[发明专利]一种用于核电站乏燃料水池喷嘴敏感性的试验装置和方法

说明书

本发明属于核电站乏燃料冷却技术领域，特别涉及一种用于核电站乏燃料水池喷嘴敏感性的试验装置和方法，该试验装置主要包括：电加热棒束模拟局部乏燃料组件、密封结构、定位格架、喷淋系统、由高位水箱、储水箱、水坑组成的储水装置、显示器和机箱构成数据采集系统及接线箱和电控柜构成控温系统；将其设计成5×5电加热棒束模拟局部乏燃料组件，电加热棒束内部填充均匀分布的加热丝和热电偶，加热丝选用合适电加热功率，模拟乏燃料棒的衰变热功率；用于研究不同喷淋位置、不同喷嘴种类和不同喷淋雾滴中径对乏燃料棒束喷淋冷却效果的影响。研究结果可望填补国内相关领域内的空白，也可以为核电站乏燃料喷淋系统的设计提供支持和依据。

技术领域

本发明属于核电站乏燃料冷却技术领域，特别涉及一种用于核电站乏燃料水池喷嘴敏感性的试验装置和方法，具体涉及一种核电站乏燃料喷淋冷却系统的喷嘴敏感性研究的试验装置。

背景技术

乏燃料池冷却系统(SFS)是核电站的重要辅助系统之一。压水堆核电站中，在燃料循环末期，已达到燃耗深度的燃料从堆芯卸出，存储到位于安全壳外的乏燃料池中。乏燃料组件的传统冷却方式是在水浸没状态下的流动循环冷却，依靠泵和热交换器带走热量，保证燃料安全。AP1000和CAP1400首次在SFS中增设了喷淋装置(喷嘴和喷淋管路)，应对超设计基准事故或恐怖袭击下乏燃料池受损，池水排空的情况。AP1000乏燃料池喷淋系统由位于乏燃料池东、西墙上的各16个喷嘴及其供水管道、阀门组成，在出现意外工况下向乏燃料池喷淋，以喷淋水蒸发的形式带走乏燃料组件产生的衰变热。

乏燃料棒的冷却效果受衰变热、喷嘴位置及喷淋流量、燃料棒位置及燃料棒高度等诸多因素影响。其中，喷嘴的种类、喷淋的位置及喷淋的雾滴中径都会影响冷却效果，而且喷淋冷却涉及到蒸发等相变过程，难以通过模拟计算得到可信的结果。因此，有必要对喷嘴敏感性进行试验研究。

本发明提供一种研究喷嘴敏感性的实验装置和方法，即以AP1000乏燃料棒及喷淋系统为研究对象，设计5×5电加热棒束模拟局部乏燃料组件，研究不同喷淋位置、不同喷嘴种类和不同喷淋雾滴中径对乏燃料棒束喷淋冷却效果的影响。研究结果可望填补国内相关领域内的空白，也可以为核电站乏燃料喷淋系统的设计提供支持和依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于核电站乏燃料水池喷嘴敏感性的试验装置和方法；其特征在于，所述用于核电站乏燃料水池喷嘴敏感性的试验装置主要包括：电加热棒束模拟局部乏燃料组件、密封结构、定位格架、喷淋系统、由高位水箱、储水箱、水坑组成的储水装置、显示器和机箱构成数据采集系统及接线箱和电控柜构成控温系统；该试验装置的组成结构为：由净水器1、净水器泵2、第一调节阀3、高位水箱4、第二调节阀5、过滤器6、喷淋泵7、第三调节阀8、流量计9及喷嘴10依次连接组成喷淋系统，在喷嘴10正下方，透明维护11和定位格架和密封结构13密封固定，电加热棒束12固定在定位格架和密封结构13上，电加热棒束12分别与接线箱14和热电偶线16连接，接线箱14与电控柜15连接构成控温系统；热电偶线16通过机箱22与显示器21连接成数据采集系统；透明维护11上部连接高位水箱4；透明维护11下部同时连接第一疏水阀17和第二疏水阀18，然后第一疏水阀17与储水箱19连接；第二疏水阀18与水坑20相通。

所述电加热棒束由定位格架和密封结构13固定，并设置为5×5电加热棒束模拟局部乏燃料组件，保持其稳定性；在电加热棒束12内部填充均匀分布的加热丝和热电偶，加热丝选用合适电加热功率，以模拟乏燃料棒的衰变热功率；所述热电偶测量电加热棒束温度，各电加热棒发热段的轴向各点功率相同。

所述电加热棒束下部设置的定位格架和密封结构13，定位格架用以增强棒束结构的稳定性；密封结构防止喷淋水漏流并保证安全性；电加热棒束周围设有的透明维护11，以防止喷淋水飞溅，同时达到可视化试验；并在透明维护11上部、底部侧壁设有疏水口，使喷淋水通过疏水口汇入到水坑或储水箱。

所述数据采集系统采集来自加热棒束内热电偶的温度信号以及流量计的流量信号，然后传输控温系统进行控制。