测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种关于核电氢安全设备方面的实验系统，具体涉及的是一种测 试核电用非能动氢复合器点火阈值(即高氢浓度性能）的装置。
【背景技术】
[0002] 日本福岛核事故以后，核电安全壳内的氢风险控制越来越受到重视，对氢安全设 备的要求越来越高，特别是在严重事故工况下氢安全设备是否仍然能发挥氢气控制或消除 的功能成了设备的重要考核依据。尤其是作为主要消氢手段的非能动氢复合器（PARs)，更 是要考核其在各种严重事故工况的运行性能。
[0003]一般地，PARS可描述为底部装填催化剂的竖直通道(俗称"烟道")。事故发生后， 氢分子和空气中的氧分子在催化剂表面接触，发生如下反应：
[0004] H.40.. ^K.O-Heat
[0005]该反应为强放热自由基反应。当使用活性组分为铂或钯的催化剂后，该反应活化 能会大大地减小，从而能够在低温条件下开始反应。反应遵循Langmuir-Hinchelwood两 步法机理：首先是反应物向催化剂表面的扩散，然后是吸附在催化剂上的反应物发生反应。 反应放出的热量为催化元件周围的气流上升提供推动力：气体温度升高，密度降低，在浮力 驱动下向上流动，同时从PARs下方吸入低温高浓度混合气，如此形成自然对流。催化反应 区出口的高温低密度气体将在复合器上部形成烟肉效应，提高复合器自然对流能力，增加 单位时间内流过复合器的气体，从而提高复合器的消氢能力。最后，反应后的气体经过复合 器顶部排出。PARs与安全壳大气环境的自然对流循环有效地促进了易燃气体混合，避免了 氢气的累积。根据以上描述，烟道效应与气流循环是氢复合器能够实现消氢功能的关键。
[0006]但是，在事故工况下，安全壳内可能存在各种复杂的环境条件：氢浓度在局部区域 可能达到或超过8%。此时氢复合器催化板的反应温度很快达到600°C以上，超过氢气爆炸 需要的点火温度，极易发生点火爆炸现象，从而威胁安全壳的结构完整性。因此，考察氢复 合器在高氢浓度(接近8%)时的消氢运行情况是非常必要的。
[0007]但是，进行氢复合器整机点火阈值（即高氢浓度性能）试验是非常危险和困难的。 试验使用的氢气浓度较高，远高于氢气与空气的爆炸极限（4%)，容易点火爆炸，非常危险。 另一方面，复合器启动阈值小于2%，整机消氢容量巨大，单台复合器2. 4kg/h，即1小时消除 26m3 (STP)的氢气，进行点火阈值试验时，向试验容器内通入氢气时，氢复合器在2%氢浓度 下以启动，以1小时26m3 (STP)的速度消氢，消氢速度远远大于通入氢气的速度，使复合器 附近氢浓度很难达到8%，很难检测到高氢浓度下的氢复合器消氢性能。
[0008]我国的非能动氢气复合器主要从法国阿海珐公司进口。国内虽有这方面的研究， 但由于技术方面的限制，要想实现上述试验条件非常困难，因而目前只使用1:10的缩比复 合器样机进行氢量很少的高氢浓度试验，通常只能用于实验室研究，根本不能反映非能动 氢气复合器在高氢浓度工况下真正的消氢性能，因此也难以满足目前实际工况的需要。 【实用新型内容】
[0009] 针对上述技术不足，本实用新型提供了一种测试核电用非能动氢复合器点火阈值 的装置，其在配合"模拟核电安全壳严重事故工况的实验系统"后，可以真实、全面地模拟出 核电站高氢浓度事故工况，实现对非能动氢复合器的点火阈值进行全面的检测。
[0010] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
[0011] 测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置，包括活塞机构、悬挂机构和用于阻 塞非能动氢复合器烟道出口的不锈钢包壳；所述活塞机构包括流体通入管道，以及与该流 体通入管道可拆卸连接的活塞缸；所述悬挂机构包括与设置在活塞缸内的活塞连接的直连 杆，与该直连杆连接的"L"形连杆，以及自然悬挂在该"L"形连杆短边末端的铰链挂架；所 述不锈钢包壳通过铰链与铰链挂架连接。
[0012] 作为优选，所述流体通入管道通过密封法兰与活塞缸连接。
[0013] 进一步地，所述活塞的截面积为20~40cm2。
[0014] 本实用新型的设计原理在于，非能动氢复合器是通过烟道气体循环将附近的可燃 气体抽到催化板处进行复合，氢一空混合气循环速度接近l〇〇〇m3/h。而在模拟核电站高氢 浓度事故工况中，如果主动阻塞非能动氢复合器的烟道出口，则可以完全停止烟道效应，迫 使其上的催化板只能先将附近的氢气复合掉，同时远处氢气只能通过扩散作用扩散到催化 板处，如此一来，按照菲克定律可知，由于气体扩散的速度很慢，远小于烟道效应的气体流 动速度，因而此时的催化板能复合的氢气量很小，通入氢气时，氢浓度上升速度就能显著加 快。如此一来，就能使氢浓度达到预设值（4%~8%)，然后再主动去除对烟道出口的阻塞、并 使烟道效应恢复，便能观测到非能动氢复合器在高氢浓度下的运行情况。
[0015]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0016] (1)本实用新型通过设计出一种新型的测试装置，并将其与"模拟核电安全壳严重 事故工况的实验系统"配合，从而全面模拟出了核电站高氢浓度事故工况，并对非能动氢气 复合器的整机性能进行了实时测试(氢气浓度、温度的实时测量)。由于模拟的工况真实、全 面，并且是对非能动氢气复合器整机进行"实时在线"高氢浓度测试，其对压力反应容器的 性能、进行反应和取样等安全性的考虑是实验室级别所达不到的，因此，本实用新型对非能 动氢复合器的点火阈值测试结果非常接近实际工况，可直接作为研究和设计非能动氢气复 合器及其在核电站中布置的参考标准和依据。
[0017] (2)本实用新型巧妙利用了气体烟道循环与单纯扩散的性质差异，在只使用了全 机械结构设备的条件下，就很好地实现了高氢浓度的试验条件，并且在通入氢气时，由于非 能动氢复合器的消氢量少、温度较低，因此也能防止其过早点火，保证试验安全。
[0018] (3)本实用新型设计严谨、安全性高，在确保模拟的高氢浓度事故工况真实、全面 的基础上实现了重大的创新，突破了现有技术的限制，为非能动氢气复合器的设计能够达 到相应实际工况的技术标准提供了非常有价值的参考，因此，本实用新型具有相当高的应 用价值。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0020] 图2为本实用新型中活塞机构与悬挂机构的剖面连接示意图。
[0021] 图3为本实用新型的使用状态图。
[0022] 图4为非能动氢复合器的结构示意图。
[0023] 图5为本实用新型在试验中的各阶段状态示意图。
[0024] 图6为利用本实用新型进行非能动氢复合器整机试验时催化板温度与催化板处 氢浓度的变化曲线图。
[0025] 其中，附图标记对应的零部件名称为：
[0026] 1-活塞机构，101-流体通入管道，102-活塞缸，2-悬挂机构，201-直连杆，202_"L" 形连杆，203-铰链挂架，3-铰链，4-不锈钢包壳，5-实验系统，6-防喷淋板，7-顶板支撑柱， 8-烟道出口，9-烟道外壳，10-催化板插孔排，11-催化板固定板。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括 但不限于下列实施例。 实施例
[0028] 如图1、2所示，本实用新型提供了一种可以用于测试核电用非能动氢复合器点火 阈值的装置，其包括活塞机构1、悬挂机构2和不锈钢包壳4。如图2所示，所述的活塞机构 1包括流体通入管道101，以及与该流体通入管道101可拆卸连接的活塞缸102,本实施例 中，为确保流体通入管道101与活塞缸102之间的密封性，二者通过密封法兰连接；所述悬 挂机构2则包括与设置在活塞缸102内的活塞连接的直连杆201，与该直连杆201连接的 "L"形连杆202,以及自然悬挂在该"L"形连杆202短边末端的铰链挂架203。
[0029] 所述的不锈钢包壳4下端用于阻塞非能动氢复合器的烟道出口，该不锈钢包壳4 上端则通过铰链3与铰链挂架203连接。
[0030] 本实用新型在使用的过程中，需配合"模拟核电安全壳严重事故工况的实验系统" 来对非能动氢复合器的点火阈值性能进行测试。本实施例所述的"模拟核电安全壳严重 事故工况的实验系统"（以下简称"实验系统"）为已经公开的技术，其中国专利申请号为： 201410539281. 8,而针对该实验系统的结构及其用途均已记载在其专利申请文件中，因此， 本实施例不再对该实验系统进行详细的介绍。
[0031] 下面对本实用新型配合实验系统实现一次非能动氢复合器整机高氢浓度性能测 试的流程进行详细介绍。
[0032] 如图3所示，首先，将非能动氢复合器和本实用新型一同放入到实验系统5的实验 容器内，并将不锈钢包壳放置在非能动氢