CN102231291A - 包覆层的制备装置及其制备方法 - Google Patents

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邵友林
刘马林
朱钧国
杨冰
张秉忠
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Abstract

本发明公开了一种包覆层的制备装置及其制备方法，涉及高温气冷堆核电站的安全技术领域，所述包覆层的制备装置包括：蒸发罐、波纹加热网和气路控制结构；其中，所述蒸发罐用于存储包覆层制备液体；所述波纹加热网均匀缠绕在所述蒸发罐的外壁上，用于对所述蒸发罐进行加热；所述气路控制结构包括第一气路和第二气路，第一气路和第二气路上分别设有第一阀门和第二阀门，所述第一气路的一端与所述蒸发罐连接，另一端与包覆炉连接，所述第二气路的一端位于蒸发罐外，另一端位于蒸发罐内。本发明能够提供温度均匀的包覆层制备蒸汽，其对温度的反馈和调节比较迅速，便于对温度进行控制；并且加热方式洁净、设备结构简单、体积小、便于维护和清洗。

Description

包覆层的制备装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温气冷堆核电站的安全技术领域，尤其涉及一种高温气冷反应堆燃料颗粒的包覆层的制备装置及其制备方法。
背景技术
高温气冷堆核电站的固有安全性的第一道保证就是所使用的核燃料为TRIS0(各向同性)型包覆颗粒，其由核燃料核芯和包覆层组成，所述包覆层从内到外包括疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅(SiC)层和外致密热解碳层。上述包覆层在设计温度(例如1200℃以下)可以很好地阻止裂变产物逸出燃料颗粒，是保证核电站安全的第一道屏障。这种具有包覆层的核燃料颗粒是在喷动床中采用化学气相沉积的方法制备得到的，其中最关键的一层为SiC层，起到阻止裂变产物释放的重要作用，所述SiC层主要由甲基三氯硅烷(MTS)裂解生成。常温常压下甲基三氯硅烷为液体，而所述SiC层需要将蒸汽形式的甲基三氯硅烷均匀稳定的通入包覆炉进行化学气相沉积得到。
目前，高温气冷堆核电站通常通过硅油加热的方式来供给甲基三氯硅烷(MTS)蒸汽，它先通过一个加热装置加热硅油，再由循环泵来循环硅油加热甲基三氯硅烷。这种加热方法的主要缺陷如下：其一，由于硅油的比热容大，其温度反馈和调节温度比较缓慢；其二，维修和清洗蒸发器不方便；其三，设备管路复杂，容易泄漏硅油。另外，现有的液位测量系统依靠玻璃管液位计，其显示粗糙，并且依靠目测，不够准确。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种包覆层的制备装置及其制备方法，其能够提供温度均匀的包覆层制备蒸汽，对温度的反馈和调节比较迅速，便于对温度进行控制；并且具有加热方式洁净、设备结构简单、体积小、便于维护和清洗的特点。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种包覆层的制备装置，所述包覆层的制备装置包括：蒸发罐、波纹加热网和气路控制结构；其中，
所述蒸发罐用于存储包覆层制备液体；
所述波纹加热网均匀缠绕在所述蒸发罐的外壁上，用于对所述蒸发罐进行加热；
所述气路控制结构包括第一气路和第二气路，第一气路和第二气路上分别设有第一阀门和第二阀门，所述第一气路的一端与所述蒸发罐连接，另一端与包覆炉连接，所述第二气路的一端位于蒸发罐外，另一端位于蒸发罐内。
其中，所述包覆层的制备装置进一步包括：与所述的蒸发罐连通的连通器，以及设置于连通器内的磁致伸缩液位计。
其中，所述包覆层的制备装置进一步包括：与所述波纹加热网连接的电压控制装置，所述电压控制装置用于控制波纹加热网的加热电压。
其中，所述包覆层的制备装置进一步包括：设置于所述第一气路上的保温管。
其中，所述包覆层的制备装置进一步包括：第三气路以及设置于第三气路上的第三阀门，第三气路的两端分别与第一气路和第二气路连通。
其中，所述包覆层的制备装置还包括：单向阀，所述单向阀用于防止气体倒流。
一种利用前述的包覆层的制备装置制备包覆层的方法，包括步骤：
S1，通过波纹加热网加热蒸发罐中的包覆层制备液体；
S2，通过气路控制结构将载带气体通入蒸发罐内；
S3，夹带包覆层制备蒸汽的载带气体逸出液面通过气路控制结构进入包覆炉制备包覆层。
其中，所述方法还包括：通过磁致伸缩液位计检测蒸发罐中包覆层制备液体的液位变化来获得载带气体的蒸汽夹带量的步骤。
其中，所述的步骤S1还包括：通过对波纹加热网的加热电压进行控制来调节蒸发罐中包覆层制备液体的温度。
其中，所述方法还包括：通过第三气路对第一气路进行冲洗的步骤。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明通过采用波纹加热网给包覆层制备液体加热，其能够提供温度均匀的包覆层制备蒸汽，对温度的反馈和调节比较迅速，便于对温度进行控制；并且具有加热方式洁净、设备结构简单、体积小、便于维护和清洗的特点；本发明还可以通过电压控制装置来控制波纹加热网的加热电压，从而可以调节控制蒸发罐中包覆层制备液体的温度；另外，本发明在蒸发罐上设置连通器，并在连通器内设置磁致伸缩液位计，可以自动测量、记录蒸发罐中的液位信息。本发明可以通过磁致伸缩液位计检测液位变化，来获得载带气体的蒸汽夹带量，并可通过调节载带气体量和电加热温度来控制包覆层制备蒸汽的供给量，从而使包覆层制备蒸汽在反应器内部的浓度满足设计要求，可以实现长时间均匀稳定的给包覆炉供给包覆层制备蒸汽。
附图说明
图1为本发明的实施例中所述包覆层的制备装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中所述包覆层的制备方法流程图。
其中，1-蒸发罐，2-波纹加热网，3-气路控制结构，4-第一气路，5-第二气路，6-第一阀门，7-第二阀门，8-连通器，9-磁致伸缩液位计，10-电压控制装置，11-保温管，12-第三气路，13-第三阀门，14-单向阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明所述包覆层的制备装置包括：蒸发罐1、波纹加热网2和气路控制结构3。
所述蒸发罐1用于存储包覆层制备液体，例如甲基三氯硅烷；
所述波纹加热网2均匀缠绕在蒸发罐1的外壁上，用于对蒸发罐1进行加热；
使用波纹加热网2进行加热，可使蒸发罐1供热均匀，对温度的反馈和调节比较迅速，并且加热方式洁净，设备结构简单、体积小，便于维护和清洗。
所述气路控制结构包括第一阀门6、第二阀门7、第三阀门13、第一气路4、第二气路5、第三气路12。
还包括单向阀14。所述单向阀14可用于防止气体倒流。
气路控制结构3的第一气路4上设有保温管11。
保温管11可用于保持温度，防止包覆层制备蒸汽在进入包覆炉的途中被冷凝。
当第二阀门7和第一阀门6关闭，即，第二气路5和第一气路4关闭，第三阀门13打开，即第三气路打开。通过第三气路通入冲洗气体，例如氩气对第一气路进行冲洗；当第二阀门7和第一阀门6打开，即，第二气路5和第一气路4打开，第三阀门13关闭，即，第三气路12关闭，通过第二气路5通入载带气体，例如氢气进入蒸发罐1内，波纹加热网2将蒸发罐1外加热至一定温度(例如38℃)，氢气以气泡形式逸出液面，MTS蒸汽由氢气夹带着通过保温管和第一气路4进入包覆炉，从而在均匀悬浮的颗粒表面包覆一层化学反应的产物，即SiC层。
所述包覆层制备装置还包括与蒸发器1连通的连通器8，所述连通器8内容设有磁致伸缩液位计9，其可以自动测量、记录蒸发罐1中的液位信息。
所述波纹加热网2连接电压控制装置10。电压控制装置10用于控制波纹加热网2的加热电压，从而可以达到控制蒸发罐1中包覆层制备液体温度变化的目的。
所述蒸发罐进一步包括压力表、温度指示器、MTS加料口和排液口，所述蒸发罐为不锈钢材质制造。
如图2所示，本发明包覆层的制备方法，包括步骤：
S1，通过波纹加热网加热蒸发罐中的包覆层制备液体。
在本步骤中，使用波纹加热网进行加热，可使蒸发罐供热均匀，对温度的反馈和调节比较迅速，并且加热方式洁净，设备结构简单、体积小，便于维护和清洗。
在本步骤中，还包括通过电压控制装置对波纹加热网的加热电压进行控制，可以达到控制蒸发罐中的包覆层制备液体温度变化的目的。
S2，通过气路控制结构将载带气体通入蒸发罐内；
在本步骤中，打开第一阀门和第二阀门，即，打开第一气路和第二气路，关闭第三阀门，即，关闭第三气路，通过第二气路将载带气体，例如氢气通入蒸发罐内。
S3，夹带包覆层制备蒸汽的载带气体以例如气泡形式逸出液面通过气路控制结构进入包覆炉制备包覆层。
载带氢气进入罐内后，以气泡形式逸出液面，此时蒸发罐内包覆层制备液体已加热至一定温度，MTS蒸汽由氢气夹带着进入第一气路上的保温管内，保温管内的温度应为36℃，蒸发罐温度应保持在
Figure BDA0000060266600000061
之间，高出或低于上述温度范围，要相应降低或升高温度，调整范围为38-49℃。通过对保温管单独控温，可以防止包覆层制备蒸汽在进入包覆炉的途中被冷凝。而后氢气夹带着MTS蒸汽通过第一阀门进入包覆炉，从而在均匀悬浮的颗粒表面包覆一层化学反应的产物，即SiC层。
本发明还包括，通过磁致伸缩液位计检测蒸发罐中包覆层制备液体的液位变化来获得载带气体，例如氢气的蒸汽夹带量。磁致伸缩液位计用来自动测量、记录蒸发罐中的包覆层制备液体的液位信息。
本发明通过磁致伸缩液位计检测液位变化来获得气体夹带量，通过调节载带气体量和波纹加热网的加热电压来控制包覆层制备蒸汽的供给量，可使MTS蒸汽在包覆炉内部的浓度满足设计要求，保证均匀稳定地供给MTS蒸汽。
本发明还包括，通过气路控制结构对包覆炉的管道进行冲洗。
当第一阀门6和第二阀门7关闭，即，第一气路4和第二气路5关闭，第三阀门13打开，即第三气路打开。通过第三气路通入冲洗气体，例如氩气对第一气路进行冲洗。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种包覆层的制备装置，其特征在于，所述包覆层的制备装置包括：蒸发罐(1)、波纹加热网(2)和气路控制结构(3)；其中，
所述蒸发罐(1)用于存储包覆层制备液体；
所述波纹加热网(2)均匀缠绕在所述蒸发罐(1)的外壁上，用于对所述蒸发罐(1)进行加热；
所述气路控制结构(3)包括第一气路(4)和第二气路(5)，第一气路(4)和第二气路(5)上分别设有第一阀门(6)和第二阀门(7)，所述第一气路(4)的一端与所述蒸发罐(1)连接，另一端与包覆炉连接，所述第二气路(5)的一端位于蒸发罐外，另一端位于蒸发罐(1)内。
2.如权利要求1所述的包覆层的制备装置，其特征在于，所述包覆层的制备装置进一步包括：与所述的蒸发罐(1)连通的连通器(8)，以及设置于连通器(8)内的磁致伸缩液位计(9)。
3.如权利要求1所述的包覆层的制备装置，其特征在于，所述包覆层的制备装置进一步包括：与所述波纹加热网(2)连接的电压控制装置(10)，所述电压控制装置(10)用于控制波纹加热网(2)的加热电压。
4.如权利要求1所述的包覆层的制备装置，其特征在于，所述包覆层的制备装置进一步包括：设置于所述第一气路(4)上的保温管(11)。
5.如权利要求1所述的包覆层的制备装置，其特征在于，所述包覆层的制备装置进一步包括：第三气路(12)以及设置于第三气路(12)上的第三阀门(13)，第三气路(12)的两端分别与第一气路(4)和第二气路(5)连通。
6.如权利要求1所述的包覆层的制备装置，其特征在于，所述包覆层的制备装置还包括：单向阀(14)，所述单向阀(14)用于防止气体倒流。
7.一种利用权利要求1～6中任一项所述的包覆层的制备装置制备包覆层的方法，其特征在于，包括步骤：
S1，通过波纹加热网加热蒸发罐中的包覆层制备液体；
S2，通过气路控制结构将载带气体通入蒸发罐内；
S3，夹带包覆层制备蒸汽的载带气体逸出液面通过气路控制结构进入包覆炉制备包覆层。
8.如权利要求7所述的包覆层的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：通过磁致伸缩液位计检测蒸发罐中包覆层制备液体的液位变化来获得载带气体的蒸汽夹带量的步骤。
9.如权利要求7所述的包覆层的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1还包括：通过对波纹加热网的加热电压进行控制来调节蒸发罐中包覆层制备液体的温度。
10.如权利要求7所述的包覆层的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：通过第三气路对第一气路进行冲洗的步骤。
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