一种双冷却辐照试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双冷却辐照试验系统及方法。由主冷却系统、水套冷却系统、二次冷却系统、以及配套的净化和补水等构成。主冷却系统是高温高压回路，可单独运行；水套冷却属于低温低压回路，可单独运行；两者可并行同时运行。一种为主冷却系统和水套冷却系统都同时独自冷却循环流动，压力管内的发热由主冷却水带出，压力管外的发热由水套冷却水带出。另一种为主冷却系统静止或微流量流动，压力管内外发热都由水套冷却系统循环流动带走。本发明专利技术应用于核材料及燃料元件堆内稳态辐照试验、功率瞬态试验、燃料破损试验、堆内水化学腐蚀试验、同位素辐照生产等。

【技术实现步骤摘要】
一种双冷却辐照试验系统及方法
本专利技术涉及核材料及燃料堆内试验领域，具体涉及一种双冷却辐照试验系统及方法，可以对核材料及燃料、同位素靶件等进行堆内多种工况模拟的辐照试验及生产方法，应用于核材料及燃料的稳态辐照试验、功率瞬态试验、破损元件试验、堆内水化学腐蚀试验、同位素生产等多种场合。
技术介绍
核材料及燃料堆内试验是研究堆的重要科研任务之一，比如在研发新型核燃料元件时，必须进行大量的稳态辐照试验、功率跃增试验、堆内腐蚀试验等。国内外在研究堆上建造各种回路用以评价其辐照性能和安全是非常关键的技术，比如日本在JMTR堆上、瑞典Studsvik在R2堆上、俄罗斯在MIR堆上、比利时SCK-CEN在BR2堆上、法国在OSIRIS研究堆上都分别建造了高温高压试验回路，用于核燃料元件的稳态辐照试验研究。试验回路的优点是可以最为真实地模拟堆内极端恶劣环境，能传出很大的热量。如高温高压试验回路，可以认为是一个小型化的压水堆，主要用于模拟PWR工况下的燃料元件运行条件，例如燃料棒线功率、冷却剂压力、流速、温度和水化学环境等。但它投资成本很高，为单一工况建造功能少，导致利用率较低。因此设计一个高安全、多功能、低成本的辐照试验系统对试验研究具有很大意义。放射性同位素的辐照生产是研究堆的重要任务,保证靶件的辐照条件和过程直接关系到同位素产额及反应堆的安全。其中关键条件之一是在辐照过程中始终保证靶件的温度和完整性。对于不同的靶材和辐照条件,如何使靶件外靶筒壁温不超过温度限值,以满足靶件的强度要求。必须设法建立专门的冷却回路冷却靶件，不同的靶材发热量也是不同的，而且分固体靶、液体靶和气体靶，需要通过不同冷却回路来冷却，单独建立靶件辐照回路成本大、利用率低，因此综合考虑建立一个同时适用于靶件辐照冷却的回路对同位素生产具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对核材料及燃料、同位素靶件进行堆内辐照的双冷却系统辐照试验系统及方法，可在多种工况下运行，能够模拟高温高压动水环境、高温高压静水环境、低温低压动水环境、水化学环境试验等，能够利用水套冷却方式对破损元件产生裂变产物进行防护，也可对高危险同位素生产进行防护，达到多重安全保障，对核燃料和材料的堆内稳态试验、瞬态试验、破损试验、水化学腐蚀试验以及同位素的生产具有重要作用。本专利技术通过下述技术方案实现：本专利技术提出了一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，包括辐照装置、主冷却系统、水套冷却系统、二次冷却系统及补水系统；所述主冷却系统回路与辐照装置的压力管进出口相连，形成高温高压回路；所述水套冷却系统回路与辐照装置的保护管进出口相连，形成低温低压回路；所述主冷却系统和所述水套冷却系统都通过二次冷却系统进行最终冷却；所述补水系统分别为所述主冷却系统和所述水套冷却系统补水。具体的，所述主冷却系统包括至少1台主循环泵、主换热器、稳压器及主冷却净化段；所述稳压器用于控制主冷却系统压力；主冷却剂由主循环泵驱动，经主循环泵流至辐照装置中容纳燃料元件的压力管上端入口，在压力管内流经燃料元件表面，之后通过压力管上端出口流出辐照装置，经主换热器将热量传递给二次冷却系统，被二次冷却系统的冷却水冷却后的冷却剂流出主换热器，返回至主循环泵的入口，完成一个循环；所述补水系统与所述主冷却净化段相连，所述补水系统提供的去离子水通过主冷却净化段流入主循环泵入口。具体的，所述主冷却净化段包括再生式净化换热器、前置过滤器、后置过滤器、至少2台离子交换柱、加药器和取样分析器；所述主循环泵出口引出一定流量的高温高压水，通过再生式净化换热器降温从冷却段流出，经前置过滤器，再流入离子交换柱，再流过后置过滤器，经再生式净化换热器的再生段升温后，又流回主循环泵入口，完成一个局部循环；从补水系统出口流出的去离子水流至再生式净化换热器的再生段升温后，进入主循环泵的入口；所述取样分析器设置在前置过滤器的入口和后置过滤器的出口之间；所述加药器设置在后置过滤器的出口与再生式净化换热器之间的管路上，用于调节主冷却系统的水质。具体的，所述主冷却系统还包括电加热器；所述稳压器的波动管连接在主换热器的出口与主循环泵的入口之间的管路上，所述稳压器的喷淋管连接在主循环泵出口，所述稳压器上设置有先导式安全阀；所述电加热器设置在所述主循环泵出口与所述辐照装置入口之间的管路上，用于对主冷却系统入口温度进行自动调节；在主循环泵的旁通管道上设置电动调节阀，用于分流调节流经辐照装置的冷却剂流量；在主换热器的旁通管道上设置电动调节阀，用于调节进入主换热器的冷却剂流量；主冷却系统液位通过所述稳压器进行指示，通过主冷却回路补水泵调节主冷却系统液位。具体的，所述水套冷却系统包括至少1台水套循环泵、水套换热器、容补器及水套冷却净化段；所述容补器用于调节水套冷却系统的压力；水套冷却剂由水套循环泵驱动，经水套循环泵出口后流至辐照装置中保护管上端入口，在保护管内流经试验材料或靶件表面，之后通过保护管上端出口流出辐照装置，经水套换热器，将热量传递给二次冷却系统，被二次冷却系统的冷却水冷却后的冷却剂流出水套换热器，返回至水套循环泵的入口，完成一个循环；所述补水系统与所述水套冷却净化段相连，所述补水系统提供的去离子水流入水套循环泵入口。具体的，所述水套冷却净化段包括前置过滤器、后置过滤器和至少2台离子交换柱；所述水套循环泵出口引出一定流量的水，依次经过前置过滤器、离子交换柱和后置过滤器，再流回水套循环泵的入口，完成一个局部循环。具体的，所述水套冷却系统还包括电加热器；所述容补器的波动管连接在水套换热器出口和水套循环泵入口之间的管路上，所述容补器上设置有弹簧式安全阀；所述电加热器设置在所述水套循环泵出口与所述辐照装置入口之间的管路上，用于对水套冷却系统入口温度进行自动调节；在水套循环泵的旁通管道上设置电动调节阀，用于分流调节流经辐照装置的冷却剂流量；在水套换热器的旁通管道上设置电动调节阀，用于调节进入水套换热器的冷却剂流量；水套冷却系统液位通过容补器进行指示，通过水套冷却回路补水泵调节水套冷却系统液位。具体的，所述主冷却系统与水套冷却系统之间在辐照装置内通过压力管等分隔开；在压力管外可设置绝热气隙或绝热材料，用于阻止两系统之间的热传递；所述水套冷却系统与研究堆主冷却系统之间在辐照装置内通过保护管隔离，且水套冷却系统压力设置为小于研究堆主冷却系统压力。具体的，所述主换热器和净化换热器为再生式列管套管型换热器，再生段为列管型结构，冷却段为套管型结构，用于高温高压环境减少热应力；所述水套换热器为多流程管壳式换热器或板式换热器，用于低温低压环境。具体的，所述二次冷却系统包括水池和至少1台二次冷却水泵；将水池贮满自来水，由二次冷却水泵驱动，分流后分别流经主换热器和水套换热器，之后汇集到二次冷却水总管进行监测后排放或处理。具体的，所述补水系统包括给水泵、至少2台离子交换柱、过滤器、补水箱、主冷却回路补水泵、水套冷却回路补水泵和电加热器；去离子水由给水泵驱动，经离子交换柱除氧、净化处理后，再流经过滤器，流入补水箱；主冷却系统补水由补水箱出来的去离子水经主冷却回路补水泵加压后，再由电加热器升温后流至所述再生式净化换热器的再生段升温后流入主循环泵入口；水套冷却系统补水由补水箱出来的去离子水由水套冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，包括辐照装置、主冷却系统、水套冷却系统、二次冷却系统及补水系统；所述主冷却系统回路与辐照装置的压力管进出口相连，形成高温高压回路；所述水套冷却系统回路与辐照装置的保护管进出口相连，形成低温低压回路；所述主冷却系统和所述水套冷却系统都通过二次冷却系统进行最终冷却；所述补水系统分别为所述主冷却系统和所述水套冷却系统补水。

【技术特征摘要】
1.一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，包括辐照装置、主冷却系统、水套冷却系统、二次冷却系统及补水系统；所述主冷却系统回路与辐照装置的压力管进出口相连，形成高温高压回路；所述水套冷却系统回路与辐照装置的保护管进出口相连，形成低温低压回路；所述主冷却系统和所述水套冷却系统都通过二次冷却系统进行最终冷却；所述补水系统分别为所述主冷却系统和所述水套冷却系统补水。2.根据权利要求1所述的一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，所述主冷却系统包括至少1台主循环泵、主换热器、稳压器及主冷却净化段；所述稳压器用于控制主冷却系统压力；主冷却剂由主循环泵驱动，经主循环泵流至辐照装置中容纳燃料元件的压力管上端入口，在压力管内流经燃料元件表面，之后通过压力管上端出口流出辐照装置，经主换热器将热量传递给二次冷却系统，被二次冷却系统的冷却水冷却后的冷却剂流出主换热器，返回至主循环泵的入口，完成一个循环；所述补水系统与所述主冷却净化段相连，所述补水系统提供的去离子水通过主冷却净化段流入主循环泵入口。3.根据权利要求2所述的一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，所述主冷却净化段包括再生式净化换热器、前置过滤器、后置过滤器、至少2台离子交换柱、加药器和取样分析器；所述主循环泵出口引出一定流量的高温高压水，通过再生式净化换热器降温从冷却段流出，经前置过滤器，再流入离子交换柱，再流过后置过滤器，经再生式净化换热器的再生段升温后，又流回主循环泵入口，完成一个局部循环；从补水系统出口流出的去离子水流至再生式净化换热器的再生段升温后，进入主循环泵的入口；所述取样分析器设置在前置过滤器的入口和后置过滤器的出口之间；所述加药器设置在后置过滤器的出口与再生式净化换热器之间的管路上，用于调节主冷却系统的水质。4.根据权利要求2所述的一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，所述主冷却系统还包括电加热器；所述稳压器的波动管连接在主换热器的出口与主循环泵的入口之间的管路上，所述稳压器的喷淋管连接在主循环泵出口，所述稳压器上设置有先导式安全阀；所述电加热器设置在所述主循环泵出口与所述辐照装置入口之间的管路上，用于对主冷却系统入口温度进行自动调节；在主循环泵的旁通管道上设置电动调节阀，用于分流调节流经辐照装置的冷却剂流量；在主换热器的旁通管道上设置电动调节阀，用于调节进入主换热器的冷却剂流量；主冷却系统液位通过所述稳压器进行指示，通过主冷却回路补水泵调节主冷却系统液位。5.根据权利要求1所述的一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，所述水套冷却系统包括至少1台水套循环泵、水套换热器、容补器及水套冷却净化段；所述容补器用于调节水套冷却系统的压力；水套冷却剂由水套循环泵驱动，经水套循环泵出口后流至辐照装置中保护管上端入口，在保护管内流经试验材料或靶件表面，之后通过保护管上端出口流出辐照装置，经水套换热器，将热量传递给二次冷却系统，被二次冷却系统的冷却水冷却后的冷却剂流出水套换热器，返回至水套循环泵的入口，完成一个循环；所述补水系统与所述水套冷却净化段相连，所述补水系统提供的去离子水流入水套循环泵入口。6.根据权利要求5所述的一种双冷却辐照试验系统，其特征在于，所述水套冷却净化段包括前置过滤器、后置过滤器和至少2台离子交换柱；所述水套循环泵出口引出一定流量的水，依次经过前置过滤器、离子交换柱和后置过滤器，再流回水套循环泵的入口，完...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳林，汪海，孙胜，曹娜，戴钰冰，张亮，斯俊平，吴红伟，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51