一种具有安全防护功能的消氢试验系统技术方案

本发明专利技术提供一种具有安全防护功能的消氢试验系统，包括罐体、供氢装置、供氧装置、供氮装置、冷却装置、检测装置、温控装置、空气压缩机、蒸汽发生器、数据采集控制模块、防爆片和安全阀。其中供氢装置为罐体内PAR的消氢反应提供氢气；供氧装置为消氢反应提供氧气；通过空气压缩机、蒸汽发生器和温控模块模拟核电站的高温、高湿和高压的环境；检测装置能够依据实验要求监测实验过程中的相关参数；数据采集控制模块采集系统中所有检测点的参数，依据检测到的参数控制系统中调节阀的开度。喷淋装置可模拟核电站现场的喷淋环境。为了保证系统的安全运行，在罐体上封头的外圆周安装了防爆片和安全阀，并使供氮装置的管路常开，供氢装置和供氧装置的管路常闭。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种消氢试验系统，具体涉及一种具有安全防护功能的消氢试验系统，属于核电试验系统

技术介绍
核电站安全壳内发生事故时，释放大量氢气，氢气在安全壳内迅速累积，氢气浓度逐渐增大；同时，安全壳内温度和压力迅速增大，水蒸气含量升高。在事故状态下，高浓度氢气极易发生燃爆风险。为了消除安全壳内氢气，实现 氢气浓度控制，在安全壳内布置消氢装置——非能动氢复合器(简称PAR)。PAR的消氢性能验证需特殊的试验系统来完成。现有的大型消氢试验系统在试验过程中，由于氢氧复合反应强放热效应，试验系统内部温度逐渐升高。为使温度保持预定值，目前多采用外部冷却介质或内部喷淋的降温控制方法。两种降温方式操作繁琐，需较多的人为控制，能耗也较高。传统的供氢装置采用输气管道直接向试验系统内通氢，若通氢量较大，会导致试验系统内局部氢气浓度较高，存在燃爆危险，因此传统的试验系统内常安装搅拌风机使得氢气均勻分布。该种供氢方式危险系数高、能耗高。传统的温控装置采用容器外部覆盖螺旋加热盘管，盘管内通入加热介质，通过容器壁面热传导使得容器内部温度达到预定值。该装置加工过程较复杂，若容器壁较厚，则需克服较大的热阻，导致升温较慢，所需能耗也较高。现有的大型消氢试验系统不能精确测量PAR进出口氢气浓度、PAR温度、PAR进口风速和环境氢气浓度、环境氧气浓度、环境温度、环境压力等参数，而这些参数能够有效的反应PAR在现场运用时的性能。同时由于消氢试验系统在工作过程中，整个系统处于高温和高压的状态，而且系统内存在高浓度氢气，极易发生燃爆风险，传统的消氢系统存在很大的安全隐患。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种具有安全防护功能的消氢试验系统，该系统能够模拟核电站现场的工况，检测非能动氢复合器(PAR)的消氢性能，同时具有安全防护功能，能够很大程度的提高系统的安全性能，防止系统在高压状态下发生燃爆危险。该系统包括罐体、供氢装置、供氧装置、供氮装置、冷却装置、检测装置、温控装置、空气压缩机、蒸汽发生器、数据采集控制模块、安全阀和防爆片。罐体用来模拟核电站的安全壳，罐体包括上封头腔、上封头、罐身、下封头和下封头腔，罐体的材料为复合钢板。试验时依据核电站现场的使用情况，将非能动氢复合器固定在罐身中心或罐身的内壁上，供氢装置为罐体内的消氢反应提供氢气，供氢装置包括供氢管、输气管A、氢气罐和汇流排A。两个以上氢气罐并联在汇流排A上，汇流排依次通过手动调节阀和电动调节阀与输气管A贯通，供氢装置中的手动调节阀和电动调节阀设置为常闭。输气管A与供氢管贯通，从而通过供氢管罐体内提供氢气。为了模拟核电站的真实环境，使试验结果更准确，将供氢管淹没在水中，使氢气从水中扩散出来，同时也增加了系统的安全性能。供氧装置为罐体内的氢氧反应提供所需的氧气，供氧装置包括输气管B、氧气罐、汇流排B。两个以上氧气罐并联在汇流排B上，汇流排B依次通过手动调节阀和电动调节阀与输气管B连接，输气管B与罐体相贯通。供氧装置中的手动调节阀和电动调节阀设置为常闭。为了提高系统的安全性能，在系统中增加供氮装置。所述供氮装置包括输气管C、氮气罐和汇流排C。两个以上氮气罐并联在汇流排C上，汇流排C与输气管C连接。供氮装置的输气管C分三路输出，一路输出与供氢装置的输气管A贯通,一路输出与供氧装置的输气管B贯通，另一路输出直接与罐体相贯通。在输气管C以及输气管C的每路输出上均安装有电动调节阀，所述输气管C以及输气管C的三路输出上的电动调节阀均设置为常开。温控装置保证罐体内的气体处于高温、恒温状态，温控装置包括温控管、进油管、出油管和温控模块。温控管固定在下封头内，进油管与温控管的底部贯通，出油管与温控管的顶部贯通；温控模块输出的导热油通过进油管流入温控管，然后通过出油管回到温控模块中；在进油管和出油管上均安装有保温管和手动调节阀。温控模块用于对导热油的温度进行控制，从而间接控制罐体内气体的温度。检测装置用来实时检测罐体内非能动氢复合器进出口的氢气浓度、非能动氢复合器进出口的温度、非能动氢复合器进口风速、罐体内的环境氢气浓度、环境氧气浓度、环境温度和环境压力。检测装置包括氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计。为了固定检测装置，在罐身的外圆周上沿轴向均匀分布有三层或三层以上法兰阵列，每层阵列上沿周向均匀分布有两个或两个以上法兰。检测装置中的各仪器均通过法兰固定，在安装检测装置中的各仪器前先确定测量点的位置氢浓度测量点在非能动氢复合器进口处的中心位置和出口处的中心位置各设置一个氢浓度测量点；分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置有三个氢浓度测量点，所述每层中三个氢浓度测量点分别位于与非能动氢复合器出口所在方向呈0°、90°和180°的直线上；氢浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上。氧浓度测量点氧浓度测量点在罐体内随机选取；在氧浓度测量点处安装氧浓度分析仪；氧浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上。温度测量点温度测量点的位置与氢浓度测量点的位置相同；在每个温度测量点处安装一个热电偶；热电偶通过连接座固定在法兰上。压力测量点分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置一个压力测量点，压力测量点的位置在上述三个平面上随机选取；压力变送器通过连接座安装在法兰上，同时压力变送器与固定在法兰上的不锈钢管相通，将所述不锈钢管延伸至罐体内所选取的压力测量点处。风速测量点风速测量点设置在非能动氢复合器进口处，在风速测量点处安装一个风速计，风速计通过连接座固定在法兰上。冷却装置保证罐体内温度保持预定值，避免出现较大的温差。冷却装置包括两个以上冷凝管，冷凝管在罐体的外圆周均匀分布。冷凝管的顶部焊接在上封头上，底部焊接在罐身的下封头上，从而使冷凝管与罐体内部贯通。空气压缩机通过气体管路A与罐体贯通，同时在气体管路A上安装有电动调节阀，通过空气压缩机向罐体内打压,可使罐体内部处于高压状态。蒸汽发生器通过气体管路B与罐体贯通，同时在气体管路B上安装有电动调节阀和保温管路。在核电站现场，安全壳内处于高湿状态，以安全壳内的湿度为依据，计算罐体内所需水蒸汽的量，便可通过蒸汽发生器向罐体内输入水蒸气，并通过电动调节阀来控制水蒸气的流量。为了防止气体管路B中水的沉积，影响水蒸气的通入，在气体管路B上安装有排水口。数据采集控制模块与上述所有氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计相连，同时系统中所有的电动调节阀相连。为模拟核电站现场的喷淋环境，本专利技术的系统中进一步喷淋装置。喷淋装置包括喷淋管、进水管和水箱。所述喷淋管为环形管，喷淋管通过固定在罐体上的挂钩悬挂在上封头内，采用挂钩是为了便于喷淋管的拆卸。水箱位于罐体外围，进水管的一端依次通过电动调节阀和手动调节阀与水箱连接，另一端与喷淋管连接。喷淋管的下表面均匀分布有两个或两个以上排水孔。通过电动调节阀可控制喷淋管的流量，从而模拟不同的喷淋环境，手动调节阀用于流量的辅助调节以及电动调节阀失效时的备用调节阀。由于实验过程中罐体内一直处于高压状态，且罐体内存在大量氢气，极易发生燃爆危险。为进一步提高系统的安全性能，在上封头腔的外圆周上分别安装有安全阀和防爆片，所述安全阀和防爆片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有安全防护功能的消氢试验系统，其特征在于，包括罐体、供氢装置、供氧装置、供氮装置、冷却装置、检测装置、温控装置、空气压缩机、蒸汽发生器、数据采集控制模块、安全阀和防爆片；外围设备为待测试的非能动氢复合器；罐体包括上封头腔（1）、上封头（2）、罐身（3）、下封头（4）和下封头腔（5）；试验时，非能动氢复合器固定在罐身（3）中心；供氢装置包括供氢管（6）、输气管A、氢气罐和汇流排A；两个以上氢气罐并联在汇流排A上，汇流排依次通过手动调节阀和电动调节阀与输气管A连接；输气管A与供氢管（6）连接，供氢管（6）固定在罐体的下封头腔（5）内；所述供氢装置中的手动调节阀和电动调节阀设置为常闭；供氧装置包括输气管B、氧气罐、汇流排B；两个以上氧气罐并联在汇流排B上，汇流排B依次通过手动调节阀和电动调节阀与输气管B连接，输气管B与罐体相贯通；所述供氧装置中的手动调节阀和电动调节阀设置为常闭；供氮装置包括输气管C、氮气罐和汇流排C，两个以上氮气罐并联在汇流排C上，汇流排C与输气管C连接；输气管C分三路输出，一路输出与供氢装置的输气管A贯通，一路输出与供氧装置的输气管B贯通，另一路输出直接与罐体相贯通；在输气管C以及输气管C的三路输出上均安装有电动调节阀，所述输气管C以及输气管C的三路输出上的电动调节阀设置为常开；温控装置包括温控管（9）、进油管（10）、出油管（11）和温控模块；温控管固定在下封头（4）内；进油管（10）与温控管（9）的底部贯通，出油管（11）与温控管（9）的顶部贯通；温控模块输出的导热油通过进油管（10）流入温控管（9），然后通过出油管（11）回到温控模块中；在进油管（10）和出油管（11）上均安装有保温管和手动调节阀；检测装置包括氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计；在罐身（3）的外圆周上沿轴向均匀分布有三层或三层以上法兰阵列，每层阵列上沿周向均匀分布有两个或两个以上法兰；检测装置中的各仪器均通过法 兰固定，在安装检测装置中的各仪器前先确定测量点的位置：氢浓度测量点：在非能动氢复合器进口处的中心位置和出口处的中心位置各设置一个氢浓度测量点；分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置有三个氢浓度测量点，所述每层中三个氢浓度测量点分别位于与非能动氢复合器出口所在方向呈0°、90°和180°的直线上；在每个氢浓度测量点处安装一个氢浓度分析仪；氢浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上；氧浓度测量点：氧浓度测量点在罐体内随机选取；在氧浓度测量点处安装氧浓度分析仪；氧浓度分析仪通过不锈钢管路固定在法兰上；温度测量点：温度测量点的位置与氢浓度测量点的位置相同；在每个温度测量点处安装一个热电偶；热电偶通过连接座固定在法兰上；压力测量点：分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面上各设置一个压力测量点，压力测量点的位置在上述三个平面上随机选取；压力变送器通过连接座安装在法兰上，同时压力变送器与固定在法兰上的不锈钢管相通，将所述不锈钢管延伸至罐体内所选取的压力测量点处，风速测量点：风速测量点设置在非能动氢复合器进口处，在风速测量点处安装一个风速计，风速计通过连接座固定在法兰上；冷却装置包括两个以上冷凝管（7），冷凝管（7）在罐体的外圆周均匀分布；冷凝管（7）的顶部焊接在上封头（2）上，底部焊接在罐身（3）的下封头（4）上；空气压缩机通过气体管路A与罐体贯通，同时在气体管路A上安装有电动调节阀；蒸汽发生器通过气体管路B与罐体贯通，同时在气体管路B上安装有电动调节阀和保温管路；在气体管路B上安装有排水口；数据采集控制模块与上述所有氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压 力变送器和风速计相连，同时与系统中所有的电动调节阀相连；在上封头（2）的外圆周分别安装有安全阀和防爆片，所述安全阀和防爆片的压力上限值等于罐体内的工作压力。...

【技术特征摘要】
1.一种具有安全防护功能的消氢试验系统，其特征在于，包括罐体、供氢装置、供氧装置、供氮装置、冷却装置、检测装置、温控装置、空气压缩机、蒸汽发生器、数据采集控制模块、安全阀和防爆片；外围设备为待测试的非能动氢复合器；罐体包括上封头腔(I)、上封头(2 )、罐身(3 )、下封头(4)和下封头腔(5 );试验时，非能动氢复合器固定在罐身(3)中心；供氢装置包括供氢管(6)、输气管A、氢气罐和汇流排A ;两个以上氢气罐并联在汇流排 A上，汇流排依次通过手动调节阀和电动调节阀与输气管A连接；输气管A与供氢管(6)连接，供氢管(6)固定在罐体的下封头腔(5)内；所述供氢装置中的手动调节阀和电动调节阀设置为常闭；供氧装置包括输气管B、氧气罐、汇流排B ;两个以上氧气罐并联在汇流排B上，汇流排 B依次通过手动调节阀和电动调节阀与输气管B连接，输气管B与罐体相贯通；所述供氧装置中的手动调节阀和电动调节阀设置为常闭；供氮装置包括输气管C、氮气罐和汇流排C，两个以上氮气罐并联在汇流排C上，汇流排 C与输气管C连接；输气管C分三路输出，一路输出与供氢装置的输气管A贯通,一路输出与供氧装置的输气管B贯通，另一路输出直接与罐体相贯通；在输气管C以及输气管C的三路输出上均安装有电动调节阀，所述输气管C以及输气管C的三路输出上的电动调节阀设置为常开；温控装置包括温控管(9)、进油管(10)、出油管(11)和温控模块；温控管固定在下封头(4)内；进油管(10)与温控管(9)的底部贯通，出油管(11)与温控管(9)的顶部贯通；温控模块输出的导热油通过进油管(10)流入温控管(9)，然后通过出油管(11)回到温控模块中；在进油管(10 )和出油管(11)上均安装有保温管和手动调节阀；检测装置包括氢浓度分析仪、氧浓度分析仪、热电偶、压力变送器和风速计；在罐身(3)的外圆周上沿轴向均匀分布有三层或三层以上法兰阵列，每层阵列上沿周向均匀分布有两个或两个以上法兰；检测装置中的各仪器均通过法兰固定，在安装检测装置中的各仪器前先确定测量点的位置氢浓度测量点在非能动氢复合器进口处的中心位置和出口处的中心位置各设置一个氢浓度测量点；分别在最上层法兰阵列所在平面、最下层法兰阵列所在平面及中间层法兰阵列所在平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶志勇，朱敏，姜韶堃，赵宁，张彬，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：