一种核电化工管道冰塞隔离测试装置的制作方法

本发明涉及机械领域，具体涉及一种核电化工管道冰塞隔离测试装置。

背景技术：

核安全是核电事业的生命线，是保持核电持续稳定健康发展的前提和基础。核电厂设备较多、结构复杂且工艺系统很多，维修工作量很大。当系统中管道上的设备需要进行解体或必须拆除才能维修时，则要对该设备的上下游进行隔离或者排掉整个管系中的贵重液体甚至被迫全厂停产等。然后，当该系统的需维修设备附近无隔离设备，或隔离设备暂时不可用，同时考虑到系统的安全性(有些系统作为反应堆热阱在任何时候都必须充满水，有些系统的液体具有放射性，担心放射性外逸等)和经济性(系统介质量大、疏排时间长、重水降级等)，就会给维修带来相当大的难度。在这种情况下伴随着低温工程技术的发展，产生了一种有效的简化管道的维修与处理的方法，即为冰塞法。冰塞又称冷冻堵漏。

所谓冰塞，就是利用制冷剂(液氮或干冰等)对需要隔离的系统管道进行局部冷却，使该管段内的液态介质凝固结冰，形成一段能承受高压力的冰塞，从而实现设备隔离的目的。具有制备冰塞的能力对电站的安全运行和经济性有重大的意义。它能有效地隔离系统，同时又避免了整个系统的停运或疏排，以及放射性物质外逸的风险。在国内，冰塞作为有效的隔离手段并没有得到广泛的应用。对于如何利用冰塞夹套来制作冰塞、如何来表征其温度及冰塞对管道材料的性能影响，运用冰塞时产生的应力是否会对材料造成影响、材料在低温下其性能是否有改变或改变程度有多大、不同管径管道是否都适合使用冰塞技术，另外管道是否能承受冻结应力，为了防止管壁横向温度梯度过大而发生可能的平面缺陷如何控制管道的降温速率等这些很现实而又严峻的问题却没有得到解决，这在很大程度上也限制了冰塞隔离法在国内的广泛应用。导致如何利用冰塞夹技术还处在摸索阶段，这些问题都限制了冰塞技术的进一步发展和推广。

因此，针对冰塞隔离技术存在的问题，开发的一套核电化工管道冰塞隔离技术试验方法与测试装置，可以实时监测管道冰塞应力及管道温度同时也可进行冰塞隔离对电厂管道材料的性能影响研究。对提高核电站维修效率，保证核电设备安全性、可靠性和使用寿命至关重要。

本装置具有操作简单、效果明显、方法可靠等优点，因此，可以在核电厂、化工企业都进行推广。

技术实现要素：

1、发明目的

为了研究冰塞技术在实际运用过程中因为温度变化和液体相变而产生的应力对管道所造成的影响，冰塞过程管道的温度梯度及冰塞形成过程进行相应的研究及如何将冰塞应用与管道隔离技术。本发明提供一种有效的试验装置及研究方法可以准确地测量分析冰塞隔离技术对核电管道的力学性能影响，冰塞结冰过程及冰塞过程管道温度变化等等，进一步将冰塞技术用于核电行业，指导工程实践。提高核电站维修效率，保证核电设备安全性、可靠性和使用寿命至关重要。

2、技术方案

一种核电化工管道冰塞隔离测试装置，包括支撑架、冰塞实验管道、管道变形检测装置、应变测量装置、温度测量装置、压力测量装置、透射光源、高速摄像头及冰塞制备装置；冰塞实验管道两端通过透明法兰固定封口；应变测量装置和冰塞实验管道上侧接触连接，管道变形检测装置、温度测量装置和冰塞实验管道下侧接触连接；支撑架固定支撑冰塞实验管道。

所述的支撑架为框架结构，底部为正方形板，矩形钢板焊接在铝板中央，矩形钢板顶部开v形槽；支撑架共两个，对称分布。

所述的冰塞实验管道用透明法兰将两端封口；在冰塞实验管道上开进水孔和出水孔，压力表安装孔。

所述的应变测量装置包括低温应变片，低温应变片均匀分布在冰塞实验管道上；所述的温度测量装置包括低温温度传感器，低温温度传感器探头接触获得冰塞实验管道外表面温度。

所述的冰塞制备装置主要包括冰塞夹套装置、液氮管、调节阀、液氮瓶和液氮泵；冰塞夹套装置通过液氮管和液氮泵固定连接，液氮管上固定安装调节阀；液氮泵和液氮瓶通过管道连接。

所述的冰塞实验管道中心固定安装冰塞夹套装置，冰塞夹套装置利用螺栓连接夹紧冰塞实验管道。

所述的冰塞实验管道右侧法兰固定连接高速摄像头。

所述的冰塞实验管道左侧为透射光源。

所述的压力测量装置为压力表，压力表与冰塞实验管道通过螺纹连接。

3、发明效果

支撑架用以支撑试验管道，通过冰塞制备装置制备冰塞，对管道采用透明法兰进行密封并通过高速摄像机观察到管道内液体变化情况，均匀分布的低温应变片和温度传感器可以获得管道试验过程中各点的应变和温度数据，通过以上获得的数据可以对管道进行应力分析与安全性评估分析。

本发明专利的效果主要表现在：

专利的支撑架适合核电站常用各种尺寸的管道。整个冰塞试验装置能够获得各个测量点的应变变化和温度变化，试验过程中可以实时监测管道内液体结冰过程，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为冰塞试验装置示意图

图2为支撑架示意图

图3为试验管道示意图

图中：1、支撑架，2、冰塞实验管道，3、低温应变片，4、管道变形检测装置，5、压力测量装置，6、高速摄像头，7、冰塞夹套装置，8、透射光源，9、应变测量装置，10、低温温度测量装置，11、液氮瓶，12、液氮泵，13、正方形板，14、矩形钢板，22、进水孔，23、出水孔，24、压力表安装孔。

具体实施方式

结合上方附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，该研究冰塞技术对管道材料性能影响的实验装置包括支撑架1、冰塞实验管道2、低温应变片3、管道变形检测装置4、压力测量装置5、高速摄像头6、冰塞夹套装置7、透射光源8、应变数据采集装置9、应变数据采集装置10、液氮瓶11及液氮泵12。

进一步，如图2所示，所述的支撑架包括正方形碳钢板13作为支架底部，矩形碳钢板14顶部开v形槽用以放置试验管道。所有管道焊接而成。管道首尾各一个支撑架。支撑架适合核电常用尺寸的管道。

再进一步，如图3所示，所述实验管道材料为核电站常用管道材料，管道两端用透明法兰21封口。在管道做进水孔22及出水孔23，在开压力表安装孔24。

所述的应变测量装置9，将数个低温应变片3以相同的间隔距离、均匀牢固地粘贴在冰塞实验管道2测点上，当冰塞实验管道2受到内部水因相变变化而引起的体积膨胀产生的应变时，低温应变片3上的敏感栅也随着冰塞实验管道2变形而产生相应变化，使得其电阻发生改变，通过专用仪器测得其电阻变化大小，最终得到测点的应变大小。最终通过本构方程获得测点上的应力大小。

所述低温温度测量装置10，通过探头接触获得冰塞实验管道2外表面温度，将数个低温温度传感器4以相同的间隔距离、均匀牢固地粘贴在冰塞实验管道2测点上，及时记录实验过程中冰塞实验管道2上各测量点的温度变化。

所述的管道变形检测装置4，通过六个固定式千分表均匀、对称得排布在管道的两侧，将千分表的探头顶在管道的外壁并且调零，以记录实验过程中管道在温度场、应力场下的变性情况。

所述压力测量装置5为压力表，压力表与冰塞实验管道2通过螺纹连接，通过压力表读数可以得知冰塞实验管道2内的压力情况，可以通过压力表示数变化得知冰塞实验管道2内冰塞形成的情况。

所述冰塞过程记录装置为高速摄像头6，透射光源8与高速摄像头6放置在冰塞实验管道2两侧，光线通过透明法兰进入冰塞实验管道2，由高速摄像头6记录冰塞实验管道2冰塞形成过程的成像信息，以此观察物理现象与实验数据之间的关系。

所述冰塞制备装置主要包括冰塞夹套装置7、液氮管、调节阀、接头，液氮瓶11和液氮泵12。将液氮充入到冰塞夹套装置7中，低温使得试验管道中的水结冰形成能够承受一定压力的冰塞。通过调节阀的作用控制液氮流量，从而控制管道结冰速度。

具体操作过程为：将冰塞实验管道2置于支撑架上，冰塞实验管道2两端通过法兰固定封口，压力表与冰塞实验管道2通过螺纹连接，在冰塞实验管道2上均匀布置低温应变片3、管道变形检测装置4和低温温度测量装置10，低温应变片3利用胶水与冰塞实验管道2紧密连接；管道变形测量装置4，将探头抵在管壁上；低温温度测量装置10以相同的间隔布置在冰塞实验管道2测点上。在冰塞实验管道2一端设置投射光源8提供光源，另一端用将摄像机与透明法兰连接固定，观测冰塞实验管道2内的结冰过程。冰塞夹套装置7置于冰塞实验管道2中心，利用螺栓夹紧冰塞实验管道2，冰塞夹套装置7通过液氮进口管充入液氮，相变后的氮气通过排气阀排出。

实验时将高速摄像头6进水口打开，灌满水后关闭进水口，向冰塞夹套装置7内通入液氮。将低温应变片3与应变采集装置相连接，将温度传感器与温度采集装置相连接，在夹套充氮过程中实时采集应变温度数据及冰塞形成图像。