铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，包括反应容器、水运输模块、加热模块、数据采集模块以及控制模块，所述水运输模块包含有与铅冷快堆蒸汽发生器传热管破口事故中高压过冷水与液态铅合金相互作用的第三阶段和第一阶段分别对应的常压水运输子模块和高压水柱注射子模块；该铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统通过再现铅冷快堆蒸汽发生器传热管破口事故中二回路水与熔融铅合金的相互作用过程，便于技术人员对相关作用的机理进行研究，对于改进铅冷快堆的安全性评价以及堆内关键安全设施的设计具有重要的意义。关键安全设施的设计具有重要的意义。关键安全设施的设计具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统


[0001]本技术涉及铅冷快堆领域，具体涉及一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统。

技术介绍

[0002]相对于前三代核电技术，第四代核电技术具有安全性更好、经济性更高、核废物产生量少以及能有效防止核扩散等优点。2001年成立的“第四代核能系统国际论坛”选定了六种最具发展前景的第四代反应堆堆型，其中铅冷快堆因具备良好的增殖核燃料和嬗变核废料潜力以及拥有突出的经济性和安全性，被认为有望率先实现工业示范化。铅冷快堆是指采用液态铅或铅铋作为冷却剂的快中子反应堆。我国政府高度重视铅冷快堆等先进核能系统的研发。
[0003]蒸汽发生器是铅冷快堆系统中最核心的热交换设备，是一、二回路的枢纽。目前，铅冷快堆多采用池式结构设计，蒸汽发生器、主泵等设备与堆芯一起浸没在一回路主容器冷却剂内。这种设计省去了中间回路，简化了反应堆的结构，使得堆芯设计较紧凑，提高了经济性。为便于传热，蒸汽发生器存在大量壁薄、细小的传热管。二回路加压水通过传热管管侧引入主容器与壳侧高温液态铅合金进行热量交换，使得水与液态铅合金只有传热管一壁之隔。由于传热管两侧具有较大的温差和压差，容易产生较大的机械应力和热应力，加上一、二回路流体的振动和腐蚀作用，使得发生蒸汽发生器传热管破裂(Steam Generator Tube Rupture,SGTR)事故的风险不容忽视。一旦SGTR事故发生，二回路加压水将直接喷射到一回路低压高温液态铅合金中，虽然一回路冷却剂铅或铅铋与水不发生剧烈的化学反应，但是他们之间依然存在着强烈的相互作用，如高压水迅速沸腾、蒸汽爆炸等。
[0004]目前，国际上一般认为，铅冷快堆蒸汽发生器传热管破口事故中高压水与液态铅合金相互作用大致可分为四个阶段：第一阶段，由于压力骤然下降，高压水急速沸腾(闪蒸)，产生瞬时压力冲击波；第二阶段，由于接触界面水力不稳定性，水/蒸汽在液态铅合金中破碎，形成弥散的水滴
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蒸汽
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熔融铅合金混合物，同时液态重金属发生晃动，对堆内构件造成冲击；第三阶段，发生水滴
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熔融铅合金相互作用(Coolant
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coolant Interaction,CCI)，水滴迅速蒸发，甚至引发蒸汽爆炸；第四阶段，在浮力、流动液态铅合金曳力以及泵吸引力等作用下，蒸汽泡可能向堆芯迁移，带来潜在的正反应性，并可能恶化堆芯换热。铅冷快堆SGTR事故带来的危害包括：迅速沸腾或蒸汽爆炸产生的压力波通过在液态金属中传播可能对反应堆压力容器和堆内构件造成严重冲击；单一传热管破裂可能导致相邻管道发生破损；产生的蒸汽可能进入堆芯引发反应性扰动，并恶化堆芯换热。
[0005]因此，对铅冷快堆蒸汽发生器传热管破口事故中二回路过冷水第一阶段高压水柱和第三阶段液滴或液块与熔融铅合金相互作用压力特性进行研究，对于改进铅冷快堆的安全性评价以及堆内关键安全设施的设计具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本技术为解决上述的技术问题而提供一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，通过再现铅冷快堆蒸汽发生器传热管破口事故中二回路水与熔融铅合金的相互作用过程，便于技术人员对相关作用的机理进行研究，对于改进铅冷快堆的安全性评价以及堆内关键安全设施的设计具有重要的意义。
[0007]为解决上述问题，本技术采用如下技术方案：
[0008]一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，包括反应容器、水运输模块、加热模块、数据采集模块以及控制模块，所述水运输模块包含有与铅冷快堆蒸汽发生器传热管破口事故中高压过冷水与液态铅合金相互作用的第三阶段和第一阶段分别对应的常压水运输子模块和高压水柱注射子模块。
[0009]作为优选，所述常压水运输子模块包括电机、丝杆和玻璃瓶，所述丝杆竖直向下设置，所述玻璃瓶连接在丝杆下端，所述丝杆与所述电机连接，所述电机与所述控制模块电性连接。
[0010]作为优选，所述高压水柱注射子模块包括稳压器和连接管，所述连接管一端与稳压器连接，所述连接管另一端伸入所述反应容器内。
[0011]作为优选，所述丝杆内部中空，所述丝杆内部设置有温度变送器，所述温度变送器位于玻璃瓶内，所述温度变送器通过数据采集模块与控制模块电性连接。
[0012]作为优选，所述连接管靠近稳压器处和/或靠近反应容器处设置有手动阀门，所述连接管中间位置设置有电磁阀，所述电磁阀与控制模块电性连接，所述连接管上设置有流量计、温度变送器和压力变送器，所述电磁阀、温度变送器和压力变送器均通过数据采集模块与控制模块电性连接，所述稳压器顶端设置有第一气体进口和第一气体出口，所述进气口连有高压气瓶，所述高压气瓶配置为给稳压器提供压力，所述稳压器侧壁上安装有压力表和压差计。
[0013]作为优选，所述反应容器内设置有隔热筒，所述隔热筒悬吊于反应容器内，所述隔热筒的顶端设有端盖，所述端盖上设置有第二气体进口和第二气体出口和设备进出口，所述设备进出口用于供玻璃瓶或连接管进出。
[0014]作为优选，所述加热模块还配置为用于对稳压器加热。
[0015]作为优选，所述连接管外表面包覆有高温绝热涂层，所述高温绝热涂层位于反应容器内。
[0016]作为优选，所述反应容器的底部设置有不锈钢水平碎裂面，所述不锈钢水平碎裂面背面设置有竖直支撑杆，所述竖直支撑杆与反应容器底部为螺纹连接。
[0017]工作过程如下：反应容器内盛有一定含量的铅合金，控制模块控制加热模块使其对反应容器进行加热后，熔化的铅合金模拟一回路冷却剂熔融铅合金液池；此时控制模块通过控制水运输模块将水运输至反应容器内，其中水用于模拟二回路冷却剂过冷水。
[0018]当运输至反应容器内的水与熔化的铅合金接触后，即开始对铅冷快堆SGTR事故时二回路冷却剂水进入一回路与一回路熔融铅合金相互作用的模拟，此时安装在反应容器内壁上的数据采集模块采集反应容器内的温度和压力环境数据并将其传输至控制模块，供技术人员进行研究。
[0019]本技术的有益效果为：水运输模块有两种模式，可以分别模拟铅冷快堆蒸汽
发生器传热管破口事故中高压水与液态铅合金相互作用的第一和第三阶段。
[0020]常压水运输模式中的玻璃瓶其容积和形状可以根据实验需求定制，玻璃材料制作容器的工艺较成熟，因此该方案可以可靠地模拟水滴
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熔融铅合金相互作用中水滴大小和形状对CCI过程的影响。
[0021]玻璃瓶与置于反应容器底部的不锈钢碎裂面撞击过程中瓶的瞬间破碎和水的瞬间完全释放可以得到充分保证。同时，水的释放位置主要受不锈钢碎裂面安装位置的影响，而该安装位置可以通过改变竖直支撑杆的有效支撑长度轻松实现。此外，相对金属容器壁，玻璃的隔热效果较好，因此玻璃瓶向下输送过程中能维持其瓶内水温基本不变。玻璃瓶内设有温度变送器，可以准确监测玻璃瓶内水的温度变化。
[0022]高压水柱注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，包括反应容器；用于将水运输至反应容器内的水运输模块；用于对反应容器加热的加热模块；设置在反应容器内的数据采集模块；以及控制模块，配置为与加热模块、水运输模块和数据采集模块电性连接；其特征在于：所述水运输模块包含有与铅冷快堆蒸汽发生器传热管破口事故中高压过冷水与液态铅合金相互作用的第三阶段和第一阶段分别对应的常压水运输子模块和高压水柱注射子模块。2.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，其特征在于：所述常压水运输子模块包括电机、丝杆和玻璃瓶，所述丝杆竖直向下设置，所述玻璃瓶连接在丝杆下端，所述丝杆与所述电机连接，所述电机与所述控制模块电性连接。3.根据权利要求2所述的一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，其特征在于：所述高压水柱注射子模块包括稳压器和连接管，所述连接管一端与稳压器连接，所述连接管另一端伸入所述反应容器内。4.根据权利要求2所述的一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，其特征在于：所述丝杆内部中空，所述丝杆内部设置有温度变送器，所述温度变送器位于玻璃瓶内，所述温度变送器通过数据采集模块与控制模块电性连接。5.根据权利要求3所述的一种铅冷快堆过冷水与熔融铅合金相互作用压力特性实验系统，其特征在于：所述连接管靠近...

【专利技术属性】
技术研发人员：成松柏，邓子健，程辉，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：新型
国别省市：