CN102635933B - 一种应用于液态铅铋合金实验回路的预热器 - Google Patents
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Abstract
一种应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其主要包括：一物料管道，具有一物料进口和一物料出口；物料管道外包覆有一电加热层，该电加热层外侧包覆有保温层，在保温层的外侧为金属保护性外壳；预热器安装时与水平面呈一倾斜角度放置，物料进口设置在低位，物料出口设置在高位。本发明可对液态铅铋合金进行大温升预热，温度提升水平可以达到200℃，并且不需要任何密封措施，无需排净液态铅铋合金就可以实现加热元件的更换。
Description
技术领域
本发明属于加热技术领域，具体地涉及一种应用于液态铅铋合金实验回路的预热器。
背景技术
液态铅铋合金(LBE，lead-bismuth eutectic)具有很好的中子学性能、优良的抗辐照性能、传热性能和安全特性，非常适合作为ADS(加速器驱动的次临界系统)的冷却剂和散裂靶材料，不但可以延长靶系统的寿命，而且能够提高次临界反应堆的安全性。目前，液态铅铋合金不但已成为ADS设计中散裂靶兼冷却剂的首选材料，而且也是先进快中子反应堆冷却剂重要候选材料。
由于液态铅铋合金特殊的性能，需要对其流动和传热特性进行系统深入研究，为了使研究结果具有指导意义，实验过程中往往需要将处于流动状态的液态铅铋合金预热到较高温度。目前已有的一些液态金属加热专利技术大都是针对容器中处于静止状态的液态金属(如中国专利200780017410.5)，其加热方式不太适合管道中流动液态金属的加热。中国专利201110199224.6提出了一种针对流动液态金属钠加热的预热器，其主要特征在于将多根加热棒插入一个大口径壳管内对液态金属钠进行加热，该预热装置的温升可以达到50℃。由于钠的密度较小(比水的密度小)且成本相对较低，该加热方式非常适合液态金属钠实验回路，而液态铅铋合金密度较大(约为水的10倍)，如果采用上述专利所述的加热方式，在同等温升和相同体积流量下需要更大的换热面积，壳管容积相应增大，液态铅铋合金的填充成本较高。此外，长时间反复运行时，由于热胀冷缩带来的密封失效也是一个潜在的问题。
考虑到成本及其他因素，LBE实验回路对预热器提出了如下要求：
(1)设计预热装置时要保证LBE能够完全排净(防止凝固后堵塞管道)；
(2)LBE有一定腐蚀性，最好不与加热元件直接接触；
(3)预热器发生故障时，能够在线更换；
(4)尽量减少LBE的填充量；
(5)尽量避免热胀冷缩带来的密封失效问题；
(6)在满足大温升要求的前提下尽量节省安装空间；
(7)预热器不能影响LBE在管道内流动的一致性。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，以弥补现有技术中存在的不足。
为实现上述目的，本发明提供的应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其主要包括：
一物料管道，具有一物料进口和一物料出口；
物料管道外包覆有一电加热层，该电加热层外侧包覆有保温层，在保温层的外侧为金属保护性外壳；
预热器安装时与水平面呈一倾斜角度放置，物料进口设置在低位，物料出口设置在高位。
所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其中，物料出口的外壁面布置有温度传感器，用于监测预热器出口液态铅铋合金的温度，并作为闭合/断开电加热的反馈依据。
所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其中，预热器与水平面的倾斜角度为5°～90°。
所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其中，物料管道从物料进口开始呈折线弯曲延伸至物料出口，物料管道在水平方向投影的弯曲角度β的范围为0°～60°，在垂直方向投影的弯曲角度θ的范围为5°～30°。
所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其中，物料进口和物料出口分别与实验回路的主管道连接。
所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其中，物料进口和物料出口与实验回路的主管道之间采用焊接方式连接。
所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其中，物料管道的材料和公称通径与实验回路的主管道相同。
本发明具有如下优点：
1、可对液态铅铋合金进行大温升预热，温度提升水平可以达到200℃。
2、加热元件与液态铅铋合金实现了真正意义上的物理隔离，不需要任何密封措施，无需排净液态铅铋合金就可以实现加热元件的更换。
3、预热装置不会影响液态铅铋合金的流动，在满足换热面积的前提下最大限度的减少了液态铅铋合金的填充量。
4、预热器物料管道的布置以及整个预热器的放置使得实验停止后，液态铅铋合金能够完全排净。
附图说明
图1是本发明所述的应用于液态铅铋合金实验回路的预热器横截面示意图。
图2是本发明所述的应用于液态铅铋合金实验回路的预热器内部物料管道三维示意图。
图3是图2所示物料管道的左视图。
图4是图2所示物料管道的俯视图。
具体实施方式
本发明所述的应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，包括：物料管道、物料进口、物料出口、电加热层、保温层和金属保护性外壳。本发明的预热器在安装时，整个预热器与水平面呈一定角度放置，倾斜角度α的优选值为5°～90°，物料进口设置在低位，物料出口设置在高位，物料进口与物料出口在水平面上投影的夹角可以是任意角度。物料进口和物料出口与实验回路主管道之间采用焊接方式连接，物料管道的材料和公称通径与实验回路主管道相同。
本发明的预热器中，物料出口的外壁面布置有温度传感器，用于监测物料出口液态铅铋合金的温度，并作为闭合/断开电加热的反馈依据。
本发明的预热器中的物料管道从物料进口开始呈折线弯曲逐渐向上延伸，直至物料出口，物料管道在水平方向投影的弯曲角度β的范围为0°～60°，在垂直方向投影的弯曲角度θ的范围为5°～30°。
下面结合附图对本发明进行进一步阐述：
如图1所示，本发明所述液态铅铋合金实验回路预热器包括物料管道1、物料进口2、物料出口3、电加热层4、保温层5、金属保护性外壳6。电加热层4包覆在物料管道1的外壁面，在电加热层4的外面再包覆一层厚的保温层5，并在保温层5的外部设置一层薄的金属保护性外壳6。整个预热器倾斜或者竖直放置，与水平面夹角α的范围为5°～90°。物料进口2设置在低位，物料出口3设置在高位，两者与实验回路之间采用焊接方式连接，在物料出口3的外壁面布置有温度传感器，用于监测预热器出口液态铅铋合金的温度。预热器内部物料管道1从物料进口2开始呈折线弯曲逐渐向上延伸，直至物料出口3，物料管道在水平方向投影的弯曲角度β的范围为0°～60°，在垂直方向投影的弯曲角度θ的范围为5°～30°。上述布置方式不但可以在有限空间内增大换热面积，同时可以保证实验停止后液态铅铋合金能够完全排净。
工作时，200℃左右的液态铅铋合金从物料进口2进入预热器的物料管道1中进行进一步预热。如果物料出口3外壁面的温度传感器监测的温度值低于设定温度，电加热层通电，开始对液态铅铋合金进行预热，如果温度传感器监测的温度值高于设定温度，电加热层断电，停止对液态铅铋合金加热。试验结果表明，经过该预热装置加热后，从物料出口3流出的液态铅铋合金的温度可以达到400℃。
以上内容是结合一具体实施例对本发明所作的进一步阐述，并不代表本发明的实施方式仅限与此，在不脱离本发明构思的前提下做出的任何替换方式都视为本发明所提交的权利要求确定的保护范围。
Claims (4)
1.一种应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其包括：
一物料管道，具有一物料进口和一物料出口，物料进口和物料出口分别与实验回路的主管道连接，物料出口的外壁面布置有温度传感器，用于监测预热器出口液态铅铋合金的温度，并以温度传感器监测到的温度值作为闭合/断开电加热的反馈依据；
物料管道外包覆有一电加热层，该电加热层外侧包覆有保温层，在保温层的外侧为金属保护性外壳；
预热器安装时与水平面呈一倾斜角度放置，物料进口设置在低位，物料出口设置在高位；
所述物料管道的材料和公称通径与实验回路的主管道相同。
2.如权利要求1所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其特征是，预热器与水平面的倾斜角度为5°～90°。
3.如权利要求1所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其特征是，物料管道从物料进口开始呈折线弯曲延伸至物料出口，物料管道在水平方向投影的弯曲角度β的范围为0°～60°，在垂直方向投影的弯曲角度θ的范围为5°～30°。
4.如权利要求1所述应用于液态铅铋合金实验回路的预热器，其特征是，物料进口和物料出口与实验回路的主管道之间采用焊接方式连接。
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