CN106596272B - 核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其包括：环形管网，环形管网上设有用于引导管道破裂的刻痕；防甩限制件，设置于靠近刻痕的位置，用于限制管道破裂端的甩击；以及加压装置，通过供压管线连接环形管网，用于为环形管网内的介质提供压力。此外，本发明还公开了一种核电厂高能管道破裂甩击模拟方法。相对于现有技术，本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统和方法可准确反映高能管道破裂端甩击载荷的衰减和变化。

Description

核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法。

背景技术

核电厂中存在运行温度或压力超过限值的高能管道，高能管道有双端剪切断裂的风险，管道破裂端在高能介质的推动下将会发生甩击行为，造成严重的次生灾害。因此，在高能管道设计时需要设计防甩限制件，对高能管道的甩击行为进行限制和阻止。

由于管道破裂后，甩击瞬间发生，管道内的介质在短时间内急速外泄，而系统响应时间则相对较长，为介质提供压力的动力源不可能及时停机，可起到隔离作用的阀门也不可能及时关闭，因此，造成破裂端受到的推力载荷无法准确计算。目前均采用保守简化的假设来推测破裂推力，该方法不考虑管路系统内压力的下降，假设管道所受到的推力完全不损失来进行计算，按这种方法计算得到的破裂推力与实际的破裂行为差异很大。

在现有的核电技术中，通常采用重锤跌落法模拟高能管道甩击试验：将管道模拟件(即重锤)置于高空，使其从高空跌落，用模拟件的重力来模拟管道破裂端的推力。但是，这种模拟方案包含“管道介质推力不损失”的假设，与实际的管道甩击情况不符，无法模拟管道破裂端的速度，也无法得知管道内压力的变化。

在现有的核电技术中，也有采用汽车碰撞的方法来模拟管道甩击，通过汽车带动管道模拟件直线运动来模拟管道破裂端的甩击行为。但是，这种模拟方案包含“管道推力完全丧失”的假设，与实际的管道甩击情况也不相符，无法得知管道内压力的变化。

有鉴于此，确有必要提供一种核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法，以准确反映高能管道破裂端甩击载荷的衰减和变化。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法，其可准确反映高能管道破裂端甩击载荷的衰减和变化。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其包括：

环形管网，环形管网上设有用于引导管道破裂的刻痕；

防甩限制件，设置于靠近刻痕的位置，用于限制管道破裂端的甩击；以及

加压装置，通过供压管线连接环形管网，用于为环形管网内的介质提供压力。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述环形管网靠近刻痕两侧设有至少一个用于测量管道形变的应变片，并通过应变片连接的信号接收装置对管道变形进行实时监测。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述环形管网靠近刻痕发生甩击的管道上设有用于测量管道甩击速度的速度感受器和加速度感受器，并通过速度感受器和加速度感受器连接的信号接收装置对管道甩击速度和加速度进行实时监测。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述环形管网上标高最高点设有排气口。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述刻痕根据试验设计加工在环形管网上，其尺寸根据环形管网中的介质压力经过计算得出。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述环形管网于刻痕两侧各设有一个或多个用于测量环形管网压力的电子压力计。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述加压装置的入口管线和出口管线上各设有一个或多个用于测量加压装置入口和出口压力的电子压力计。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述电子压力计采用电子远程读数。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述加压装置为水泵或空压机，所述加压装置设有远程启停按钮。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述供压管线一端通过三通与环形管网焊接连接，另一端与所述加压装置连通。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述防甩限制件采用具有吸能装置的结构，安装在锚固结构上。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的一种改进，所述环形管网设有刻痕的管道通过一个或多个固定支架定位，所述环形管网未设置刻痕的管道、所述加压装置出口端的供压管线上也设有一个或多个支架。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其包括以下步骤：

1)确定模拟参数：包括压力、管径和壁厚、加压装置扬程、防甩限制件结构、各种仪表的量程；

2)提供核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其包括：

环形管网，环形管网上安装有电子压力计并设有用于引导管道破裂的刻痕，刻痕所在管道设有应变片、速度感受器和加速度感受器，并通过各自连接的信号接收装置实时监测；

防甩限制件，设置于靠近刻痕的位置，用于限制管道破裂端的甩击；以及

加压装置，通过供压管线连接环形管网，用于为环形管网内的介质提供压力，供压管线上安装电子压力计；

其中，环形管网和供压管线设有支架；

3)通过加压装置输送加压介质对核电厂高能管道破裂甩击模拟系统进行加压；

4)记录分析模拟试验过程中环形管网压力变化，用于对破管前后环形管网压力进行分析；

5)记录分析模拟试验过程中防甩限制件的变形情况，用于验证防甩限制件的设计；

6)记录分析模拟试验过程中发生甩击的管道的变形情况。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述环形管网靠近刻痕两侧设有至少一个用于测量管道形变的应变片，并通过应变片连接的信号接收装置对管道变形进行实时监测。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述环形管网靠近刻痕发生甩击的管道上设有用于测量管道甩击速度的速度感受器和加速度感受器，并通过速度感受器和加速度感受器连接的信号接收装置对管道甩击速度和加速度进行实时监测。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述环形管网上标高最高点设有排气口。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述刻痕根据试验设计加工在环形管网上，其尺寸根据环形管网中的介质压力经过计算得出。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述环形管网于刻痕两侧各设有一个或多个用于测量环形管网压力的电子压力计。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述加压装置的入口管线和出口管线上各设有一个或多个用于测量加压装置入口和出口压力的电子压力计。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述电子压力计采用电子远程读数。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述加压装置为水泵或空压机，所述加压装置设有远程启停按钮。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述供压管线一端通过三通与环形管网焊接连接，另一端与所述加压装置连通。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述防甩限制件采用具有吸能装置的结构，安装在锚固结构上，用于限制管道破裂端的甩击，保护周围系统的安全，其安装位置根据计算得出；防甩限制件也可采用其他不同的结构，例如，可采用H型防甩限制件和U型防甩限制件，不同结构形式的防甩限制件起到的效果不同，需通过计算进行验证。

作为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟方法的一种改进，所述环形管网设有刻痕的管道通过一个或多个固定支架定位，所述环形管网未设置刻痕的管道、所述加压装置出口端的供压管线上也设有一个或多个支架。

相对于现有技术，本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法具有以下技术效果：1)本发明不仅可用于模拟管道破裂试验、高能管道防甩限制件性能试验和防甩限制件位置试验，也可用于相关的仿真计算的模型；2)可真实模拟高能管道破裂时的各项效应，包括但不限于高能管道破裂后管道内压力的变化，管道破裂端的甩动效应、塑性铰的位置和位置变化，管道破裂端自身形变，防甩限制件的响应情况等。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法进行详细说明。

图1为本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1所示，本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统包括：

环形管网10，环形管网10上设有用于引导管道破裂的刻痕40；

防甩限制件50，设置于靠近环形管网10上刻痕40的位置，用于限制管道破裂端的甩击；以及

加压装置30，通过供压管线20连接环形管网10，用于为环形管网10内的介质提供压力。

环形管网10经过计算验证设置成环形回路，环形管网10上的管线采用相同的设计标准，其管径和耐压程度等参数相同。

环形管网10连接三通的管道上在三通两侧各装有一个用于固定管道的支架72，73，与三通相对的设有刻痕40的管道上安装有固定支架75，环形管网10的另外两条管道上也各装有一个支架74，76。通过设置支架，环形管网10被固定在一定的位置，可防止环形管网10移动。支架的设置需通过计算验证，并根据计算进行相应调整，确保环形管网破裂后甩击到设定的位置。环形管网10上标高最高点还设有排气口(未图示)。

刻痕40通过计算加工到环形管网10上，使环形管网10在加压过程中在刻痕40所在管道位置发生环向断裂，用于引导管道破裂。在管道上加工刻痕40会形成薄弱位置，刻痕40位置的耐压强度会降低，相对于整个环形管网10，刻痕40所在位置的管道会由于管道内压力的持续增大最先发生破裂。

刻痕40的尺寸根据管网介质压力经计算得到，为了得到理想的模拟效果，在刻痕40两侧各安装至少一个电子压力计46和48，用于显示刻痕40所在管道在进行模拟破裂试验时的压力变化情况，电子压力计46和48采用电子远程读数进行记录。

刻痕40所在管道位置两侧粘贴有至少两个应变片60和61，当管道在加压装置30加压下发生形变时，应变片60和61随着管道一起变形，应变片60和61的电阻值将发生相应的变化，并转化成相应的信号。将信号传递到连接的信号接收装置(未图示)，可实时观测管道的变形情况，并通过接收的信号进行理论计算则可以得出刻痕40所在位置的应变或应力值。

靠近刻痕40位置的发生甩击的管道上粘贴有速度感受器62和加速度感受器64，用于监测管道在刻痕40位置破裂后的甩击速度和加速度，并用于监测管道甩击到防甩限制件50后的速度和加速度变化情况，通过信号传递到连接的信号接收装置(未图示)，以便实时观测管道在整个甩击过程中的甩击速度和加速度，并通过信号变化情况计算出管道甩击过程中的速度和加速度变化情况。

防甩限制件50位于靠近环形管网10上的刻痕40的位置，其固定在锚固结构52上。在图示实施方式中，防甩限制件50采用有吸能装置的结构，用来控制试验的风险。当管道在刻痕40处发生破裂后，管道甩击到防甩限制件50上，防甩限制件50能有效地吸收管道破裂甩击的能量，阻止管道破裂甩击对周围环境的破坏。防甩限制件50的安装位置通过计算验证，当管道发生破裂后，管道只会甩击到防甩限制件50上，不会甩击到其他位置。防甩限制件50也可采用其他不同的结构，如H型防甩限制件和U型防甩限制件，不同结构形式的吸能装置起到的效果不同，需通过计算进行验证。

环形管网10通过三通焊接连接有供压管线20，供压管线20上也安装有支架71，其目的为固定供压管线20，防止其移动，进而防止供压管线20牵引环形管网10的移动。

加压装置30(如加压泵)安装在与环形管网10连接的供压管线20上，用于为环形管网10提供模拟高能管道破裂的压力条件。在图示实施方式中，优选为水泵作为加压泵，相应地以水作为充压介质。在本发明的其他实施方式中，也可以选用气体作为加压介质，此时加压泵30为空压机。

加压泵30入口和出口管线上各安装有至少一个电子压力计42和44，并采用电子远程读数进行记录。当加压泵30运行时，电子压力计42和44可用来测量加压泵30入口和出口管线上的压力。加压泵30的功率和扬程符合设计的要求，并设置有远程启停按钮，通过远程控制来实现加压泵30的开启和停运，确保操作的安全。

以下继续结合图1所示，详细描述本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟装方法，其包括以下步骤：

1)确定模拟参数：包括压力、管径和壁厚、加压装置扬程、防甩限制件结构、各种仪表的量程；

2)提供核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其包括：

环形管网10，环形管网10上安装有电子压力计46,48，并设有用于引导管道破裂的刻痕40，刻痕40所在管道设有应变片60,61、速度感受器62和加速度感受器64，并通过各自连接的信号接收装置实时监测；

防甩限制件50，设置于靠近刻痕40的位置，用于限制管道破裂端的甩击；以及

加压装置30，通过供压管线20连接环形管网10，用于为环形管网10内的介质提供压力，供压管线上安装电子压力计42,44；

其中，环形管网10和供压管线20设有支架71,72,73,74,75；

3)通过加压装置30输送加压介质对核电厂高能管道破裂甩击模拟系统进行加压；

4)记录分析模拟试验过程中环形管网10的压力变化，用于对破管前后环形管网10的压力进行分析；

5)记录分析模拟试验过程中防甩限制件50的变形情况，用于验证防甩限制件50的设计；

6)记录分析模拟试验过程中发生甩击的管道的变形情况。

具体地，按要求安装好核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，待检查模拟系统一切正常后，通过远程启动系统开启水泵30，介质水通过供压管线20进入环形管网10，环形管网10内的压力会随着介质水的加入逐渐增大，待环形管网10充满水后，通过水泵30持续加压到刻痕40破裂时的预设压力(预设压力通过计算得出)，保持压力至管道在刻痕40所在位置断裂为止，待管道断裂后，通过远程停运按钮停止水泵30。

在进行模拟试验的过程中，观察和记录环形管网10和供压管线20上电子压力表42,44,46,48的压力变化情况，用于对管网破裂前后的压力进行分析。

记录应变片60和61变形信号的变化情况，根据应变片60和61产生的信号来监测管道的变形情况，分析管道破裂前后应力值。

通过速度感受器62和加速度感受器64记录管道破裂后以及管道甩击到防甩限制件50后的速度和加速度变化情况，并通过计算确认管道的甩击速度和加速度。

管道破裂端甩动后，打在防甩限制件50上，防甩限制件50发生塑性变形，把管道甩击的能量吸收掉，管道甩动因为防甩限制件50的作用最终停止。记录环形管网10破裂前后防甩限制件50的变形情况，可用于验证防甩限制件50的设计，并可通过模拟试验对防甩限制件50进行改进。

记录分析管道甩击前后管道的变形情况，判断塑性铰的位置和甩击发生后塑性铰位置的变化。

需要进一步说明的是，本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统不仅可用于管道破裂的模拟试验，也可应用于管道破裂甩击的仿真研究。

结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核电厂高能管道破裂甩击模拟系统及方法具有以下技术效果：1)本发明不仅可用于模拟管道破裂试验、高能管道防甩限制件性能试验和防甩限制件位置试验，也可用于相关的仿真计算的模型；2)可真实模拟高能管道破裂时的各项效应，包括但不限于高能管道破裂后管道内压力的变化，管道破裂端的甩动效应、塑性铰的位置和位置变化，管道破裂端自身形变，防甩限制件的响应情况等。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (22)

1.一种核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，包括：

环形管网，环形管网上设有用于引导管道破裂的刻痕；

防甩限制件，设置于靠近刻痕的位置，用于限制管道破裂端的甩击；以及

加压装置，通过供压管线连接环形管网，用于为环形管网内的介质提供压力；所述环形管网靠近刻痕发生甩击的管道上设有用于测量管道甩击速度的速度感受器和加速度感受器，并通过速度感受器和加速度感受器连接的信号接收装置对管道甩击速度和加速度进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述环形管网靠近刻痕两侧设有至少一个用于测量管道形变的应变片，并通过应变片连接的信号接收装置对管道变形进行实时监测。

3.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述环形管网上标高最高点设有排气口。

4.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述刻痕根据试验设计加工在环形管网上，其尺寸根据环形管网中的介质压力经过计算得出。

5.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述环形管网于刻痕两侧各设有一个或多个用于测量环形管网压力的电子压力计。

6.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述加压装置的入口管线和出口管线上各设有一个或多个用于测量加压装置入口和出口压力的电子压力计。

7.根据权利要求5或6所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述电子压力计采用电子远程读数。

8.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述加压装置为水泵或空压机，所述加压装置设有远程启停按钮。

9.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述供压管线一端通过三通与环形管网焊接连接，另一端与所述加压装置连通。

10.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述防甩限制件采用具有吸能装置的结构，安装在锚固结构上。

11.根据权利要求1所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其特征在于，所述环形管网设有刻痕的管道通过一个或多个固定支架定位，所述环形管网未设置刻痕的管道、所述加压装置出口端的供压管线上也设有一个或多个支架。

12.一种核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定模拟参数：包括压力、管径和壁厚、加压装置扬程、防甩限制件结构、各种仪表的量程；

2)提供核电厂高能管道破裂甩击模拟系统，其包括：

环形管网，环形管网上安装有电子压力计并设有用于引导管道破裂的刻痕，刻痕所在管道设有应变片、速度感受器和加速度感受器，并通过各自连接的信号接收装置实时监测；

防甩限制件，设置于靠近刻痕的位置，用于限制管道破裂端的甩击；以及加压装置，通过供压管线连接环形管网，用于为环形管网内的介质提供压力，供压管线上安装电子压力计；

其中，环形管网和供压管线设有支架；所述环形管网靠近刻痕发生甩击的管道上设有用于测量管道甩击速度的速度感受器和加速度感受器，并通过速度感受器和加速度感受器连接的信号接收装置对管道甩击速度和加速度进行实时监测；

3)通过加压装置输送加压介质对核电厂高能管道破裂甩击模拟系统进行加压；

4)记录分析模拟试验过程中环形管网压力变化，用于对破管前后环形管网压力进行分析；

5)记录分析模拟试验过程中防甩限制件的变形情况，用于验证防甩限制件的设计；

6)记录分析模拟试验过程中发生甩击的管道的变形情况。

13.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述环形管网靠近刻痕两侧设有至少一个用于测量管道形变的应变片，并通过应变片连接的信号接收装置对管道变形进行实时监测。

14.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述环形管网上标高最高点设有排气口。

15.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述刻痕根据试验设计加工在环形管网上，其尺寸根据环形管网中的介质压力经过计算得出。

16.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述环形管网于刻痕两侧各设有一个或多个用于测量环形管网压力的电子压力计。

17.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述加压装置的入口管线和出口管线上各设有一个或多个用于测量加压装置入口和出口压力的电子压力计。

18.根据权利要求16或17所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述电子压力计采用电子远程读数。

19.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述加压装置为水泵或空压机，所述加压装置设有远程启停按钮。

20.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述供压管线一端通过三通与环形管网焊接连接，另一端与所述加压装置连通。

21.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述防甩限制件采用具有吸能装置的结构，安装在锚固结构上。

22.根据权利要求12所述的核电厂高能管道破裂甩击模拟方法，其特征在于，所述环形管网设有刻痕的管道通过一个或多个固定支架定位，所述环形管网未设置刻痕的管道、所述加压装置出口端的供压管线上也设有一个或多个支架。