一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置和試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置和試驗方法，試驗裝置包括用于盛放導(dǎo)熱棒束(2)的盛放容器(1)、與盛放容器(1)的底部連通的補償容器(3)以及設(shè)在盛放容器(1)的上部并與盛放容器(1)連通的循環(huán)水收集裝置(6)，循環(huán)水收集裝置(6)的下部還與補償容器(3)的上部連通；盛放容器(1)和補償容器(3)的外表面敷有保溫材料，盛放容器(1)內(nèi)上部還設(shè)有噴淋冷卻裝置(7)；補償容器(3)配置有若干不同截面積的擠水棒(8)。本發(fā)明提供的試驗裝置和試驗方法可實現(xiàn)乏池失冷后蒸干、干燒和噴淋冷卻這個過程的模擬，且高溫試驗裝置的結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，成本低，安全可靠。
【專利說明】
一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置和試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于乏燃料水池失冷模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置和試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電廠乏燃料池用于貯存從反應(yīng)堆堆芯卸出的乏燃料組件，并提供冷卻功能。事故后，乏燃料水池長期失去冷卻或出現(xiàn)乏燃料池破口池水泄漏(簡稱“乏燃料水池失冷”)時，乏燃料將經(jīng)歷蒸干裸露過程，乏燃料包殼溫度上升并可能損壞。在日本福島核電站事故后，對乏燃料水池安全性研究得到更多重視。
[0003]乏燃料水池貯存的乏燃料組件是分時間和批次從堆芯卸出，根據(jù)乏燃料組件衰變功率曲線，隨卸出時間長短，乏燃料組件具有不同的衰變功率水平。剛卸出的乏燃料組件具有較高的功率；而在完成正常換料后又經(jīng)歷緊急停堆卸出整個反應(yīng)堆堆芯至乏燃料水池時，乏燃料水池承受最大的熱負荷。因此，在正常貯存、正常卸料、緊急卸料等不同工況，乏燃料水池的熱負荷和乏燃料組件功率水平不同。這些不同工況下失去冷卻功能后乏燃料水池水位下降速度、最熱燃料組件溫升速度等會不同，在開展乏燃料水池模擬試驗時，試驗裝置設(shè)計中需考慮具備模擬這些工況的能力。
[0004]—種緩解乏燃料水池失冷事故的重要手段是通過上部噴淋補水冷卻裸露的乏燃料組件。噴淋冷卻流量需求和有效性，進行噴淋冷卻試驗驗證是必要的。
[0005]現(xiàn)有的試驗裝置存在以下缺點:I)采用單個容器盛放導(dǎo)熱棒束，沒有與盛放容器相連的補償容器，不能模擬乏燃料水池的不同存儲狀態(tài)和工況;2)沒有循環(huán)水收集裝置，進行蒸干試驗時，初始階段氣液兩相流動階段所夾帶出的水不能回流到盛放容器內(nèi)，導(dǎo)致試驗與模擬工況出現(xiàn)較大偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置，所述高溫試驗裝置的結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，成本低，安全可靠，能實現(xiàn)乏池失冷后蒸干、干燒和噴淋冷卻這個過程的模擬。
[0007]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗方法，所述試驗方法操作簡便，能實現(xiàn)乏池失冷后蒸干、干燒和噴淋冷卻這個過程的模擬，為提高乏燃料水池的安全性提供試驗參數(shù)。
[0008]為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置，所述高溫試驗裝置包括用于盛放導(dǎo)熱棒束的盛放容器、通過帶調(diào)節(jié)閥的連接管I與盛放容器的底部連通的補償容器以及設(shè)在盛放容器的上部并與盛放容器連通的循環(huán)水收集裝置，循環(huán)水收集裝置的下部還與補償容器的上部連通;盛放容器和補償容器的外表面敷有保溫材料，盛放容器內(nèi)上部還設(shè)有噴淋冷卻裝置;補償容器配置有若干不同截面積的擠水棒。
[0009]進一步，所述導(dǎo)熱棒束的導(dǎo)熱棒由包殼和設(shè)在包殼內(nèi)的電加熱絲組成，電加熱絲與設(shè)在盛放容器外部的電加熱機構(gòu)相連。
[0010]進一步，盛放容器的頂部截面積小于循環(huán)水收集裝置的底部截面積，且盛放容器的頂部伸入循環(huán)水收集裝置內(nèi)。
[0011]本發(fā)明提供的上述高溫試驗裝置用于模擬乏燃料水池失冷后蒸干的試驗方法包括以下步驟:
[0012]首先，打開閥門，向補償容器中放置預(yù)先設(shè)定好數(shù)量的擠水棒，再向補償容器中添加水至預(yù)定水位;然后，加熱導(dǎo)熱棒束，使其功率為乏燃料衰變功率，在加熱過程中同時記錄盛放容器不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束的導(dǎo)熱棒的包殼溫度及盛放容器和補償容器中水位，即得到乏燃料水池失冷后蒸干過程的試驗參數(shù);當(dāng)盛放容器中導(dǎo)熱棒束的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，斷電，完成蒸干試驗。
[0013]本發(fā)明提供的上述高溫試驗裝置用于模擬乏燃料水池失冷后干燒的試驗方法包括以下步驟:
[0014]打開調(diào)節(jié)閥，保持補償容器中無水，加熱導(dǎo)熱棒束，在加熱過程中同時記錄盛放容器不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束的導(dǎo)熱棒的包殼溫度，即得到乏燃料水池失冷后干燒的試驗參數(shù);當(dāng)盛放容器中導(dǎo)熱棒束的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，停止加熱，完成干燒試驗。
[0015]上述試驗方法進一步包括以下步驟:
[0016]當(dāng)盛放容器中導(dǎo)熱棒束的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)計溫度時，啟動盛放容器內(nèi)噴淋冷卻裝置，噴淋冷卻導(dǎo)熱棒束，同時記錄盛放容器不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束的導(dǎo)熱棒的包殼溫度，即得到乏燃料池噴淋冷卻過程的試驗參數(shù)；當(dāng)盛放容器中導(dǎo)熱棒束的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，斷電，停止噴淋，完成噴淋冷卻試驗。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
[0018]I)采用本發(fā)明的高溫試驗裝置和試驗方法，能夠模擬乏燃料水池失冷后蒸干或者干燒過程，以及驗證緩解事故后果的噴淋冷卻功能，可用于程序模擬驗證、乏燃料池事故分析、噴淋冷卻系統(tǒng)設(shè)計等，達到提高乏燃料水池安全性的最終目的；
[0019]2)采用本發(fā)明的高溫試驗裝置在進行蒸干試驗時，通過在補償容器內(nèi)放置不同組合的擠水棒，可以達到調(diào)節(jié)補償容器內(nèi)水裝量的目的，進而可以模擬乏燃料水池的不同貯存狀態(tài)；
[0020]3)本發(fā)明的盛放容器的上部設(shè)置循環(huán)水收集裝置，其下部和補償容器的上部相連，可以在蒸干試驗初期水位較高時將盛放容器內(nèi)流出的水收集并回流入補償容器，從而真實模擬乏燃料池內(nèi)蒸干過程。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明提供的一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1中導(dǎo)熱棒束的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023 ]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述。
[0024]如圖1所述，本發(fā)明提供的一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置，其特征在于，所述高溫試驗裝置包括用于盛放導(dǎo)熱棒束2(用作模擬乏燃料棒)的盛放容器1、通過帶調(diào)節(jié)閥5的連接管14與盛放容器I的底部連通的補償容器3以及設(shè)在盛放容器I的上部并與盛放容器I連通的循環(huán)水收集裝置6，循環(huán)水收集裝置6的下部還通過設(shè)在其底部的連接管Π 9與補償容器3的上部連通;盛放容器I和補償容器3的外表面敷有保溫層，盛放容器I內(nèi)上部還設(shè)有噴淋冷卻裝置7;補償容器3配置有若干不同截面積的擠水棒8，用于改變補償容器3的容積。
[0025]本發(fā)明的試驗裝置中，補償容器3內(nèi)的水可以通過連接管4和調(diào)節(jié)閥5進入盛放容器I。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥5開度大小，可以模擬補償容器3和盛放容器I之間的阻力大小。在試驗初期，盛放容器I內(nèi)的水受熱升溫及沸騰，盛放容器I內(nèi)水位高出盛放容器I頂部時，可以回流到補償容器3內(nèi)。本發(fā)明為補償容器3配置不同橫截面積的擠水棒8，在試驗開始前，通過插入不同的擠水棒8組合至補償容器3內(nèi)，可以調(diào)節(jié)補償容器3內(nèi)的橫截面積和容積，用于模擬乏燃料池的不同貯存狀態(tài)。本發(fā)明在盛放容器I頂部設(shè)置噴淋冷卻裝置7，通過打開噴淋冷卻裝置，可以對高溫模擬燃料棒2進行冷卻。
[0026]本發(fā)明中，盛放容器I可使用耐高溫和耐腐蝕的不銹鋼材料，其能承受800°C高溫。可根據(jù)模擬燃料棒束的尺寸和幾何結(jié)構(gòu)確定盛放容器I的幾何尺寸，盛放容器I外包覆耐高溫低熱導(dǎo)率保溫材料，用于減少試驗過程中的熱損失。另外，補償容器3可采用不銹鋼材質(zhì)，其能承受100°C溫度?？筛鶕?jù)試驗策劃確定補償容器3的最大面積，其高度與盛放容器I相當(dāng)。補償容器3外表面也敷設(shè)隔熱保溫材料，用于減少試驗過程中的熱損失。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明中，導(dǎo)熱棒束2的導(dǎo)熱棒的包殼2-1可采用耐高溫和耐腐蝕的不銹鋼管，包殼2-1內(nèi)設(shè)置電加熱絲2-2并填充高溫導(dǎo)熱絕緣材料，電加熱絲2-2與設(shè)在盛放容器I外部的電加熱機構(gòu)相連。通過調(diào)節(jié)電加熱絲2-2功率，可以模擬不同衰變功率水平的燃料棒。
[0028]另外，可使盛放容器I的頂部截面積小于循環(huán)水收集裝置6的底部截面積，并盛放容器I的頂部伸入循環(huán)水收集裝置6內(nèi)，這樣當(dāng)盛放容器I內(nèi)水位過高時，可自盛放容器I頂部溢流到循環(huán)水收集裝置6內(nèi)。
[0029]本發(fā)明中，連接盛放容器I和補償容器3的連接管14、Π9和調(diào)節(jié)閥5以及循環(huán)水收集裝置6均采用不銹鋼材質(zhì)，連接管14、Π9的管徑、循環(huán)水收集裝置6的尺寸根據(jù)流量確定。噴淋冷卻裝置7的噴頭與噴淋流量和所需噴淋液滴大小等相適應(yīng)。根據(jù)試驗方案確定用于調(diào)節(jié)補償容器3橫截面積和容積的擠水棒8的尺寸大小，可采用不銹鋼圓管或方形焊接管道，試驗時將所需擠水棒8置于補償容器3中。
[0030]采用本發(fā)明提供的上述高溫試驗裝置用于模擬乏燃料水池失冷后蒸干的試驗方法包括以下步驟:
[0031]首先，打開閥門5，向補償容器3中放置預(yù)先設(shè)定好數(shù)量的擠水棒8，再向補償容器3中添加水至預(yù)定水位；
[0032]然后，加熱導(dǎo)熱棒束2，使其功率為乏燃料衰變功率，在加熱過程中同時記錄盛放容器I不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束2中導(dǎo)熱棒的包殼溫度及盛放容器I和補償容器3中的水位，即得到乏燃料水池失冷后蒸干過程的試驗參數(shù)；
[0033]當(dāng)導(dǎo)熱棒束2中中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，斷電，完成蒸干試驗。
[0034]采用本發(fā)明提供的上述高溫試驗裝置用于模擬乏燃料水池失冷后干燒的試驗方法包括以下步驟:
[0035]打開調(diào)節(jié)閥5，保持補償容器3中無水，加熱導(dǎo)熱棒束2，在加熱過程中同時記錄盛放容器I不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束2中導(dǎo)熱棒的包殼溫度，即得到乏燃料水池失冷后干燒的試驗參數(shù)；
[0036]當(dāng)導(dǎo)熱棒束2中中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，停止加熱，完成干燒試驗。
[0037]本發(fā)明的上述兩種試驗方法可進一步包括以下步驟:
[0038]當(dāng)導(dǎo)熱棒束2中中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)計溫度時，啟動盛放容器I內(nèi)噴淋冷卻裝置7，噴淋冷卻導(dǎo)熱棒束2，同時記錄盛放容器I不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束2中導(dǎo)熱棒的包殼溫度，即得到乏燃料池噴淋冷卻過程的試驗參數(shù)。
[0039]上述實施方式只是對本發(fā)明的舉例說明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實施方式從任何方面來看均應(yīng)視為說明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)由附加的權(quán)利要求說明，任何與權(quán)利要求的意圖和范圍等效的變化也應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于模擬乏燃料水池失冷過程的高溫試驗裝置，其特征在于，所述高溫試驗裝置包括用于盛放導(dǎo)熱棒束(2)的盛放容器(1)、通過帶調(diào)節(jié)閥(5)的連接管1(4)與盛放容器(I)的底部連通的補償容器(3)以及設(shè)在盛放容器(I)的上部并與盛放容器(I)連通的循環(huán)水收集裝置(6)，循環(huán)水收集裝置(6)的下部還與補償容器(3)的上部連通;盛放容器(I)和補償容器(3)的外表面敷有保溫材料，盛放容器(I)內(nèi)上部還設(shè)有噴淋冷卻裝置(7);補償容器(3)配置有若干不同截面積的擠水棒(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫試驗裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱棒束(2)中的導(dǎo)熱棒由包殼(2-1)和設(shè)在包殼(2-1)內(nèi)的電加熱絲(2-2)組成，電加熱絲(2-2)與設(shè)在盛放容器(I)外部的電加熱機構(gòu)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫試驗裝置，其特征在于，盛放容器(I)的頂部截面積小于循環(huán)水收集裝置(6)的底部截面積，且盛放容器(I)的頂部伸入循環(huán)水收集裝置(6)內(nèi)。4.權(quán)利要求1-3任一所述的高溫試驗裝置用于模擬乏燃料水池失冷后蒸干的試驗方法，所述試驗方法包括以下步驟: 首先，打開調(diào)節(jié)閥(5)，向補償容器(3)中放置預(yù)先設(shè)定好數(shù)量的擠水棒(8)，再向補償容器(3)中添加水至預(yù)定水位； 然后，加熱導(dǎo)熱棒束(2)，使其功率為乏燃料衰變功率，在加熱過程中同時記錄盛放容器(I)不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束(2)的導(dǎo)熱棒的包殼溫度及盛放容器(I)和補償容器(3)中水位，即得到乏燃料水池失冷后蒸干過程的試驗參數(shù)； 當(dāng)盛放容器(I)中導(dǎo)熱棒束(2)的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，斷電，完成蒸干試驗。5.權(quán)利要求1-3任一所述的高溫試驗裝置用于模擬乏燃料水池失冷后干燒的試驗方法，所述試驗方法包括以下步驟: 打開調(diào)節(jié)閥(5)，保持補償容器(3)中無水，加熱導(dǎo)熱棒束(2)，在加熱過程中同時記錄盛放容器(I)不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束(2)的導(dǎo)熱棒的包殼溫度，即得到乏燃料水池失冷后干燒的試驗參數(shù)； 當(dāng)盛放容器(I)中導(dǎo)熱棒束(2)的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，停止加熱，完成干燒試驗。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的試驗方法，其特征在于，所述試驗方法進一步包括以下步驟: 當(dāng)盛放容器(I)中導(dǎo)熱棒束(2)的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)計溫度時，啟動盛放容器(I)內(nèi)噴淋冷卻裝置(7)，噴淋冷卻導(dǎo)熱棒束(2)，同時記錄盛放容器(I)不同軸向位置處導(dǎo)熱棒束(2)的導(dǎo)熱棒的包殼溫度，即得到乏燃料池噴淋冷卻過程的試驗參數(shù)； 當(dāng)盛放容器(I)中導(dǎo)熱棒束(2)的中心導(dǎo)熱棒的包殼溫度達到預(yù)定值時，斷電，停止噴淋，完成噴淋冷卻試驗。
【文檔編號】G21C17/07GK105825903SQ201610228096
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】楊長江, 賀楷, 張慧敏, 周喆, 鄭云濤, 李漢辰, 孫燕宇, 王輝, 楊偉, 江小川
【申請人】中國核電工程有限公司