水罐(21)连接的支路II上装有手动调节阀MV6、转子流量计和水处理装置，第一回路的支路II连接一管路，该管路分出两路，其中一路上装有一棉芯过滤器和手动调节阀MV5，另一路通过管路连至第二回路，在该管路上装有单向阀CV3；在与储水罐(21)连接的支路III上装有手动调节阀MV7，支路III再分成3个分支路分别经过转子流量计(15)和装有化学传感器(6)的流通池，最后经过单向阀CV4连回到储水罐(21)中；二回路中有高压泵(18)，高压泵(18)出水管路上装有缓冲罐(16)、单向阀CV5、压力表II(17)、换热器(13)，换热器(13)通过一管路与高压釜(11)的进水口连接，在该管路上装有手动调节阀MV11；换热器(13)通过另一管路与高压釜(11)的出水口连接，在该管路上装有预热器(12)和手动调节阀MV12；换热器(13)通过一管路与冷凝器(14)入口连接，冷凝器(14)出口管路上装有压力变送器(10)、过滤器、背压阀(9)、压力表III(8)、电导率传感器EC、溶解氧传感器DO和热电偶(7)。
2、 按照权利要求1戶，的高温高压水循环系统，其特征在于所述一回路 的支路I上^有旁通容器(4)，在旁通容器(4)的进、出口管路上分别装有 手动调节阀MV3、 MV4。
3、 按照权利要求1所述的高温高压7X循环系统，其特征在于所述一回路的支路III的3个分支路上的化学传感器(6)分别是电导率传感器EC、溶解氧传感 器DO和pH传感器；装有pH传感器的分支路前有一截断阀IV3，装有pH传感 器的分支路旁边有一来自二回路的支路，在该二回路的支路上装有手动调节阔 MV8，在该二回路的支路上连接一装有手动调节阀MV9的管路。
4、 按照权利要求1所述的高温高压水循环系统，其特征在于所述高压釜 (11)上还有一排气口，在高压釜的排气口管路上装有手动调节阀MV13。
5、 按照权利要求1所述的高温高压7K循环系统，其特征在于所述高压釜 (11)的旁边有一并行的旁路，旁路上装有手动调节阀MV10。
6、 按照权利要求1所述的高纟显高压7K循环系统，其特征在于所述冷凝器(14)出口管路上装有的过滤器为两个目数分别为100戶和50/zm的过滤器串 联在一起。
7、 按照权利要求1所述的高温高压7乂循环系统，其特征在于所述储水罐 (21)底部开有排水口、通气口和循环水出水口，储7jC罐(21)侧面竊液位计(1)，储7乂罐(21)上部开有两个循环水进水口，储水罐(21)顶部装有压力表 I (3)、安全阀以及排气口。
8、 按照权利要求7所述的高温高压水循环系统，其特征在于所述储水罐(21)底部开有的排水口、通气口，在所述排水口管路上有手动调节阀MV1，在 所M气口内插有多孔的通气管，该通气口的管路上^有单向阀CV2、气体流 量计(23)并最后分为三路，其中两路上分别装有比例电磁阀，另一路上装有手 动调节阀；在所述循环水出水口上装有截断阀IV1。
9、 按照权利要求7所述的高温高压水循环系统，其特征在于所述储水罐 (21)顶部的排气口管路上装有单向阀CV1和排气装置(2)。
专利摘要本实用新型涉及水循环系统，具体为一种能够控制水化学并实现高温高压条件的水循环系统，解决高温高压水循环系统中水化学参数的测量与控制等问题。该系统主要由两个回路组成。一回路为常温常压状态，此回路中通过不断循环可以使水的电导率达到所需的指标，能比较精确地控制水中的溶解氧含量和溶解氢含量，并可以在线检测水的pH值和温度变化，根据实验需要还能在该回路中加入含有特殊离子的溶液。二回路中的高压泵和预热器可以使高压釜中的水达到高温高压的状态(320℃，12MPa)，模拟一些实际的服役环境(如核电高温水环境)来进行材料的环境损伤实验，高压釜中出来的水经过换热和冷却后可以回到第一回路中继续循环使用。
文档编号G01N33/00GK201359593SQ20082023237
公开日2009年12月9日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者匡文军, 吴欣强, 韩恩厚 申请人:中国科学院金属研究所