測試核電用非能動氫復合器點火閾值的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種關于核電氫安全設備方面的實驗系統(tǒng)，具體涉及的是一種測 試核電用非能動氫復合器點火閾值(即高氫濃度性能）的裝置。
【背景技術】
[0002] 日本福島核事故以后，核電安全殼內的氫風險控制越來越受到重視，對氫安全設 備的要求越來越高，特別是在嚴重事故工況下氫安全設備是否仍然能發(fā)揮氫氣控制或消除 的功能成了設備的重要考核依據。尤其是作為主要消氫手段的非能動氫復合器（PARs)，更 是要考核其在各種嚴重事故工況的運行性能。
[0003]一般地，PARS可描述為底部裝填催化劑的豎直通道(俗稱"煙道")。事故發(fā)生后， 氫分子和空氣中的氧分子在催化劑表面接觸，發(fā)生如下反應：
[0004] H.40.. ^K.O-Heat
[0005]該反應為強放熱自由基反應。當使用活性組分為鉑或鈀的催化劑后，該反應活化 能會大大地減小，從而能夠在低溫條件下開始反應。反應遵循Langmuir-Hinchelwood兩 步法機理：首先是反應物向催化劑表面的擴散，然后是吸附在催化劑上的反應物發(fā)生反應。 反應放出的熱量為催化元件周圍的氣流上升提供推動力：氣體溫度升高，密度降低，在浮力 驅動下向上流動，同時從PARs下方吸入低溫高濃度混合氣，如此形成自然對流。催化反應 區(qū)出口的高溫低密度氣體將在復合器上部形成煙肉效應，提高復合器自然對流能力，增加 單位時間內流過復合器的氣體，從而提高復合器的消氫能力。最后，反應后的氣體經過復合 器頂部排出。PARs與安全殼大氣環(huán)境的自然對流循環(huán)有效地促進了易燃氣體混合，避免了 氫氣的累積。根據以上描述，煙道效應與氣流循環(huán)是氫復合器能夠實現(xiàn)消氫功能的關鍵。
[0006]但是，在事故工況下，安全殼內可能存在各種復雜的環(huán)境條件：氫濃度在局部區(qū)域 可能達到或超過8%。此時氫復合器催化板的反應溫度很快達到600°C以上，超過氫氣爆炸 需要的點火溫度，極易發(fā)生點火爆炸現(xiàn)象，從而威脅安全殼的結構完整性。因此，考察氫復 合器在高氫濃度(接近8%)時的消氫運行情況是非常必要的。
[0007]但是，進行氫復合器整機點火閾值（即高氫濃度性能）試驗是非常危險和困難的。 試驗使用的氫氣濃度較高，遠高于氫氣與空氣的爆炸極限（4%)，容易點火爆炸，非常危險。 另一方面，復合器啟動閾值小于2%，整機消氫容量巨大，單臺復合器2. 4kg/h，即1小時消除 26m3 (STP)的氫氣，進行點火閾值試驗時，向試驗容器內通入氫氣時，氫復合器在2%氫濃度 下以啟動，以1小時26m3 (STP)的速度消氫，消氫速度遠遠大于通入氫氣的速度，使復合器 附近氫濃度很難達到8%，很難檢測到高氫濃度下的氫復合器消氫性能。
[0008]我國的非能動氫氣復合器主要從法國阿?，m公司進口。國內雖有這方面的研究， 但由于技術方面的限制，要想實現(xiàn)上述試驗條件非常困難，因而目前只使用1:10的縮比復 合器樣機進行氫量很少的高氫濃度試驗，通常只能用于實驗室研究，根本不能反映非能動 氫氣復合器在高氫濃度工況下真正的消氫性能，因此也難以滿足目前實際工況的需要。 【實用新型內容】
[0009] 針對上述技術不足，本實用新型提供了一種測試核電用非能動氫復合器點火閾值 的裝置，其在配合"模擬核電安全殼嚴重事故工況的實驗系統(tǒng)"后，可以真實、全面地模擬出 核電站高氫濃度事故工況，實現(xiàn)對非能動氫復合器的點火閾值進行全面的檢測。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：
[0011] 測試核電用非能動氫復合器點火閾值的裝置，包括活塞機構、懸掛機構和用于阻 塞非能動氫復合器煙道出口的不銹鋼包殼；所述活塞機構包括流體通入管道，以及與該流 體通入管道可拆卸連接的活塞缸；所述懸掛機構包括與設置在活塞缸內的活塞連接的直連 桿，與該直連桿連接的"L"形連桿，以及自然懸掛在該"L"形連桿短邊末端的鉸鏈掛架；所 述不銹鋼包殼通過鉸鏈與鉸鏈掛架連接。
[0012] 作為優(yōu)選，所述流體通入管道通過密封法蘭與活塞缸連接。
[0013] 進一步地，所述活塞的截面積為20~40cm2。
[0014] 本實用新型的設計原理在于，非能動氫復合器是通過煙道氣體循環(huán)將附近的可燃 氣體抽到催化板處進行復合，氫一空混合氣循環(huán)速度接近l〇〇〇m3/h。而在模擬核電站高氫 濃度事故工況中，如果主動阻塞非能動氫復合器的煙道出口，則可以完全停止煙道效應，迫 使其上的催化板只能先將附近的氫氣復合掉，同時遠處氫氣只能通過擴散作用擴散到催化 板處，如此一來，按照菲克定律可知，由于氣體擴散的速度很慢，遠小于煙道效應的氣體流 動速度，因而此時的催化板能復合的氫氣量很小，通入氫氣時，氫濃度上升速度就能顯著加 快。如此一來，就能使氫濃度達到預設值（4%~8%)，然后再主動去除對煙道出口的阻塞、并 使煙道效應恢復，便能觀測到非能動氫復合器在高氫濃度下的運行情況。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：
[0016] (1)本實用新型通過設計出一種新型的測試裝置，并將其與"模擬核電安全殼嚴重 事故工況的實驗系統(tǒng)"配合，從而全面模擬出了核電站高氫濃度事故工況，并對非能動氫氣 復合器的整機性能進行了實時測試(氫氣濃度、溫度的實時測量)。由于模擬的工況真實、全 面，并且是對非能動氫氣復合器整機進行"實時在線"高氫濃度測試，其對壓力反應容器的 性能、進行反應和取樣等安全性的考慮是實驗室級別所達不到的，因此，本實用新型對非能 動氫復合器的點火閾值測試結果非常接近實際工況，可直接作為研究和設計非能動氫氣復 合器及其在核電站中布置的參考標準和依據。
[0017] (2)本實用新型巧妙利用了氣體煙道循環(huán)與單純擴散的性質差異，在只使用了全 機械結構設備的條件下，就很好地實現(xiàn)了高氫濃度的試驗條件，并且在通入氫氣時，由于非 能動氫復合器的消氫量少、溫度較低，因此也能防止其過早點火，保證試驗安全。
[0018] (3)本實用新型設計嚴謹、安全性高，在確保模擬的高氫濃度事故工況真實、全面 的基礎上實現(xiàn)了重大的創(chuàng)新，突破了現(xiàn)有技術的限制，為非能動氫氣復合器的設計能夠達 到相應實際工況的技術標準提供了非常有價值的參考，因此，本實用新型具有相當高的應 用價值。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0020] 圖2為本實用新型中活塞機構與懸掛機構的剖面連接示意圖。
[0021] 圖3為本實用新型的使用狀態(tài)圖。
[0022] 圖4為非能動氫復合器的結構示意圖。
[0023] 圖5為本實用新型在試驗中的各階段狀態(tài)示意圖。
[0024] 圖6為利用本實用新型進行非能動氫復合器整機試驗時催化板溫度與催化板處 氫濃度的變化曲線圖。
[0025] 其中，附圖標記對應的零部件名稱為：
[0026] 1-活塞機構，101-流體通入管道，102-活塞缸，2-懸掛機構，201-直連桿，202_"L" 形連桿，203-鉸鏈掛架，3-鉸鏈，4-不銹鋼包殼，5-實驗系統(tǒng)，6-防噴淋板，7-頂板支撐柱， 8-煙道出口，9-煙道外殼，10-催化板插孔排，11-催化板固定板。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括 但不限于下列實施例。 實施例
[0028] 如圖1、2所示，本實用新型提供了一種可以用于測試核電用非能動氫復合器點火 閾值的裝置，其包括活塞機構1、懸掛機構2和不銹鋼包殼4。如圖2所示，所述的活塞機構 1包括流體通入管道101，以及與該流體通入管道101可拆卸連接的活塞缸102,本實施例 中，為確保流體通入管道101與活塞缸102之間的密封性，二者通過密封法蘭連接；所述懸 掛機構2則包括與設置在活塞缸102內的活塞連接的直連桿201，與該直連桿201連接的 "L"形連桿202,以及自然懸掛在該"L"形連桿202短邊末端的鉸鏈掛架203。
[0029] 所述的不銹鋼包殼4下端用于阻塞非能動氫復合器的煙道出口，該不銹鋼包殼4 上端則通過鉸鏈3與鉸鏈掛架203連接。
[0030] 本實用新型在使用的過程中，需配合"模擬核電安全殼嚴重事故工況的實驗系統(tǒng)" 來對非能動氫復合器的點火閾值性能進行測試。本實施例所述的"模擬核電安全殼嚴重 事故工況的實驗系統(tǒng)"（以下簡稱"實驗系統(tǒng)"）為已經公開的技術，其中國專利申請?zhí)枮椋?201410539281. 8,而針對該實驗系統(tǒng)的結構及其用途均已記載在其專利申請文件中，因此， 本實施例不再對該實驗系統(tǒng)進行詳細的介紹。
[0031] 下面對本實用新型配合實驗系統(tǒng)實現(xiàn)一次非能動氫復合器整機高氫濃度性能測 試的流程進行詳細介紹。
[0032] 如圖3所示，首先，將非能動氫復合器和本實用新型一同放入到實驗系統(tǒng)5的實驗 容器內，并將不銹鋼包殼放置在非能動氫