【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温气冷堆，具体涉及一种石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法及测量台架。
技术介绍
1、高温气冷堆使用核石墨作为堆芯的结构材料和慢化剂材料，氦气作为冷却剂。氦气是惰性气体，不会与石墨发生化学反应。高温条件下，水蒸气会与堆芯的石墨材料发生如下反应：
2、c+h2o＝co+h2,δη＝131.3kj/mol (1)
3、c+2h2o＝co2+2h2,δη＝-82.4kj/mol (2)
4、以上化学反应会影响堆芯石墨构件的性能，进而影响石墨构件的服役寿命以及运行的安全。一旦发生了进气或进水事故，石墨易被迅速腐蚀，造成石墨构件的迅速失效。因此，对反应堆内石墨材料在高温下与水蒸气腐蚀反应速率的测量，对评估反应堆的可能事故后果、提高反应堆应对突发事故的能力都有重要作用。
5、核石墨与水蒸气腐蚀反应速率测量的方法主要包括气体浓度法和热重法两种。气体浓度法测量石墨腐蚀反应速率的基本原理是：将氦气(或其它惰性气体，下文不赘述)通过控温水浴，使氦气和水蒸气按一定比例混合，再通入装有石墨试样的管式加热炉，使水蒸气与石墨在高温下发生氧化反应，生成的气体排出管式加热炉后通入测量仪器进行成分测量，计算得到石墨氧化腐蚀反应的速率。
6、基于气体浓度法的石墨和水蒸气的氧化腐蚀试验台架要实现水蒸气含量控制和反应速率准确测量需解决以下问题：
7、1)水蒸气在输入端管线中的冷凝问题，输入端管线指盛放石墨样品的管式加热炉之前的管线。石墨腐蚀试验台架需要保证水蒸气以稳定和确定的浓
8、2)水蒸气在输出端管线中的干燥问题，输出端管线指管式加热炉之后的管线。氦气和水蒸气的混合气体进入管式加热炉，水蒸气与石墨发生氧化腐蚀反应，生成co、co2、h2。一般情况下，水蒸气没有消耗完，可能在后端管线低温处冷凝；未完全冷凝的水蒸气会流入气相色谱仪，造成气相色谱仪的测量偏差甚至功能损坏。
9、3)水蒸气的冷凝和干燥造成的流量计波动问题。基于气体浓度法的石墨氧化腐蚀台架一般使用尾部流量计和色谱仪来测量腐蚀产物的含量，尾部流量计测量生成气体产物的总流量，色谱仪测量气体成分，通过这两个数据可测得单位时间各气体产物的质量。但水蒸气在台架管线内的冷凝和干燥，会造成流量计示数的剧烈波动，影响数据的准确性。因此，需要设计全新的氧化速率测量方案。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法及测量台架，提高了石墨氧化腐蚀反应的速率的准确性。
2、解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是提供一种石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，包括以下步骤：
3、将氦气通入到水蒸气中，得到第一混合气；
4、测量通入到水蒸气中的氦气流量；
5、将第一混合气通入到装有石墨试样的反应器中，在反应器内水蒸气对石墨进行氧化腐蚀，水蒸气与石墨反应生成一氧化碳、二氧化碳、氢气；
6、将反应器出口排出的第二混合气进行干燥除去水分，得到第三混合气；
7、测量第三混合气中的一氧化碳、二氧化碳、氦气各自所占比例，根据第三混合气中氦气所占比例、通入到水蒸气中的氦气流量，求得第三混合气的总流量，再根据第三混合气中的一氧化碳、二氧化碳所占比例，求出石墨的氧化腐蚀反应速率。
8、优选的是，第三混合气中氦气的体积占比为xhe、一氧化碳的体积占比为xco、二氧化碳的体积占比为通入到水蒸气中的氦气流量为qhe，求得第三混合气的总流量为求出石墨的氧化腐蚀反应速率r为
9、
10、式中，mc为c原子相对分子质量。
11、优选的是，通入到水蒸气中的氦气流量为1～30slm。slm是一个单位，用于表示标准状况下(0℃，1atm)升每分钟。
12、优选的是，通入到反应器中的第一混合气中的水蒸气的浓度为3mas％～90mas％。
13、优选的是，所述步骤将氦气通入到水蒸气中，该步骤中水蒸气所在的控温水域的温度为15℃～100℃。
14、优选的是，反应器内的反应温度为15℃～1300℃。
15、优选的是，通入到反应器中的第一混合气的温度为25℃～95℃。
16、本专利技术还提供一种上述的测量方法使用的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量台架，包括：
17、氦气瓶，用于盛放氦气；
18、混合容器，与氦气瓶连接，混合容器用于加热生成并储存水蒸气，氦气通入到混合容器内，在混合容器出口得到第一混合气；
19、流量检测装置，设置于氦气瓶与混合容器之间的连接管道上，流量检测装置用于检测氦气流量并发送给控制器；
20、反应器，与混合容器连接，第一混合气通入到装有石墨试样的反应器中，在反应器内水蒸气对石墨进行氧化腐蚀，水蒸气与石墨反应生成一氧化碳、二氧化碳、氢气；
21、干燥装置，与反应器连接，干燥装置用于对反应器出口排出的第二混合气进行干燥出去水分，得到第三混合气；
22、气体检测装置，与干燥装置连接，气体检测装置用于测量第三混合气中的一氧化碳、二氧化碳、氦气各自所占比例，并发送给控制器；
23、控制器，用于根据第三混合气中氦气所占比例、通入到水蒸气中的氦气流量，求得第三混合气的总流量，再根据第三混合气中的一氧化碳、二氧化碳所占比例，求出石墨的氧化腐蚀反应速率。
24、优选的是，所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量台架，还包括：加热装置、保温装置，保温装置设置于混合容器与反应器之间的连接管道外，保温装置用于对混合容器与反应器之间的连接管道保温，加热装置设置于混合容器与反应器之间的连接管道上，加热装置用于对混合容器与反应器之间的连接管道加热。
25、优选的是，所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量台架，还包括：露点仪，设置于反应器入口，露点仪用于测量进入反应器的第一混合气中的水蒸气浓度，并发送给控制器，当进入反应器的第一混合气中的水蒸气浓度高于预设的水蒸气浓度，则控制器控制混合容器停止加热生成水蒸气；当进入反应器的第一混合气中的水蒸气浓度低于预设的水蒸气浓度，则控制器控制混合容器加热生成水蒸气。
26、本专利技术中的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法及测量台架，根据第三混合气中氦气所占比例、通入到水蒸气中的氦气流量，根据氦气的质量守恒，求得第三混合气的总流量，避免了水蒸气的冷凝和干燥问题造成的流量波动，提高了石墨氧化腐蚀反应的速率的准确性。
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1.一种石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，通入到反应器中的第一混合气中的水蒸气的浓度为3mas％～90mas％。
5.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，所述步骤将氦气通入到水蒸气中，该步骤中水蒸气所在的控温水域的温度为15℃～100℃。
6.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，反应器内的反应温度为15℃～1300℃。
7.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，通入到反应器中的第一混合气的温度为25℃～95℃。
8.一种权利要求1～7任意一项所述的测量方法使用的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量台架，其特征在于，包括：
9.根据权利要求
10.根据权利要求8所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量台架，其特征在于，还包括：露点仪，设置于反应器入口，露点仪用于测量进入反应器的第一混合气中的水蒸气浓度，并发送给控制器，当进入反应器的第一混合气中的水蒸气浓度高于预设的水蒸气浓度，则控制器控制混合容器停止加热生成水蒸气；当进入反应器的第一混合气中的水蒸气浓度低于预设的水蒸气浓度，则控制器控制混合容器加热生成水蒸气。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，通入到反应器中的第一混合气中的水蒸气的浓度为3mas％～90mas％。
5.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，所述步骤将氦气通入到水蒸气中，该步骤中水蒸气所在的控温水域的温度为15℃～100℃。
6.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，反应器内的反应温度为15℃～1300℃。
7.根据权利要求1所述的石墨与水蒸气氧化腐蚀反应速率测量方法，其特征在于，通入到反应器中的第一混合气的温度为25...
【专利技术属性】
技术研发人员：申腾，贺楷，王子祺，郭少强，王城喻，滑永振，刘彦平，刘秩刚，江小川，朱思阳，董浩，齐安舟，管婧宇，杨伟，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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