二安全壳穹顶雨滴效应试验系统总体要求.docx
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二安全壳穹顶雨滴效应试验系统总体要求
安全壳穹顶雨滴效应试验系统技术要求
一、安全壳穹顶雨滴效应试验系统简介
AP1000核电厂在发生事故后非能动余热排出热交换器(PRHR-HX)将堆芯余热源源不断地导出并传递给内置换料水箱(IRWST),内置换料水箱通过产生蒸汽将热量传递给蒸汽,而水蒸汽通过在安全壳内壁面冷凝放热将热量传递给非能动安全壳冷却系统(PCS)并最终将堆芯余热导出,而经过冷凝的蒸汽则在安全壳内壁面上形成液膜回流并经收集结构流回内置换料水箱,形成安全壳内部的蒸汽冷却循环,由此可见,安全壳内整个蒸汽冷凝回流过程对堆芯余热的排出至关重要。
研究发现,导致安全壳内冷凝回流损失包括以下几点:
(1)在非安全壳的冷却结构上冷却;
(2)安全期穹顶某些水平倾角较小的地方,冷凝液膜直接滴落;
(3)冷凝液膜在安全壳出现流动分离,从而导致液面不稳定性;
(4)冷凝液膜沿容器壁和圆顶遇到阻碍焊缝。
安全壳穹顶雨滴效应关注的主要是在安全壳内壁面冷凝之后直接滴落的部分。
安全壳穹顶雨滴效应是指在安全壳穹顶水平倾角较小的区域,蒸汽在穹顶冷凝后形成的液滴会从穹顶滴落,这部分冷凝水不能被收集从而直接损失掉。
研究并正确评估安全壳雨滴效应对事故工况下内置换料水箱水位建模预测具有指导意义。
表1-1列出了安全壳穹顶雨滴效应试验平台上进行的不同试验的类别及试验内容。
表1-1安全壳穹顶雨滴效应试验内容列表
试验目标
主要试验内容
在CAP1400PCS系统运行参数范围内研究安全壳穹顶雨滴效应。
研究影响穹顶雨滴效应的关键因素,主要包括:
压力、气体流速、气体温度、壁面温度、倾角、冷凝面热流密度和焊缝等。
确定穹顶雨滴效应的临界角度。
确定雨滴滴落份额随倾角变化规律。
开展不同参数条件下的穹顶雨滴效应试验,研究影响穹顶雨滴效应的关键因素,
确定穹顶雨滴效应的临界角度,确定雨滴滴落份额随倾角的变化,其中主要因素包括:
不同系统压力;不同混合气体温度;不同内壁面温度;不同壁面倾斜角度;不同冷凝面热流密度;不同不可凝气体含量;冷凝壁面有无焊缝的影响
二、安全壳穹顶雨滴效应试验系统总体要求
整个试验系统各部分的总体要求如下:
1、材料及设备:
试验系统中所使用的所有材料以及设备的技术指标不低于技术要求中的参数要求,必须按给定参数以及相应的标准进行选取、购买;验收合格后出具相关权威部门检测鉴定报告。
2、仪器仪表及控制系统:
该系统必须能满足试验系统的计量和控制要求。
3、系统设计:
系统设计必须能够满足试验项目要求,并具有拓展性和延伸性。
4、仪器的安装调试:
设备仪器的安装调试必须能够满足试验项目要求,保证试验项目开展,达到设计要求。
5、试验系统建设及调试安装过程中,乙方需严格遵循相关安全准则规范,不得出现安全事故。
6、试验系统整体布置需美观、整洁。
7、试验系统设计与搭建的工程实际情况存在出入时,以能满足试验目的及试验工况需求为准。
需变更设计的,承建单位必须与委托单位进行沟通,在得到委托单位许可的情况下才能进行。
8、本项目为交钥匙工程,承担本项目建设的单位必须根据技术要求做出详细的实施方案、设备配置清单及必要的说明,作为项目验收的参考依据。
此外项目承建单位要进行试验系统相关的所有设备、仪器以及材料的购置、设备的安装、运行调试以及人员培训工作。
三、试验系统建设要求
以下将对试验系统建设过程中每一个模块的建设要求以及技术指标进行详细的说明。
3.1试验回路介绍
试验系统初步设计包括:
承压容器、安全壳切片试验段、空气回路、冷凝水收集装置、试验段冷却回路、控制及数据采集系统等。
试验系统图如图2-1所示。
空气回路主要由空气压缩机等组成。
冷却回路主要由冷却水箱、换热器和离心泵等组成。
试验时加热棒加热产生蒸汽,上升到试验段时进行冷凝,冷凝液滴由布置在试验段下方的冷凝水收集器收集并计算其重量,冷凝液膜由布置在试验段一端的收集槽导出并计算其重量。
试验回路设置了多个流体流量控制装置:
进入压力容器的水流量可通过管路上的阀门调节;压力容器内的水可以通过压力容器底部的排水阀进行调节;压力容器内蒸汽量可通过排气阀进行调节。
压力容器的加热电功率可通过调压器进行调节。
为降低压力容器壁面蒸汽冷凝对试验数据不确定度造成的影响,台架主体由保温棉包覆。
图2-1试验回路系统图
3.2承压容器
压力容器是本试验中重要的压力边界,包括上封头、中间筒体和下封头。
筒体材料为不锈钢,采用立式布置,底部采用圆柱形支腿支撑。
压力容器设计加热功率为240kW,压力为1.0MPa,温度为180℃。
使用寿命为10年。
图2-2为压力容器加工图,承压容器内径2000mm,容器通高4090mm,呈桶形结构,上下封头为椭球形封头,其余尺寸设计参考图2-2。
在压力容器试验段附近开有可视化窗口,窗口直径为300mm,视窗在竖直方向上依次布置3个,并为90度夹角布置。
压力容器上装有一个安全阀用于超压保护。
压力容器内坍塌液位由差压变送器测量。
压力容器内部从上而下依次是试验段,液位收集器,流量分配板,加热棒。
压力容器中部筒体处设有人孔,人孔主要作用是方便人进入筒体内检修试验结构,流量分配板既能减少容器内上部汽水交界面波动幅度,进而提高容器上部气空间体积测量精度;又能在人检修试验段结构时,起到支撑作用。
流量分配板和支撑结构如图2-4、图2-5所示。
支撑结构每隔45度布置一个,焊接在压力容器内桶壁上,流量分配板通过螺栓固定在支撑结构上。
下封头的底部设置有排污口,排污口可以起到排污的作用,当压力容器内水质较差时,可以通过将压力容器内水通过排污口进行排污。
排污口处接管与压力容器壁通过螺纹连接,拆卸时需要先卸载下支承板。
图2-2压力容器加工示意图
图2-3承压容器俯视示意图
图2-4支撑结构示意图
(a)
(b)
图2-5分流板示意图
3.3加热系统
每根加热棒总功率为15kW。
加热棒沿着加热棒轴向方向上布置,额定电压为380V。
加热棒在压力容器周向布置16根,其示意图如图2-7所示。
加热功率可由控制系统调节。
控制系统将压力容器内加热棒分为6组,其中4组包含3根加热棒,2组包含2根加热棒。
其中选取2根加热棒的2组可以在0-30kW区间内连续调节,另外4组均做通断处理,可以实现加热功率在0-240kW内连续可调。
图2-7加热棒周向布置示意图
3.4试验段
试验段采用上下夹层盒式。
整个试验段采用整体可更换设计,整个试验段悬置于压力容器中上部,中轴和试验段可以一起绕着中轴旋转来调节倾角,冷却水经由中轴处流入流出,不影响试验段角度调节。
试验段大概设计如图2-8所示,试验段长1500mm,宽600mm,高110mm。
试验段上表面(盖板)需要采取措施来隔绝热量的传递。
试验段下表面为冷凝板,其厚度为43mm,4mm两种规格。
其中4mm上表面做三角形阻力流道。
试验段冷凝下表面需采用无机锌涂层材料。
在试验段长度方向上设置沿着壁面流动液膜的收集装置,直接通达压力容器外界冷凝水收集系统。
图2-8试验段设计示意图.
3.5液滴收集器
如图2-9所示,整个收集区域尺寸为长1.5m,宽0.6m,高0.25m。
整个液位收集区域由4个独立的液位收集器构成,其中两两接触的液位收集器用M6x15的螺栓固定。
单个收集器的尺寸长600mm,宽375mm,高250mm,壁厚2mm。
保证雨滴顺利的流出。
a.液滴收集器正视视图
b.试验段俯视视图
图2-9收集装置设计示意图.
3.6冷凝水收集系统
冷凝水从液滴收集器和液膜收集器收集后,通过相应的装置可以得到冷凝水体积,从而得到冷凝水质量和冷凝水冷凝速率。
3.7冷却水系统
冷却水系统由两个回路组成,分为一回路和二回路,一回路主要用于提供试验段的冷却流量,其主要作用是提供系统运转的动力。
试验工况范围:
1~36t/h。
二回路主要作用是将试验段流出的水冷却至初始温度。
3.8空气回路
空气系统主要用于提供试验所需精确的空气流量,其空气浓度可调。
3.9数据测量系统
试验回路中共设62个测点,6个观察窗。
主要包括:
49个温度传感器(T),7个压差测点(DP)。
3个压力传感器。
3个流量计,6个观察窗布置在压力容器外部,用于观察冷凝液滴(液膜)的现象。
3.9.1温度测量
试验段温度测量布置图
图3-1热电偶布置俯视图
热电偶测温范围:
-40~300℃,测量精度±0.15℃。
室温用寒暑表(1个)测量。
测温范围:
0~100℃,测量精度±1℃。
3.9.2流量测量
本试验采用科式力流量计测量压缩空气流量,采用科式力质量流量计测量水的流量。
3.9.3压力压差测量
本试验采用压力,压差变送器测量试验段内流体的压力和压差。
3.9.4重量测量
试验段冷凝水收集后的重量测量。
3.9.5试验段倾角测量
试验段上布置角度测量装置,来测量试验段角度变化情况。
角度转动测量精度为0.2°。
3.9.6视频图像记录
从压力容器视窗窗口拍摄。
3.10数据采集
数据采集和控制系统在该实验系统中占有重要的地位,是实现准确数据采集和实验控制的关键。
本试验平台采用的设备实验状况监控、数据同步传输记录,并将所有的数据记录储存。
数据采集硬件组成上主要由数据采集卡、信号调理模块和信号转换器组成,试验台架所有热工参数的测量信号,通过信号的转换、调理后经数据采集卡,采集到计算机中,数据采集及处理。
3.11实验系统操作台架的搭建。
实验容器高度达到4米,为了方便操作人员进行安全的实验操作,记录。
需要在实验区域布置一个台架。
3.12内窥视摄像系统
内窥镜监视系统摄像探头和保护装置设计为一体化密闭结构,具有简单免维护的特点和很高的可靠性及密封性。
由于试验需要实时观察蒸汽冷凝情况,压力容器内最高温度:
150℃,没有可见光,使其对摄像的要求较高。
需要一套容器内监视系统,系统具有耐高温、耐腐蚀全密封的特点,能够实时显示压力容器内工件运行的工况,冷凝水分布的情况。
四、其它要求
4.1安全要求
1、试验系统较高,具有一定的危险性,承建单位在进行设计的过程中要充分考虑到操作人员安全及设备的安全可靠运行。
在此基础上来进行实验平台的设计,同时要求制定出严格的操作规程以保障试验过程中的安全性。
2、在试验室以及控制室内对用电设备的防水保护处理非常重要。
首先是要保证操作人员的安全,其次也要保证仪器不会短路损坏,再次还要保证周边建筑物和人员的安全。
在设计过程中,充分考虑安全性。
各项设计需留有适当的余量。
3、施工方应当在试验室以及控制室的周围设置相应的提示以及警示标志,以提示参观人员注意安全。
4、承建单位要对操作人员进行必要的安全培训,使操作人员能安全、熟练操作实验平台上的各项设备仪器,保证试验安全、顺利进行。
4.2操作平台制作要求
1、钢材的品种、规格、性能等应符合设计要求,如有品种、规格的代换,应经使用方批准。
焊条、焊丝等焊接材料的品种、规格、性能应符合设计要求,并应全数检查。
高强度螺栓、普通螺栓及地角螺栓等紧固件的品种、规格、性能应符合设计要求,并应全数检查。
高强度螺栓出厂时应分别随箱带有扭矩系数和紧固轴力(预拉力)的检验报告。
钢结构的防腐材料应符合国家相关产品标准的要求,并应全数检查。
2、焊缝要求按JB/ZQ4000.3-86《焊接件通用技术要求》、筋板切割按JB/ZQ4000.4-86《火焰切割件通用技术要求》;实验平台加工按JB/ZQ4000.4-86《火焰切割件通用技术要求》;
3、试验及检验。
所有焊缝均应进行肉眼检查,。
4、除锈及防腐。
所有经除锈后的钢材表面在检查合格后,应在要求的时限内进行涂装。
4.3实验室布置设计要求
承建单位需要根据试验的需求,进行实验室整体的布局设计,出具《试验室布局设计图》及《试验回路布局三维效果图》,合理确定试验设备布局,做到实用、整齐、美观。
4.4仪器仪表标定
承建单位需要根据试验的需求,进行仪器仪表(流量计、热电偶、压力传感器、压差传感器)的标定,出具相关的标定证书。
五、实验平台建部分货物清单
序号
设备名称
型号
技术规格参数
单位
数量
参考厂家
1
压力容器
直径2m
高度4.09m
按图施工(供参考可自行设计)
件
1
/
2
试验件
长1.5m,宽0.6m,高0.11m
按图施工(供参考可自行设计)
件
3
/
试验件
长1.5m,宽0.6m,高0.11m
按图施工(供参考可自行设计)
件
3
/
3
试验件表面喷涂
/
无机锌涂层,无机锌为Carbozinc11HSN。
厚度不能超过150微米。
无机锌涂层的热导率应该大于0.52W/m-K。
件
3
山东核电设备制造有限公司
或其他同等品质的品牌
4
转动装置
/
制作手动调节装置,转动精度0.2度
套
1
/
6
三相手动调压器
TSGC2-20
输入电压:
0-380V;输出电压:
0-430V,工作频率:
50/60HZ;温升:
小于60℃。
无附加失真。
绝缘电阻:
大于2MΩ;抗电强度:
2000V/min
台
2
上海稳压器厂
或其他同等品质的品牌
7
质量流量计
DMF-1-6AB
介质:
水流量:
0-36T/h压力:
0-1.6MPa温度:
-50-150℃精度:
±0.2%测量管材质:
316L不锈钢防爆等级:
ExdibIICT5Gb防护等级:
IP67输出:
4-20mA,0-10KHz,485通讯显示:
瞬时+累计+温度+密度供电:
24V管径:
DN65
台
1
北京首科实华自动化设备有限公司或其他同等品质的品牌
8
质量流量计
DMF-1-5B
介质:
空气流量:
0-700m3/h(厂家建议以质量为显示单位即:
kg/h)压力:
0-1.6MPa温度:
-50-150℃精度:
±1%测量管材质:
316L不锈钢防爆等级:
ExdibIICT5Gb防护等级:
IP67输出:
4-20mA,0-10KHz,485通讯显示:
瞬时+累计+温度供电:
24V管径:
DN40
台
1
北京首科实华自动化设备有限公司或其他同等品质的品牌
9
质量流量计
DMF-1-3A
介质:
氮气流量:
0-300kg/h压力:
0-5MPa温度:
-50-150℃精度:
±0.2-0.5%测量管材质:
316L不锈钢防爆等级:
ExdibIICT5Gb防护等级:
IP67输出:
4-20mA,0-10KHz,485通讯显示:
瞬时+累计+温度供电:
24V管径:
DN10
台
1
北京首科实华自动化设备有限公司或其他同等品质的品牌
10
压力传感器
3051系列
压力范围:
0-1MPa,带三阀组,精度0.075%
台
2
罗斯蒙特
压力传感器
3051系列
压力范围:
0-0.3MPa,带三阀组,精度0.075%
台
1
罗斯蒙特
11
差压传感器
3051系列
压差范围:
0-0.2MPa,带三阀组,精度0.075%
台
1
罗斯蒙特
差压传感器
3051系列
压差范围:
0-30kPa,带三阀组,精度0.075%
台
1
罗斯蒙特
差压传感器
3051系列
压差范围:
0-15kPa,带三阀组,精度0.075%
台
5
罗斯蒙特
12
多级离心水泵(实验系统供水用)
扬程89米流量54m³/h电机功率22KW进出口尺寸DN80
台
1
上海凯泉泵业或其他同等品质的品牌
13
水泵变频控制柜
ABB
22KW用来控制水泵的启停以及水泵转速调节,从而控制系统流量所有水泵电机的控制
台
1
ABB或其他同等品质的品牌
14
冷却水塔
根据现场设计施工
含基础CT-25
台
1
/
15
冷却水泵
立式管道离心泵
流量25m³/h扬程50米
台
1
/
16
换热器
板式换热器
换热功率40KW介质水
台
1
阿法拉伐或其他同等品质的品牌
17
热水罐(利旧)
热水罐现场开孔制作一个DN80出水口
个
1
/
18
自吸泵
(耐压0.6MPa)
台
1
/
19
存压水箱
容积0.5m³压力0.6MPa
容积0.5m³压力0.6MPa不锈钢304材质
个
1
/
20
电加热棒
380V-15kW
15KW三相含不锈钢安装底座密封环
组
16
镇江金淦石化成套设备有限公司或其他同等品质的品牌
21
热电偶
WRTK213/Lφ2
300
2000
量程:
0-180度,精度±0.15度
配焊接式卡套
支
15
重庆材料研究院有限公司或其他同等品质的品牌
三点式热电偶
WRTK3T-Lφ2
2500
2000
量程:
0-180度,精度±0.15度
配焊接式卡套
支
13
重庆材料研究院有限公司或其他同等品质的品牌
22
数据采集系统
SCXI-1308
SCXI-1303
SCXI-1102
NI采集系统信号包含:
热电偶信号64个
其中SCXI-110232通道热电偶放大器板卡2个,SCXI-1308通道接线盒1个,SCXI-1303通道接线盒1个。
±20mA模拟输入,
24V航空直流电源1个。
套
1
上海(恩艾)仪器有限公司或其他同等品质的品牌
23
阀门
DN65DN50DN32DN6
304不锈钢流量调节阀球阀截止阀
系统配套
1套
/
24
管道
DN65DN50DN32DN6
304不锈钢管道
/
25
动力电缆
加热棒水泵动力线线缆铺设桥架线管
系统配套
1套
/
26
信号线
RVVP2*1.0
TX2*0.5
屏蔽信号线RVVP2*1.0热电阻补偿线TX2*0.5
/
27
气瓶减压阀
高压端0-2.5MPa低压端0-1.0MPa上减
个
4
/
28
实验压力容器观察台
现场搭建,满足实验人员安全操作需求
套
1
/
29
真空泵
富士特
FX-32
台
1
/
30
内窥视系统
耐高温、耐腐蚀全密封,实时显示压力容器内试验段表面冷凝情况
套
1
/
31
保温
系统保温实验容器管道
套
1
/
32
接线工具
万克宝W1150
万克宝(WORKPRO)W1150豪华工具箱套装
套
1
/
33
维修工具
/
扳手、钳子、螺丝刀、电笔等
套
1
/
34
万用表
FlukeF107
数显三位半
套
1
/
35
实验室保洁及安全配套
/
保洁工具及消防设施、安全标志等
套
1
/
36
实验耗材
/
胶水、硅胶片、四氟等
套
1
/
六、产品质量及售后承诺
1、乙方各项施工开展前需提供完善详尽的设计图纸,且所有设计图纸均需要经过甲方核准之后方可使用。
2、试验系统建设过程中出现协议中未作约定的情况时,乙方需与甲方沟通协商进展方案,方案、计划、图纸等需经甲方许可后实施,乙方不得自作主张。
3、乙方提供给甲方的产品需保证设计科学可靠、技术成熟经过验证、工艺精良,是用优质材料制造的、全新的合格产品。
4、有强制性安全标准的产品,乙方能提供该产品的制造许可证证明,在正常使用下不会对他人及环境造成伤害。
5、设计技术专利、外型专利、应用软件专利等均应符合我国的有关法律及行业标准。
6.自制设备(如带压力运行的容器)的生产厂商必须具备相应的生产资质,并提供相应的压力容器出厂合格证明等必须的文件。
7、产品供货期45天,质保期3年,乙方提供的设备在安装、调试通过后免费保修期为:
设备整体检验合格后3年,终身提供技术支持。
维修响应时间,乙方将在接到报修通知后2小时内对用户的要求做出回应,并确定负责维修的工程师名单及服务时间,设备问题在24小时内解决。
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- 安全 穹顶 雨滴 效应 试验 系统 总体 要求