模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114566299A(43)申请公布日2022.05.31(21)申请号202210048408.0(22)申请日2022.01.17(71)申请人华北电力大学地址102206北京市昌平区回龙观北农路2号华北电力大学(72)发明人马雁蒋兴宇张昀浩毛方伟蓝宇宁张智鑫陈嘉威(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255专利代理师邹芳德(51)Int.Cl.G21C17/00(2006.01)G21C17/06(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图2页(54)发明名称模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置(57)摘要本发明提供一种模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，属于物理工程及能源利用技术领域，包括压力管；所述压力管内设有核燃料元件包壳管，所述核燃料元件包壳管内设有内电加热棒；所述压力管的外部设有外电加热炉；所述压力管的两端分别连通有外部气源和外部水源，所述压力管内设有测温热电偶；所述核燃料元件包壳管的一端连通有外部气源；所述内电加热棒、所述测温热电偶、所述外电加热炉均连接电气控制柜。本发明可模拟反应堆长期运行状态下堆芯的热工工况，对压水堆核电站核燃料元件包壳锆水反应进行模拟，其结构简单、密封性能可靠、使用方便；采用的双热源，解决了窄缝空间热分层现象带来的影响，降低了实验装置出现氦气泄漏的风险。CN114566299ACN114566299A权利要求书1/1页1.一种模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，包括：压力管；所述压力管内设有核燃料元件包壳管，所述核燃料元件包壳管内设有内电加热棒；所述压力管的外部设有外电加热炉；所述压力管的两端分别连通有外部气源和外部水源，所述压力管内设有测温热电偶；所述核燃料元件包壳管的一端连通有外部气源；所述内电加热棒、所述测温热电偶、所述外电加热炉均连接电气控制柜。2.根据权利要求1所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述内电加热棒通过卡套式接头与核燃料元件包壳管进行嵌套连接，内电加热棒顶部引出线与电气控制柜连接。3.根据权利要求2所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述卡套式接头的卡套与螺母套在压力管上插入接头体，旋紧螺母，卡套前端外侧与接头体锥面贴合，内刃均匀的压住压力管，形成密封连接。4.根据权利要求3所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述压力管上设有热电偶引出口，测温热电偶从热电偶引出口进入压力管，焊接在核燃料元件包壳管外壁上。5.根据权利要求4所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述外部气源和所述核燃料元件包壳管连通的管路上设有充气针型阀B。6.根据权利要求5所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述压力管与所述外部水源连通的管路上设有加水针型阀。7.根据权利要求6所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述压力管与所述外部气源连通的管路上设有压力表、安全阀、充气针型阀A和排气针型阀。8.根据权利要求7所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述压力管与所述外部水源连通的管路上设有蠕动泵。9.根据权利要求8所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述外部气源为加压氦气瓶。10.根据权利要求9所述的模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置，其特征在于，所述测温热电偶采用的是K型铠装热电偶。2CN114566299A说明书1/7页模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置技术领域[0001]本发明涉及物理工程及能源利用技术领域，具体涉及一种模拟压水堆核燃料元件包壳锆水反应的实验装置。背景技术[0002]锆水反应及锆合金吸氢问题是造成压水堆核电站中锆合金包壳老化失效的主要原因之一。在压水堆一回路高温高压的工况下，一旦包壳出现一次破口，一回路冷却剂会通过破口进入包壳内并发生闪蒸现象形成水蒸气，水蒸气与锆合金包壳内壁发生锆水反应，产生大量的氢并击穿氧化膜，氢扩散进入锆合金基体并在内外壁温度梯度的作用下向外壁运动。氢与锆逐渐结合成氢化物并聚集在外壁形成鼓泡，使包壳合金的强度和韧性降低，对反应堆的正常运行有着严重的影响。[0003]目前，有关对压水堆核电站核燃料元件包壳管失效行为的研究，主要是针对一些因素如内部压力、温度对包壳管膨胀变形等的影响。对于锆水反应现象的研究一般分为堆内试验和堆外试验。堆内试验是通过对核电厂中取出的发生破损的燃料棒进行观察分析，对锆水反应现象进行研究，存在较大的安全隐患，费时费力；堆外试验的方法大部分为建立实验模拟装置、循环回路等模拟反应堆一回路工况，进行试验研究锆水反应现象，成