CN103093842A - 一种铅及铅基合金净化用冷阱 - Google Patents

一种铅及铅基合金净化用冷阱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于铅及铅基合金净化用冷阱，它包括筒体和省热器，筒体内部设置导流隔板和滤芯，其特征在于：在筒体的下部设置铅及铅基合金进口和出口，上部采用密封法兰，其底部设置导流孔板，导流孔板与筒体和导流隔板连接，滤芯通过固定螺栓与导流隔板连接。本发明所提供的技术方案充分利用铅及铅基合金中杂质上浮的特点，采用下进下出的方式，并将省热器置于冷阱外，提高了换热效率，并不受冷阱本体空间限制，可扩大尺寸，有效的防止了杂质堵塞省热器管道。上部采用法兰密封，滤芯使用螺栓固定在导流挡板上，适用于铅及铅基合金的在线净化，同时可开展净化实验。

Description

一种铅及铅基合金净化用冷阱
技术领域
本发明属于一种液态重金属及合金净化设备技术领域，具体设计一种铅及铅合金在线净化用冷阱。
背景技术
铅及铅基合金因其熔点低、沸点高、中子学性能优异、化学惰性和导热率好成为液态重金属反应堆散裂靶材和冷却剂的首选，已经在世界范围内开展广泛研究。在液态重金属反应堆中，面临的一个重要的问题是铅及铅基合金对结构材料的腐蚀所产生的杂质，以及检修，装卸料和原料中引入的杂质等，这些杂质容易堵塞换热器流道和回路管道，降低传热效率等。
为保证回路和反应堆的安全运行，必须对冷却剂进行冷却、过滤、净化，这种冷却过滤净化设备称为冷阱。冷阱所采用的技术原理为通过降低液态重金属或合金的温度，使溶解在其中的金属杂质元素析出，经过滤芯过滤使铅及铅基合金的纯度达到使用要求，例如，中国专利200710198421.X提供了一种放射性钠在线净化用的冷阱，它包括外筒体，外筒体内部设置金属丝网，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。这种结构的钠冷阱充分利用了钠进出口的温差进行热交换，可以在不停堆的情况下，对高温液态钠实现冷却-析出-过滤-加热等过程。但上述文献公开的钠冷阱目的是为了除去轻金属钠中的杂质，因为钠中杂质一般都比钠重，不适宜用于液态重金属及其合金的净化。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种铅及铅基合金净化用冷阱，提高了换热效率，并不受冷阱本体空间限制，可扩大尺寸，有效的防止了杂质堵塞省热器管道；同时可在此冷阱中开展各种净化实验。
本发明的技术方案：一种铅及铅基合金净化用冷阱，包括：筒体3和省热器13，筒体3内部设置导流隔板9和滤芯6；筒体3上部采用密封法兰2，法兰2上设置气路1，筒体3下部设置铅及铅基合金的进口12和出口10，进口12外接省热器13，筒体3底部设置导流孔板8，导流孔板8位于铅及铅基合金的进口12和冷却盘管7之间，导流孔板8与筒体3和导流隔板9连接，导流隔板8内部放置滤芯6，滤芯6通过固定螺栓4与导流隔板9连接，滤芯6可更换；导流隔板9和筒体3中间为冷却盘管7。
所述滤芯6由多个楔形网5组成。
所述楔形网5是不锈钢网。
所述导流孔板8上开孔19，可使铅及铅基合金从底部均匀向上流出，增大换热效率。
所述法兰2开孔设置热电偶18，热电偶位于导流隔板9和冷却盘管7之间，用于测试冷却目标温度，以通过控制油的流量来控制冷却速度，防止过冷和达不到目标温度。
所述外省热器13为同心管换热器，管内为热的铅及铅基合金，壳层为冷的铅及铅基合金。
所述冷却盘管7是不锈钢管；所述冷却盘管7的两端分别与有机冷却剂进口17、有机冷却剂出口16相通。所述冷却盘管7内以壳牌S2导热油为冷却剂。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明采用下进下出的方式，并将省热器置于冷阱外，提高了换热效率，并不受冷阱本体空间限制，可扩大尺寸，有效的防止了杂质堵塞省热器管道。
（2）本发明的冷阱上部使用法兰连接，一体化的滤芯通过固定螺栓与导流隔板连接，滤芯可更换，可在本发明装置上开展不同结构的滤芯实验，为获取冷阱最优参数提供了便利，滤芯使用楔形网，可通过反冲洗方式清洗，提高了滤芯的使用寿命，适用于铅及铅基合金的在线净化，同时可在此冷阱中开展各种净化实验。
（3）本发明的入口上部和冷却盘管之间设计导流孔板，促使液态金属尽可能均匀向上流出，增大了换热效率。
（4）本发明的冷阱针对铅及铅基合金中杂质上浮的特点，出口设计在底部，冷阱上部预留一定空间，使杂质可漂浮于顶部预留空间，增大了冷阱本身的杂质饱和容积，并提高了滤芯的使用寿命。
附图说明
图1是本发明提供的铅及铅基合金净化用冷阱结构示意图；
图2是本发明提供的铅及铅基合金净化用冷阱导流孔板和滤芯截面示意图。
图中：气路1；法兰2；筒体3；螺栓4；滤网5；滤芯6；冷却盘管7；导流孔板8；导流隔板9；铅及铅基合金的出口10；省热器净化金属入口11；铅及铅基合金的入口12；省热器13；省热器金属入口14；省热器净化金属出口15；冷却剂出口16；冷却剂入口17；热电偶18；导流孔19。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明一种铅及铅基合金净化用冷阱，包括筒体3和省热器13，筒体3内部设置导流隔板9和滤芯6，筒体3上部采用密封法兰2，法兰2上设置气路1，筒体3下部设置铅及铅基合金的入口12和出口10，进口12外接省热器13，筒体3底部设置导流孔板8，导流孔板8与筒体3和导流隔板9连接，滤芯6通过固定螺栓4与导流隔板9连接，导流隔板9和筒体3中间为冷却盘管7。筒体3的铅及铅基合金的入口12与外省热器13连接，外省热器12为同心管换热器，管内为热的铅及铅基合金，壳层为冷的铅及铅基合金。导流隔板9内部放置滤芯6，滤芯6通过固定螺栓4与导流隔板9连接，滤芯6可更换。滤芯6可以由多个楔形网5组成。滤芯6结构可以更改，楔形网5是不锈钢丝网。在筒体3和导流隔板9之间放置冷却盘管7，冷却盘管7是不锈钢管，冷却盘管7的两端分别与有机冷却剂进口17、有机冷却剂出口16相通；冷却盘管7内以壳牌S2导热油为冷却剂。法兰2开孔设置热电偶18，热电偶位于导流隔板9和冷却盘管7之间，用于测试冷却目标温度，以通过控制油的流量来控制冷却速度，防止过冷和达不到目标温度。导流孔板8上均匀的开孔19可使铅及铅基合金从底部均匀向上流出，增大换热效率。
本发明的工作过程如下：铅及铅基合金由主回路经进口14通过省热器至入口12，温度从250度降温至200℃，进入筒体3，经导流孔板8，从四周均匀涌出，经筒体3和导流隔板9之间的冷却盘管7，为安全考虑，冷却盘管7中使用有机冷却剂，将铅及铅基合金从200℃冷却至150℃，冷却盘管上端设置热电偶18，实时监测冷却的目标温度，根据其监测结果调节油的流量，以达到目标温度。杂质在冷却过程中析出，铅及铅基合金随后进入滤芯6，滤芯6是通过螺栓4固定在导流隔板9上，铅及铅基合金经过滤芯6过滤从底部出口10排出，然后进入省热器13壳层，经过与省热器金属入口14进入的热的铅及铅基合金换热，温度从150℃上升至200℃，然后流入主回路。运行一段时间后，停止从主回路引入铅及铅基合金，通过重力从出口10排空，必要时可通过气路1通入气体压出，冷却后打开上部法兰2，更换滤6，对捕获的杂质进行分析检测。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于包括：筒体（3）和省热器（13），筒体（3）内部设置导流隔板（9）和滤芯（6）；筒体（3）上部采用密封法兰（2），法兰（2）上设置气路（1），筒体（3）下部设置铅及铅基合金的进口（12）和出口（10），进口（12）外接省热器（13），筒体（3）底部设置导流孔板（8），导流孔板（8）位于铅及铅基合金的进口（12）和冷却盘管（7）之间，导流孔板（8）与筒体（3）和导流隔板（9）连接，导流隔板（8）内部放置滤芯（6），滤芯（6）通过固定螺栓（4）与导流隔板（9）连接，滤芯（6）可更换；导流隔板（9）和筒体（3）中间为冷却盘管（7）。
2.根据权利要求1所述的铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于：所述滤芯（6）由多个楔形网（5）组成。
3.根据权利要求2所述的铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于：所述楔形网（5）是不锈钢网。
4.根据权利要求1所述的铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于：所述导流孔板（8）上开孔（19）。
5.根据权利要求1所述的铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于：所述冷却盘管（7）是不锈钢管。
6.根据权利要求1所述的铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于：所述法兰（2）开孔设置热电偶（18），热电偶位于导流隔板（9）和冷却盘管（7）之间。
7.根据权利要求1所述的铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于：所述外省热器（13）为同心管换热器，管内为热的铅及铅基合金，壳层为冷的铅及铅基合金。
8.根据权利要求1所述的铅及铅基合金净化用冷阱，其特征在于：所述冷却盘管（7）的两端分别与有机冷却剂进口（17）、有机冷却剂出口（16）相通。
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