核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其包括：樣品室，其包括石英管、上端蓋和下端蓋、蒸汽進(jìn)氣管、排氣管；包殼，其設(shè)置在石英管內(nèi)，且包殼的上下端部分別通過密封裝置固定在上端蓋和下端蓋上；加熱電極，其包括分別密封固定在上端蓋和下端蓋上且加熱端部位于包殼內(nèi)部的第一鎢電極和第二鎢電極；上、下絕緣環(huán)，其用于分別使第一鎢電極、第二鎢電極與包殼的內(nèi)壁之間絕緣；測溫裝置。本實(shí)用新型能夠很好地模擬LOCA工況下包殼的腐蝕行為，可用于對包殼材料成分及加工工藝進(jìn)行篩選，生產(chǎn)不同批次管材高溫氧化性能評價(jià)等，也可用于其他管材在高溫水蒸氣和其他氣體、液體環(huán)境中腐蝕性能評價(jià)。
【專利說明】核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]正常運(yùn)行工況下，包殼處于高溫高壓水冷卻環(huán)境，包殼內(nèi)、外表面不會超過設(shè)計(jì)溫度，可保證包殼金屬層厚度足以支撐燃料元件。而在LOCA (反應(yīng)堆失水事故)工況下，由于冷卻劑的喪失，使包殼裸露在高溫(可達(dá)1200°C )、高壓水蒸氣中，包殼會快速氧化，金屬層減薄，當(dāng)不足以密封燃料芯塊時(shí)，包殼破裂，會導(dǎo)致放射性裂變產(chǎn)物向壓力容器中釋放。通過包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)，篩選高溫腐蝕性能優(yōu)異的包殼材料，對于提高核安全水平具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，常采用靜態(tài)高壓釜來進(jìn)行包殼材料腐蝕性能評價(jià)，存在以下不足:首先該腐蝕試驗(yàn)溫度低，最高550°C，不能模擬LOCA工況下包殼的腐蝕行為；其次，由于樣品用高溫、高壓水加熱，材料受熱均勻，不能模擬包殼在真實(shí)服役工況下徑向的溫度梯度，所以也不存在徑向包殼材料合金元素的二次分配問題；再次，在高溫(800°C以上)蒸汽中腐蝕，包殼氧化膜和金屬層之間會生成脆性的固溶體(Zr-O)層，對包殼的塑性不利，而用靜態(tài)高壓釜腐蝕樣品則無上述固溶體層，不能反映真實(shí)工況下包殼的力學(xué)性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案:
[0006]一種核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其包括:
[0007]樣品室，其提供高溫蒸汽與包殼反應(yīng)的空間，樣品室包括石英管、分別密封設(shè)置在石英管上端部和下端部的上端蓋和下端蓋、連接在下端蓋上且與石英管相連通的蒸汽進(jìn)氣管、連接在上端蓋上且與石英管相連通的排氣管；
[0008]包殼，其設(shè)置在石英管內(nèi)，且包殼的上下端部分別通過密封裝置固定在上端蓋和下端蓋上；
[0009]加熱電極，其用于對包殼進(jìn)行加熱，加熱電極包括分別密封固定在上端蓋和下端蓋上且加熱端部位于包殼內(nèi)部的第一鶴電極和第二鶴電極；
[0010]上、下絕緣環(huán)，其分別設(shè)置在第一鎢電極、第二鎢電極與包殼之間，用于分別使第一鎢電極、第二鎢電極與包殼的內(nèi)壁之間絕緣；
[0011 ] 測溫裝置，其包括用于測量包殼內(nèi)壁溫度的第一熱電偶、用于測量包殼外壁及樣品室內(nèi)蒸汽溫度的第二熱電偶以及接收并存儲第一熱電偶和第二熱電偶發(fā)送的測量結(jié)果的記錄儀器。
[0012]優(yōu)選地，樣品室還包括設(shè)置在石英管外周的保溫層。進(jìn)一步優(yōu)選地，樣品室還包括設(shè)置在石英管與保溫層之間的銅管。在石英管外周設(shè)的銅管可以模擬反應(yīng)堆內(nèi)周邊燃料元件對所研究包殼的加熱作用和對包殼腐蝕行為的影響。
[0013]優(yōu)選地，所述的保溫層的材料為石棉或氧化鋯。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體方面，在所述上絕緣環(huán)和下絕緣環(huán)上分別開設(shè)有固定孔，第一熱電偶有二個(gè)，該二個(gè)第一熱電偶分別通過所述固定孔固定在包殼的中部加熱段。
[0015]根據(jù)又一具體方面，第二熱電偶固定在包殼的外壁上。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的測溫裝置還包括用于測量樣品室內(nèi)蒸汽溫度、包殼外壁溫度的紅外高溫計(jì)。如此，可將該紅外高溫計(jì)測得的包殼外壁溫度與第二熱電偶測得的溫度進(jìn)行相互校驗(yàn)。具體地，保溫層上開設(shè)有用于安裝紅外高溫計(jì)的安裝孔。紅外高溫計(jì)安裝在樣品室的側(cè)壁上。
[0017]優(yōu)選地，所述的包殼內(nèi)填充有改善熱傳導(dǎo)特性的導(dǎo)熱性氣體例如He。所述實(shí)驗(yàn)裝置還優(yōu)選包括用于實(shí)時(shí)測量包殼內(nèi)填充氣體的壓力的測壓裝置，從而可以判斷出包殼是否在實(shí)驗(yàn)過程中破裂。
[0018]優(yōu)選地，上、下絕緣環(huán)為氧化鋯陶瓷環(huán)。
[0019]由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]本實(shí)用新型的裝置設(shè)計(jì)巧妙，合理，其能夠很好地模擬LOCA工況下包殼的腐蝕行為，可用于對包殼材料成分及加工工藝進(jìn)行篩選，生產(chǎn)不同批次管材高溫氧化性能評價(jià)等，也可用于其他管材在高溫水蒸氣和其他氣體、液體環(huán)境中腐蝕性能評價(jià)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的專用實(shí)驗(yàn)裝置的分解示意圖；
[0023]其中:10、石英管；11、上端蓋；12、下端蓋；13、蒸汽進(jìn)氣管；14、排氣管；15、保溫層；16、銅管；2、包殼；30、第一鎢電極；31、第二鎢電極；4、上絕緣環(huán)；5、下絕緣環(huán)；6、第一熱電偶；7、紅外高溫計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本例提供一種核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其主要包括樣品室，包殼2，加熱電極，上、下絕緣環(huán)4，5，測溫裝置等。下面對各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]樣品室用于高溫蒸汽與包殼反應(yīng)的空間。本例中，樣品室包括石英管10、分別密封設(shè)置在石英管10上端部和下端部的上端蓋11和下端蓋12、連接在下端蓋12上且與石英管10相連通的蒸汽進(jìn)氣管13、連接在上端蓋11上且與石英管10相連通的排氣管14、位于石英管10外周材料為石棉或氧化鋯的保溫層15、設(shè)置在石英管10與保溫層15之間的一層銅管16。在石英管10外周設(shè)的銅管16可以模擬反應(yīng)堆內(nèi)周邊燃料元件對所研究包殼的加熱作用和對包殼腐蝕行為的影響。
[0026]包殼2設(shè)置在石英管10內(nèi)，且包殼2的上下端部分別通過密封裝置固定在上端蓋11和下端蓋12上。
[0027]加熱電極用于對包殼2進(jìn)行加熱。加熱電極2包括分別密封固定在上端蓋11和下端蓋12上且加熱端部位于包殼2內(nèi)部的第一鎢電極30和第二鎢電極31。上、下絕緣環(huán)4，5為氧化鋯陶瓷環(huán)，它們分別設(shè)置在第一鎢電極30、第二鎢電極31與包殼2之間，用于分別使第一鎢電極30、第二鎢電極31與包殼2的內(nèi)壁之間絕緣。
[0028]測溫裝置包括用于測量包殼2內(nèi)壁溫度的第一熱電偶6、用于測量包殼2外壁及樣品室內(nèi)蒸汽溫度的第二熱電偶(圖中未顯示)、接收并存儲第一熱電偶6和第二熱電偶發(fā)送的測量結(jié)果的記錄儀器(圖中未顯示)以及用于測量樣品室內(nèi)蒸汽溫度和包殼2外壁溫度的紅外高溫計(jì)7。其中，第一熱電偶6有二個(gè)，這二個(gè)第一熱電偶6分別通過開設(shè)在上、下絕緣環(huán)4，5上的固定孔固定在包殼2的中部加熱段。第二熱電偶則直接固定在包殼2的外壁上。紅外高溫計(jì)7則通過開設(shè)在保溫層15上的安裝孔安裝在樣品室的側(cè)壁上。
[0029]本例中，在包殼2內(nèi)填充有改善熱傳導(dǎo)特性的導(dǎo)熱性氣體例如He。實(shí)驗(yàn)裝置還進(jìn)一步包括用于實(shí)時(shí)測量包殼2內(nèi)填充氣體的壓力的測壓裝置(圖中未顯示)，從而可以判斷出包殼是否在實(shí)驗(yàn)過程中破裂。
[0030]本實(shí)施例的專用實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)時(shí)使用如下:
[0031]高溫蒸汽(300°C，最高可達(dá)1200°C)從蒸汽進(jìn)氣管13進(jìn)入石英管10內(nèi)，并在石英管10中與包殼2反應(yīng)，未反應(yīng)的水蒸氣及其它氣體從排氣管14排出石英管10。包殼2內(nèi)部利用第一鎢電極30和第二鎢電極31進(jìn)行加熱，鎢棒電極的熱功率密度高達(dá)180w/cm，供電電壓不不高于36V，與核電站燃料元件的功率密度相當(dāng)。第一熱電偶6和第二熱電偶分別對包殼2內(nèi)壁和外壁的溫度進(jìn)行測量并將自動發(fā)送到記錄一起上存儲。紅外高溫計(jì)對包殼2外壁的溫度進(jìn)行測量，用于校驗(yàn)第二熱電偶測量結(jié)果。在包殼2內(nèi)填充導(dǎo)熱性能良好的氣體，如He，并利用測壓裝置實(shí)時(shí)測量包殼2內(nèi)的氣體壓力，通過壓力的變化可判斷出包殼是否在實(shí)驗(yàn)過程中破裂。
[0032]綜上所述，本實(shí)用新型的裝置具有如下特點(diǎn):
[0033]1、可用于包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)(最高試驗(yàn)溫度可達(dá)1200°C )，可模擬LOCA (反應(yīng)堆失水事故)工況下包殼的腐蝕行為；，
[0034]2、包殼采用鎢(棒)電極加熱，受熱均勻，可模擬包殼在真實(shí)服役工況下徑向的溫度梯度；
[0035]3、能反映真實(shí)工況下包殼的力學(xué)性能，對包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)準(zhǔn)確，從而利于篩選高溫腐蝕性能優(yōu)異的包殼材料，對于提高核安全水平，具有重要意義。
[0036]以上對本實(shí)用新型做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括: 樣品室，其提供高溫蒸汽與包殼(2)反應(yīng)的空間，所述樣品室包括石英管(10)、分別密封設(shè)置在所述石英管(10)上端部和下端部的上端蓋(11)和下端蓋(12)、連接在所述下端蓋(12)上且與所述石英管(10)相連通的蒸汽進(jìn)氣管(13)、連接在所述上端蓋(11)上且與所述石英管(10)相連通的排氣管(14)； 包殼(2 )，其設(shè)置在所述石英管(10 )內(nèi)，且所述包殼(2 )的上下端部分別通過密封裝置固定在所述上端蓋(11)和下端蓋(12)上； 加熱電極，其用于對包殼(2 )進(jìn)行加熱，所述加熱電極包括分別密封固定在所述上端蓋(11)和所述下端蓋(12)上且加熱端部位于所述包殼(2)內(nèi)部的第一鎢電極(30)和第二鎢電極(31)； 上、下絕緣環(huán)(4，5)，其分別設(shè)置在所述第一鎢電極(30)、所述第二鎢電極(31)與所述包殼(2)之間，用于分別使所述第一鎢電極(30)、第二鎢電極(31)與所述包殼(2)的內(nèi)壁之間絕緣； 測溫裝置，其包括用于測量所述包殼(2)內(nèi)壁溫度的第一熱電偶(6)、用于測量所述包殼(2)外壁及所述樣品室內(nèi)蒸汽溫度的第二熱電偶以及接收并存儲所述第一熱電偶(6)和第二熱電偶發(fā)送的測量結(jié)果的記錄儀器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述樣品室還包括設(shè)置在所述石英管(10)外周的保溫層(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述樣品室還包括設(shè)置在所述石英管(10)與保溫層(15)之間的銅管(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的保溫層(15)的材料為石棉或氧化鋯。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述上絕緣環(huán)(4)和下絕緣環(huán)(5)上分別開設(shè)有固定孔，所述的第一熱電偶(6)有二個(gè)，該二個(gè)第一熱電偶(6)分別通過所述固定孔固定在所述包殼(2)的中部加熱段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的第二熱電偶固定在所述包殼(2)的外壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的測溫裝置還包括用于測量所述樣品室內(nèi)蒸汽溫度、包殼(2)外壁溫度的紅外高溫計(jì)(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的保溫層(15)上開設(shè)有用于安裝所述紅外高溫計(jì)(7)的安裝孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的包殼(2)內(nèi)填充有改善熱傳導(dǎo)特性的導(dǎo)熱性氣體，所述的裝置還包括用于實(shí)時(shí)測量所述包殼(2)內(nèi)填充氣體的壓力的測壓裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站用包殼材料在高溫蒸汽中腐蝕性能評價(jià)的專用實(shí) 驗(yàn)裝置，其特征在于:所述上、下絕緣環(huán)(4，5)為氧化鋯陶瓷環(huán)。
【文檔編號】G01N17/00GK203965297SQ201420348189
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】王榮山, 翁立奎, 耿建橋, 張晏瑋, 柏廣海, 劉二偉, 杜晨曦 申請人:蘇州熱工研究院有限公司, 中國廣核集團(tuán)有限公司