一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法技术

本发明专利技术涉及安全壳内气溶胶试验技术领域，具体公开了一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法。该方法包括：1、进行气溶胶测量系统预热；2、将气溶胶输送至试验容器，并进行沉积；3、利用与试验容器相连接的气溶胶测量系统对气溶胶进行测量；4、进行气溶胶再悬浮和再夹带测量；5、进行气溶胶测量；6、完成气溶胶测量后，进行试验容器泄压及废气废液排空。该测定方法，能够系统、全面地对第三代核电厂的非能动安全壳内气溶胶迁移行为进行试验模型研究，利用真实气溶胶环境的试验模拟，方便开展严重事故条件下气溶胶行为试验。

A method for the determination of aerosol concentration and behavior under test conditions

【技术实现步骤摘要】
一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法
本专利技术属于安全壳内气溶胶试验
，具体涉及一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法。
技术介绍
在传统的第二代压水堆中，一般采用干式密封安全壳。安全壳由钢筋混凝土制成，并专门设置了安全壳喷淋系统，可以在事故工况下，降低安全壳内的压力和温度。第三代大型先进压水堆AP1000中设置了非能动安全壳冷却系统，该系统由一台与安全壳屏蔽构筑物结构合为一体的储水箱、从水箱经由流量分配装置将水输送至安全壳壳体的管道，以及相关的仪表、管道和阀门构成。核电厂在严重事故情况下，放射性物质以气体、蒸汽、气溶胶形式释放。其中，气溶胶是悬浮在气体中的固态或液态颗粒，是放射性物质释放的主要载体，其在空间中扩散、分布和沉积等过程，在反应堆严重事故安全领域受到重点关注。在第二代压水堆安全壳中，气溶胶颗粒沉积机理以重力沉降为主，热泳、扩散泳和布朗扩散三种沉积机理相对次要。在第三代先进压水堆AP1000中，由于非能动安全壳冷却系统能够降低钢制安全壳温度，温度相对降低的安全壳形成冷壁，使固体表面和气空间的温度梯度增强，同时增强了安全壳内的蒸汽冷凝，影响了气溶胶的热泳、扩散泳沉积作用，进而影响了气溶胶在安全壳内的沉积情况。目前国内外进行的气溶胶试验，主要以第二代压水堆安全壳作为研究对象。世界各国在研究严重事故情况下，核电厂安全壳内的气溶胶行为试验中，采用的安全壳模型如下所示。1、DEMONADEMONA试验由德国联邦研究技术部(BMFT)和美国核管会(USNRC)资助，在Battelle安全壳模拟试验装置上进行，研究压水堆堆芯熔化情况下气溶胶在安全壳内的自然移除现象。试验所用的钢筋混凝土结构安全壳模型容积为626m3，与德国压水堆安全壳形状相似。内部分为多个隔室。在靠近底部的位置注入蒸汽来维持压力，以使安全壳气空间能较好地混合。试验的主要特点有：(1)多隔室，各隔室热工水力情况不同；(2)考虑局部凝结及其对气溶胶沉积的影响；(3)饱和蒸汽、过饱和蒸汽环境中，不溶气溶胶、吸湿气溶胶的行为；(4)氢气爆燃对气溶胶行为的影响(干燥再悬浮)。Battelle安全壳模型为钢筋混凝土结构，划分为9个隔室，隔室间有开口相连。在试验开始时注入蒸汽加热安全壳，吸湿的NaOH气溶胶由3个等离子体炬产生并分别在两个不相邻的时间段注入到隔室内。在安全壳模型中的7个位置设置远程控制的过滤器测点，用来测量气溶胶浓度和粒度分布。每个测点设置12个过滤器样本，其中8个过滤器样本测量气溶胶浓度随时间的变化，另外4个过滤器样本测量气溶胶粒度分布。通过对过滤器沉积量称重，并测量通过过滤器的气流体积可以得出气溶胶浓度。典型测量误差为测量值的12％～30％。为了得到颗粒粒度分布，4个过滤器必须沉积相对少量的气溶胶材料(沉积量小于单层颗粒)。使用扫描电子显微镜观察过滤器，并用半自动光学方法(假定沉积的颗粒均为球形)计算颗粒数量分布和质量分布。2、KAEVER1993年～1997年在位于德国法兰克福的Battelle研究所进行的KAEVER项目，主要研究轻水堆堆芯融化时不同热工水力情况下的气溶胶沉积行为。试验装置为钢制水平圆柱形容器，容积为10.595m3，容器外表面的绝大部分覆有绝热层，绝热层和钢制容器壁之间装有绝缘层。试验压力范围是1.06～3.5bar，温度范围是85～100℃。加热盛有待蒸发气溶胶材料的坩埚，当材料蒸发时便产生气溶胶。使用氮气作为气溶胶载体输运到试验容器中，并对气体流量实时监测。使用取样线提取气溶胶样本。过滤器分析可以给出干燥颗粒的浓度和粒度分布。此外，冲击器的样本也能给出气溶胶的粒度分布。光度计测量具有12个不同的光谱波长，能够给出气空间中的浓度大小和粒度分布。3、ThAI位于德国Eschborn的ThAI试验设施(ThermalHydraulics,Aerosols,Iodine)自1998年起运行，为集总参数和计算流体力学安全壳分析程序的验证提供试验数据。ThAI设施的主体是一个60m3的不锈钢容器，高9.2m，直径3.2m。可运行于180℃、1.4MPa的工况下，能承受缓和的氢气爆燃。可以利用活动的内部构件将容器分隔为多个隔室。容器的圆柱体部分安装三个独立的加热/冷却封套，用于控制壁面温度，容器外表面和加热/冷却封套用石棉做绝热处理。顶部设有大型法兰和两个人孔。五个高度和周向位置的测量法兰可以安装原位光学和常规仪表或采样线。供给系统能够在多个位置注入蒸汽、空气、气体(氦气或氢气)、碘或气溶胶。以上3种是现有的较为典型的严重事故条件下气溶胶行为试验系统及其试验方法。试验系统中，均包括安全壳模型、气溶胶发生、测量系统等，但安全壳模型均以第二代压水堆安全壳作为研究对象，都不能用于模拟第三代核电厂AP1000的非能动安全壳冷却系统，因此，需要设计新的试验系统来进行试验。另外，除THAI设施外，均未考虑对壁面温度的控制问题。而THAI仅设计了独立的加热/冷却封套，无法应对大量蒸汽冷凝条件下的散热问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法，解决非能动冷却下安全壳内气溶胶行为试验测定问题。本专利技术的技术方案如下：一种再试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法，该方法具备包括如下步骤：步骤1、进行气溶胶测量系统预热；步骤1.1、将与试验容器相连接的蒸汽发生器进行预热；步骤1.2、启动与试验容器相连接的水温控制系统，对试验容器进行温度控制；步骤2、将气溶胶输送至试验容器，并进行沉积；步骤3、利用与试验容器相连接的气溶胶测量系统对气溶胶进行测量；步骤3.1、对气溶胶进行采样气稀释测量；步骤3.2、依次对试验容器测量各点气溶胶参数，至气溶胶浓度降低至固定比例；步骤4、进行气溶胶再悬浮和再夹带测量；步骤5、进行气溶胶测量；步骤6、完成气溶胶测量后，进行试验容器泄压及废气废液排空。所述的步骤5中进行气溶胶测量具体包括如下步骤：依次测量各点气溶胶参数，至气溶胶浓度降低至固定比例；步骤5.1、利用设置在试验容器高中低不同位置的光学粒子计数器，通过试验容器侧壁法兰上的取样管，测量再悬浮和再夹带试验过程中试验容器里的气溶胶数量浓度，并对容器中气溶胶取样代表性进行分析；步骤5.2、利用布置在试验容器电加热水池表面附近的凝结核计数器，对再夹带生成粒子的数量浓度进行测量；步骤5.3、利用布置在气溶胶再悬浮样品、再夹带水池上方区域的串级冲击式采样器、差分电迁移率计数器、光学粒径谱仪，测量获得气溶胶的粒径分布；步骤5.4、利用采样管后端设置的滤膜，收集再悬浮和再夹带而再次释放的气溶胶，利用称重法和扫描电子显微镜观察相结合，分析二次生成的气溶胶的质量和组成；步骤5.5、利用高速摄像头，观察电加热水池中气泡上升阶段的气泡大小和电加热水池破裂的气泡大小，分析气泡对再夹带中气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种再试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法，其特征在于：该方法具备包括如下步骤：/n步骤1、进行气溶胶测量系统预热；/n步骤1.1、将与试验容器相连接的蒸汽发生器进行预热；/n步骤1.2、启动与试验容器相连接的水温控制系统，对试验容器进行温度控制；/n步骤2、将气溶胶输送至试验容器，并进行沉积；/n步骤3、利用与试验容器相连接的气溶胶测量系统对气溶胶进行测量；/n步骤3.1、对气溶胶进行采样气稀释测量；/n步骤3.2、依次对试验容器测量各点气溶胶参数，至气溶胶浓度降低至固定比例；/n步骤4、进行气溶胶再悬浮和再夹带测量；/n步骤5、进行气溶胶测量；/n步骤6、完成气溶胶测量后，进行试验容器泄压及废气废液排空。/n

【技术特征摘要】
1.一种再试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法，其特征在于：该方法具备包括如下步骤：
步骤1、进行气溶胶测量系统预热；
步骤1.1、将与试验容器相连接的蒸汽发生器进行预热；
步骤1.2、启动与试验容器相连接的水温控制系统，对试验容器进行温度控制；
步骤2、将气溶胶输送至试验容器，并进行沉积；
步骤3、利用与试验容器相连接的气溶胶测量系统对气溶胶进行测量；
步骤3.1、对气溶胶进行采样气稀释测量；
步骤3.2、依次对试验容器测量各点气溶胶参数，至气溶胶浓度降低至固定比例；
步骤4、进行气溶胶再悬浮和再夹带测量；
步骤5、进行气溶胶测量；
步骤6、完成气溶胶测量后，进行试验容器泄压及废气废液排空。


2.根据权利要求1所述的一种再试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法，其特征在于：所述的步骤5中进行气溶胶测量具体包括如下步骤：
依次测量各点气溶胶参数，至气溶胶浓度降低至固定比例；
步骤5.1、利用设置在试验容器高中低不同位置的光学粒子计数器，通过试验容器侧壁法兰上的取样管，测量再悬浮和再夹带试验过程中试验容器里的气溶胶数量浓度，并对容器中气溶胶取样代表性进行分析；
步骤5.2、利用布置在试验容器电加热水池表面附近的凝结核计数器，对再夹带生成粒子的数量浓度进行测量；
步骤5.3、利用布置在气溶胶再悬浮样品、再夹带水池上方区域的串级冲击式采样器、差分电迁移率计数器、光学粒径谱仪，测量获得气溶胶的粒径分布；
步骤5.4、利用采样管后端设置的滤膜，收集再悬浮和再夹带而再次释放的气溶胶，利用称重法和扫描电子显微镜观察相结合，分析二次生成的气溶胶的质量和组成；
步骤5.5、利用高速摄像头，观察电加热水池中气泡上升阶段的气泡大小和电加热水池破裂的气泡大小，分析气泡对再夹带中气溶胶二次生成的影响。


3.根据权利要求1所述的一种再试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法，其特征在于：所述的步骤1.1中对蒸汽发生器进行预热的具体步骤为：
蒸汽发生器为不锈钢容器，其内部安装有加热器，可产生高温高压蒸汽，并输送至试验容器侧壁水套区域下方，补水箱通过水泵与蒸汽发生器相连接，并通过补水箱为蒸汽发生器供应去离子水；通过加热器对蒸汽发生器进行预热至150℃～200℃。


4.根据权利要求1所述的一种再试验条件下测定气溶胶浓度和行为的测定方法，其特征在于：所述的步骤1.2中对试验容器进行温度控制的具体步骤为：
气溶胶试验容器侧壁为夹层结构，其内外壁之间设有冷却水通道，水温控制系统与气溶胶试验容器相连接，通过水温控制系统对气溶胶试验容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林林，季松涛，魏严凇，孙雪霆，史晓磊，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11