核电安全壳的模拟试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及核电工程，具体涉及一种核电安全壳的模拟试验装置及其试验方法。

背景技术：

1、安全壳是核电安全的保护屏障，安全壳的性能对于防止核泄漏至关重要，因此，需要对安全壳的性能进行检测。为了保证安全壳原型的安全性能，一般不直接对安全壳原型进行试验，而是采用安全壳的模拟装置进行试验，以检测安全壳的包容能力。该包容能力指的是安全壳的密封性和对气压的结构极限承载能力，密封性越好，安全壳越不易产生泄露或泄露较少；对气压的结构极限承载能力越强，则安全壳的结构越不易损坏，即安全壳不易产生破裂，进而安全壳不会产生泄露。

2、现有的安全壳模拟装置是根据安全壳原型进行建造的，完全复刻了安全壳原型的尺寸。由气压控制装置向安全壳内充气，使安全壳内的气压增大，进而模拟了事故发生时的安全壳内气压的变化。安全壳内的气压增大至预设气压值后，气压传感器实时检测安全壳内的气压是否减小，如果气压减小，说明空气总量的损失较大，说明安全壳的密封性不好。

3、但现有的安全壳模拟装置的缺陷是：安全壳原型内一般设置有降温系统，事故发生后，降温系统会对安全壳的内部进行降温，防止过高的温度降低安全壳的性能，进而保证安全壳的安全性。而现有的安全壳模拟装置只能检测安全壳的密封性，却忽略了安全壳原型内的降温系统对于安全壳安全性能的影响。也就是现有的安全壳模拟装置只能检测安全壳的密封性，却不能检测安全壳内降温系统的降温能力，即只能完成安全壳性能的一项试验，可见，现有的安全壳模拟装置不具有通用性，对于安全壳的降温性能，则需额外的装置进行试验，大大增加了安全壳的试验成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种核电安全壳的模拟试验装置及其试验方法，以解决现有的安全壳模拟装置无法综合检测安全壳泄漏率、安全壳结构极限承载能力、安全壳的降温系统的降温能力的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种核电安全壳的模拟试验装置，包括：

3、安全壳；

4、加热系统，用于将安全壳的内部加热至预设温度；

5、降温系统，用于对安全壳的内部进行降温；

6、加压系统，与安全壳内部连通，以向安全壳内充入预设压力的气体；

7、检测系统，设置于安全壳，检测系统包括温度检测装置、气压检测装置和湿度检测装置，温度检测装置用于检测安全壳内部的温度，气压检测装置用于检测安全壳内部的气压；湿度检测装置用于检测安全壳内部的湿度；

8、控制系统，与加热系统、降温系统、加压系统以及检测系统电连接，控制系统根据检测系统的检测数据对安全壳的包容能力和降温能力进行计算分析。

9、有益效果：通过加热系统对安全壳的内部进行加热，模拟了安全壳原型在发生事故时其内部产生的高温环境，通过降温系统对安全壳的内部进行降温，模拟了安全壳原型在发生事故后的降温操作。本实施例模拟试验装置对降温能力进行试验时，通过加热系统先将安全壳内部的温度加热至预设温度，预设温度为事故发生后安全壳原型内的某一温度值，技术人员按需选择该温度值，然后降温系统对安全壳的内部进行降温至另一温度，控制系统根据检测系统所检测到的先后两种温度值，计算出降温系统的降温效率，降温效率越高，防止过高的温度会降低安全壳的结构性能，保证了安全壳的安全性。

10、此外，通过加压系统对安全壳的内部进行加压，同时加热系统对安全壳的内部进行加热，模拟了安全壳原型在发生事故时其内部产生的气压和温度环境。本实施例模拟试验装置对安全壳的包容能力进行试验时，通过加压系统对安全壳的内部进行加压至指定气压值，同时加热系统将安全壳内部加热至指定温度值，指定气压值为事故发生时安全壳原型内的某一气压值，技术人员按需选择该气压值，指定温度值为事故发生时安全壳原型内处于该指定气压值时，安全壳原型的内部温度。然后对安全壳进行保压，保压时间优选为四十八小时，保压结束后，控制系统根据检测系统所检测到的保压前后两个气压值、两个温度值以及两个湿度值，计算出安全壳的气体泄漏率，泄漏率越低，说明安全壳的包容能力越好。可见，通过本实施例的核电安全壳的模拟试验装置，既能对安全壳的包容能力进行试验，还能试验出降温系统对安全壳的内部进行降温的能力。即一个装置完成两项试验，大大降低了试验成本。

11、在一种可选的实施方式中，检测系统还包括应力检测装置，应力检测装置设置于安全壳的侧壁内，应力检测装置用于检测安全壳的应力，控制系统根据气压数据和应力数据计算分析安全壳的包容能力。

12、有益效果：试验时，加热系统和加压系统同时工作，以将安全壳内部加热至预设温度值，且安全壳内部的气压达到预设气压值。其中，通过控制系统控制加热系统和加压系统对安全壳内部进行加温、加压，使安全壳内部的温度上升速率和气压上升速率分别与安全壳原型发生事故时的温度上升速率和气压上升速率一致，即模拟发生事故时的温度变化曲线和气压变化曲线。对安全壳加温、加压后，安全壳的钢衬里会发生形变，其应力也会发生变化。加温、加压后的钢衬里的应力大于钢衬里的理论应力时，钢衬里会产生裂缝。上述的预设气压值可以为安全壳理论上所能承受的极限压力值。当然，也可以选取小于或大于该极限压力值的某一气压值作为预设气压值。当预设气压值为钢衬里理论上所能承受的极限压力值时，如果钢衬里产生裂缝，则证明安全壳实际的承载能力达不到安全壳理论上的极限承载能力，证明安全壳的包容能力不好。预设气压值大于安全壳理论上所能承受的极限压力值时，如果钢衬里没有产生裂缝，则证明安全壳实际的承载能力超出了安全壳理论上的极限承载能力，证明安全壳的包容能力较好。预设气压值小于安全壳理论上所能承受的极限压力值时，如果钢衬里产生裂缝，则证明安全壳实际的承载能力远远达不到安全壳理论上的极限承载能力，证明安全壳的包容能力不好。可见，控制系统根据气压数据和应力数据，能够从多种角度对安全壳的包容能力进行分析判断。

13、在一种可选的实施方式中，加热系统包括蒸汽发生装置，蒸汽发生装置的输出端设置于安全壳的内部，以向安全壳的内部通入高温水蒸气。

14、有益效果：该方案通过蒸汽发生装置对安全壳内部进行加热，且安全壳原型在发生事故时，温度升高的同时伴随有水蒸气的产生，通过高温水蒸气的加热方式更好地模拟了事故发生时的环境。

15、在一种可选的实施方式中，加热系统还包括电加热装置，电加热装置设置于安全壳的内部。

16、有益效果：电加热装置和蒸汽发生装置共同对安全壳内部进行升温加热，且通过控制系统对电加热装置的控制，电加热装置能够对安全壳内部温度的精准控制，进而更好地模拟了事故发生时的温度变化。

17、在一种可选的实施方式中，降温系统包括喷淋装置，喷淋装置的喷头设置于安全壳的内部且位于安全壳的顶部，喷头用于喷洒冷却水，以对安全壳的内部进行降温。

18、有益效果：该方案模拟了安全壳原型内的降温系统对安全壳的内部进行降温；也可以兼做本核电安全壳的模拟试验装置的风险缓解措施，即如果试验过程中出现失误，降温系统可对安全壳内部进行降温，防止试验事故的放生；还可以作为试验完成后，对模拟试验装置排气降压阶段快速冷却的措施。

19、在一种可选的实施方式中，核电安全壳的模拟试验装置还包括内部平台，内部平台设置于安全壳内，加热系统、降温系统以及部分检测系统设置于内部平台上。

20、有益效果：方便了加热系统、降温系统以及部分检测系统在安全壳内的设置。

21、在一种可选的实施方式中，内部平台包括多个立柱和多层平台板，多个立柱沿安全壳的侧壁周向排列，平台板呈环状且设置于立柱，多层平台板沿竖直方向排列，其中一层平台板与安全壳侧壁的闸门底部对齐。

22、有益效果：该方案的内部平台的结构，保证了加热系统、降温系统以及部分检测系统能够通达安全壳内各处，使其设置位置更灵活，进而更好地模拟事故发生时的环境。

23、在一种可选的实施方式中，核电安全壳的模拟试验装置还包括外部平台，外部平台设置于安全壳的外部且靠近闸门设置。

24、有益效果：实现了人员或设备能够从外部平台经过闸门进入到内部平台，方便了人员的出入和设备的运输。

25、在一种可选的实施方式中，外部平台包括支架和支撑台，支撑台设置于支架上，支撑台与闸门底部对齐。

26、有益效果：方便了于人员的出入和设备的运输。

27、在一种可选的实施方式中，安全壳通过缩比法依照核电安全壳原型进行建造。

28、有益效果：该方案使安全壳的体积小于安全壳原型的体积，降低建造成本，且较小的体积方便试验的进行

29、第二方面，本发明还提供了一种应用于核电安全壳的模拟试验装置的试验方法，包括降温能力试验方法和包容能力试验方法；

30、包容能力试验方法包括：

31、向安全壳内部充入气体，使安全壳内部的气压达到第一气压值，同时将安全壳内部加热至第一温度值；

32、获取安全壳内部的第一气压值、第一温度值和第一湿度值；

33、对安全壳进行保压，保压时间为t；

34、获取保压结束后的安全壳内部的第二气压值、第二温度值和第二湿度值；

35、根据第一气压值、第一温度值、第一湿度值、第二气压值、第二温度值和第二湿度值计算安全壳的泄漏率；

36、有益效果：通过该方法，第一气压值可以为多个不同的气压值，进而实现对安全壳内处于不同气压值时的泄漏率进行计算，获取多组试验数据，使安全壳的泄漏率计算更精确。通过对安全壳的气体泄漏率进行计算，分析出安全壳包容能力，可对于安全壳包容能力的判断更准确。

37、降温能力试验方法包括：

38、将安全壳内部加热至第四温度值；

39、获取安全壳内部的第四温度值；

40、对安全壳内部进行降温；

41、获取安全壳内部的第五温度值；

42、根据第四温度值和第五温度值计算降温系统的降温效率。

43、有益效果：第四温度值和第五温度值可由技术人员进行预设。第四温度值为事故发生时的安全壳原型内部的某一温度值，第四温度值可以选取多个，降温系统分别对安全壳内处于不同温度值时进行降温，获取多组试验数据，以便能够准确地计算出降温系统的降温效率。

44、降温能力试验方法和包容能力试验方法可基于一个该种核电安全壳的模拟试验装置分别进行试验，节省了试验成本。

45、在一种可选的实施方式中，包容能力试验方法还包括：

46、向安全壳内部充入气体，使安全壳内部的气压持续增大，同时对安全壳内部进行加热，使安全壳的内部温度持续增大；

47、获取安全壳的应力值；

48、将获取到的安全壳的应力值与理论应力进行大小对比；

49、安全壳的应力值等于理论应力时，获取安全壳内部的气压值，根据气压值判断安全壳包容能力。

50、有益效果：安全壳内部的气压持续增大，直至安全壳的应力数据等于理论应力时，也就是钢衬里即将产生裂缝之前，获取此时的安全壳内部的气压值，该气压值即为安全壳所能够承受的极限气压值，由此得出安全壳的结构极限承载能力。安全壳所能够承受的极限气压值越大，证明安全壳的结构极限承载能力越大，也即安全壳的包容能力越好。通过检测安全壳所能够承受的极限气压值，能够更准确地判断安全壳的包容能力。

51、在一种可选的实施方式中，包容能力试验方法还包括：

52、向安全壳内部充入气体，使安全壳内部的气压达到第三气压值，同时将安全壳内部加热至第三温度值；

53、获取安全壳内的第三气压值和安全壳的应力值；

54、将获取到的安全壳的应力值与理论应力数据进行大小对比，根据第三气压值和安全壳的应力值判断安全壳包容能力。

55、有益效果：第三气压值可以为安全壳理论上的极限承压值，第三气压值也可大于或小于安全壳理论上的极限承压值。检测第三气压值分别为上述的三种数值大小时，安全壳是否产生裂缝，进而判断安全壳的包容能力，能够更准确地判断安全壳的包容能力。

56、在一种可选的实施方式中，降温能力试验方法还包括：

57、向安全壳内部充入气体，使安全壳内部的气压持续增大，同时对安全壳内部进行加热，使安全壳的内部温度持续增大；

58、获取安全壳内部的第六温度值，对安全壳内部进行降温；

59、获取安全壳内部的第七温度值；

60、将获取到的第六温度值和第七温度值进行大小对比，根据第六温度值和第七温度值判断降温系统的降温能力。

61、有益效果：第七温度值的数量为多个，可以将多个第七温度值绘制成变化曲线，并将多个第七温度值与第六温度值进行大小对比。如果第七温度值的变化曲线呈下降状态且在数值上小于第六温度值，证明降温系统具有绝对的降温有效性。如果第七温度值的变化曲线呈上升状态，且变化曲线的上升曲率较小，证明降温系统的降温能力较好，说明降温系统能够对事故起到延缓的作用。如果第七温度值的变化曲线呈上升状态，且变化曲线的上升曲率较大，则证明降温系统的降温能力较弱。模拟了事故发生时安全壳原型内部的温度和气压持续上升的过程中，降温系统对安全壳内部进行降温。能够更准确地判断降温系统的降温能力。