验证贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率的装置及方法与流程

本发明涉及的是一种气溶胶领域的技术，具体是一种验证贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率的装置及方法。

背景技术：

安全壳是核电厂防止放射性物质外逸的最后一道实体屏障，应当具备良好的密封性。但由于制造工艺、超压载荷或局部老化的原因，安全壳压力边界会出现不同形式的微尺度泄漏通道，其中，事故下贯穿件窄缝是安全壳的一种重要泄漏途径。根据核电厂局部试验各部件的试验验收标准，平均每个电气贯穿件的允许泄漏率量级接近0.1l/min。严重事故中，核电厂安全壳可能会发生超压情况，并在其内部弥散了含放射性的气溶胶。同时，超压也可能造成部分电气贯穿件失效，形成窄缝泄漏通道，导致贯穿件的泄漏量接近或超过平均允许泄漏率。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种验证贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率的装置及方法，用于探究气溶胶在贯穿件窄缝内的滞留效应，为核电厂事故后放射性释放分析、电厂选址提供参考依据。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种验证贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率的装置，包括：泄漏容器、气溶胶供应部、蒸汽供应部、电气贯穿件、冷凝干燥部和多个流量计，其中：气溶胶供应部和蒸汽供应部各自通过流量计再分别与泄漏容器的输入端相连，泄漏容器的输出端依次连有电气贯穿件、冷凝干燥部和流量计。

所述的气溶胶供应部包括：空压机、粉尘发生器和管道加热器，其中：空压机传出的气体分为两路，一路传至粉尘发生器，另一路经管道加热器传至泄漏容器。

所述的蒸汽供应部为水蒸气发生器。

所述的冷凝干燥部包括：依次连接的冷凝管、冷凝瓶和干燥器，其中：冷凝瓶置于冰水中。

所述的电气贯穿件和冷凝干燥部之间设有过滤器。

所述的泄漏容器的内部设有加热器、风机和竖直循环管道，其中：加热器设置于竖直循环管道的下端部，风机设置于竖直循环管道的中部。

所述的泄漏容器的外层设有保温层。

所述的泄漏容器设有一个外接口连有粒径谱仪。

本发明涉及一种基于上述装置的验证贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率的方法，向泄漏容器内充入水蒸气-空气混合气体至容器内压达预设压力，测定贯穿件窄缝的泄漏流量，再向泄漏容器注入气溶胶颗粒并维持其浓度，将配比好的气溶胶通入贯穿件并记录泄漏流量变化，最后将滞留的气溶胶颗粒称重并计算滞留效率。

技术效果

本发明整体解决了高温、高水蒸气份额环境下的贯穿件泄漏速率测定问题并验证了贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率。

与现有技术相比，本发明采用贯穿件试件段进行窄缝对气溶胶颗粒滞留效率的验证，方法简单且易于操作；在泄漏容器内置循环加热通道，能够长时间为贯穿件泄漏通道提供稳定、均匀的气溶胶环境；采用先冷凝后测量的方式，实现了在低泄漏流量、高水蒸气份额条件下贯穿件泄漏率的测量。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为泄漏容器内部结构的示意图；

图3为电气贯穿件的结构简图；

图中：气溶胶供应部a、蒸汽供应部b、冷凝干燥部c、第一输入端a、第二输入端b、第一输出端c、第二输出端d、第三输出端e、空压机1、气滤网2、空气调节阀3、空气流量计4、载气流量计5、第一闸阀6、粉尘发生器7、第二闸阀8、管道加热器9、空气旁路阀10、气溶胶供应管线闸阀11、水蒸气旁通阀12、水蒸气发生器13、水蒸气流量计14、蒸汽供应管线截止阀15、泄漏容器16、保温层17、电气贯穿件18、管壁电加热器19、过滤器20、针阀21、冷凝管22、冷凝瓶23、排气阀24、干燥器25、干式质量流量计26、采样管线针阀27、粒径谱仪28、内置加热器30、风机31、竖直循环管道32。

具体实施方式

如图1所示，本实施例涉及一种验证贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率的装置，包括：具有两个输入端和三个输出端的泄漏容器16、气溶胶供应部a、蒸汽供应部b、带有管壁加热器19的电气贯穿件18、过滤器20、冷凝干燥部c、粒径谱仪28、和多个流量计，其中：气溶胶供应部a通过空气流量计4与泄漏容器16的第一输入端a相连，蒸汽供应部b通过水蒸气流量计14与泄漏容器16的第二输入端b相连，泄漏容器16的第一输出端c依次连有电气贯穿件18、过滤器20、冷凝干燥部c和干式质量流量计26，泄漏容器16的第二输出端d通过采样管线针阀27与粒径谱仪28相连，泄漏容器16的第三输出端e为排气端并由排气阀24控制。

所述的气溶胶供应部a包括：空压机1、气滤网2、粉尘发生器7和管道加热器9，其中：空压机1经气滤网2、空气调节阀3和空气流量计4传出的气体分为两路，一路经载气流量计5、第一闸阀6、粉尘发生器7和第二闸阀8，另一路经管道加热器9和空气旁路阀10，两路通过气溶胶供应管线闸阀11控制以向泄漏容器16供应气溶胶。

所述的蒸汽供应部b为水蒸气发生器13，该水蒸气发生器13经水蒸气流量计14和蒸汽供应管线截止阀15向泄漏容器16供应水蒸气。

所述的气溶胶供应部a和蒸汽供应部b之间设有水蒸气旁路并由水蒸气旁通阀12控制。

所述的过滤器20通过针阀21与冷凝干燥部c连接，该冷凝干燥部c包括：依次连接的冷凝管22、冷凝瓶23和干燥器25，其中：冷凝瓶23设置于冰水中，干燥器与干式质量流量计26相连。

所述的泄漏容器16的外层设有保温层17。

所述的干燥器25内的干燥剂为硅胶。

如图2所示，所述的泄漏容器16的内部设有内置加热器30、风机31和竖直循环管道32，其中：竖直循环管道32通过钢丝固定且底部设有钢筋支撑，内置加热器30设置于竖直循环管道32的下段，风机31设置于竖直循环管道32的中段；该内置竖直循环通道32用于减弱气溶胶颗粒的沉积，可长时间维持容器内气溶胶浓度均匀；通过先冷凝水蒸气再测量干空气的方式，获得在高温、高水蒸气的气溶胶环境下贯穿件窄缝的低泄漏率。

所述的内置竖直循环通道32管内气体流速约为5m/s；输出端c和d均为φ10的取样细管。

所述的电气贯穿件18的端部管道连接处存在潜在的泄漏点，如图3的虚线框框出的位置。

所述的管壁电加热器19用于补偿泄漏容器16散失的热量。

所述的干式质量流量计26的测量范围为50～500ml/min。

本实施例涉及一种验证贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、建立气溶胶载气环境：向泄漏容器16内充入水蒸气-空气混合气体，为了避免水蒸气过冷凝结，先用高温空气排走泄漏容器16内常温空气，该高温空气是经管道加热器9加热至预设温度后，经空气旁路阀10控制进入泄漏容器16，后补入空气至泄漏容器16内压达到气溶胶的空气分压值，最后补入水蒸气，使泄漏容器16内压等于预设压力，开启泄漏容器16内的循环-加热通道，调节内置加热器30的电功率，使泄漏容器16内混合气体和压力稳定。

步骤二、测定电气贯穿件18窄缝的泄漏流量：单个安全壳电气贯穿件18的平均允许泄漏率为几百毫升每分钟，泄漏总时长为4小时，针对泄漏气体温度高和水蒸气份额大的情况，使泄漏气体通过冷凝管22和干燥器25干燥后，气体温度降低并去除水蒸气，再测量剩余干空气流量和冷凝瓶23中冷凝水的质量，得到电气贯穿件18的泄漏率。

步骤三、向泄漏容器16内注入气溶胶颗粒并维持均匀浓度：在窄缝泄漏速率满足预设的基础上，关闭针阀21，再打开气溶胶供应管线闸阀11，向泄漏容器16内注入固体颗粒，该固体颗粒的粒径为0.5～1.0um，并且为了减小固体颗粒沉降造成的气溶胶浓度分布不均匀，开启内置循环加热通道使泄漏容器16下方区域的气溶胶输送至上方区域，泄漏容器16内气溶胶颗粒浓度采用粒径谱仪28进行测量，每小时测量一次，单次采样时长2min，该取样气体的总体积与泄漏容器16的体积相比忽略不计。

由于泄漏容器16内的气溶胶颗粒存在沉积现象，在气溶胶浓度偏离预设值时，进行补充，使容器内的气溶胶浓度接近200mg/m³。

步骤四、记录电气贯穿件18的泄漏流量：将配比好的气溶胶通入电气贯穿件18，泄漏流量的测量方法与步骤二相同，记录下泄漏流量的变化情况，以判断运行过程中电气贯穿件18窄缝是否发生明显的堵塞现象。

步骤五、计算气溶胶滞留效率：总时长为24小时的泄漏测试结束后，将电气贯穿件18和过滤器20内的气溶胶颗粒采用乙醇溶液清洗并称重，根据公式：η^*＝m1/(m1+m2)计算气溶胶滞留效率，其中：m1、m2分别为电气贯穿件18和过滤器20内的滞留颗粒质量，η*为电气贯穿件18的滞留效率。

经过具体实际经验，在温度150℃、压力0.4mpag、水蒸气份额80％和气溶胶浓度约200mg/m³的气溶胶环境下，得到贯穿件窄缝的泄漏速率以及该泄漏率下贯穿件窄缝的气溶胶滞留效率。

与现有技术相比，本方法能够显著提高容器内的气溶胶浓度均匀性，以及获得了贯穿件窄缝在高温、高水蒸气份额下的低泄漏速率。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。