[实用新型]测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种关于核电氢安全设备方面的实验系统，具体涉及的是一种测试核电用非能动氢复合器点火阈值（即高氢浓度性能）的装置。

背景技术

日本福岛核事故以后，核电安全壳内的氢风险控制越来越受到重视，对氢安全设备的要求越来越高，特别是在严重事故工况下氢安全设备是否仍然能发挥氢气控制或消除的功能成了设备的重要考核依据。尤其是作为主要消氢手段的非能动氢复合器（PARs），更是要考核其在各种严重事故工况的运行性能。

一般地，PARs可描述为底部装填催化剂的竖直通道（俗称“烟道”）。事故发生后，氢分子和空气中的氧分子在催化剂表面接触，发生如下反应：

                                                

该反应为强放热自由基反应。当使用活性组分为铂或钯的催化剂后，该反应活化能会大大地减小，从而能够在低温条件下开始反应。反应遵循Langmuir–Hinchelwood两步法机理：首先是反应物向催化剂表面的扩散，然后是吸附在催化剂上的反应物发生反应。反应放出的热量为催化元件周围的气流上升提供推动力：气体温度升高，密度降低，在浮力驱动下向上流动，同时从PARs下方吸入低温高浓度混合气，如此形成自然对流。催化反应区出口的高温低密度气体将在复合器上部形成烟囱效应，提高复合器自然对流能力，增加单位时间内流过复合器的气体，从而提高复合器的消氢能力。最后，反应后的气体经过复合器顶部排出。PARs与安全壳大气环境的自然对流循环有效地促进了易燃气体混合，避免了氢气的累积。根据以上描述，烟道效应与气流循环是氢复合器能够实现消氢功能的关键。

但是，在事故工况下，安全壳内可能存在各种复杂的环境条件：氢浓度在局部区域可能达到或超过8%。此时氢复合器催化板的反应温度很快达到600℃以上，超过氢气爆炸需要的点火温度，极易发生点火爆炸现象，从而威胁安全壳的结构完整性。因此，考察氢复合器在高氢浓度（接近8%）时的消氢运行情况是非常必要的。

但是，进行氢复合器整机点火阈值（即高氢浓度性能）试验是非常危险和困难的。试验使用的氢气浓度较高，远高于氢气与空气的爆炸极限（4%），容易点火爆炸，非常危险。另一方面，复合器启动阈值小于2%，整机消氢容量巨大，单台复合器2.4kg/h，即1小时消除26m³（STP）的氢气，进行点火阈值试验时，向试验容器内通入氢气时，氢复合器在2%氢浓度下以启动，以1小时26m³（STP）的速度消氢，消氢速度远远大于通入氢气的速度，使复合器附近氢浓度很难达到8%，很难检测到高氢浓度下的氢复合器消氢性能。

我国的非能动氢气复合器主要从法国阿海珐公司进口。国内虽有这方面的研究，但由于技术方面的限制，要想实现上述试验条件非常困难，因而目前只使用1:10的缩比复合器样机进行氢量很少的高氢浓度试验，通常只能用于实验室研究，根本不能反映非能动氢气复合器在高氢浓度工况下真正的消氢性能，因此也难以满足目前实际工况的需要。

实用新型内容

针对上述技术不足，本实用新型提供了一种测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置，其在配合“模拟核电安全壳严重事故工况的实验系统”后，可以真实、全面地模拟出核电站高氢浓度事故工况，实现对非能动氢复合器的点火阈值进行全面的检测。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

测试核电用非能动氢复合器点火阈值的装置，包括活塞机构、悬挂机构和用于阻塞非能动氢复合器烟道出口的不锈钢包壳；所述活塞机构包括流体通入管道，以及与该流体通入管道可拆卸连接的活塞缸；所述悬挂机构包括与设置在活塞缸内的活塞连接的直连杆，与该直连杆连接的“L”形连杆，以及自然悬挂在该“L”形连杆短边末端的铰链挂架；所述不锈钢包壳通过铰链与铰链挂架连接。

作为优选，所述流体通入管道通过密封法兰与活塞缸连接。

进一步地，所述活塞的截面积为20～40cm²。