[发明专利]反应堆堆芯熔融物与混凝土反应试验系统及方法

摘要

反应堆堆芯熔融物与混凝土反应试验系统及方法，该系统包括内置混凝土试验件的实验部件，提供熔炼炉电源的中频电源柜，提供高温熔融物的熔炼炉，与熔炼炉连接的远程操控倾倒装置、熔融物石墨导流槽和冷却水回路；试验系统还包括配套的配电设备、仪控设备和数据测量采集设备；冷却水回路中，离心水泵驱动冷却水箱中的水依次流经中频电源柜和熔炼炉的冷却通道防止中频电源柜和熔炼炉中的感应线圈过温烧毁，被加热的冷却水经板式换热器和冷却塔恢复到初始水温后再返回冷却水箱；本发明还提供了试验方法；本发明通过开展核反应堆堆芯熔融物与混凝土的反应试验，获得反应堆严重事故条件下的熔融物与混凝土反应的烧蚀特性数据，可用于反应堆的安全设计。

主权项

1.反应堆堆芯熔融物与混凝土反应试验系统，其特征在于：包括实验部件(1)，实验部件(1)外层为圆柱形石坩埚，石坩埚用圆柱铁皮外壳包围，石坩埚中部放置一块铝制分隔板，石坩埚中填充混凝土，多点热电偶固定在混凝土试验件中；石墨导流槽(2)固定在实验部件(1)与熔炼炉(3)之间，用于熔炼炉(3)倾倒时，熔炼炉(3)中的熔融铁流至实验部件(1)的混凝土试验件中；熔炼炉(3)用于熔化铁，熔化铁作为熔融物模拟材料；熔炼炉(3)内部布置有冷却通道，用于防止熔炼炉(3)的感应线圈在熔化铁时出现过温烧毁，以及在熔融铁倾倒完毕后对熔炼炉(3)的继续冷却；远程操控倾倒装置(4)的转动轴与熔炼炉(3)的箱体通过法兰连接，它能通过远程操控，控制熔炼炉(3)的旋转角度和旋转角速度，并使其中的熔融铁按照一定的速度倾倒至导流槽(2)中；远程操控倾倒装置(4)固定在混凝土石基(5)上；中频电源柜(7)用于向熔炼炉(3)供电，中频电源柜(7)内部含有冷却通道，用于带走中频电源柜(7)在调频供电时感应线圈产生的热量；该冷却通道通过混凝土隔离墙(6)与熔炼炉(3)的冷却通道相连；混凝土隔离墙(6)用于实验过程中倾倒熔融铁时的隔离屏蔽；冷却水回路中，冷却水箱(9)依次通过第一球阀(101)、第一过滤器(501)、第一离心泵(8)和相应的管道与中频电源柜(7)的冷却通道相连；冷却水箱(9)上安装第四温度表(404)，用于监测冷却水箱(9)内水温变化；第一离心泵(8)的下游管道上有一个三通，三通的垂直分支通过管道与第二球阀(102)联通到冷却水箱(9)构成一个旁通回路，用于辅助调节冷却水的流量；在三通的下游管道依次安装第一压力表(301)、第一电磁流量计(201)和第一热电偶(401)分别获得管道压力、冷却水流量和中频电源柜(7)冷却通道入口温度；该冷却通道穿过混凝土隔离墙(6)与熔炼炉(3)的冷却通道相连；被熔炼炉(3)加热的冷却水经过板式换热器(10)和冷却塔(11)的冷却恢复到初始水温后再回到冷却水箱(9)；在板式换热器(10)的一次侧进水口，通过管道和第五球阀(105)与熔炼炉(3)冷却通道的出口相连，在管道上安装第二热电偶(402)获得熔炼炉(3)冷却通道出口温度；在板式换热器(10)的一次侧出水口，通过管道和第三球阀(103)与冷却水箱(9)相连，形成一次侧封闭回路，与冷却水箱(9)相连的管道上安装有第三热电偶(403)，用于获得板式换热器(10)一次侧的出口水温；板式换热器(10)的二次侧水流方向与一次侧流向相反，形成逆流，二次侧出水口依次通过第六球阀(106)和第二电磁流量计(202)连接到冷却塔(11)的进水口；冷却塔(11)的出水口依次通过第二过滤器(502)、第二离心泵(12)、第七球阀(107)和相应管道与板式换热器(10)相连，形成二次侧闭合回路；在二回路管道上安装第五热电偶(405)、第二电磁流量计(202)和第二压力表(302)分别获得板式换热器(10)二次侧的出口冷却水温度、二回路的流量和管道压力；第二压力表(302)下游和板式换热器(10)二次侧上游之间布置有第六热电偶(406)，用于测量板式换热器(10)的进口冷却水温度；此外，在板式换热器一次侧，在第五球阀(105)的下游管道上有一个三通，三通的垂直分支通过管道与第四球阀(104)连接，第四球阀(104)的下游管道通过三通与板式换热器(10)一次侧的出口管道以及第三球阀(103)的上游管道相连，从而构成一个旁通回路，用于协助调节冷却水的流量；该试验系统还包括用于配套的配电设备(15)、仪控设备(16)以及数据测量与采集设备(17)；远程操控倾倒装置(4)通过旋转熔炼炉(3)来倾倒熔融铁，避免近距离地操作熔炼炉(3)倾倒所造成的危险；同时，熔炼炉(3)一侧设计有石墨导流槽(2)，将熔融铁导流到实验部件(1)中，防止熔融铁在倾倒过程中的不稳定性造成危险；实验部件(1)中部设计有一块铝制分隔板，实验结束后通过取出铝制分隔板后方便将混凝土试验件分离，从而能直观地观察混凝土试验件的烧蚀情况以及烧蚀剖面形状；所述实验部件(1)有四组，其中一组实验部件(1)中的混凝土试验件上部无覆盖件，另外三组实验部件(1)中的混凝土试验件上部分别设计有混凝土、铁皮和沙子的覆盖件，这样用于对比研究不同材料对缓解混凝土在高温熔融物的热冲击下皲裂的效果差异。