测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置及其测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种关于核电氢安全设备方面的实验系统，具体涉及的是一种测试核 电用非能动氢复合器点火阈值(即高氢浓度性能）的装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002] 日本福岛核事故以后，核电安全壳内的氢风险控制越来越受到重视，对氢安全设 备的要求越来越高，特别是在严重事故工况下氢安全设备是否仍然能发挥氢气控制或消除 的功能成了设备的重要考核依据。尤其是作为主要消氢手段的非能动氢复合器（PARs)，更 是要考核其在各种严重事故工况的运行性能。
[0003] -般地，PARs可描述为底部装填催化剂的竖直通道(俗称"烟道")。事故发生后， 氢分子和空气中的氧分子在催化剂表面接触，发生如下反应：
【主权项】
1. 测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置，其特征在于，包括活塞机构（I)、悬挂 机构（2)和用于阻塞非能动氢复合器烟道出口的不锈钢包壳（4);所述活塞机构包括流体通 入管道（101)，以及与该流体通入管道（101)可拆卸连接的活塞缸（102);所述悬挂机构包 括与设置在活塞缸（102 )内的活塞连接的直连杆（201 )，与该直连杆（201)连接的"L"形连 杆（202)，以及自然悬挂在该"L"形连杆（202)短边末端的铰链挂架（203);所述不锈钢包壳 (4)通过铰链（3)与铰链挂架（203)连接。
2. 根据权利要求1所述的测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置，其特征在于， 所述流体通入管道（101)通过密封法兰与活塞缸（102)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置，其特征在 于，所述活塞的截面积为20~40cm2。
4. 一种测试核电用非能动氢复合器点火阈值的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将非能动氢复合器和权利要求1~3任一项所述的装置一同放入到"模拟核电安 全壳严重事故工况的实验系统"的实验容器内，并将不锈钢包壳放置在非能动氢复合器的 烟道出口处，将该烟道出口阻塞，同时，将流体通入管道与实验系统的喷淋头连通； (2) 对实验容器进行保压测试； (3) 保压测试合格后，分别打开实验系统中的排气管道和第一减压阀，利用第一减压 阀将第一空气源的出口压力调节至0. 1~0. 2MPa，然后打开单向阀和第一隔离阀，根据第 一流量计显示的流量，利用第一隔离阀将欲通入到实验容器中的空气流量调节至700~ 750m3/h，利用进入的空气对实验容器进行吹洗，吹洗时间为IOmin以上； (4) 依次关闭第一隔离阀、单向阀和第一减压阀，直至实验容器内的第一压力传感器显 示的压力为〇· 1~〇· 15MPa时关闭排气管道； (5) 将实验系统中的水蒸汽发生器的输出压力调节至0. 5~0. 6MPa，并依次打开第八 隔离阀和第九隔离阀，将水蒸汽持续通入到实验容器内； (6) 当实验容器内的压力达到0. 4~0. 45MPa后，继续调节水蒸汽发生器出口处的压 力，使实验容器内的压力稳定在〇· 4~0· 45MPa，并持续通入水蒸汽30min以上，使实验容器 内温度大于或等于130°C，压强大于或等于0. 4MPa ; (7) 依次打开实验系统中的第二减压阀和第三减压阀，利用第二减压阀和第三减压阀 分层次将氢气源的出口压力调节至〇. 5MPa以上； (8) 依次打开实验系统中的第一电磁阀和第三隔离阀，根据第二流量计显示的流量，利 用第三隔离阀将欲通入到实验容器中的氢气流量调节至400L/min以上； (9) 打开实验系统中全部的取样管道，观察不同取样点氢气浓度的变化情况，同时，通 过多点热电偶采集的数据，利用数据采集系统监测实验容器内不同测点的温度变化； (10) 持续执行步骤（9)，直至时长达到17~30min后，停止通入氢气，此时，实验容器 内氢气的平均浓度为4%~8% ; (11) 打开实验系统的喷淋液混合箱，向活塞机构中通入喷淋液，利用喷淋液作为流体 推动活塞发生位移，带动"L"形连杆与铰链挂架脱开，此时，不锈钢包壳由于重力作用而顺 着非能动氢复合器下滑，使非能动氢复合器的烟道出口完全打开； (12) 通过多点热电偶和压力表采集的数据，观测温度和压力是否出现突变，如果出现 尖峰，说明发生点火现象，停止测试；如果没有，则继续观测，执行步骤（13); (13)继续监测和记录非能动氢气复合器不同取样点的氢气浓度和测点温度，直至测点 氢浓度降至4%以下或停止通入氢气60分钟以上时，停止监测和记录。
5. 根据权利要求4所述的一种测试核电用非能动氢复合器点火阈值的方法，其特征在 于，所述非能动氢复合器的前后两侧均设有催化板插孔排。
6. 根据权利要求5所述的一种测试核电用非能动氢复合器点火阈值的方法，其特征在 于，所述催化板插孔排由至少两个并排设置的插孔构成。
【专利摘要】本发明公开一种测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置及其测试方法，解决现有技术无法全面模拟出核电站高氢浓度事故工况的问题。本发明包括活塞机构、悬挂机构和用于阻塞非能动氢复合器烟道出口的不锈钢包壳。在通入氢气的过程中，不锈钢包壳覆盖住复合器的烟道出口，有效阻止了气流循环与消氢反应，使反应容器内氢浓度能较快的上升，在氢浓度达到预设值后，利用流体推动悬挂机构发生位移，致使不锈钢包壳下滑，露出复合器烟道出口，使复合器产生气流循环，并在高氢浓度下消氢。本发明真实模拟出了核电站高氢浓度事故工况，其对非能动氢气复合器点火阈值的测试结果非常接近实际工况，为复合器的研究和设计提供了非常好的参考标准。
【IPC分类】G21C17-00
【公开号】CN104835542
【申请号】CN201510293745
【发明人】高博, 李嵘, 唐俊, 赖新春, 邵正锋, 郑振华, 朱宏志, 杜杰, 梅国, 徐凤翔, 唐涛
【申请人】中国工程物理研究院材料研究所, 四川聚能核技术工程有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年6月1日