CN101231898A - 放射性钠在线净化用的冷阱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放射性钠在线净化用的冷阱。它包括外筒体，外筒体的内部设置金属丝网，上部设置钠进口和钠出口，其内部设置中心回流管，中心回流管通过内省热器盘管与钠出口相通。本发明所提供的技术方案充分利用钠进、出口的温差进行热交换，提高了热利用效率，进而在不停堆的前提下，对高温液态钠实现冷却-析出-过滤-加热等过程，并且处理能力大，适于大量钠的在线净化。
Description
技术领域
本发明属于一种钠的净化设备技术领域，具体涉及一种放射性钠在线净化用的冷阱。
背景技术
在钠冷快中子增殖反应堆中，一、二回路采用液态金属钠做为传热剂，采用惰性气体——氩气做为金属钠的保护气体。虽然金属钠具有优良的传热性质，加上不需要增加压力来防止沸腾，因此，在世界范围内已运行着的快堆，大都选择了液态金属钠作为冷却剂，但是钠作为碱金属的一员，有着非常活泼的化学性质，如何对放射性钠进行在线净化，使其达到反应堆安全运行所需要的品质是钠冷快堆所面临的主要难题之一。
通常，反应堆冷却剂钠中杂质的主要来源有如下几方面：
①从原料钠中引入的杂质；
②从一回路设备金属表面引入的杂质；
③检修引入的杂质；
④装卸料引入的杂质；
⑤覆盖气体泄漏而补气引入的氧化物；
⑥腐蚀产物；
⑦从燃料元件中渗出氚和燃料元件破损时从元件中泄漏出碘、铯、银、锆等杂质。
为保证反应堆的安全运行，必须对冷却剂进行过滤、净化，这种过虑、净化设备称为冷阱。冷阱技术所采用的原理都是降低液态钠的温度，使杂质析出，再过滤而得到净化钠。例如，中国专利97249431.6提供了一种钠蒸汽阱，它包括筒体和设置在筒体内的回流板组件，回流板组件是由多层碗状回流板间隔重叠组成，各层碗状回流板依次用套筒间隔开。这种结构的钠蒸汽阱单位体积冷凝面积大、路径长，冷凝效果好，因此可将其设计成体积小，结构紧凑的装置，特别适合仪表用钠蒸汽阱。另外，中国专利200610140531.6公开了一种钠蒸汽阱，它包括内、外套管，内、外套管间形成冷却气体通道，通过强制冷凝的方法来冷凝钠蒸汽。但是，上述文献公开的两种钠蒸汽阱的目的都是为了冷凝氩气中的钠蒸汽，因此，处理能力十分有限，不适宜用于大量液态金属钠的在线净化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中钠净化用的冷阱的处理能力有限的问题，提供一种处理能力大、适用范围宽，能对放射性钠在线净化用的冷阱。
本发明采用的技术方案是：一种放射性钠在线净化用的冷阱，它包括外筒体，外筒体的内部设置金属丝网，在外筒体的上部设置钠进口和钠出口，其内部设置中心回流管，中心回流管通过内省热器盘管与钠出口相通。所述的钠进口与设置在外筒体上部的钠进口盘管组件相通，钠进口盘管组件沿外筒体的内侧圆周布置，底部开孔。在外筒体的底部放置内孔筒体，多层金属丝网置于其内。所述的金属丝网是不锈钢丝网。在外筒体的外部设置带有蛇形盘管的套筒，套筒内充液态钠钾合金。所述的蛇形盘管的两端分别与有机冷却剂进口、有机冷却剂出口相通。所述的蛇形盘管内以埃索500#液体为冷却剂。在外筒体的底部设置排钠孔。
本发明所提供的技术方案充分利用钠进、出口的温差进行热交换，提高了热利用效率，进而在不停堆的前提下，对从主冷却系统来的高温液态钠实现冷却-析出-过滤-加热等过程，并且处理能力大，适于大量钠的在线净化。
附图说明
图1是本发明提供的放射性钠在线净化用的冷阱的结构示意图。
图中，1有机冷却剂进口，2钠进口，3钠出口，4有机冷却剂出口，5外筒体，6钠进口盘管组件，7内省热器盘管，8中心回流管，9内孔筒体，10钠钾合金，11套筒，12蛇形盘管，13不锈钢丝网，14排钠孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的技术方案作进一步阐述。
如图1所示，一种放射性钠在线净化用的冷阱，它包括外筒体5，外筒体5的内部设置金属丝网13，在外筒体5的上部设置钠进口2和钠出口3，其内部设置中心回流管8，中心回流管8通过内省热器盘管7与钠出口3相通。所述的钠进口2与设置在外筒体5上部的钠进口盘管组件6相通，钠进口盘管组件6沿外筒体5的内侧圆周布置，底部开孔。在外筒体5的底部放置内孔筒体9，多层金属丝网13置于其内。所述的金属丝网13是不锈钢丝网。在外筒体5的外部设置带有蛇形盘管12的套筒11，套筒11内充液态钠钾合金10。所述的蛇形盘管12的两端分别与有机冷却剂进口1、有机冷却剂出口4相通。所述的蛇形盘管12内以埃索500#液体为冷却剂。在外筒体5的底部设置排钠孔14。
以某钠冷快堆为例，需处理钠中杂质主要是Na2O、NaH、NaOH、C、Fe、Ni、Cr、Ca、Sr、54Mn、60Co、182Ta、65Zr、137Cs、131I、110Ag等。参照国外钠冷快堆用钠的质量标准以及使用国内钠在试验回路上运行的经验，该快堆所用钠的质量标准见表1所示。
表1某快堆用钠质量标准
| 元素名称 | 钠中杂质浓度(ppm) |
| C | 30 |
| O | 10 |
| B | 5 |
| Cd | 5 |
| 卤素 | 30 |
| Ca | 10 |
| K | 200～1000 |
| Li | 10 |
该快堆在线净化放射性钠所用的冷阱如图1所示，它包括外筒体5，外筒体5顶端设有有机冷却剂进口1、钠进口2、钠出口3、有机冷却剂出口4。钠进口2与设置在外筒体5上部的钠进口盘管组件6相通，钠进口盘管组件6沿外筒体5的内侧圆周布置，底部设有多个孔，从钠进口2流入的高温钠通过这些孔流出后流经内省热器盘管7，进行冷却。在外筒体5的内部设置中心回流管8，中心回流管8的上部通过内省热器盘管7与钠出口2相通，中心回流管8的下部穿过内孔筒体9伸至外筒体5的底部，接收被净化后的低温钠。内孔筒体9放置在外筒体5的底部，其内设置多层金属丝网13，本实施例所使用的是不锈钢丝网。外筒体5的外部设置带有蛇形盘管12的套筒11，套筒11内充液态钠钾合金10以冷却冷阱，钠钾合金11的热量传给盘绕在套筒11内的蛇形盘管12内的冷却剂，本实施例所用的冷却剂为埃索500#液体。蛇形盘管12的两端分别与有机冷却剂进口1、有机冷却剂出口4相通。在外筒体5的底部设置排钠孔，以定期排除外筒体5底部的钠杂。主要设备参数见表2。
表2设备的主要参数
| 特 性 表 | |||
| 序号 | 名称 | 单位 | 数值 |
| 1 | 筒体设计压力 | MPa | 0.9 |
| 2 | 筒体设计温度 | ℃ | 420 |
| 3 | 筒体工作压力 | MPa | 0.4 |
| 4 | 筒体工作温度 | ℃ | 410 |
| 5 | 流量 | Kg/h | 1.2 |
| 6 | 外套筒设计压力 | MPa | 0.4 |
| 7 | 外套筒工作压力 | MPa | 0.2 |
| 8 | 冷却蛇行管设计压力 | MPa | 0.8 |
| 9 | 冷却蛇行管工作压力 | MPa | 0.6 |
| 10 | 杂质容量 | kg | 200 |
| 11 | 筒体工作介质 | 液态钠+氩气 | |
| 12 | 套筒内的工作介质 | NaK合金+氩气 | |
| 13 | 蛇行管内的工作介质 | 有机冷却液埃索500# | |
工作时，由反应堆内来的经过省热器冷却后未净化的250℃高温钠从钠进口2进入外筒体5，与内省热器盘管7已净化的130℃钠换热，温度降到180℃左右后的低温钠流过金属丝网13，杂质被吸附在金属丝网13上，净化后的低温钠收集在外筒体5的底部，再通过中心回流管8进入内省热器盘管7与外部的高温钠进行热交换，温度升到150℃后从钠出口3导出。同时，为防止钠火和钠与冷却剂发生反应，在套筒11中注入钠钾合金10来冷却冷阱，再采用流过安装在套筒11中的蛇形盘管12内的埃索500#液体来冷却钠钾合金10。
经过实验与计算，本实施例所提供的技术方案在冷阱正常运行期间，可以保证一回路钠冷却剂中各种杂质含量不超过表3的限制值，满足设计要求。同时，该装置结构简单，加工和维护费用低廉，可再生使用。
表3一回路钠冷却剂杂质允许含量
| 杂质元素名称 | 允许含量限值(ppm) |
| O | 10.0 |
| C | 20.0 |
| N | 10.0 |
| H | 0.5 |
| Cl | 30.0 |
| K | 200.0 |
| Fe | 10.0 |
| Ca | 10.0 |
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，假若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种放射性钠在线净化用的冷阱，它包括外筒体(5)，外筒体(5)的内部设置金属丝网(13)，其特征在于：在外筒体(5)的上部设置钠进口(2)和钠出口(3)，其内部设置中心回流管(8)，中心回流管(8)通过内省热器盘管(7)与钠出口(3)相通。
2.如权利要求1所述的放射性钠在线净化用的冷阱，其特征在于：所述的钠进口(2)与设置在外筒体(5)上部的钠进口盘管组件(6)相通，钠进口盘管组件(6)沿外筒体(5)的内侧圆周布置，底部开孔。
3.如权利要求1所述的放射性钠在线净化用的冷阱，其特征在于：在外筒体(5)的底部放置内孔筒体(9)，多层金属丝网(13)置于其内。
4.如权利要求1或3所述的放射性钠在线净化用的冷阱，其特征在于：所述的金属丝网(13)是不锈钢丝网。
5.如权利要求1所述的放射性钠在线净化用的冷阱，其特征在于：在外筒体(5)的外部设置带有蛇形盘管(12)的套筒(11)，套筒(11)内充液态钠钾合金(10)。
6.权利要求5所述的放射性钠在线净化用的冷阱，其特征在于：所述的蛇形盘管(12)的两端分别与有机冷却剂进口(1)、有机冷却剂出口(4)相通。
7.如权利要求5或6所述的放射性钠在线净化用的冷阱，其特征在于：所述的蛇形盘管(12)内以埃索500#液体为冷却剂。
8.如权利要求1所述的放射性钠在线净化用的冷阱，其特征在于：在外筒体(5)的底部设置排钠孔(14)。
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