[发明专利]测量高温高压含尘气流中器件壁面粉尘沉积特性的装置

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆工程领域，特别是一种测量在高温高压含尘气流中器件壁面粉尘沉积特性的装置。

背景技术

与其他核能系统相比，模块式高温气冷堆具有安全性好、发电效率高等特点，受到各国普遍关注，而超高温气冷堆是第四代先进核能系统的候选堆型之一，被认为是最有可能在不远的将来实施的先进堆型。在高温气冷堆中，堆芯除去少量燃料、控制材料外，基本上全都为石墨类材料，而球床堆特有的燃料球循环方式，使得燃料球在运动过程中其自身以及其它的石墨构件和管道不可避免的将发生摩擦磨损，产生石墨粉尘。产生的石墨粉尘将跟随一回路工质氦气在一回路中运动、扩散和沉积。石墨粉尘的运动行为对于高温气冷堆的运行具有较重要意义。在反应堆正常工况下运行时，石墨粉尘颗粒随着冷却气体氦气在反应堆一回路流动，并在一回路表面和流动死区发生沉积，对设备的维护和检修带来不便；石墨粉尘还会在蒸发器换热管表面沉积，影响其换热效率等；石墨粉尘颗粒为疏松多孔结构，表面可吸附带有放射性的裂变碎片。

因此，了解石墨粉尘在高温堆一回路各装置表面的沉积特性对于反应堆的安全运行和分析有着重要意义。

发明内容

目前，对于高温堆中各设备器件表面的粉尘沉积情况的资料知之甚少。已有其他领域的壁面粉尘沉积特性的数据大多是基于空气氛围、常温常压下的数据，而高温气冷堆的冷却剂为高温高压的氦气。因而，要需要设计合适的方案实现对高温气冷堆一回路中高温高压的携带一定浓度石墨粉尘的氦气工质中各器件表面的粉尘沉积特性进行测量。

本发明提供一种能够利用不同气体工质在高温高压工况下研究器件壁面粉尘沉积特性的装置。

设计了一种高温堆内高温高压含尘气流中器件壁面粉尘沉积特性的测试装置，具体结构见附件中图1及2。

该装置主要由高压气源系统、加热系统、主管路系统、粉尘注入系统、试验段系统以及除尘排放系统构成。高压气源系统包含多种气源，并且可以替换成不同的气源，开展不同气体工质下的实验。气体注入到主管道之前，经加热系统加热升温，使得主管道环境为能够模拟高温气冷堆一回路环境的高温高压。为较少散热，主管道管道外围包裹保温隔热材料。

为了减少上游管道壁面可能存在的沉积粉尘对下游的影响，本装置设计为开式系统。通过主管道下游的恒流量阀门来设置需要的流量，通过主管道上游的恒压阀来设置实验需要的压力值，从而可以获得不同的气体压力和气流速度。通过粉尘注入系统将石墨粉尘注入到主管道系统中的气流中，从而形成具有一定浓度的含尘气流。本装置可以分析试验器件在主管道中实验前后表面石墨粉尘沉积特性的变化，如沉积的粉尘量、粉尘厚度、粉尘颗粒特性，可以进一步分析预测高温堆中各器件壁面石墨粉尘沉积规律。

附图说明

图1为本发明测量高温堆一回路管道中器件壁面粉尘沉积特性的装置的结构示意图。

图2为试验段系统的结构示意图。

其中，1-高压气源系统；2-加热系统；3-主管道系统；4-试验段系统；5-粉尘注入系统；6-除尘排放系统；7-高压空气罐；8-高压氮气罐；9-高压氦气罐；10-加热器；11-恒压调节阀；12-压力传感器；13-温度传感器；14-功率调节器；15-温度传感器器；16-压力传感器；17-风速传感器；18-连接法兰；19-试验段本体；20-试验器件；21-高压气瓶；22-截止阀；23-粉尘容器；24-截止阀；25-恒流量调节阀；26-安全泄压阀；27-过滤器；28-保温层；29-盘管结构器件；30-管道结构器件；31-叶片结构器件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如附图1所示，一种测量高温堆内高温高压含尘气流中器件壁面粉尘沉积特性的装置，包括高压气源系统1、加热系统2、主管道系统3、试验段系统4、粉尘注入系统5、除尘排放系统6、恒压调节阀11以及恒流量调节阀25；所述高压气源系统1和所述加热系统2依次串联在所述主管道系统3的一端，所述粉尘注入系统位于主管道系统3的侧面，所述除尘排放系统6连接在所述主管道系统3的另一端，而所述试验段4串联在所述主管道系统3的内部；其中，所述高压气源系统1用于向所述主管道系统3提供高压气体；所述加热系统2用于对所述高压气源系统提供的气体进行加热；所述粉尘注入系统5用于对所述主管道系统3中的气体加入石墨粉尘；所述除尘排放系统6用于整个装置的气体泄放出口。