一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于多相流测量【技术领域】，特别涉及一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统。水箱内设置搅混装置，水箱的底部设置管道，依次与第一阀门、过渡段、泵、闸阀、第一试验段、涡轮流量计、压力表、第二试验段、第三试验段、第四试验段、第二阀门依次连接，并接回水箱。该系统可控变量多，包括流速、颗粒粒径、颗粒浓度、PH值、不同的通道结构和表面材料，可用于固液两相中颗粒迁移、沉积的研究，包括特定颗粒在特定流场及材料表面的湍流运动、湍流沉积等研究，还可以通过部分可视化实验管段对颗粒运动实现更全面、更细致的实时动态观察及测量，同时操作方便且具备可拆卸性。
【专利说明】一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统
【技术领域】
[0001]本发明属于多相流测量【技术领域】，特别涉及一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统。
【背景技术】
[0002]核电厂在长期运行，一回路系统中便会产生颗粒性腐蚀产物，大量此类腐蚀产物的积累对运行很不利，影响燃料元件及蒸汽发生器传热，增加了冷却剂的流动阻力。更重要的是，在堆芯中流动或沉积的腐蚀产物受到中子辐照而形成活化的腐蚀产物，这些活化的腐蚀产物沉积于堆芯外的设备表面上，产生了放射性污染，大大提高了停堆后设备周围的辐射强度。这些颗粒性腐蚀产物不仅是核电厂一回路辐射的重要源项之一，而且它的迁移行为还对离子形态(6tlCo)的腐蚀产物产生重要影响。因此，研究颗粒性腐蚀产物的运动与沉积行为特性具有重要的学术和实际价值，同时，可为核电站一回路中颗粒性腐蚀产物迁移行为提供理论基础。
[0003]对特种金属管内及管外的颗粒沉积测量以及相应的结构设计和加工工艺对实验系统提出了更高要求。目前，具有多影响因素下的颗粒性腐蚀产物迁移沉积的实验测量系统，还未有过公开。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了克服上述技术及材料限制的不足，提供了一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统。
[0005]本发明采用的技术方案为:
[0006]水箱内设置搅混装置，水箱的底部设置管道，依次与第一阀门、过渡段、泵、闸阀、第一试验段、涡轮流量计、压力表、第二试验段、第三试验段、第四试验段、第二阀门依次连接，并接回水箱。
[0007]所述水箱由筛网和精密天平组成的加料装置加料，并设置酸度计；所述第一试验段、第二试验段和第四试验段各分段分别由精密天平称重，并由台阶仪测量粗糙度。
[0008]所述第一试验段为直管段，内层和外层均为不锈钢-304管，中间为填充层。
[0009]所述第二试验段为直管段，第三试验段为弯管段，两部分组成U形管；第二试验段的内层材料为分段布置的因科镍-690，外层包覆密封膜，最外层为不锈钢-304管；第三试验段的内层材料为分段布置的因科镍-690，外层为不锈钢-304管，并在内层和外层之间设有填充层。
[0010]所述水箱的材料为有机玻璃，并在水箱壁面设置刻度尺，四周加装导流板。
[0011]所述第四试验段的最内层为支撑棒，外面包覆密封膜，最外层为分段布置的锆-4合金管；第四试验段固定在支撑板上，支撑板有五个均匀布置的流水孔和四个定位孔。
[0012]所述第一试验段、第二试验段、第三试验段、第四试验段各分段质量均小于100g。
[0013]所述泵的扬程为10m。[0014]所述涡轮流量计的测量精度为0.01。
[0015]所述酸度计的测量精度为0.01。
[0016]本发明的有益效果为:
[0017]该系统是一套综合性系统，可用于固液两相中颗粒迁移、沉积的研究，包括特定颗粒在特定流场及材料表面的湍流运动、湍流沉积等研究，还可以通过部分可视化实验管段对颗粒运动实现更全面、更细致的实时动态观察及测量。该系统可控变量多，包括流速、颗粒粒径、颗粒浓度、PH值、不同的通道结构和表面材料；该系统区别于其他系统在于它实现了对特种金属管道在内流、外流情况下的颗粒性腐蚀产物迁移沉积的测量，同时操作方便且具备可拆卸性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为颗粒腐蚀产物在管道内迁移和沉积的实验系统图；
[0019]图2 Ca)为第一试验段、第二试验段、第三试验段的横截剖面视图；
[0020]图2 (b)为第一试验段、第二试验段的纵剖面视图；
[0021]图3 Ca)为第三试验段的横截面剖视图；
[0022]图3 (b)为第三试验段的纵剖面视图。
[0023]图中标号:
[0024]1-筛网、2-精密天平、3-酸度计、4-水箱、5-搅混装置、6_第一阀门、7_过渡段、8-泵、9-闸阀、10-第一试验段、11-润轮流量计、12_压力表、13-第二试验段、14-第二试验段、15-第四试验段、16-第二阀门、17-台阶仪；18-内层、19-填充层、20-外层；21_支撑棒、22-填充层、23-外层。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供了一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。
[0026]如图1所示，水箱4内设置搅混装置5，水箱4的底部设置管道，依次与第一阀门
6、过渡段7、泵8、闸阀9、第一试验段10、涡轮流量计11、压力表12、第二试验段13、第三试验段14、第四试验段15、第二阀门16依次连接，并接回水箱4。
[0027]通过特定目数的筛网I获取期望的粒径范围，并用精密天平2 (精度为万分之一)对其称重，将已知粒径和质量的待实验用颗粒物放置在水箱4中，实验用水为蒸馏水，水箱材质为有机玻璃；搅混装置5置于水箱4上方，其搅混杆没入水箱液位高度三分之二，搅杆长度可调，水箱四周加装导流板。第二试验段13、第三试验段14、第四试验段15既可以顺序连接，还可以只连接其中任一试验段。用酸度计3测量水箱4内的ph值，用台阶仪17测量各试验段的管壁粗糙度。
[0028]所述水箱4壁面固定直尺，体积为500 X 500 X 1700mm。
[0029]所述第一试验段10为直管段,长度为600mm,内层18和外层20均为不锈钢-304管，中间填充层19为密封胶膜。
[0030]所述第二试验段13为直管段，第三试验段14为弯管段，两部分组成U形管，弯管段的半径分为102.43mm、129.86mm和157.29mm三种类型；第二试验段13的内层18为分段布置的因科镍-690管，填充层19为密封胶膜，外层20为不锈钢-304管；第三试验段14的内层18为分段布置的因科镍-690管，外层20为不锈钢-304管，并在内层18和外层20之间设有填充层19。其中，因科镍-690管外径19.05mm、壁厚1.09mm
[0031]所述第四试验段15的最内层为支撑棒21，外面包覆作为填充层22的密封膜，外层23为分段布置的锆-4合金管；第四试验段15固定在支撑板上，支撑板有五个均匀布置的流水孔和四个定位孔。该试验段为可视段。
[0032]各试验段分段的质量均小于100g。
[0033]泵8的扬程为10m。
[0034]涡轮流量计11的测量精度为0.01。
[0035]颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积实验系统的运行流程包括三个阶段:
[0036]第一阶段:调整并确定水箱4的液位高度，打开第一阀门6，启动泵8，观察实验系统在运行过程中是否稳定，观察是否有漏水现象；若无漏水现象且运行稳定则停止水泵8，关闭第一阀门6，将管道中的水通过预设流水孔排空，重新标定液位高度。
[0037]第二阶段:关闭第一阀门6，将已确定粒径范围和质量的颗粒物放置于水箱4中，在水箱中添加一定浓度的LiOH，搅杆伸入液面下合适位置并启动搅混装置5，观察并确定颗粒物在水箱中分布是否混合均匀。取水箱中混合物样品进行PH测试，并记录数据，待颗粒混合均匀后，先打开第一阀门6，再启动泵8，观察涡轮流量计11读数并调节回路的闸阀9的开合度，确定合适的流量，系统开始循环运行。
[0038]第三阶段:确认实验系统运行稳定后并达到运行时间的要求，停止泵8工作，关闭第一阀门6和第二阀门16，打开预设流水孔，待管道中水排空，将各试验段拆卸，取出试验材料，将已经标号的各分段作干燥处理，并对各分段称重，记录数据。
[0039]所涉及的颗粒物在管道内迁移和沉积的流动工质是蒸馏水，以消除水中杂质对颗粒沉积的影响。
[0040]将各试验段均分段标记序号如:1、2、3……实验前，对上述材料进行清洗并于恒温干燥获得相应的质量为mbl、mb2、mb3……待实验结束后，重新放置于恒温干燥箱，测得试验材料的质量为 mdl、md2、md3......记录两者之间的差值 Δm1=mb1-md2、Am2=mb2-md2> Am3=mb3-md3......[0041]试验材料表面须进行均匀氧化。PH值由0.lmol/L的LiOH调节，循环水的PH值可调范围为7-10.5，由酸度计3测量，精度为0.01。
【权利要求】
1.一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，水箱(4)内设置搅混装置(5)，水箱(4)的底部设置管道，依次与第一阀门(6)、过渡段(7)、泵(8)、闸阀(9)、第一试验段(10)、涡轮流量计(11)、压力表(12)、第二试验段(13)、第三试验段(14)、第四试验段(15)、第二阀门(16)依次连接，并接回水箱(4)。
2.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述水箱(4)由筛网(I)和精密天平(2)组成的加料装置加料，并设置酸度计(3);所述第一试验段(10)、第二试验段(13)和第四试验段(15)分别由精密天平(2)称重，并由台阶仪(17)测量粗糙度。
3.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述第一试验段(10)为直管段，内层和外层均为不锈钢-304管，中间为填充层。
4.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述第二试验段(13)为直管段，第三试验段(14)为弯管段，两部分组成U形管；第二试验段(13)的内层材料为分段布置的因科镍-690，外层包覆密封膜，最外层为不锈钢-304管；第三试验段(14)的内层材料为分段布置的因科镍-690，外层为不锈钢-304管，并在内层和外层之间设有填充层。
5.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述水箱(4)的材料为有机玻璃，并在水箱壁面设置刻度尺，四周加装导流板。
6.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述第四试验段(15)的最内层为支撑棒，外面包覆密封膜，最外层为分段布置的锆-4合金管；第四试验段(15)固定在支撑板上，支撑板有五个均匀布置的流水孔和四个定位孔。
7.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述第一试验段(10)、第二试验段(13)、第三试验段(14)、第四试验段(15)的质量均小于100g。
8.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述泵(8)的扬程为10m。
9.根据权利要求1所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述涡轮流量计(11)的测量精度为0.01。
10.根据权利要求2所述的一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统，其特征在于，所述酸度计(3)的测量精度为0.01。
【文档编号】G01N15/00GK103454186SQ201310397384
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】陆道纲, 马忠英, 吴立村 申请人:华北电力大学