一种测试核电稳压器安全阀排量的试验装置和试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试核电稳压器安全阀排量的试验装置和试验方法，特别涉及一种可测试带背压安全阀排量的试验装置和方法。
【背景技术】
[0002]核电作为一种清洁、可靠、安全的能源，得到了大家的广泛认可。大家对核电设备的安全也格外注意，特备在前苏联切尔诺贝利、美国三里岛和日本福岛核事故后，世界各国都采取了有效的安全改进措施，使核电的安全性进一步提高。我国的核电正处于大发展过程中，核电安全已经成为了核电发展过程中的重中之重。在核电一回路中稳压器的主要作用是将反应堆冷却剂的压力维持在设定的整定压力值范围内，防止冷却水在回路中气化。正常运行时稳压器内贮存有两相状态的水和水蒸汽，具体的比例及状态通过喷淋阀和加热器进行调节。稳压器的另外一个作用为可缓冲反应堆冷却剂回路内水容积的变化。核电稳压器安全阀是核电厂的第二道安全屏障中的重要组成部分，起到对冷却剂系统压力边界完整性的保护。
[0003]安全阀的排量试验装置大致可分为两类:一类以空气做为介质；一类以蒸汽作为介质。就核电稳压器而言，其工作介质为水蒸汽，所以必须使用蒸汽试验装置进行排量试验。安全阀的蒸汽试验通常称为热试，热试装置一般包括锅炉、容器、控制系统，其设计非常复杂造价也非常昂贵，其本身的技术难度远超安全阀本身。目前安全阀的热态试验装置主要按照ASME PTC25中对安全阀热态试验装置的具体要求进行相关的设计建造。核电稳压器安全阀热态排量试验的难点有两个方面:1.需要保证饱和蒸汽的干度大于98%或者蒸汽的过热度小于10度，且最终测量偏差不的超过测量值的2% ;2.针对核电稳压器安全阀的特殊结构及特殊工作环境，需要设计特殊的背压工作环境。
[0004]安全阀热态试验装置在美国发展的较早，TYCO等公司建设了采用大体积的高压蒸汽储能器为基础的蒸汽试验装置，通过大体积的蒸汽储能装置保证安全阀排放过程中蒸汽排放能力的稳定性；通过调节高压储能器的压力温度等参数实现对蒸汽质量的调控，但调控过程非常复杂，需要反复进行调试，对操作人员的要求也非常高，而且这种大储能器试验装置的造价也非常高。在现阶段还没有针对核电稳压器安全阀的专用蒸汽排放试验装置。
[0005]综上所述，目前针对核电稳压器安全阀的排量试验技术还存在严重的技术缺陷和空白。为保证核电装备的安全性，非常有必要设计一种针对核电稳压器安全的蒸汽排量试验装置，解决现有蒸汽排量试验装置无法在安全阀出口侧加设背压的问题，同时建立高精度的蒸汽安全阀的排量试验装置和方法，确保核电稳压器安全阀的质量，为核电安全生产提供保障。
【发明内容】
[0006]针对现在存在的问题和实际需求，本发明提供一种符合ASME PTC25标准的核电稳压器安全阀排量试验装置和方法。将直流锅炉、集气箱、汽水分离器、储能器、试验容器、背压容器、冷凝水池依次相连。预先设定锅炉的工作压力，可通过对集气箱补水阀的控制实现对集气箱出口蒸汽干度的控制。通过控制试验容器与储能器之间的调节阀控制试验容器内的压力，满足试验核电稳压器安全阀长时间稳定排放的要求。通过PLC控制系统控制块开阀门对背压容器压力进行控制，实现对核电稳压器安全阀出口侧压力的稳定控制。通过高频数据采集系统实现对试验数据的高频实时采集。该装置可以提供高品质的试验蒸汽，同时能够满足核电稳压器安全阀对不同背压情况的试验需求，而且可以高频采集、纪录相关试验数据。该装置和方法具有操作弹性大、测试过程稳定、可维持测试时间长、测试精度高等特点。
[0007]本发明主要是通过以下的技术方案实现的:
[0008]一种测试核电稳压器安全阀排量的试验装置，其特征在于，所述的试验装置包括:一个为试验通过蒸汽的燃气直流锅炉1，一个蒸汽集气箱3，一个用于稳定锅炉输出压力同时可以对锅炉产生水蒸汽进行汽水分离的汽水分离器9，一个用于储存高压蒸汽的储能器22，一个用于试验阀门的试验容器31，一个用来提供稳定背压的背压容器38，一个用于吸收背压容器出口蒸汽的冷凝水池44通过管道和阀门依次连接；直流锅炉I与集气箱3之间安装有第一电动调节阀2，集气箱3与汽水分离器9之间安装有第二电动调节阀8，汽水分离器9与储能器22之间顺次安装有电动闸阀14、第一干度计15，第三电动调节阀16，储能器22与试验容器31之间依次安装有快开阀23、第五压力检测器24、孔板流量计25、压差变送器26、第二干度计27、第四温度检测器28、第四电动调节阀29，被测核电安全阀37的入口通过电动球阀36与试验容器31相连，被测核电安全阀37出口与背压容器38相连；背压容器与试验容器之间还安装有第五电动调节阀33，背压容器与试验水池之间安装有快开阀43，一个PLC控制系统45控制第五电动调节阀33和快开阀43的开度；
[0009]集气箱3上设置一补水阀4 ;集气箱3、汽水分离器9、储能器22、试验容器31、背压容器38的上部都安装有监测容器压力的压力检测器、监测容器温度的温度检测器和快速卸载容器中的压力的快速放空阀，依次分别为:第一压力检测器5、第二压力检测器10、第四压力检测器20、第六压力检测器35、第七压力检测器41，第一温度检测器6、第二温度检测器11、第三温度检测器19、第五温度检测器34、第六温度检测器40用，第一快速放空阀7、第二快速放空阀12、第三快速放空阀18、第四快速放空阀30、第五快速放空阀42 ;汽水分离器9、储能器22、试验容器31、背压容器38的底部分别安装有第一气动调节排凝阀13、第二气动调节排凝阀21、第三气动调节排凝阀32、第四气动调节排凝阀39，一套高频数据采集系统46与系统中各个压力检测器、温度测量器、干度计和孔板流量计相连。
[0010]所述的直流锅炉I包括锅炉主体、反渗透水处理系统、除氧热水箱及其自控系统、锅炉及水泵及水泵润滑系统；燃料为天然气或重油；锅炉的排量不低于5ton/h，蒸汽过热度精度为±3°C，蒸汽过热度在50°C范围内可调，蒸汽干度多98%。
[0011]所述的集气箱3为压力容器，体积为1- 2m3，优选1.5m3;
[0012]所述的汽水分离器9为高温高压容器，容积为2 - 5m3，优选，5m3;
[0013]所述的储能器22为高温高压容器，的容积为30 - 50m3，优选30m3;
[0014]所述的试验容器31为高温高压容器，容积为10 - 303，优选1m3;
[0015]所述的补水阀4，公称通径为50 - 100mm，优选50mm ；
[0016]所述的电动调节阀均为百分比电动调节阀，包括远程控制系统和手动调节装置，其中:第一电动调节阀2、第二电动调节阀8，公称通径为100 -300mm，优选150mm ;第三电动调节阀16、第四电动调节阀29、第五电动调节阀33公称通径为100 - 200mm，优选150mm ；
[0017]所述的电动闸阀14，公称通径为100 - 200mm，优选150mm ；
[0018]所述的快开阀24的公称通径为100 -200mm,优选150mm ;快开阀43的公称通径为100 - 300臟，优选 150mm ;
[0019]所述的电动球阀36，公称通径为100 - 200mm，优选150mm ；
[0020]所述的管道的公称直径为200 - 300mm,优选150 ；
[0021]所述的压差变送器26精度为±0.1% ;
[0022]所述的干度计的测量精度为±0.5%，干度计插入深度为管线中心位置；
[0023]所述的温度测量器均为热电偶，分辨率不低于0.50C ;
[0024]所述的压力检测器均为电压输出压力传感器；
[0025]所述的PLC控制系统45为西门子CPU315 -2DP，是中央处理单元的控制器系统，系统内的CPU单元支持中断控制、中间寻址、内置的PID、字长32bit ;
[0026]所述的高频数据采集系统46，采集频率不低于ΙΟΚΗζ，采集系统采集第一干度计15、第二干度计27、第一温度测量器6、第二温度测量器11、第三温度测量器19、第四温度测量器28、第五温度测量器34、第六温度测量器40、第一压力检测器5、第二压力检测器10、第三压力检测器17、第四压力检测器20、第五压力检测器24、第六压力检测器35、第七压力检测器41、孔板流量计25中检测到的所有数据。
[0027]本发明还提供基于上述装置的一种测试核电稳压器安全阀排量的试验方法，主要步骤包括:
[0028](I)直流锅炉I从冷态启动，锅炉水进入锅炉；
[0029](2)打开汽水分离器9下方的气动调节排凝阀13进行冷凝水排放；
[0030](3)直流锅炉I进行点火操作，锅炉内的温度逐渐升高，产生蒸汽；当蒸汽温度达到150°C后，关闭第二电动调节阀8，通过控制第一电动调节阀2的开度使锅炉压力达到预设值，打开第二电动调节阀8、电动闸阀14、第三电动调节阀16、快开阀23、第四电动调节阀29分别对汽水分离器9、储能器22、试验容器31进行预热；预热过程中每半个小时左右打开汽水分离器9底部的第一气动调节排凝阀13、储能器22底部的气第二动调节排凝阀21、试验