一种核电站安全壳喷淋系统试验验证方法及试验装置

摘要

本发明公开了一种核电站安全壳喷淋系统试验验证方法，包括以下步骤：建立单喷头流量‑压差关系；获得待验证喷淋环路中喷头总流量‑压差关系式；获得待验证喷淋支路流量‑压差关系式；联立待验证喷淋环路中喷头总流量‑压差关系式和喷淋支路流量‑压差关系式即可求解得到待验证喷淋支路的流量和喷头压差。本发明可在不改造厂内原有结构、避免对核电站安全壳内设备带来腐蚀性风险的基础上，获得安全壳喷淋系统喷淋支路流量(即喷淋支路的喷淋泵流量)、喷头进出口压差等喷淋特性，为核电站安全壳喷淋系统功能验证提供数据支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及核电站安全壳喷淋系统试验领域，具体涉及一种核电站安全壳喷淋系统试验验证方法。

背景技术

安全壳喷淋系统是核电站安全系统，在发生一回路泄漏或安全壳内蒸汽管线破裂的设计基准事故下，喷淋系统向安全壳内喷注硼酸溶液和化学试剂，降低安全壳内环境温度和压力，并抑制安全壳地坑中碘的同位素，在核电厂调试期间，需要开展安全壳喷淋试验以检验喷淋支路流量及喷头进出口压差等喷淋特性是否满足设计要求。当采用常规现场喷淋方法时，需在试验前对厂内设备采取复杂的保护措施，同时试验后厂房内湿度大，对设备带来了腐蚀性风险。

鉴于上述背景，发明了一种核电站安全壳喷淋系统试验验证方法，可在不改造厂内原有结构、避免腐蚀性风险的基础上，获得安全壳喷淋系统的喷淋特性，可为核电站安全壳喷淋系统功能验证提供重要技术支撑。

发明内容

本发明目的在于提供一种核电站安全壳喷淋系统试验验证方法，该验证方法可在不改造厂内原有结构、避免对核电站安全壳内设备带来腐蚀性风险的基础上，获得安全壳喷淋系统喷淋支路流量(即喷淋支路的喷淋泵流量)、喷头进出口压差等喷淋特性，为核电站安全壳喷淋系统功能验证提供数据支撑。

本发明通过下述技术方案实现：

一种核电站安全壳喷淋系统试验验证方法，包括以下步骤：

建立单喷头流量-压差关系：建立自然喷射状态下单喷头试验系统，通过试验获得第n个喷头的流量W_n和喷头前压力P_n，喷头进出口压差ΔP_n由公式ΔP_n＝P_n-P_atm计算获得，P_atm为大气压，根据试验数据建立该喷头流量-压差关系式，更换喷头，重复上述过程，获得所有喷头流量-压差关系式；

获得喷头总流量-压差关系式：将自然喷射状态下所有喷头的流量-压差关系式耦合，得到喷头总流量-压差关系式；

建立待验证喷淋支路流量-压差关系：调整待验证喷淋支路使得距离进水口处最远喷头的进出口压差ΔP_m′满足ΔP_m′＝P_m′-P_atm、其中该喷头前压力为P_m′；测量得到待测试支路中距离进水口处最远的喷头前压力P_m′和待验证喷淋支路中总流量W_m′，建立待验证喷淋支路流量->

求喷淋支路实际喷淋时流量W_s和喷头进出口压差△P_s：实际喷淋时，喷淋环路中总流量与喷头支路中流量相等，因此可联立喷头总流量-压差关系式和待验证喷淋支路流量-压差关系式，求解方程组即可得到实际喷淋时流量W_s和喷头进出口压差△P_s。

单喷头流量-压差关系为：W_n是的一次函数，即式中，W_n为喷头流量,ΔP_n为喷头进出口压差，ΔP_n＝P_n-P_atm，P_atm为大气压，P_n为喷头前压力。

喷头总流量-压差关系式为式中W_m为待验证喷淋环路自然喷射状态下所有喷头流量的总和，W₁+W₂+......+W_i＝W_m，i为待验证喷淋环路喷头总数。

调整待验证喷淋支路的方法为：拆除待测试喷淋环路和与其相邻的喷淋环路中的所有喷头内水力旋流器，将待测试喷淋环路和与其相邻的喷淋环路中的喷头一对一通过软管连接，并将待测试喷淋环路中距离进水口处最远的喷头封堵接压力表。

待验证喷淋支路流量-喷头压差关系为：待验证喷淋支路流量W_m′是距离进水口处最远喷头的进出口压差ΔP_m′的一次函数，即W′_m＝A_mΔP′_m+B_m，式中ΔP_m′＝P_m′-P_atm，P_m′为该喷头前压力，A_m和B_m为拟合系数。

自然喷射状态下单喷头试验系统包括水箱、主泵、第一调节阀、第二调节阀、流量计、喷头和摄像仪，所述水箱和主泵相连，第一调节阀和主泵并联，第二调节阀和第一调节阀、主泵均相连，流量计的一端和第二调节阀相连，流量计的另一端和喷头相连，喷头和流量计之间还设置有压力测量计，摄像仪正对喷头设置。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明可在不改造厂内原有结构、避免对核电站安全壳内设备带来腐蚀性风险的基础上，获得安全壳喷淋系统喷淋支路流量(即喷淋支路的喷淋泵流量)、喷头进出口压差等喷淋特性，为核电站安全壳喷淋系统功能验证提供数据支撑。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明实施例局部流程图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-水箱，2-主泵，3-第一调节阀，4-第二调节阀，5-流量计，6-喷头，7-压力测量计，8- 摄像仪。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种核电站安全壳喷淋系统试验验证方法，包括以下步骤：

建立单喷头流量-压差关系：建立自然喷射状态下单喷头试验系统，通过试验获得第n个喷头的流量W_n和喷头前压力P_n，喷头进出口压差ΔP_n由公式ΔP_n＝P_n-P_atm计算获得，P_atm为大气压，根据试验数据建立该喷头流量-压差关系式，更换喷头，重复上述过程，获得所有喷头流量-压差关系式；

获得喷头总流量-压差关系式：将自然喷射状态下所有喷头的流量-压差关系式耦合，得到喷头总流量-压差关系式；

建立待验证喷淋支路流量-压差关系：调整待验证喷淋支路使得距离进水口处最远喷头的进出口压差ΔP_m′满足ΔP_m′＝P_m′-P_atm、其中该喷头前压力为P_m′；测量得到待测试支路中距离进水口处最远的喷头前压力P_m′和待验证喷淋支路中总流量W_m′，建立待验证喷淋支路流量-喷头压差关系式；

求喷淋支路实际喷淋时流量W_s和喷头进出口压差△P_s：实际喷淋时，喷淋环路中总流量与喷头支路中流量相等，因此可联立喷头总流量-压差关系式和待验证喷淋支路流量-压差关系式，求解方程组即可得到实际喷淋时流量W_s和喷头进出口压差△P_s。

调整待验证喷淋支路使距离进水口处最远喷头的进出口压差ΔP_m′满足ΔP_m′＝P_m′-P_atm具体可以为：拆除待测试喷淋环路和与其相邻的喷淋环路中的所有喷头内水力旋流器，将待测试喷淋环路和与其相邻的喷淋环路中的喷头一对一通过软管连接，并将待测试喷淋环路中距离进水口处最远的喷头封堵接压力表。

单喷头流量-压差关系为：W_n是的一次函数，即式中，W_n为喷头流量,ΔP_n为喷头进出口压差，ΔP_n＝P_n-P_atm，P_atm为大气压，P_n为喷头前压力。

喷头总流量-压差关系式为式中W_m为待验证喷淋环路自然喷射状态下所有喷头流量的总和，W₁+W₂+......+W_i＝W_m，i为待验证喷淋环路喷头总数。

待验证喷淋支路流量-喷头压差关系为：待验证喷淋支路流量W_m′是距离进水口处最远喷>m′的一次函数，即W′_m＝A_mΔP′_m+B_m，式中ΔP_m′＝P_m′-P_atm，P_m′为该喷头前压力，A_m和B_m为拟合系数。

自然喷射状态下单喷头试验系统包括水箱1、主泵2、第一调节阀3、第二调节阀4、流量计5、喷头6和摄像仪8，所述水箱1和主泵2相连，第一调节阀3和主泵2并联，第二调节阀4和第一调节阀3、主泵2均相连，流量计5的一端和第二调节阀4相连，流量计5的另一端和喷头6相连，喷头6和流量计5之间还设置有压力测量计7，摄像仪8正对喷头6设置。摄像仪8优选为高速摄像仪。

试验时，启动主泵2，调整第一调节阀3和第二调节阀4开度，使喷头6流量达到预定值，测量流量W、喷头前压力P及喷头喷淋状态，之后通过调整第二调节阀4开度，使喷头6在额定流量范围内平均测量10个点，测量参数采集存储后获得喷头流量-压差关系式，同时摄像仪8拍摄喷头6喷淋状态；完成一个喷头试验后，可将第二调节阀4关闭，更换喷头6进行下一个喷头6试验，直至完成所有喷头单体特性试验。

依据热工水力学中压损的计算方法，喷头流量W是的一次函数，则可按照的形式对实验数据进行拟合，式中C和D为拟合系数，则对于第n个喷头，有

假定喷淋环路中喷头编号依次为1,2,3......,i，依据喷头单体试验结果，每个喷头的流量-压差关系式为：

......

由于喷淋环管中压损很小，可认为喷淋环管各喷头压差相等，即ΔP₁＝ΔP₂＝......＝ΔP_i，此时有：

式中喷头总流量W_m＝W₁+W₂+......+W_i。

优选的高速摄像仪拍摄频率为10Hz，通过可视化拍摄可对单体喷头雾化效果进行验证。其具体方法是对可视化图像进行测量，获得喷射角度、以及喷射截面形状，与设计值进行验证。

核电站安全壳喷淋系统一般结构如图2所示，每路喷淋支路配有单独的喷淋泵、止回阀、循环回路及喷淋环管。在发生一回路泄漏或安全壳内蒸汽管线破裂的设计基准事故下，水箱内除盐水由喷淋泵驱动，经过止回阀从顶部喷淋环管喷入安全壳，后经地坑收集后流回水箱。一般来说，核电站安全壳喷淋系统设计中会留有裕量，即核电站中喷淋支路不少于2路。

每路喷淋环管上安装有i个喷头，其中编号为t的喷头为离入口管最远端的喷头，喷头内含水力旋流器，用于将除盐水雾化并喷入安全壳内。

喷淋管路水力特性试验在核电站厂内开展，以验证第一喷淋支路为例，试验流程示意图见图2，试验前将第二喷淋支路止回阀抽芯，拆除第一喷淋环管和第二喷淋环管上所有喷头的喷嘴，在第一喷淋环管编号为t的喷头处安装临时压力测量仪表，封堵第二喷淋环管编号为t的喷头，将第一喷淋环管的喷头和第二喷淋环管的喷头一对一使用两端带密封接头的耐压软管连接，则试验时除盐水由喷淋泵注入第一喷淋环管顶部第一喷淋环管，并经软管通过第二喷淋支路循环回路管道直接回到水箱。

试验时启动第一喷淋支路上喷淋泵，脉冲调节第一喷淋支路上闸阀开度使喷淋泵流量达到预设值，测量第一喷淋支路编号为t的喷头处压力、喷淋泵流量及进出口压力，在额定流量范围内平均测量10个点，测量参数采集存储后获得喷淋泵流量-喷头压差计算关系式。

由于喷淋环管一般在60m以上的高空，操作不便，因此作为优选的临时压力测量仪表为带有无线数据传输功能的电池供电型压力表。

喷淋支路流量-喷头压差计算关系式获得方法如下：

由于除盐水最终流向开式水箱，则第一喷淋支路上编号为t的喷头进出口压差ΔP_m′＝P_m′-P_atm，P_m′为该喷头前压力。

第一喷淋支路流量W_m′是距离进水口处最远喷头的进出口压差ΔP_m′的一次函数，即：

W′_m＝A_mΔP′_m+B_m(3)

式中ΔP_m′＝P_m′-P_atm，P_m′为该喷头前压力，A_m和B_m为拟合系数，根据试验数据，按照上式进行拟合，可得到A_m和B_m的具体值。

实际喷淋时，喷淋环路中总流量W_m与喷头支路中流量W_m′相等，因此可联立式(2)和(3)，求解方程组即可得到第一喷淋支路实际喷淋时流量W_s和喷头进出口压差△P_s，完成对核电站安全壳喷淋系统的试验验证。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。