一种基于热水锅炉模拟边界的非能动余热排出试验装置的制作方法

1.本发明涉及核动力设备非能动系统领域，具体涉及一种基于热水锅炉模拟边界的非能动余热排出试验装置。


背景技术：

2.当核动力系统发生全部电源丧失(含应急电源丧失)事故后，基于“失效-安全”原理，控制棒驱动机构会在重力作用下插入堆芯，反应堆紧急停堆。此时核功率消失，但裂变碎片及其他衰变物仍将在短时间内产生大量的余热，通过不同手段，运行人员可以调节反应堆的核功率水平，但却无法控制衰变热的释放速率。因此，为了保障反应堆的安全，在全部电源丧失事故后，必须通过非能动余热排出系统及时将堆芯剩余热量导出，防止堆芯热量过高出现堆芯熔毁的严重事故。
3.现有的对二回路非能动余热排出系统进行的缩比/等比试验如esprit(华龙一号二次侧非能动余热排出系统缩比试验台架)、asptf(advanced secondary passive residual heatremoval system test facility)试验台架，针对ac600二次侧非能动余热排出系统开展的试验基本采用电加热装置模拟热边界的方式，在试验过程中较为稳定，但是考虑到真实工况下一回路供热因为热容变化会有一定传递调节的响应时间，用电加热装置供热并不能很好地与原型匹配。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于热水锅炉模拟边界的非能动余热排出试验装置，真实记录下蒸汽发生器一次侧热容波动情况下整个系统装置的响应。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种基于热水锅炉模拟边界的非能动余热排出试验装置，其特征在于：包括蒸汽发生器，蒸汽发生器分为位于下部的一次侧和位于下部的二次侧，一次侧和二次之间仅存在热量交换；
7.在蒸汽发生器上设有用于供热的一回路、用于试验的二回路、以及用于测量数据的测量计系统，一回路串联在蒸汽发生器的一次侧，二回路串联在蒸汽发生器的二次侧，且二回路的输入端设在蒸汽发生器的二次侧蒸汽管线，输出端设在蒸汽发生器的二次侧凝水管线，测量计系统设在一回路和二回路中；
8.一回路包括连接管道、主泵、锅炉、旁路换热器和稳压器，主泵和锅炉通过连接管道串联连接，锅炉、旁路换热器和稳压器三者通过连接管道相互并联连接，通过调节锅炉的油风比和烟气氧含量进而控制蒸汽发生器的热功率；二回路包括相互并联连接的冷却系统回路和非能动余热排出系统回路。
9.按上述技术方案，测量计系统过包括用于测量蒸汽流量的文丘里流量计、用于测量凝水流量的超声波流量计、用于测量管路温度的热电偶、用于测量液位的磁翻板液位计、以及用于测量阀门前后压差的压差传感器。
10.按上述技术方案，热电偶分布在连接管道内。
11.按上述技术方案，冷却系统回路包括蒸汽管路，以及随介质方向依次相连的主蒸汽隔离阀、旁通冷凝装置、次泵、主给水隔离阀、以及主给水止回阀。
12.按上述技术方案，在主蒸汽隔离阀、主给水隔离阀和主给水止回阀的两侧均分别设置压差传感器，超声波流量计设在旁通冷凝装置内，热电偶分布在蒸汽管路内。
13.按上述技术方案，非能动余热排出系统回路包括蒸汽管路，以及随介质方向依次相连的非能动余热排出冷却器、非能动余热排出系统隔离阀、以及非能动余热排出系统止回阀；在非能动余热排出冷却器的外部设有冷却水箱。
14.按上述技术方案，在非能动余热排出系统隔离阀和非能动余热排出系统止回阀的两侧均分别设置压差传感器，热电偶分布在蒸汽管路内，文丘里流量计设在非能动余热排出冷却器前端的蒸汽管路内，超声波流量计设在非能动余热排出冷却器后端的凝水管路内，在冷却水箱内设置磁翻板液位计和热电偶。
15.本发明具有以下有益效果：
16.1、通过高温高压锅炉提供一回路热量，模拟原型系统运行过程中一回路热容变化引起的响应变化，两者功率直方分布图接近，确保了非能动余热排出系统投入运行时的条件尽可能与原型系统一致。
17.2、通过试验中连续调节进入蒸汽发生器一次侧(锅炉)的热功率，模拟验证非能动余热排出系统在长期投入运行的工作。
18.3、通过调节旁路换热器功率，在精确调节的同时可以辅助模拟多回路耦合情况下的系统性能。
19.4、通过调节一回路蒸汽发生器功率、二回路中增设的球阀开度、二回路中不凝气体含量、水箱温度开展非能动余热排出系统不同特定工况下性能试验。
附图说明
20.图1是本发明提供实施例的结构示意图；
21.图中，1、锅炉；2、旁路换热器；3、稳压器；4、主泵；5、蒸汽发生器；6、主蒸汽隔离阀；7、旁通冷凝装置；8、主给水隔离阀；9、主给水止回阀；10、冷却水箱；11、非能动余热排出冷却器；12、非能动余热排出系统隔离阀；13、非能动余热排出系统止回阀；14、次泵；15、连接管道；16、蒸汽管路；a、一回路；b、二回路。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
23.参照图1所示，本发明提供的一种基于热水锅炉模拟边界的非能动余热排出试验装置，包括蒸汽发生器5，蒸汽发生器分为位于下部的一次侧和位于下部的二次侧，一次侧和二次之间仅存在热量交换。在蒸汽发生器上设有用于供热的一回路a、用于试验的二回路b、以及用于测量数据的测量计系统，一回路串联在蒸汽发生器的一次侧，二回路串联在蒸汽发生器的二次侧，且二回路的输入端设在蒸汽发生器的二次侧蒸汽管线，输出端设在蒸汽发生器的二次侧凝水管线，测量计系统设在一回路和二回路中。
24.一回路包括连接管道15、主泵4、锅炉1、旁路换热器3和稳压器2，主泵和锅炉通过
连接管道串联连接，锅炉、旁路换热器和稳压器三者通过连接管道相互并联连接，锅炉用于给蒸汽发生器一次侧供热，通过调节锅炉的油风比和烟气氧含量进而控制蒸汽发生器的热功率。该试验装置通过调节一回路锅炉的油风比及烟气氧含量，可以模拟反应堆的热功率，这种模拟方式可以真实地模拟原型反应堆功率变化后在系统中引起的响应。二回路包括相互并联连接的冷却系统回路和非能动余热排出系统回路。
25.试验时，通过连续调节进入蒸汽发生器一次侧的热功率，保证该功率值与衰变热功率的变化趋势基本一致，并保证进入蒸汽发生器一次侧的热功率略高于同等条件下的相对衰变热功率，从而可以模拟非能动余热排出系统在长期投入运行的工作，进而验证系统换热性能和安全性能。
26.进一步，测量计系统过包括用于测量蒸汽流量的文丘里流量计、用于测量凝水流量的超声波流量计、用于测量管路温度的热电偶、用于测量液位的磁翻板液位计、以及用于测量阀门前后压差的压差传感器。
27.进一步，热电偶分布在连接管道内。
28.进一步，冷却系统回路包括蒸汽管路16，以及随介质方向依次相连的主蒸汽隔离阀6、旁通冷凝装置7、次泵14、主给水隔离阀8、以及主给水止回阀9。
29.进一步，在主蒸汽隔离阀、主给水隔离阀和主给水止回阀的两侧均分别设置压差传感器，超声波流量计设在旁通冷凝装置内，热电偶分布在蒸汽管路内。
30.进一步，非能动余热排出系统回路包括蒸汽管路，以及随介质方向依次相连的非能动余热排出冷却器11、非能动余热排出系统隔离阀12、以及非能动余热排出系统止回阀13；在非能动余热排出冷却器的外部设有冷却水箱10。
31.进一步，在非能动余热排出系统隔离阀和非能动余热排出系统止回阀的两侧均分别设置压差传感器，热电偶分布在蒸汽管路内，文丘里流量计设在非能动余热排出冷却器前端的蒸汽管路内，超声波流量计设在非能动余热排出冷却器后端的凝水管路内，在冷却水箱内设置磁翻板液位计和热电偶。
32.本发明的工作原理：
33.试验前，将非能动余热排出系统隔离阀关闭，一回路和二回路的冷却系统回路投入使用，通过投入旁通冷凝装置冷却蒸汽发生器二次侧输出的蒸汽，达到平衡，直到达到预定工况，重点关注进入蒸汽发生器一次侧的热功率。
34.试验时，关闭主蒸汽隔离阀和主给水隔离阀，开启非能动余热排出系统隔离阀，非能动余热排出系统回路投入运行。蒸汽发生器二次侧吸收蒸汽发生器一次侧传递的热功率，产生的蒸汽流经非能动余热排出冷却器后被冷凝，将热量通过非能动余热排出冷却器传递至冷却水箱内，被冷凝的冷凝水依靠重力回流至蒸汽发生器二次侧，形成闭式循环。冷却水箱内的水吸收热量后温度升高，在达到饱和温度后，沸腾蒸发，将热量导出至环境中。
35.本发明除了模拟长期系统投入的工况外，试验中也可以固定进入蒸汽发生器一次侧的入口温度，通过调节一回路输入蒸汽发生器功率、二回路中增设的球阀开度(增设的球阀即在非能动余热排出系统隔离阀和非能动余热排出系统止回阀之间增设一个球阀)、二回路中不凝气体含量、以及水箱初始温度开展非能动余热排出系统不同特定工况下性能试验，验证系统在不同功率、不同阻力、不凝气体掺入、不同热阱情况下的性能。
36.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，
因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。