CPR1000核电机组SG模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及核电装备技术领域，特别是一种CPR1000核电机组SG模拟装置及方法。

背景技术

CPR1000核电机组SG是核电站水回路中必不可少的关键设备，其正常运行下的内部温度为280℃，内部压力为6.7MPa，内容物为饱和水蒸气。

对CPR1000核电机组SG正常运行状态下的水质变化情况进行研究，具有非常高的必要性，可便于工作人员了解CPR1000核电机组SG内部的结垢情况(结垢速率和结垢种类)，从而为CPR1000核电机组SG运行过程中除垢剂(聚丙烯酸)的使用量和使用时间间隔提供参考依据。

但是，CPR1000核电机组SG设备体积巨大，操作人员进行试样采样操作难度非常大，并且，监测水质变化的相关实验需要以固定的时间间隔进行多次采样，则更加难以实现，另外，监测水质变化的相关实验耗时长达数百小时，若直接在CPR1000核电机组SG上进行实验，会影响整个核电站的正常运行。

所以，业内迫切需要研发一种能模拟CPR1000核电机组SG正常运行，并且能很方便地进行监测水质变化相关实验的设备，但遗憾的是，目前业内未见此类设备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种CPR1000核电机组SG模拟装置及方法，它解决了目前业内难以对CPR1000核电机组SG正常运行状态下的水质变化情况进行研究的问题。

本发明的技术方案是：CPR1000核电机组SG模拟装置，包括高压反应釜、冷却盘管、加热装置、保温壳体、测压装置、高压取样器及高压加料器；

高压反应釜内部设有内腔，高压反应釜上端设有常压加料口；

冷却盘管盘绕布置在高压反应釜的内腔中，其两端从高压反应釜上端伸出而位于高压反应釜外部；

加热装置环抱安装在高压反应釜的外壁上；

保温壳体环抱安装在加热装置的外部；

测压装置安装在高压反应釜上，其用于测定高压反应釜内腔中的压力；

高压取样器安装在高压反应釜上，其用于对高压反应釜内腔中的试剂取样；

高压加料器安装在高压反应釜上，其用于向高压反应釜内腔中添加试剂。

本发明进一步的技术方案是：其还包括搅拌装置；搅拌装置包括驱动部件、转轴及桨叶；驱动部件安装在高压反应釜的外部，并与转轴连接，以驱动转轴转动；转轴一端位于高压反应釜的内腔中，另一端从高压反应釜上端伸出，并与驱动部件连接；桨叶固定安装在转轴上，并位于高压反应釜的内腔中。

本发明再进一步的技术方案是：高压反应釜上端设有导出口；测压装置包括导出管和压力表；导出管下端通过导出口伸入高压反应釜的内腔中，上端位于高压反应釜的外部，导出管位于高压反应釜外部的管体上设有分流口；压力表连接在导出管上端头上。

本发明更进一步的技术方案是：高压反应釜上端设有取样口；高压取样器包括取样主管、取样支管、手动阀门A、手动阀门B及手动阀门C；取样主管下端通过取样口伸入高压反应釜的内腔中，上端位于高压反应釜的外部，并呈水平延伸状态；取样支管上端连接在取样主管位于高压反应釜外部水平延伸的管段上，下端用于排出试样；手动阀门A和手动阀门B均安装在取样主管位于高压反应釜外部水平延伸的管段上，并位于取样主管与取样支管连接处的两端；手动阀门C安装在取样支管上。

本发明更进一步的技术方案是：高压反应釜上端设有高压加料口；高压加料器包括储料罐、加料管、联接管、释压管、手动阀门D、手动阀门E及手动阀门F；储料罐下端设有下料口，储料罐上端设有入料口、联接口及释压口，入料口上安装有密封盖；加料管下端通过高压加料口伸入高压反应釜的内腔中，上端与储料罐下端的下料口连接；联接管一端连接在储料罐上端的联接口上，另一端与测压装置的测压管上的分流口连通；释压管一端连接在储料罐上端的释压口上，另一端与外界大气压连通；手动阀门D安装在加料管上；手动阀门E安装在联接管上；手动阀门F安装在释压管上。

本发明更进一步的技术方案是：高压反应釜上端设有安装口；其还包括测温模块；测温模块包括测温管和铂铑热电偶；测温管为上端敞口下端封闭的管，测温管下端通过安装口伸入高压反应釜的内腔中，上端与外界大气压连通，测温管的管腔与高压反应釜的内腔互不连通；铂铑热电偶安装在测温管的管腔中，并位于高压反应釜的内腔中。

本发明的技术方案是：一种研究CPR1000核电机组SG正常运行状态下水质变化的方法，应用于上述的CPR1000核电机组SG模拟装置，步骤如下：

S01，制备试验水：用一级水加入氨水调节pH为9.4，再加入1ppm的Fe

S02，分别进行实验组和对照组的准备：准备两套CPR1000核电机组SG模拟装置，分别用于实验组和对照组的实验；

实验组：取高压反应釜内腔容积60%的实验水，通过常压加料口加入高压反应釜的内腔中，再加入1ppm的聚丙烯酸([C

对照组：取高压反应釜内腔容积60%的实验水，通过常压加料口加入高压反应釜的内腔中，不加入任何种类的分散剂；

在实验组和对照组的高压反应釜中均通入氮气以去除空气，再启动搅拌装置，使桨叶以1Hz的速度搅拌，之后通过加热装置将实验水加热至280℃，水蒸气饱和蒸气压达到6.7Mpa时分别开始计时；

S03，分别进行实验组和对照组的实验：实验组和对照组在计时后，每间隔一定时间取样试验水并检测Fe和Ca元素的浓度，每次取样后补充与取样量体积相同且添加物浓度相同的试验水，以确保高压反应釜内腔中的水量和添加物维持恒定，基于对试样的检测结果绘制对照组和实验组中的Fe元素及Ca元素随时间的变化趋势对比图。

本发明进一步的技术方案是：S01步骤中，制备试验水的温度为25℃。

本发明进一步的技术方案是：S03步骤中，针对实验组，添加物为聚丙烯酸、Fe

本发明进一步的技术方案是：S03步骤中，对照组和实验组的实验总时长均为500h，在0-10h内，对照组和实验组均间隔15min取样一次，在10-20h内，间隔1h取样一次，在20-40h内，间隔4h取样一次，在40-100h内，间隔8h取样一次，在100-500h内，间隔24h取样一次。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

采用现有的高压反应釜添加各种功能部件改装而成，可模拟CPR1000核电机组SG正常运行时的温度、压力、液体流动状态，可用于研究CPR1000核电机组SG正常运行状态下的水质变化情况。相比CPR1000核电机组SG，其制造成本低廉，体积小巧，能实现中途不停机在线密封取样、加样、测温、测压，便于进行监测水质变化的相关实验，从而为CPR1000核电机组SG运行过程中除垢剂(聚丙烯酸)的使用量和使用时间间隔提供了参考依据。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为高压反应釜的俯视图；

图4为对照组和实验组中的Fe元素随时间的变化趋势对比图；

图5为对照组和实验组中的Ca元素随时间的变化趋势对比图。

图例说明：高压反应釜1；内腔10；常压加料口11；导出口12；取样口13；高压加料口14；安装口15；冷却盘管2；加热装置3；保温壳体4；测压装置5；导出管51；分流口511；压力表52；取样主管61；取样支管62；手动阀门A63；手动阀门B64；手动阀门C65；储料罐71；下料口711；入料口712；联接口713；释压口714；加料管72；联接管73；释压管74；手动阀门D75；手动阀门E76；手动阀门F77；驱动部件81；转轴82；桨叶83；测温管91。

具体实施方式

实施例1：

如图1-3所示，CPR1000核电机组SG模拟装置，包括高压反应釜1、冷却盘管2、加热装置3、保温壳体4、测压装置5、高压取样器、高压加料器、搅拌装置及测温模块。

高压反应釜1内部设有内腔10，高压反应釜1上端设有常压加料口11、导出口12、取样口13、高压加料口14及安装口15。

冷却盘管2盘绕布置在高压反应釜1的内腔中，其两端从高压反应釜1上端伸出而位于高压反应釜1外部。

加热装置3环抱安装在高压反应釜1的外壁上。

保温壳体4环抱安装在加热装置3的外部。

测压装置5安装在高压反应釜1上，其用于测定高压反应釜1内腔中的压力。测压装置包括导出管51和压力表52。导出管51下端通过导出口12伸入高压反应釜1的内腔10中，上端位于高压反应釜1的外部，导出管51位于高压反应釜1外部的管体上设有分流口511。压力表52连接在导出管51上端头上。

高压取样器安装在高压反应釜1上，其用于对高压反应釜1内腔10中的试剂取样。高压取样器包括取样主管61、取样支管62、手动阀门A63、手动阀门B64及手动阀门C65。取样主管61下端通过取样口13伸入高压反应釜1的内腔10中，上端位于高压反应釜1的外部，并呈水平延伸状态。取样支管62上端连接在取样主管61位于高压反应釜1外部水平延伸的管段上，下端用于排出试样。手动阀门A63和手动阀门B64均安装在取样主管61位于高压反应釜1外部水平延伸的管段上，并位于取样主管61与取样支管62连接处的两端。手动阀门C65安装在取样支管62上。

高压加料器安装在高压反应釜1上，其用于向高压反应釜1内腔10中添加试剂。高压加料器包括储料罐71、加料管72、联接管73、释压管74、手动阀门D75、手动阀门E76及手动阀门F77。储料罐71下端设有下料口711，储料罐71上端设有入料口712、联接口713及释压口714，入料口712上安装有密封盖。加料管72下端通过高压加料口14伸入高压反应釜1的内腔10中，上端与储料罐71下端的下料口711连接。联接管73一端连接在储料罐71上端的联接口713上，另一端与测压装置的测压管上的分流口连通。释压管74一端连接在储料罐71上端的释压口714上，另一端与外界大气压连通。手动阀门D75安装在加料管72上。手动阀门E76安装在联接管73上。手动阀门F77安装在释压管74上。

搅拌装置包括驱动部件81、转轴82及桨叶83。驱动部件81安装在高压反应釜1的外部，并与转轴82连接，以驱动转轴82转动，具体的，驱动部件81为伺服电机，伺服电机通过皮带轮副与转轴82连接，以驱动转轴82转动。转轴82一端位于高压反应釜1的内腔10中，另一端从高压反应釜11上端伸出，并与驱动部件81连接。桨叶83固定安装在转轴82上，并位于高压反应釜1的内腔10中。

测温模块包括测温管91和铂铑热电偶(图中未示出)。测温管91为上端敞口下端封闭的管，测温管91下端通过安装口15伸入高压反应釜1的内腔10中，上端与外界大气压连通，测温管91的管腔与高压反应釜1的内腔10互不连通。铂铑热电偶安装在测温管91的管腔中，并位于高压反应釜1的内腔10中。

简述本发明的工作过程：

CPR1000核电机组SG模拟装置可模拟CPR1000核电机组SG正常运行时的温度、压力、液体流动状态，能实现中途不停机在线密封取样、加样、测温、测压，便于进行监测水质变化的相关实验。

1、加料方法：

CPR1000核电机组SG模拟装置首次使用时，可通过常压加料口11向高压反应釜1内腔10中添加试剂。CPR1000核电机组SG模拟装置运行时，高压反应釜1内腔10中的压力远高于大气压，此时若要向高压反应釜1内腔10中添加试剂，可通过高压加料器进行添加。添加方法如下：a、打开手动阀门F77，排出储料罐71内的残余气体；b、打开储料罐71的入料口712上的密封盖，向储料罐71内添加试剂，储料罐71内的空气通过释压管74排出到外界；c、添加足量试剂后，关闭手动阀门F77和入料口712上的密封盖，打开手动阀门D75和手动阀门E76，使储料罐71的内腔与高压反应釜1的内腔10连通，储料罐71的内腔与高压反应釜1的内腔10中的压力变为一致，储料罐71内腔中的试剂随即通过加料管72向下流动进入高压反应釜1内腔10中，待试剂进入高压反应釜1内腔10后，将所有打开的手动阀门关闭。

注明：加料方法中未提及的手动阀门均全程处于关闭状态。

2、测压方法：

CPR1000核电机组SG模拟装置运行时，压力表53通过导出管51与高压反应釜1内腔10连通，直接读取压力表52即可知晓高压反应釜1内腔10中的压力，可实现全程不间断的监控高压反应釜1内腔10中的压力。

注明：测压方法中未提及的手动阀门均全程处于关闭状态。

3、在线取样方法：

CPR1000核电机组SG模拟装置运行时，若要在线取样，首先打开手动阀门B64，使高压反应釜1内腔10中的试样进入取样主管61中，再关闭手动阀门B64，打开手动阀门A63，以排出取样主管61内的一部分气体，打开手动阀门C65，使试样从取样支管62下端排出，最后将所有打开的手动阀门关闭。

注明：在线取样方法中未提及的手动阀门均全程处于关闭状态。

简述本发明的应用：

CPR1000核电机组SG模拟装置可用于研究CPR1000核电机组SG正常运行状态下水质变化情况，操作步骤如下：

S01，制备试验水：用一级水加入氨水调节PH为9.4，再加入1ppm的Fe

本步骤中，制备试验水的温度为25℃。

S02，分别进行实验组和对照组的准备：准备两套CPR1000核电机组SG模拟装置，分别用于实验组和对照组的实验；

实验组：取高压反应釜内腔容积60%的实验水，通过常压加料口加入高压反应釜的内腔中，再加入1ppm的聚丙烯酸([C

对照组：取高压反应釜内腔容积60%的实验水，通过常压加料口加入高压反应釜的内腔中，不加入任何种类的分散剂；

在实验组和对照组的高压反应釜中均通入氮气以去除空气，再启动搅拌装置，使桨叶以1Hz的速度搅拌，之后通过加热装置将实验水加热至280℃，水蒸气饱和蒸气压达到6.7Mpa时分别开始计时。

S03，分别进行实验组和对照组的实验：实验组和对照组在计时后，每间隔一定时间取样试验水并检测Fe和Ca元素的浓度，每次取样后补充与取样量体积相同且添加物浓度相同的试验水，以确保高压反应釜内腔中的水量和添加物维持恒定，基于对试样的检测结果绘制对照组和实验组中的Fe元素及Ca元素随时间的变化趋势对比图(参看图4-5)。

本步骤中，针对实验组，添加物为聚丙烯酸、Fe

本步骤中，对照组和实验组的实验总时长均为500h，在0-10h内，对照组和实验组均间隔15min取样一次，在10-20h内，间隔1h取样一次，在20-40h内，间隔4h取样一次，在40-100h内，间隔8h取样一次，在100-500h内，间隔24h取样一次。

如图4所示，标识为“PAA dispersed”的线条表示了实验组中Fe浓度随时间变化的过程，标识为“Blank”的线条表示了对照组中Fe浓度随时间变化的过程。从图4可以看出，由于实验组中加入了PAA(聚丙烯酸)，使Fe浓度在实验前期较为均匀，后期浓度波动较大，对照组中未加入PAA(聚丙烯酸)，Fe浓度在实验前期波动较大，说明了PAA对Fe

如图5所示，标识为“PAA dispersed”的线条表示了实验组中Ca浓度随时间变化的过程，标识为“Blank”的线条表示了对照组中Ca浓度随时间变化的过程。从图5可以看出，由于实验组中加入了PAA(聚丙烯酸)，使Ca浓度在实验前期较为均匀，后期浓度波动较大，对照组中未加入PAA(聚丙烯酸)，Ca浓度在实验全程波动较大，说明了PAA对CaCO