CN105719712A - 一种夹层式惰性气体保护热室 - Google Patents

一种夹层式惰性气体保护热室 Download PDF

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Abstract

本发明属于核燃料后处理和核化工技术领域，公开了一种惰性气体保护热室。该热室主要包括热室主体、气体循环净化装置、气溶胶过滤装置、压力自动控制系统、物料进出装置，其中气体循环净化装置与压力自动控制系统操作面板位于热室主体外部；该热室主体主要包括惰性气体密封壳体、抗震密封壳体、中子和/或伽马射线屏蔽壳体，其中惰性气体密封壳体与抗震密封壳体间设置有空隙；惰性气体密封壳体内填充有高纯惰性气体，其对角上设置有惰性气体内循环进出气口；气体循环控制装置包括风机和净化柱。该热室具有能够对惰性气体进行控制、高效过滤放射性气溶胶并且能够满足低水、低氧要求的优点。

Description

一种夹层式惰性气体保护热室
技术领域
本发明属于核燃料后处理和核化工技术领域，具体涉及一种用于核燃料干法后处理和核化工干法冶金的夹层式惰性气体保护热室。
背景技术
核燃料后处理包括干法后处理和水法后处理，核化工冶金也包括干法(非水体系)处理和水法处理。带强中子和/或光子放射性物料的操作过程通常需要在热室中进行，目前工业化的水法后处理技术因其研究体系为水溶液、工作环境为大气氛围，所采用的热室均为微负压大气氛围热室，为了降低热室内放射性气溶胶的积累，一般采取不断更换热室内气体的方式来实现。因此，其最主要的设计指标是换气次数。而干法后处理和干法冶金的研究体系为高温熔盐体系、惰性气体保护体系或真空体系，主要涉及化学活性很强的铀、钚金属和吸水性很强的氯化物熔盐的高温操作，高温条件下，铀、钚金属极易与空气中的水和氧发生化学反应。此外，氯化物熔盐吸收水分也将增大高温操作的难度和危险性，并造成铀、钚的水解，从而降低铀、钚的收率和纯度。因此，带强中子和/或光子放射性物料的干法后处理和干法冶金过程应在具有良好惰性气氛(水、氧含量均小于10ppm)保护的热室内进行。
目前未见可用于核燃料干法后处理和核化工干法冶金的惰性气体保护热室。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种能够对惰性气体进行控制、高效过滤放射性气溶胶并且能够满足低水、低氧要求的用于核燃料干法后处理和核化工干法冶金的惰性气体保护热室。
(二)技术方案
为了解决现有所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种夹层式惰性气体保护热室，该热室主要包括热室主体、气体循环净化装置、气溶胶过滤装置、压力自动控制系统、物料进出装置，其中气体循环净化装置与压力自动控制系统操作面板位于热室主体外部，物料进出装置与热室主体密封连接；
所述热室主体为夹层式结构，其由内到外包括惰性气体密封壳体、抗震密封壳体、中子和/或伽马射线屏蔽壳体，其中惰性气体密封壳体与抗震密封壳体间设置有1～20mm的空隙，对该空隙处抽负压，且该空隙处的负压值小于惰性气体密封壳体内的负压；
所述惰性气体密封壳体填充有高纯惰性气体，在惰性气体密封壳体的对角上上设置有惰性气体内循环进气口和惰性气体内循环出气口；
所述气体循环净化装置包括风机和净化柱，其中净化柱包括铜触媒和分子筛，分别净化循环气体中的氧、水；风机控制惰性气体依次经过惰性气体内循环进气口、惰性气体内循环进气口上部的气溶胶过滤装置、惰性气体内循环出气口下部的气溶胶过滤装置、惰性气体内循环出气口，然后经管线进入净化柱和风机后，再次进入惰性气体壳体内循环。
优选地，惰性气体密封壳体由不锈钢焊接而成；抗震密封壳体由表面覆盖有不锈钢的铸铁或合金钢焊接而成，能在一定强度地震中保持结构不损坏且保持密封；中子和/或伽马射线屏蔽壳体由重金属、重混凝土、重晶混凝土或含硼聚乙烯浇筑或其他方式加工而成。
优选地，所述惰性气体内循环进气口位于热室主体侧面底部，惰性气体内循环出气口位于其对角处。
优选地，所述物料进出装置为双盖密封转运装置或真空舱，其中真空舱包括进料真空舱和出料真空舱，进料真空舱和出料真空舱均与热室主体密封连接，进料真空舱与热室主体间，出料真空舱与热室主体间均设有密封门，开启和关闭密封门可分别实现进料真空舱或出料真空舱与热室主体的连通与隔开。
优选地，所述热室主体的正面置有一副或多副机械手。
优选地，所述热室主体上方还设置有排气口，排气口下部也设置有气溶胶过滤装置。
优选地，所述惰性气体密封壳体上装配有压力自动控制系统，该系统包括压力传感器、数显监控仪、电磁阀，当负压超过设定压力时，电磁阀打开充入惰性气体；当负压小于设定压力时，抽气泵运转抽取惰性气体，使负压回落至设定压力范围内。
优选地，所述惰性气体密封壳体内的压力为-200Pa～-400Pa，惰性气体密封壳体与抗震密封壳体间设置的空隙处的压力为-500Pa～-600Pa。
优选地，所述夹层式惰性气体保护热室还包括非放物料进料箱，该非放物料进料箱位于热室主体外部一侧并且其与物料进出装置之间设置有密封门，该密封门实现非放物料进料箱与物料进出装置之间的连通与隔开。
优选地，该夹层式惰性气体保护热室的下方还包括加热装置和冷却装置，并且加热装置位于耐高温井式保护筒外围；耐高温井式保护筒顶部外侧壁置有冷却盘，并配有冷却装置向冷却盘提供制冷剂。
优选地，所述的惰性气体为钢瓶储存的高纯氩气或液氩罐储存的高纯氩气。
(三)有益效果
采用本发明提供的夹层式惰性气体保护热室，该热室可满足干法后处理和核化工干法冶金操作过程中样品需要高温熔融和惰性气体保护的要求，其具有以下优点：
(1)使工作气体在热室内循环，一方面节约了惰性气体的用量，另一方面也减少了放射性废气的排放量；利用安装在气体内循环管路中的气体循环净化装置，可连续净化循环工作气体中的水和氧，满足干法后处理和核化工干法冶金操作时对工作气氛的要求；利用安装在进气口、出气口处的气溶胶过滤装置，可连续过滤循环工作气体中放射性气溶胶；通过定期更换过滤器滤芯，可减少操作人员所受的放射性剂量。
(2)通过热室内压力自动控制系统可有效实现热室内的微负压工作环境，避免了热室内气体向环境中泄露，提高了实验操作人员的安全性。
(3)利用本申请提供的进料真空舱、出料真空舱及密封门，可在不破坏热室内惰性气氛环境的前提下进行物料的转移；并且实现了热室一侧进料，一侧出料的单向物料转移，避免了放射性物质的交叉污染。
(4)由于环境中的水和氧可能通过机械手贯穿处、窥视窗贯穿处、电气贯穿处进入惰性气体密封壳内，本申请通过设置惰性气体密封壳体与抗震密封壳体间空隙处的负压值小于惰性气体密封壳体内的负压，能够保证惰性气体密封壳体内的微量水、氧含量进入空隙内，然后将空隙处的水和氧气抽走，进一步确保了惰性气体密封壳体内的水氧含量满足要求。
附图说明
图1是本申请提供的惰性气体保护热室主体结构主视示意图；其中1是热室主体；2是气体循环净化装置；3是气溶胶过滤装置；4是进料真空舱；5是出料真空舱；6是压力自动控制系统操作面板；7是非放物料进料箱；8是机械手孔；9是加热装置；10是冷却装置；11是冷却盘；12是惰性气体源；13是气路阀门；14是排气口；15是惰性气体内循环出气口；16是惰性气体内循环进气口；17是手套孔；
图2是本申请提供的惰性气体保护热室俯视示意图；其中1是热室主体；2是气体循环净化装置；4是进料真空舱；5是出料真空舱；6是压力自动控制系统操作面板；7是非放物料进料箱；
图3是热室主体结构示意图；其中18是惰性气体密封壳体；19是空隙；20是抗震密封壳体；21是中子和/或伽马射线屏蔽壳体。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种夹层式惰性气体保护热室，如图1～图3所示，该热室主要包括热室主体1、气体循环净化装置2、气溶胶过滤装置3、压力自动控制系统、物料进出装置，其中气体循环净化装置2与压力自动控制系统操作面板6位于热室主体1外部，物料进出装置与热室主体1密封连接；所述惰性气体为氩气。
所述热室主体1为夹层式结构，其由内到外包括惰性气体密封壳体18、抗震密封壳体20、中子和/或伽马射线屏蔽壳体21，其中惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置有1～20mm的空隙19，对该空隙19处抽负压，且该空隙19处的负压值小于惰性气体密封壳体18内的负压；
所述惰性气体密封壳体18填充有高纯惰性气体，在惰性气体密封壳体18的对角上设置有惰性气体内循环进气口16和惰性气体内循环出气口15；
所述气体循环净化装置2包括风机和净化柱，其中净化柱包括铜触媒和分子筛，分别净化循环气体中的氧、水；风机控制惰性气体依次经过惰性气体内循环进气口16、惰性气体内循环进气口16上部的气溶胶过滤装置3、惰性气体内循环出气口15下部的气溶胶过滤装置3、惰性气体内循环出气口15，然后经管线进入净化柱和风机后，再次进入惰性气体壳体内循环。
所述惰性气体密封壳体18由不锈钢焊接而成；抗震密封壳体20由表面覆盖有不锈钢的铸铁或合金钢焊接而成，能在一定强度地震中保持结构不损坏且保持密封；中子和/或伽马射线屏蔽壳体21由重金属、重混凝土、重晶混凝土或含硼聚乙烯浇筑或其他方式加工而成。
所述惰性气体内循环进气口16位于热室主体1侧面底部，惰性气体内循环出气口15位于其对角处。
所述物料进出装置为双盖密封转运装置或真空舱，其中真空舱包括进料真空舱4和出料真空舱5，进料真空舱4和出料真空舱5均与热室主体1密封连接，进料真空舱4与热室主体1间，出料真空舱与热室主体1间均设有密封门，开启和关闭密封门可分别实现进料真空舱3或出料真空舱4与热室主体1的连通与隔开。
所述热室主体1的正面置有一副机械手。
所述气溶胶过滤装置3分别位于惰性气体内循环进气口16上部、惰性气体内循环出气口15下部和排气口14下部。
所述惰性气体密封壳体18上装配有压力自动控制系统，该系统包括压力传感器、数显监控仪、电磁阀，当负压超过设定压力时，电磁阀打开充入惰性气体；当负压小于设定压力时，抽气泵运转抽取惰性气体，使负压回落至设定压力范围内。
所述惰性气体密封壳体18内的压力为-400Pa，惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置的空隙19处的压力为-600Pa。
所述夹层式惰性气体保护热室还包括非放物料进料箱，该非放物料进料箱位于热室主体外部一侧并且其与物料进出装置之间设置有密封门，该密封门实现非放物料进料箱与物料进出装置之间的连通与隔开。
该夹层式惰性气体保护热室的下方还包括加热装置9和冷却装置10，并且加热装置9位于耐高温井式保护筒外围；耐高温井式保护筒顶部外侧壁置有冷却盘，并配有冷却装置10向冷却盘提供制冷剂。所述的惰性气体为钢瓶储存的高纯氩气。
实施例2
与实施例1不同的是，惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置有3mm的空隙。所述热室主体1的正面置有2副机械手。惰性气体密封壳体内的压力为-200Pa，惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置的空隙处的压力为-500Pa。
实施例3
与实施例1不同的是，惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置有5mm的空隙。惰性气体密封壳体18内的压力为-300Pa，惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置的空隙处的压力为-500Pa。
实施例4
与实施例1不同的是，惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置有10mm的空隙。所述惰性气体为液氩罐储存的高纯氩气。
实施例5
与实施例1不同的是，惰性气体密封壳体18与抗震密封壳体20间设置有20mm的空隙。

Claims (11)

1.一种夹层式惰性气体保护热室，该热室主要包括热室主体、气体循环净化装置、气溶胶过滤装置、压力自动控制系统、物料进出装置，其中气体循环净化装置与压力自动控制系统的操作面板位于热室主体外部，物料进出装置与热室主体密封连接；
所述热室主体为夹层式结构，其由内到外包括惰性气体密封壳体、抗震密封壳体、中子和/或伽马射线屏蔽壳体，其中惰性气体密封壳体与抗震密封壳体间设置有1～20mm的空隙，对该空隙处抽负压，且该空隙处的负压值小于惰性气体密封壳体内的负压；
所述惰性气体密封壳体内填充有高纯惰性气体，在惰性气体密封壳体的对角上设置有惰性气体内循环进气口和惰性气体内循环出气口；
所述气体循环净化装置包括风机和净化柱，其中净化柱包括铜触媒和分子筛，分别净化循环气体中的氧、水；风机控制惰性气体依次经过惰性气体内循环进气口、惰性气体内循环进气口上部的气溶胶过滤装置、惰性气体内循环出气口下部的气溶胶过滤装置、惰性气体内循环出气口，然后经管线进入净化柱和风机后，再次进入惰性气体壳体内循环。
2.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述惰性气体密封壳体由不锈钢焊接而成；抗震密封壳体由表面覆盖有不锈钢的铸铁或合金钢焊接而成；中子和/或伽马射线屏蔽壳体由重金属、重混凝土、重晶混凝土或含硼聚乙烯浇筑或其他方式加工而成。
3.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述惰性气体内循环进气口位于热室主体侧面底部，惰性气体内循环出气口位于其对角处。
4.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述物料进出装置为双盖密封转运装置或真空舱，其中真空舱包括进料真空舱和出料真空舱，进料真空舱和出料真空舱均与热室主体密封连接，进料真空舱与热室主体间、出料真空舱与热室主体间均设有密封门，开启和关闭密封门可分别实现进料真空舱或出料真空舱与热室主体的连通与隔开。
5.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述热室主体的正面置有一副或多副机械手。
6.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述热室主体上方还设置有排气口，排气口下部也设置有气溶胶过滤装置。
7.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述惰性气体密封壳体上装配有压力自动控制系统，该系统包括压力传感器、数显监控仪、电磁阀，当负压超过设定压力时，电磁阀打开充入惰性气体；当负压小于设定压力时，抽气泵运转抽取惰性气体，使负压回落至设定压力范围内。
8.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述惰性气体密封壳体内的压力为-200Pa～-400Pa，惰性气体密封壳体与抗震密封壳体间设置的空隙处的压力为-500Pa～-600Pa。
9.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述夹层式惰性气体保护热室还包括非放物料进料箱，该非放物料进料箱位于热室主体外部一侧并且其与物料进出装置之间设置有密封门，该密封门实现非放物料进料箱与物料进出装置之间的连通与隔开。
10.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，该夹层式惰性气体保护热室的下方还包括加热装置和冷却装置，并且加热装置位于耐高温井式保护筒外围；耐高温井式保护筒顶部外侧壁置有冷却盘，并配有冷却装置向冷却盘提供制冷剂。
11.根据权利要求1所述的一种夹层式惰性气体保护热室，其特征在于，所述的惰性气体为钢瓶储存的高纯氩气或液氩罐储存的高纯氩气。
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