[发明专利]具有密闭空间的熔融物试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及热工技术领域，具体地涉及一种具有密闭空间的熔融物试验装置。

背景技术

随着大型先进压水堆堆芯设计功率的提升，进一步提高了核电的经济性的同时，对其安全性也提出了更高的要求。一旦发生堆芯失去冷却的严重事故，燃料元件由于冷却不足而发生熔化，形成主要成份为氧化铀、氧化锆和未被氧化的液态金属的堆芯熔融物。同时由于衰变热的存在，熔融物内部温度可达2700℃以上，使压力容器表面承受很高的热负荷，当局部壁面热流密度超过该处的临界热流密度时，压力容器外表面的传热急剧恶化，温度显著上升，存在压力容器被熔穿而放射性物质泄漏至压力容器外部的风险。因此，堆芯熔融物的相关研究——包括熔融物与混凝土相互作用，熔融物与冷却剂相互作用，熔融物与牺牲性材料相互作用等等，一直是严重事故缓解技术的重要研究方向。针对这些研究内容，实验是不可替代的重要途径，因为所有的理论分析或数值模拟结果都需要得到实验数据的支撑。而熔融物制备装置则是获取可靠数据必须倚靠的硬件设施。

在以往熔融物的制备装置中，根据加热方式的不同，主要分为三类：冷坩埚感应加热(RASPLAV-2装置，TROI装置)、硅钼棒加热(FOREVER装置)和“铝热剂”化学热(MCCI装置)。RASPLAV-2装置和TROI装置采用冷坩埚感应加热技术，其坩埚尺寸小、盛装熔融物质量少，分别为5kg和25kg左右。此外RASPLAV-2装置以模拟压力容器外部熔融物与混凝土相互作用为目标，在熔融物工质中加入混凝土材料，工质温度仅为1700℃。FOREVER装置采用硅钼棒加热系统维持熔池温度，受加热方式的限制，其熔池温度在1000℃左右，相比堆芯熔融物所形成的熔池温度低很多。此外，在MCCI装置中，利用工质自身的化学反应放热熔化工质，随着反应的进 行，熔融工质成分发生变化，导致不同注水时刻所形成的壳层成分及结构特性不同，直接影响了熔池向上和向侧壁的传热过程。可见，这些熔融物制备/试验装置都不同程度地存在一些缺点。

特别地，由于熔融物与冷却剂相互作用试验可能产生大量的蒸汽，熔融物与牺牲性材料和混凝土材料相互作用时可能产生大量不可凝气体，这要求此熔融物相互作用试验装置具有一定的密封及承压能力，因此，有必要提供一种安全性和可重复性高的熔融物制备系统，用于产生温度高、内热源稳定的高温熔融物池，并且该试验装置应当具有密闭空间以提供密封和承压能力，以此试验装置为基础开展与堆芯熔融物相关的多项试验研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有密闭空间的熔融物试验装置，使得可以开展多项熔融物相关试验研究。

本发明的目的还在于提供一种具有密闭空间的熔融物试验装置，使得所述熔融物试验装置具有一定的密封和承压能力。

根据本发明的实施例，提出了一种具有密闭空间的熔融物试验装置，所述熔融物试验装置包括水冷套管、感应加热线圈和水冷底盘，所述水冷套管与水冷底盘形成冷坩埚，其中在所述水冷底盘上形成包围水冷套管的密闭空间。

根据本发明的优选实施例，所述熔融物试验装置还包括围桶和上顶盖，所述围桶密闭地安装在水冷底盘上，所述上顶盖密闭地安装在围桶上，由此形成包围水冷套管的密闭空间。

根据本发明的优选实施例，所述围桶通过围桶密封系统密闭地安装在水冷底盘上，所述围桶密封系统包括密封压环、石墨盘根、密封垫片和固定螺栓，并且在所述水冷底盘的上表面上设置有凸环，其中密封垫片夹持在围桶和水冷底盘之间，固定螺栓穿过密封压环固定在凸环上，并且石墨盘根夹持在密封压环和水冷底盘之间。

根据本发明的优选实施例，所述上顶盖通过顶盖密封系统密闭地安装在围桶上，所述顶盖密封系统包括密封压环、石墨盘根、密封垫片和固定螺栓，并且所述上顶盖包括顶盖支撑部，在所述顶盖支撑部的下表面上设置有凸环，其中密封垫片夹持在围桶和顶盖支撑部之间，固定螺栓穿过密 封压环固定在所述顶盖支撑部的凸环上，并且石墨盘根夹持在密封压环和顶盖支撑部之间。

根据本发明的优选实施例，在水冷底盘的外周面上设置有围堰，所述围堰通过围堰固定环固定在水冷底盘的外周面上。

根据本发明的优选实施例，所述上顶盖包括爆破片、测量仪表安装口和/或红外测温仪视镜。

根据本发明的优选实施例，所述水冷套管呈圆筒形，包括多个沿圆周方向并列布置的水冷管，每一个水冷管包括在水冷管的一端相互连通的内管部和外管部，内管部套在外管部内。