一种非能动余热排出热交换器试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体设及一种非能动余热排出热交换器试验装置。
【背景技术】
[0002] 非能动余热排出热交换器（PRHRH幻是第S代压水堆核电站AP1000中的应急堆 巧冷却系统，对缓解热阱丧失事故起着重要作用。非能动余热排出热交换器主要由传热管 和安全壳内换料水箱组成。反应堆冷却剂系统热段的流体流入传热管，被换料水箱中的水 冷却，从而将堆巧的衰变热排出。由于不同温度的冷却剂之间存在密度差，在热交换器中形 成了自然循环。
[0003] 非能动余热排出热交换器在自然循环过程中的两相流动传热现象是对反应堆安 全有重要影响的热工水力现象。由于热交换器一、二次侧温差大，参数变化范围广，设及多 种单相和两相流动传热模式。自然循环流速低，受浮升力影响大，因此热交换器中的动力学 特性与强迫循环有显著不同。目前，对非能动余热排出热交换器传热管内、外的两相流动及 传热现象认识不充分，因此，建立非能动余热排出热交换器试验装置用于开展自然循环两 相流动传热行为研究对于堆巧设计和安全分析技术的发展十分必要。
[0004] 美国西屋公司针对AP600中的非能动余热排出热交换器建立了传热试验装置，用 于验证热交换器的传热性能。试验装置的试验段由3根并排的304不诱钢竖直传热管浸没 在圆形水箱中，模拟热交换器换热管的竖直段在换料水箱中的传热。装置保持了AP600非 能动余热排出热交换器的完全高度，换热管的壁厚、内径及间距与真实尺寸相似。试验装置 的运行工况能够涵盖AP600非能动余热排出热交换器的运行参数。但是，实际AP1000的热 交换器传热管是C形传热管，由上、下水平段和竖直段组成，其中水平段占传热管总表面积 的42%，主要的传热发生在传热管上水平段。而在西屋公司建立的试验装置中，传热管只 包含竖直段，在该装置上不能开展水平段的传热试验研究。同时，该试验装置的传热管采用 304不诱钢管，而AP1000中的传热管材质为因科镶（Inconel690)，两种材质的热导率相差 约34%，该将对传热试验数据的准确性和可靠性产生影响。
【发明内容】
[0005] 针对上述试验装置的不足，本发明的目的在于建立与AP1000非能动余热排出热 交换器C形管尺寸相同、材质接近的非能动余热排出热交换器传热试验装置，用于开展自 然循环两相流动传热试验，为堆巧设计和安全分析提供试验数据，并为非能动余热排出热 交换器自然循环两相流动传热程序模型的评价提供依据。
[0006] 为达到W上目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种非能动余热排出热交换器试验装置，所述试验装置包括传热试验段、稳压器、 屏蔽累、加热器、循环累、换热器、高位水箱、低位水箱、提升累、补水累和喷淋累；
[0008] 其中，所述传热试验段、稳压器、屏蔽累、加热器组成试验装置的主回路系统；所述 传热试验段包括3根C形传热管和冷却水箱，所述稳压器与传热试验段的出口管道和屏蔽 累的入口管道相连；所述屏蔽累与传热试验段的出口管道相连，通过调节屏蔽累前的阀口 和旁通阀口，调节主回路的流量；所述加热器安装在屏蔽累和传热试验段之间；
[0009] 所述循环累的入口与换热器的管程出口连接，出口与冷却水箱的入口管相连；
[0010] 所述换热器的管程入口与冷却水箱的出口管相连，管程出口与循环累的入口相 连；
[0011] 所述高位水箱储存主回路系统用纯水，在重力作用下向主回路系统注水；低位水 箱储存主回路系统用纯水；
[0012] 所述提升累与高位水箱和低位水箱相连，将低位水箱中的水注入高位水箱中；补 水累安装在低位水箱和稳压器下管口之间，将低位水箱中的水从稳压器底部注入，提升稳 压器压力，且保证稳压器内的水面不低于最低液位值；喷淋累安装在低位水箱和稳压器上 管口之间，将低位水箱中的水通过稳压器顶部喷淋装置向稳压器中注水。
[0013] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，所述传热试验段中，每 根C形管12由上水平段、竖直段和下水平段=段用卡套连接而成，3根传热管是分别嵌套在 冷却水箱的3个竖直圆管中；3根传热管的入口和出口分别通过上分流器、下分流器与试验 装置主回路管道相连。
[0014] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，所述冷却水箱由3个 竖直圆管并联与上、下水平圆管连接而成，每个竖直圆管中分别包含了一根传热管的竖直 段；冷却水箱底部的下水平圆管上具有入口管，上水平圆管具有上法兰盖，所述上法兰盖上 具有出口管，上法兰盖上还有另一个出口管用于冷却水的溢流。
[0015] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，在所述传热管中布置 数根热偶阱，热偶阱插入传热管中并与传热管壁面银焊，用=脚支架将其支撑在传热管中 屯、，热电偶从热偶阱的开口端穿进去，在3根传热管中分别布置10根、12根和13根热电偶； 3根传热管外壁面具有直接焊接在外壁面的热电偶，上述3根传热管外壁面分别布置10根、 14根和13根热电偶，上述外壁面的热电偶与传热管中的热电偶交错分布；在所述冷却水箱 中布置18根热偶阱，热偶阱插入冷却水箱中，并与水箱壁面焊接，热电偶穿进热偶阱中，每 个热偶阱中安装1根热电偶。
[0016] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，所述稳压器采用立式 圆柱形结构，并且有上、下楠圆形封头，稳压器稳压过程中，容器内气体排放由排气阀实现， 排气阀安装在稳压器的顶端；系统压力保护通过安装在稳压器上端的安全阀实现。
[0017] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，所述加热器与主回路 管道通过法兰连接，法兰间加绝缘密封垫片；主回路流体流经加热器，再经上分流器流入传 热管；加热器最大工作压力为15MPa，最大工作温度为324°C;加热器内工质为纯水，加热器 采用〇32X3mm、长度约4. 5m的管子制成，加热器采用经可控娃整流电源整定后的直流低 电压大电流直接输出到加热管段上的加热方式，整流电源输出为12脉波直流DC;50V、0~ 10000A，加热电功率为300KW，管道中间接电源正极，两端接电源负极。
[0018] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，所述循环累将冷却水 箱内的水抽出，经换热器冷却后，再注入冷却水箱，实现冷却水箱内水的循环和温度恒定。
[0019] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，所述换热器降低从冷 却水箱出来的流体温度，W实现冷却水箱内水温恒定，换热器为蒸发式换热器，采用管壳式 结构，立式布置，管程换热管采用u型布置，壳程为圆柱筒体结构，筒体与上下封头连接，上 封头为楠圆形封头，下封头为球形封头，壳程和管程材质均为304不诱钢。
[0020] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，所述热偶阱使用 〇3 X 0. 5mm的304不诱钢无缝管制作而成，钢管一端封闭，一端开口。
[0021] 进一步地，如上所述的非能动余热排出热交换器试验装置，高位水箱为直径Im、高 1. 2m的圆柱形水箱，水箱工作温度为20~90°C，工作压力为常压，水箱材质为304不诱钢； 低位水箱为1X1X1. 3m的立方体水箱，水箱工作温度为20~90°C，工作压力为常压，水箱 材质为304不诱钢。
[0022] 本发明的有益效果如下；
[0023] 本发明的非能动余热排出热交换器试验装置采用了 3根〇 19. 05X1. 5mm的 Inconel600C形管模拟AP1000中热交换器的传热管，其尺寸与AP1000中的S根典型传热 管相同。相比较304不诱钢材质，Inconel600的热导率与Inconel690更为接近，仅相差 6%。
[0024] 此外，对冷却水箱采取的简化设计，合理避免了由于水箱尺寸过大引起的应力变 形问题，同时也大大减少了冷却水箱的用水量，缩短了试验准备时间。
[00巧]经过调试，该试验装置能达到压力0.2~15. OMPa、传热管入口含汽率-0. 1~ I. 0、入口温度150~324°C、传热管内流率200~2000kg/m2s的试验工况范围。该工况范 围涵盖了AP1000非能动余热排出热交换器的工作范围。
[0026] 因此，在该装置上开展自然循环两相流动传热试验能够更准确地模拟AP1000非 能动余热排出热交换器的传热过程，获取更精确的传热数据。
【附图说明】
[0027] 图1为非能动余热排出热交换器实验装置流程图。
[0028] 图2为传热试验段结构示意图。
[0029] 图3为热偶阱结构示意图。
【具体实施方式】