[发明专利]分析高温堆破口事故中石墨粉尘重悬浮规律的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析高温气冷堆发生破口事故时管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的规律的实验装置及测试方法，属于核反应堆工程技术领域。

背景技术

模块式高温气冷堆具有安全性好、发电效率高等特点，受到各国普遍关注，而超高温气冷堆是第4代先进核能系统的候选堆型之一，被认为是最有可能将来实施的先进堆型。在高温气冷堆中，堆芯除去少量燃料、控制材料外，基本全为石墨类材料，而球床堆特有的燃料球循环方式，使得燃料球在运动过程中其自身以及其他的石墨构件和管道不可避免地发生摩擦磨损，产生石墨粉尘。反应堆一回路中部分放射性物质可能粘附在石墨粉尘上，这些微细的石墨颗粒将随着氦气流流动。

石墨粉尘在运动的过程中，一部分将沉积在高温堆一回路的壁面上，当发生严重事故时，如破口事故，反应堆一回路中的高压气体将从破口处喷射出来，引起一回路中压力剧降，由此引起一回路中氦气流动速度剧变，从而可能将已经沉积的粉尘扬起，进而跟随氦气流动，并随着泄放的气流排出反应堆，从而对周围的环境造成危害。研究在高温堆发生破口事故的情况下，高温堆一回路管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的规律对于高温堆的安全分析具有重要意义。

现有技术中关于粉尘重悬浮的研究方法和装置大多都是在常压下的稳态工况进行。而对于高温气冷堆而言，当发生破口事故时，高温堆一回路中的高压氦气将通过破口排向外界，在氦气排放的过程中，高温堆一回路中的压力逐渐下降，而由于反应堆一回路和外界存在较大的压差，破口处的氦气以声速向外界排放。该排放过程是一个非稳态、初始状况为高压、声速排放的过程。在排放的过程中，沉积在高温堆一回路管道内壁面上的石墨粉尘将由于氦气流的作用发生重悬浮被卷入排放的氦气流中。

发明内容

为了解决现有技术中的技术问题，本发明通过设计一套能够模拟高温气冷堆发生破口事故时产生的非稳态、高压气体声速喷射过程的装置，通过该装置可以检测高温堆发生破口事故时壁面沉积石墨粉尘的重悬浮规律。

本发明提供一种分析高温气冷堆发生破口事故时管道壁面上沉积的石墨粉尘发生重悬浮的规律的装置，以及相应的测试方法。

一种分析高温堆破口事故中石墨粉尘重悬浮规律的装置，该装置主要由高压储气系统、排放管道、石墨粉尘沉积壁面、声速喷嘴和真空罐组成，高压储气系统提供排放过程中需要的气源，其连接排放管道，排放管道连接声速喷嘴，声速喷嘴连接真空罐，石墨粉尘沉积壁面设置于排放管道中，石墨粉尘沉积在该壁面上。通过声速喷嘴模拟高温堆破口的声速排放，在排放管道中安置沉积有石墨粉尘的壁面，测量的时候，在高压储气系统和真空罐的压差作用下，高压储气系统中的高压气体流将通过排放管道由音速喷嘴排入真空罐中，在排放过程中，安置在排放管道中的沉积石墨粉尘将发生重悬浮，由此可以检测出排放过程中石墨粉尘重悬浮规律。

排放管道的内壁面上刻有可以安置石墨粉尘沉积壁面的槽道，使石墨粉尘沉积壁面可以活动安置于排放管道中，方便气体排放前后将沉积有石墨粉尘的石墨粉尘沉积壁面从排放管道中抽出。石墨粉尘沉积壁面的安置位置优选为水平安置于排放管道中间。排放管道两端与管道连接方式采用法兰连接，排放管道的进出口分别布置一个压力表，用于记录排放过程中排放管道前后的压差变化情况。

高压储气系统和排放管道之间的连接管道上安装有流量计，流量计记录排放过程中气流的流量，包括瞬时流量和累积流量。流量计和高压储气系统之间还设置有电磁阀，通过电磁阀控制排放过程的启停。排放管道和声速喷嘴之间设置有截止阀，排放结束后，关闭截止阀，可以封闭真空罐。

高压储气系统连接1个或多个高压气瓶，由高压气瓶注气补充气体，高压储气系统上安置有压力表和温度计，用于记录排放过程中压力、温度的变化。

由真空罐连接有真空泵，二者组成真空罐系统，通过真空泵对真空罐进行抽气，可以使真空罐内达到设计的真空压，从而使声速喷嘴前后的压差能满足声速喷射需要的压力比。声速喷嘴在高压储气系统和真空罐的压差下可以试气流形成声速排放。

本发明还提供一种检测高温堆发生破口事故时壁面沉积石墨粉尘的重悬浮的测量方法，所述方法主要包括如下步骤：

1）测量前，采用精密天平称取石墨粉尘沉积壁面（6）的初始质量m₁；记录高压储气系统中的初始压力p₁和初始温度T₁；