2021.08科学技术创新6结论经过以上分析，可以做出武安市白鹿寺矿区凤山组巨厚层白云岩的形成过程为：首先在海水中形成灰岩，灰岩成因难以判断。后由于海平面下降，使地面露出海平面，接受大气降水。原来的灰岩在混合水的环境下逐渐被交代成白云岩，从近百米厚的白云岩层产状来看，最接近的形成原因应该是混合白云化作用。这是个由上到下的过程，并伴随着海平面的下降，也就是崮山期的海退。综合以上，形成了现在所见的白云岩。至此所有问题都可以解释。
参考文献
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地球化学特征及古环境意义[J].沉积学报,2020(03).钠-超临界二氧化碳热交换器
样机性能验证试验装置简介
张东旭赵民富梁朋
(中国原子能科学研究院，北京102413)
1概述
钠冷快堆作为第四代核能系统国际论坛(G I F )提出的下一代核反应堆的六种堆型之一，其研究进展最快，技术最成熟，工程经验最丰富的，是最接近满足商业核电厂需要的堆型，快堆技术的发展，对我国核能的可持续发展具有重要意义[1-2]。到目前为止，钠冷快堆的动力转换系统仍然是基于水和水蒸汽介质的
朗肯循环，而由此带来的钠水反应问题成为钠冷快堆中最主要的安全问题之一。为了避免钠水反应对堆芯的影响，钠冷快堆需设置中间回路及钠水反应事故保护系统，大大增加了钠冷快堆的建造成本和运行成本。
为了满足第四代先进核能系统对经济性和安全性的要求，在快堆技术的发展过程中，涌现出许多先进技
术概摘要：超临界二氧化碳布雷顿循环目前是国际上公认的具有革命性的新一代发电技术，具有效率高、能量密度大、设备体积小等优点，将其应用于钠冷快堆可以从根本上解决钠水反应带来的安全问题，而钠-超临界二氧化碳热交换器作为关键设备有着重要的意义。本文介绍了中国原子能科学研究院设计制造的热交换器样机，额定换热功率为50kW ，并对样机性能验证的试验装置进行了介绍，为后续工作奠定基础，也对其他相关试验台架的建设有一定借鉴意义。
关键词：超临界二氧化碳；钠冷快堆；布雷顿循环；热交换器Abstract:The s uper cr i t i cal car bon di oxi de Br ayt on cycl e i s a r evol ut i onar y power gener at i on t echnol ogy,whi ch has t he advant ages of hi gh ef f i ci ency,hi gh ener gy dens i t y and s m al l equi pm ent s s i z e.A ppl yi ng i t t o t he s odi um cool ed f as t r eact or can f undam ent al l y s ol ve t he s af et y pr obl em s caus ed by t he s odi um -wat er r eact i on.A nd t he s odi um -s uper cr i t i cal car bon di oxi de heat exchanger as a key equi pm ent has i m por t ant s i gni f i cance.Thi s paper i nt r oduces t he heat exchanger pr ot ot ype des i gned and m anuf act ur ed by t he Chi na I ns t i t ut e of A t om i c Ener gy,and t he r at ed heat t r ans f er power i s 50kW .The t es t f aci l i t y f or t he per f or m ance ver i f i cat i on of t he pr ot ot ype i s al s o i nt r oduced.Thi s wor k l ays t he f oundat i on f or f ol l ow-up wor ks ,and al s o has cer t ai n r ef er ence s i gni f i cance f or t he cons t r uct i on of ot her r el at ed t es t f aci l i t i es .
Key words:Super cr i t i cal car bon di oxi de ;Sodi um cool ed f as t r eact or ;Br ayt on cycl e ;H eat ex
changer 中图分类号:TL33文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)08-0047-03(转下页)
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科学技术创新
念，其中超临界二氧化碳布雷顿循环系统被认为是最具应用前景的动力转换技术之一。相比目前工业界常用的水和水蒸汽的朗肯循环，超临界二氧化碳闭式布雷顿循环热电转换系统具有循环效率高、设备体积小的特点，能减小系统体积、设备数量和建造、维护成本，显著提高经济性，因而具有广泛的应用前景，是目前国内外研究的前沿和热点。将超临界二氧化碳布雷顿循环应用于钠冷快堆，可以从根本上消除钠水反应带来的安全问题[3-6]。
美国早在20世纪50、60年代就研究了超临界二氧化碳用于核反应堆的可行性，并提出了一些初步概念，但是由于热交换器和回热器的功率较大，受限于当时的工业技术和高能换热器设计制造水平，要达到换热功率，换热器要制作的相当大，这一方案被迫放弃[7]。随着20世纪90年代高性能换热器设计制造技术的突破，美国从21世纪初重新开始了超临界二氧化碳
用于核反应堆系统的研究[8]。
适用于高温高压等苛刻条件的高效紧凑式换热器是超临界二氧化碳发电系统工程应用的基础，目前选用
印刷电路板式热交换器[9]。印刷电路板换热器(PCH E)已广泛应用于海洋油气处理、浮式液化天然气装置，并且适用于耐高温高压等苛刻条件，在新一代核电领域、光电发热领域、氢能领域展现出广泛的应用前景。PCH E的设计、制造、维护等成套技术已被英国H eat r i c 公司垄断近30年，虽然近些年瑞典阿法拉伐公司、日本神钢、美国桑迪亚研究中心联合真空扩散焊公司V PE等陆续推出PCH E产品，但有关传热与流动设计等核心技术仍处于保密状态。国内近年来也有多家研究单位开展了PCH E的研制工作，但大多为两侧同种工质，在“第四代核能系统钠冷快堆关键技术国际合作研发”项目中，原子能院考虑到钠和二氧化碳物性和流动传热特性的巨大差异，专门设计制造了我国首台钠-二氧化碳热交换器样机，换热功率为50kW，并搭建了超临界二氧化碳试验回路和钠试验回路，进行了热交换器样机的性能测试。
2钠-超临界二氧化碳热交换器样机介绍
钠-超临界二氧化碳热交换器选用印刷电路板式，由于热交换器运行在高温高压下，且二氧化碳侧的传热能力较差，为满足传热性能要求，二氧化碳侧换热板采用蚀刻出半圆形通道；钠侧传热能力强，但是如果通道过小，会出现阻塞问题，通过扩大钠侧流道面积避免出现阻塞问题，采用两块蚀刻板拼接成圆形通道方式扩大通道面积。采用两层二氧化碳侧换热板与一层钠侧换热板交替布置方式，通过扩散焊技术焊接成芯体。每层二氧化碳换热板上有26个直径为1.5m m的半圆形通道；钠换热板上有40个直径为4m m的圆形通道。最终装配完成的热交换器样机实物如图1所示。
表1热交换器的设计参数
图1加工完成后的热交换器样机
3试验装置介绍
钠-超临界二氧化碳热交换器两侧的工质分别是钠和二氧化碳，在给定的工况下实现钠和二氧化碳的能量交换。分别控制钠回路和二氧化碳回路达到热交换器入口参数要求，图2为热交换器试验系统流程图。
3.1钠回路介绍
钠回路由电磁泵、截止阀、电磁流量计、调节阀、预热器、空冷器等组成。试验回路中的钠由电磁泵驱动流动，流量可通过电磁泵调频方式、旁路调节阀控制方式进行调节，由电磁流量计测得通过热交换器的流量值。进入热交换器的温度由预热器调节，预热器采用电加热棒加热，将钠的温度加热至热交换器的试验温度值，在热交换器内与冷侧的二氧化碳进行热量交换。流出热交换器的钠温依然高于电磁泵所要求的运行温度，需要通过空冷器冷却后再返回到电磁泵入口，完成一次循环如表2。
钠回路新建支路需要对支路流量进行测量；预热器进口、热交换器热侧进口、空冷器进出口各布1只热电偶，对钠的温度进行测量；热交换器外侧，沿钠、二氧化碳流动方向分别布置热电偶，通过测量外壁温，推算钠和二氧化碳沿流动方向上温度的变化。在电磁泵出口和缓冲罐顶部各布置一个压力传感器，
用于测量系统压力，一个差压传感器布置在热交换器样机钠侧的进出口侧，用于测量热交换器钠侧进出口的压降。
3.2超临界二氧化碳试验装置介绍
超临界二氧化碳流动传热特性试验装置为高温、高压试验装置，流动工质为二氧化碳。该装置由试验系统、仪表系统、控制系统、电气系统等组成。试验装置的设计参数如表3所示。
试验系统由主回路循环系统、加热系统、冷却系统、抽真空及注液系统等子系统组成。系统运行时，二氧化碳工质从由储液罐流出，通过柱塞泵升压后压力达到试验所需值，通过稳压器稳压后，经过调节阀门的开度，将流过试验段的流量调整到所需值。工质进入预热器前先进入回热器，利用试验段出来的高温工质对其进行加热，将预热器入口温度提升至一定值，从而降低预热器功率。工质通过预热器加热，温度升至热交换器入口所需值，由高温侧的钠对其进一步加热。高温工质流出热交换器后进入回热器将一部分热量传递给低温侧的工质，温度降低。考虑到即使通过回热器后工质的温度有所降低，但是回热器出口温度依然比较高，采用水冷可能导致热应力过大，选
序号项目名称单位热侧冷侧
1 换热功率kW 50
2 设计压力MPa 0.2 21.5
3 设计温度℃550 550
4 工作压力MPa（G）0.1 20.0
5 进口温度℃520 340
6 出口温度℃360 510
7 工作介质- Na SCO2
8 质量流量kg/s 0.246 0.24
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2021.08科学技术创新表2钠回路新建支路主要设计参数
表3试验装置设计参数序号
参数名称 单位 数值 备注
1 工作介质 -- Na 钠
2 设计/最高工作压力 MPa 0.5/0.2 /
3 设计/最高工作温度 ℃ 550/520 /
reactor technology4 主管道内径 mm 1
5 /
5 主管道材质 不锈钢 S30408 /
序号
参数名称 单位 数值 备注 1 工作介质 -- CO 2 二氧化碳
2 设计/最高工作压力 MPa 25/20 /
3 设计/最高工作温度 ℃ 550/520 /
4 主管道内径 m m 2
5 / 5 主管道材质 不锈钢 S30408 /
用空气介质冷却方式，冷却器选用空气冷却器。工质被空气冷却器冷却后经过节流件和调压阀门的调节降压后，通过水冷冷却器进一步冷却后，使温度降低到泵入口温度后进入储液罐，完成一次循环。回路系统在运行过程中产生的压力波动由主回路循环系统中的稳压器来吸收和维持稳定。
4结论
热交换器作为超临界二氧化碳布雷顿循环应用于钠冷快堆的关键设备，一直都是国内外研究的热点。中国原子能科学研究设计制造的钠-超临界二氧化碳热交换器样机，换热功率为50kW ，并搭建了试验装置进行性能验证试验。本文对热交换器样机和试验装置进行了介绍，为后续相关工作奠定了基础，也可为其他相关试验台架的建设提供参考。
参考文献
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