适用于热工水力闭式试验回路的除氧结构及动态除氧方法

摘要

本发明公开了一种适用于热工水力闭式试验回路的除氧结构及动态除氧方法，热工水力闭式试验回路连接有动态除氧系统，动态除氧系统包括储水箱、柱塞泵以及柱塞泵进口换热器，柱塞泵进口换热器设置在储水箱和柱塞泵之间，柱塞泵进口换热器同时与储水箱和柱塞泵连通，储水箱和柱塞泵均与热工水力闭式试验回路连接。该除氧结构及方法利用热工水力闭式试验回路原有的屏蔽泵、柱塞泵、储水箱及其加热元件等设备，把闭式回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧，可彻底排出热工水力闭式试验回路中的溶解氧，解决了热工水力闭式试验回路采用闭式和开式混合模式进行动态除氧时除氧管道系统的设计以及回路启动运行的控制流程等技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及热工水力试验研究领域，具体地，涉及一种适用于热工水力闭式试验回路的除氧结构及动态除氧方法。

背景技术

在热工水力试验回路中，溶解氧的存在是造成设备管道腐蚀的主要原因之一，它与管道系统的金属材料发生氧化反应而腐蚀回路，特别对于高温高压热工水力回路系统而言，高温高压的特殊要求使得管道和设备的壁厚相当大，但溶解氧的腐蚀作用会逐渐减小管道和设备的壁厚，管道和设备的机械强度就可能逐渐满足不了试验要求，所以降低和控制回路工质中的溶解氧含量是非常必要的。同时，如果去离子水中含有大量的溶解氧，在管道中由于压力温度的变化可能析出，从而影响流体的热工水力特性和试验数据的可信性。因此，降低和控制去离子水中的溶解氧含量，一方面可以保证回路管道系统及其关键设备的使用寿命；另一方面可以保证热工水力试验研究的正常进行，除氧已成为热工水力试验回路的重要工艺。

对于热工水力闭式试验回路而言，除氧有两个重要的内容，包括储水箱除氧和回路管道除氧。对于前者，可采用热力除氧的方法；对于后者，难以直接采用热力除氧或其它除氧方法。为排除闭式回路管道中的溶解氧，要求把回路管道中所有的流体排放到储水箱进行热力除氧，同时储水箱中的水可进入到回路管道中。储水罐属于补水系统，由于补水用的柱塞泵额定流量远小于闭式回路的屏蔽泵，如果只依靠柱塞泵的驱动，对于稳压器、换热器和大口径管道而言，流速很小，设备或管道的局部区域可能形成死水区，无法把回路管道中的所有流体排放到储水箱中。因此，动态除氧时，屏蔽泵和柱塞泵需要同时开启，热工水力试验回路采用闭式和开式的混合模式，如何添加设计少量的除氧连接管线从而使该混合模式能正常运行，采用何种的控制流程来启动运行试验回路的动态除氧，这都是热工水力闭式试验回路除氧工艺必须解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于热工水力闭式试验回路的除氧结构及动态除氧方法，该除氧结构及除氧方法

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：适用于热工水力闭式试验回路的除氧结构，包括热工水力闭式试验回路，所述热工水力闭式试验回路连接有动态除氧系统，动态除氧系统包括储水箱、柱塞泵以及柱塞泵进口换热器，柱塞泵进口换热器设置在储水箱和柱塞泵之间，且柱塞泵进口换热器同时与储水箱和柱塞泵连通，储水箱和柱塞泵均与热工水力闭式试验回路连接。动态除氧连接管线包括了稳压器波动管接口到储水箱连接管线、柱塞泵出口到稳压器顶部连接管线以及柱塞泵进口换热器。为实现上述的发明目的，本发明采用电加热的方式对储水箱进行热力除氧，采用闭式和开式混合运行模式把热工水力闭式试验回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧。动态除氧连接管线的系统流程为：储水箱中的水经柱塞泵出口到稳压器顶部连接管线注入到稳压器中，经稳压器波动管流出的去离子水分为两路，一路经稳压器波动管接口到储水箱连接管线流到储水箱，另一路在屏蔽泵的驱动下经闭式回路回流到稳压器波动管接口。

热工水力闭式试验回路包括屏蔽泵、流量计A、预热器、试验本体、换热器以及稳压器，且屏蔽泵、流量计A、预热器、试验本体以及换热器依次连通，换热器和屏蔽泵同时与稳压器连通，稳压器同时与储水箱和柱塞泵连通；储水箱和稳压器之间设置有截止阀D、流量计B以及背压阀，且截止阀D、流量计B以及背压阀依次连通，截止阀D与稳压器连通，背压阀与储水箱连通；柱塞泵和稳压器之间设置有截止阀C，截止阀C的分别与柱塞泵的出口和稳压器的顶部连通，截止阀C的连通管道从稳压器顶部插入到稳压器最低液位以下，截止阀C连通有截止阀A，截止阀A一端与截止阀C连通，另一端同时与屏蔽泵、流量计A以及柱塞泵连通。在稳压器波动管接口道储水箱连接管线上设置了截止阀、流量计和背压阀，分别用于隔离连接管线、测量管线流量以及控制混合运行模式时闭式回路压力。柱塞泵进口换热器的作用为降低柱塞泵的进口温度，防止在柱塞泵中发生空化。

稳压器同时连通有稳压器排气阀和稳压器排水阀，且稳压器排气阀设置在稳压器排水阀的上方；稳压器连通有氮气供应装置；储水箱连通有去离子水供应装置；储水箱中设置有加热元件；储水箱和柱塞泵之间设置有气动调节阀，且气动调节阀同时与储水箱和柱塞泵连通；试验本体和换热器之间设置有高位排气阀，且高位排气阀同时与试验本体和换热器连通。排气阀是用于排出气体，排水阀是用于排出多余的水分。储水箱的去离子水经过加热元件进行加热。

适用于热工水力闭式试验回路的动态除氧系统，包括以下步骤：

（a）关闭截止阀A、截止阀C和柱塞泵，加热元件保持整个除氧过程通电，把储水箱中的去离子水在常压下加热到100℃进行静态热力除氧，通过去离子水供应装置控制储水箱的液位，这一步是除去储水箱中去离子水的溶解氧；

（b）运行0.5至1小时的储水箱静态热力除氧后，关闭截止阀B，打开截止阀C和稳压器排气阀，启动柱塞泵，往稳压器中注入储水箱已静态热力除氧的去离子水，调节气动调节阀的开度调值，使稳压器的液位上升速率为100-150mm/分钟，把稳压器的上部空气排出，然后关闭截止阀C和稳压器排气阀，打开氮气供应装置和稳压器排水阀，往稳压器中注入氮气，使稳压器在2MPa时保持60%-70%满液位后，隔离氮气供应装置，这一步的作用是排除试验之前稳压器残留的气体并建立闭式回路压力为2MPa时稳压器的液位；

（c）打开截止阀A，通过柱塞泵向闭式回路打压，通过高位排气阀高位排放闭式回路中的气体，当回路中的压力达到2MPa时，打开截止阀B，这一步的作用是排除试验之前闭式回路残留的绝大部分气体，并使闭式回路的压力为2MPa避免屏蔽泵发生空化；

（d）运行1至2小时的打压后，关闭高位排气阀，调节气动调节阀的开度，使闭式回路的压力为2MPa，启动屏蔽泵，运行0.5至1小时后，待闭式回路的各参数稳定后，打开截止阀C、截止阀D，调节背压阀阀前压力，并根据流量计B的测量值和稳压器液位调节气动调节阀的开度，使闭式回路运行在2MPa，闭式回路实现了动态除氧，这一步的作用在屏蔽泵的驱动下把闭式回路中的所有流体排入到储水箱；

（e）运行1至2小时的动态除氧，关闭屏蔽泵，依次关闭截止阀A、截止阀D、截止阀B，打开截止阀C，重复步骤b的工作，除去进入到稳压器上部氮气空间中的氧气，并建立在闭式回路实际运行压力下的稳压器液位，这一步的作用是排除动态除氧时进入到稳压器上部氮气空间中的氧气，并建立在闭式回路实际运行压力下的稳压器液位。整个流程实现了试验回路从启动到试验前装备状态的平滑过渡。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明采用闭式和开式混合运行模式把热工水力闭式试验回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧，实现了以动态除氧的方法彻底排出热工水力闭式试验回路中的溶解氧，实现了从试验回路启动到试验前准备状态的平滑过渡；

2、本发明不额外增加除氧设备，只利用热工水力闭式试验回路原有的屏蔽泵、柱塞泵、储水箱及其加热元件等设备，并添加少量的连接管线；

3、本发明的成本低，操作流程简单，可用于热工水力闭式试验回路特别是高温高压回路的除氧，也可用于锅炉、化工等行业中需要动态除氧的闭式回路。

附图说明

图1是本发明的框架示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1—去离子水供应装置；2—储水箱；3—加热元件；4—柱塞泵进口换热器；5—柱塞泵；6—气动调节阀；7—截止阀A；8—流量计A；9—预热器；10—试验本体；11—高位排气阀；12—换热器；13—屏蔽泵；14—截止阀B；15—稳压器；16—氮气供应装置；17—稳压器排气阀；18—稳压器排水阀；19—截止阀C；20—截止阀D；21—流量计B；22—背压阀。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，适用于热工水力闭式试验回路的除氧结构，包括热工水力闭式试验回路，所述热工水力闭式试验回路连接有动态除氧系统，动态除氧系统包括储水箱2、柱塞泵5以及柱塞泵进口换热器4，柱塞泵进口换热器4设置在储水箱2和柱塞泵5之间，且柱塞泵进口换热器4同时与储水箱2和柱塞泵5连通，储水箱2和柱塞泵5均与热工水力闭式试验回路连接。柱塞泵进口换热器4的作用为降低柱塞泵的进口温度至50℃以下，防止在柱塞泵5中发生空化。本方案在由屏蔽泵13、流量计A8、预热器9、试验本体10、换热器12、稳压器15以及相关管道阀门组成的典型热工水力闭式试验回路的基础上，添加了动态除氧系统的连接管线，动态除氧连接管线作为闭式回路动态除氧系统的一部分，其系统流程为：储水箱2中的水经柱塞泵5出口到稳压器15顶部连接管线注入到稳压器15中，经稳压器15波动管流出的去离子水分为两路，一路经稳压器15波动管接口到储水箱2连接管线流到储水箱2，另一路在屏蔽泵13的驱动下经闭式回路回流到稳压器2波动管接口。本方案不额外增加除氧设备，只利用热工水力闭式试验回路原有的屏蔽泵、柱塞泵、储水箱及其加热元件等设备，并添加少量的连接管线，把闭式回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧，其成本低，操作流程简单，可用于热工水力闭式试验回路特别是高温高压回路的除氧。

热工水力闭式试验回路包括屏蔽泵13、流量计A8、预热器9、试验本体10、换热器12以及稳压器15，且屏蔽泵13、流量计A8、预热器9、试验本体10以及换热器12依次连通，换热器12和屏蔽泵13同时与稳压器15连通，稳压器15同时与储水箱2和柱塞泵5连通。稳压器15采用氮气稳压器。屏蔽泵的结构原理与普通离心泵相同，区别在于驱动电机。屏蔽泵的电机完全封闭在第二层隔离套或屏蔽套内，防泄漏主要依靠内部的防腐蚀屏蔽套。

储水箱2和稳压器15之间设置有截止阀D20、流量计B21以及背压阀22，且截止阀D20、流量计B21以及背压阀22依次连通，截止阀D20与稳压器15连通，背压阀22与储水箱2连通；柱塞泵5和稳压器15之间设置有截止阀C19，截止阀C19的分别与柱塞泵5的出口和稳压器15的顶部连通，连接截止阀C19的不锈钢管道从稳压器15顶部插入到最小液位以下进行补水，同时也便于将稳压器15中的空气排出，截止阀C19连通有截止阀A7，截止阀A7一端与截止阀C19连通，另一端同时与屏蔽泵13、流量计A8以及柱塞泵5连通；稳压器15同时连通有稳压器排气阀17和稳压器排水阀18，且稳压器排气阀17设置在稳压器排水阀18的上方；稳压器15连通有氮气供应装置16；储水箱2连通有去离子水供应装置1；储水箱2中设置有加热元件3；储水箱2和柱塞泵5之间设置有气动调节阀6，且气动调节阀6同时与储水箱2和柱塞泵5连通；试验本体10和换热器12之间设置有高位排气阀11，且高位排气阀11同时与试验本体10和换热器12连通。在稳压器15的底部设置有截止阀B14，截止阀B14同时与稳压器15和屏蔽泵13、换热器12连通。截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿阀座的中心线作直线运动。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有非常可靠的切断功能，又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。因此，这种类型的截流截止阀阀门非常适合作为切断或调节以及节流用。背压阀22用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。由于阀的功能而形成一定的压力，压力一般可以调节。可启闭件是一个圆盘形的阀板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。在管道上主要起切断和节流作用。

实施例2：

如图1所示，本发明可彻底排出热工水力闭式试验回路中的溶解氧，解决了热工水力闭式试验回路采用闭式和开式混合模式进行动态除氧时除氧管道系统的设计以及回路启动运行的控制流程等技术问题。为实现上述的发明目的，本发明采用电加热的方式对储水箱进行热力除氧，采用闭式和开式混合运行模式把热工水力闭式试验回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧。其具体操作方法可以依次分为以下五步：第一步，关闭截止阀A7、截止阀C19和柱塞泵5，加热元件3保持整个除氧过程通电，把储水箱2中的去离子水在常压下加热到100℃进行静态热力除氧，通过去离子水供应装置1控制储水箱2的液位；第二步，运行0.5的储水箱静态热力除氧后，关闭截止阀B14，打开截止阀C19和稳压器排气阀17，启动柱塞泵5，往稳压器15中注入储水箱2已静态热力除氧的去离子水，调节气动调节阀6的开度值，使稳压器的液位上升速率为100mm/分钟，把稳压器15的上部空气排出，然后关闭截止阀C19和稳压器排气阀17，打开氮气供应装置16和稳压器排水阀18，往稳压器15中注入氮气，使稳压器15在2MPa时保持60%满液位后，隔离氮气供应装置16；第三步，打开截止阀A7，通过柱塞泵5向闭式回路打压，通过高位排气阀11高位排放闭式回路中的气体，当回路中的压力达到2MPa时，打开截止阀B14；第四步，运行1小时的打压后，关闭高位排气阀11，调节气动调节阀6的开度，使闭式回路的压力为2MPa，启动屏蔽泵13，运行0.5小时后，待闭式回路的各参数稳定后，打开截止阀C19、截止阀D20，调节背压阀22阀前压力，并根据流量计B21的测量值和稳压器15液位调节气动调节阀6的开度，使闭式回路运行在2MPa，闭式回路实现了动态除氧；最后一步，运行1小时的动态除氧，关闭屏蔽泵13，依次关闭截止阀A7、截止阀D20、截止阀B14，打开截止阀C19，重复步骤第二步的工作，除去进入到稳压器上部氮气空间中的氧气，并建立在闭式回路实际运行压力下的稳压器液位。该方法要求不额外增加除氧设备，只利用热工水力闭式试验回路原有的屏蔽泵、柱塞泵、储水箱及其加热元件等设备，并添加少量的连接管线，把闭式回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧，要求试验回路启动到试验前准备状态平滑过渡。

实施例3：

如图1所示，本发明可彻底排出热工水力闭式试验回路中的溶解氧，解决了热工水力闭式试验回路采用闭式和开式混合模式进行动态除氧时除氧管道系统的设计以及回路启动运行的控制流程等技术问题。为实现上述的发明目的，本发明采用电加热的方式对储水箱进行热力除氧，采用闭式和开式混合运行模式把热工水力闭式试验回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧。其具体操作方法可以依次分为以下五步：第一步，关闭截止阀A7、截止阀C19和柱塞泵5，加热元件3保持整个除氧过程通电，把储水箱2中的去离子水在常压下加热到100℃进行静态热力除氧，通过去离子水供应装置1控制储水箱2的液位；第二步，运行1小时的储水箱静态热力除氧后，关闭截止阀B14，打开截止阀C19和稳压器排气阀17，启动柱塞泵5，往稳压器15中注入储水箱2已静态热力除氧的去离子水，调节气动调节阀6的开度值，使稳压器的液位上升速率为150mm/分钟，把稳压器15的上部空气排出，然后关闭截止阀C19和稳压器排气阀17，打开氮气供应装置16和稳压器排水阀18，往稳压器15中注入氮气，使稳压器15在2MPa时保持70%满液位后，隔离氮气供应装置16；第三步，打开截止阀A7，通过柱塞泵5向闭式回路打压，通过高位排气阀11高位排放闭式回路中的气体，当回路中的压力达到2MPa时，打开截止阀B14；第四步，运行2小时的打压后，关闭高位排气阀11，调节气动调节阀6的开度，使闭式回路的压力为2MPa，启动屏蔽泵13，运行1小时后，待闭式回路的各参数稳定后，打开截止阀C19、截止阀D20，调节背压阀22阀前压力，并根据流量计B21的测量值和稳压器15液位调节气动调节阀6的开度，使闭式回路运行在2MPa，闭式回路实现了动态除氧；最后一步，运行2小时的动态除氧，关闭屏蔽泵13，依次关闭截止阀A7、截止阀D20、截止阀B14，打开截止阀C19，重复步骤第二步的工作，除去进入到稳压器上部氮气空间中的氧气，并建立在闭式回路实际运行压力下的稳压器液位。该方法要求不额外增加除氧设备，只利用热工水力闭式试验回路原有的屏蔽泵、柱塞泵、储水箱及其加热元件等设备，并添加少量的连接管线，把闭式回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧，要求试验回路启动到试验前准备状态平滑过渡。

实施例4：

如图1所示，本发明可彻底排出热工水力闭式试验回路中的溶解氧，解决了热工水力闭式试验回路采用闭式和开式混合模式进行动态除氧时除氧管道系统的设计以及回路启动运行的控制流程等技术问题。为实现上述的发明目的，本发明采用电加热的方式对储水箱进行热力除氧，采用闭式和开式混合运行模式把热工水力闭式试验回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧。其具体操作方法可以依次分为以下五步：第一步，关闭截止阀A7、截止阀C19和柱塞泵5，加热元件3保持整个除氧过程通电，把储水箱2中的去离子水在常压下加热到100℃进行静态热力除氧，通过去离子水供应装置1控制储水箱2的液位；第二步，运行0.75小时的储水箱静态热力除氧后，关闭截止阀B14，打开截止阀C19和稳压器排气阀17，启动柱塞泵5，往稳压器15中注入储水箱2已静态热力除氧的去离子水，调节气动调节阀6的开度值，使稳压器的液位上升速率为125mm/分钟，把稳压器15的上部空气排出，然后关闭截止阀C19和稳压器排气阀17，打开氮气供应装置16和稳压器排水阀18，往稳压器15中注入氮气，使稳压器15在2MPa时保持65%满液位后，隔离氮气供应装置16；第三步，打开截止阀A7，通过柱塞泵5向闭式回路打压，通过高位排气阀11高位排放闭式回路中的气体，当回路中的压力达到2MPa时，打开截止阀B14；第四步，运行1.5小时的打压后，关闭高位排气阀11，调节气动调节阀6的开度，使闭式回路的压力为2MPa，启动屏蔽泵13，运行0.75小时后，待闭式回路的各参数稳定后，打开截止阀C19、截止阀D20，调节背压阀22阀前压力，并根据流量计B21的测量值和稳压器15液位调节气动调节阀6的开度，使闭式回路运行在2MPa，闭式回路实现了动态除氧；最后一步，运行1.5小时的动态除氧，关闭屏蔽泵13，依次关闭截止阀A7、截止阀D20、截止阀B14，打开截止阀C19，重复步骤第二步的工作，除去进入到稳压器上部氮气空间中的氧气，并建立在闭式回路实际运行压力下的稳压器液位。该方法要求不额外增加除氧设备，只利用热工水力闭式试验回路原有的屏蔽泵、柱塞泵、储水箱及其加热元件等设备，并添加少量的连接管线，把闭式回路中所有的去离子水循环排放到储水箱进行热力除氧，要求试验回路启动到试验前准备状态平滑过渡。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术、方法实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。