CN109971978A - 一种钠回路净化系统及净化方法 - Google Patents
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Abstract
一种钠回路净化系统及净化方法,该系统包括:由内筒和外筒之间形成的环形空冷层和置于内筒中的环形圆柱,置于环形圆柱之上的流量分配孔板,置于环形圆柱之内且与环形圆柱同轴心的中心管共同构成的冷阱;为冷阱的空冷层提供冷却空气的鼓风机,钠流入冷阱前和流出冷阱后均需流经的省热器和省热器的旁通管路,用于提供压头的钠机械泵和备用的钠电磁泵,分别用于监测净化系统进出口处钠品质的钠分析监测仪;以及监测管路上各处钠参数的温度计和压力表;本发明系统能够实时在线净化大流量的液态钠,并能够对热量实现有效的回收利用,通过钠分析监测仪能够反馈净化系统的净化能力,整个系统操作简单,安全性高。
Description
技术领域
本发明属于钠净化系统,具体涉及一种可以去除液态金属钠中杂质的净化系统及净化方法,该系统的功能是净化钠回路系统的钠,保持钠的纯度、减少钠的杂质含量、腐蚀产物的含量,防止作为冷却剂的钠中的杂质在回路系统、设备流道的狭窄处沉积,阻塞流道,影响钠回路系统中钠的流动和热传输。
背景技术
钠冷快堆通常采用钠-钠-水的回路设计,钠-水蒸汽发生器是二回路和三回路的重要枢纽,它将反应堆产生的热量加热主给水产生蒸汽,从而推动汽轮机做功。在钠冷快堆中回路的正常运行是堆芯热量有效导出的重要保障,一旦回路中某一处发生堵塞,将会影响回路中钠的流通及热传输,造成严重的后果,影响核电站运行的可用性、经济性及可靠性。因此去除液态钠中的杂质是钠回路正常运行的保障。
中国专利CN204874695U提供了一种钠净化装置,该装置通过风冷管将钠温度降低,钠中的杂质析出,流经滤网之时可将析出的杂质过滤,但该装置无法对大流量的钠进行净化,且需要经常更换滤网,钠经过该装置后温度大大降低,热量被空气带走无法进行有效的热回收,因此该装置无法用于大型的钠回路中。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种钠回路的净化系统及净化方法,该回路设计精巧,操作简单,能够保持大流量下钠的纯度,保证回路的正常运行。
本发明的目的是通过以下技术方案实现:
一种钠回路净化系统,包括由内筒E和外筒F之间形成的环形空冷层K和置于内筒E中的环形圆柱I,置于环形圆柱I之上的流量分配孔板G,置于环形圆柱I之内且与环形圆柱I同轴心的中心管J 共同构成的冷阱H;包括设置在冷阱H钠入口管道上的监测冷阱H 入口钠温度和压力的第二温度计T2和第二压力表P2,设置在冷阱H 钠出口管道上的监测冷阱H出口钠温度和压力的第三温度计T3和第三压力表P3,与冷阱H连接的为冷阱H的环形空冷层K提供冷却空气的鼓风机L以及连接管路上设置的监测入口空气温度和压力的第五温度计T5和第五压力表P5,设置在冷阱H的空气出口M处监测从环形空冷层K出来后通过空气出口M排出的空气温度的第六温度计T6;包括与钠流入冷阱H前的入口管道和流出冷阱H后的出口管道均连通的的省热器D和省热器D管程的旁通管路Q以及设置在旁通管路D上的第五阀门V105,连接省热器D和冷阱H出口的出口管道上设置的第四阀门V104,设置在省热器D管程出口处用于监测省热器D管程出口处压力和温度的第四压力表P4和第四温度计T4;包括与省热器D管程出口连通的用于排出净化钠的钠净化系统出口O 以及在出口处设置的第七阀门V107和出口钠分析监测仪N,在连接出口钠分析监测仪N的管道上设置的第六阀门V106;包括与省热器 D壳程入口连通的并联设置的用于提供压头的钠机械泵A和钠电磁泵B以及对应的第一阀门V101和第二阀门V102,钠机械泵A和钠电磁泵B与省热器D壳程入口连通的管路上连接的进口钠分析监测仪C以及连接进口钠分析监测仪C的管道上设置的第三阀门V103,钠机械泵A和钠电磁泵B与省热器D连通的管路上设置的用于监测进口钠温度和压力的温度计T1和压力表P1;所述冷阱H的出口管道与环形圆柱I内的中心管J,环形圆柱I外侧向下流动的高温钠通过环形圆柱I将热量传递给环形圆柱内中心管J内向上流动的已净化的低温钠,热量得到有效的利用。
钠机械泵A为净化系统的液态钠增压提供动力,而钠电磁泵B 为一备用泵,能够保证净化系统的正常运行。
未净化的高温钠流经省热器D的壳程,净化后的低温钠流经省热器D的管程,相互交换热量,高温钠的热量得到有效的回收利用,而无需另加一热源加热净化后的低温钠。
省热器D的管程有一旁通管路Q,若低温净化钠无需回热,则关闭第四阀门V104,打开第五阀门V105,低温钠即沿旁通管道Q 流通。
冷阱H中的流量分配孔板G将钠均匀分布向下流动,防止热不均匀现象出现,充分冷却向下流动的钠。
冷阱H装置充分利用液态钠中的杂质随温度降低而溶解度降低的特点,将钠冷却,杂质析出并沉积在内筒E底部,以此达到净化的目的。
冷阱H利用空气作为冷却剂,并调节鼓风机L进风量以调节冷阱H冷却能力。
在净化系统的进出口处分别设置有入口钠分析监测仪C和入口钠分析监测仪N,能够实时在线监测进出口处钠的品质并对比分析,以评价净化系统的净化能力。
所述钠机械泵A和钠电磁泵B均为净化系统中钠的流动提供动力,两个泵分别置于并联管道的两个相互独立的管道上,正常情况下液态钠经过钠机械泵A增压后流经第一阀门V101进入净化系统,当钠机械泵A失效或者检修时,关闭第一阀门V101开启第二阀门V102并启用钠电磁泵B,液态钠将通过第二阀门V102流经钠电磁泵B进入净化系统;所述温度计T1和压力表P1分别监测净化系统入口钠的温度和压力;
所述入口钠分析监测仪C处于并联管道之后,打开第三阀门 V103,由于入口钠分析监测仪C中的压力低于管道中的压力,液态钠通过第三阀门V103所在的管道流入分析监测系统C中,入口钠分析监测系统C可实时在线监测液态金属钠品质,误差小于10%;所述出口钠分析监测仪N可监测钠净化系统出口O处钠的品质,净化后的钠通过第六阀门V106所在的管道流入出口钠分析监测系统N 中,实时分析出口处的钠品质是否达到要求。
所述冷阱H由内筒E和外筒F之间形成的环形空冷层K和置于内筒E中的环形圆柱I,置于环形圆柱I之上的流量分配孔板G以及置于环形圆柱I之内且与环形圆柱I同轴心的中心管J共同构成;液态钠从冷阱H入口直接注入内筒E中,所述流量分配孔板G能够将钠均匀分配通过环形圆柱I外侧与内筒E之间形成的环形腔往下流动到达内筒E底部,内筒E底部受空冷作用温度处于最低点,钠在内筒E底部降温析出杂质后沿着中心管J向上流动并通过环形圆柱I与向下流动的钠交换热量,最后通过冷阱H出口流出冷阱H;所述温度计T2和温度计T2分别监测冷阱H进出口钠的温度,所述压力表 P2和压力表P3分别监测冷阱H进出口管道的压力;所述鼓风机L 为冷阱H的空冷层K提供冷却空气,空气吸收热量后从空气出口M 排出,所述温度计T5和压力表P5能够监测入口空气的温度和压力,所述温度计T6能够监测出口空气的温度。
所述省热器D为一热交换器,进入壳程的钠为从钠机械泵A引来的未净化的高温钠,进入管程的钠为通过冷阱H后已净化的低温钠,未净化的高温钠降温后进入冷阱H,从冷阱H净化出来的低温钠流过管程升温后通过钠净化系统出口排出;所述第五阀门V105布置在旁通管道Q上,当冷阱H出口的钠无需再次升温时可以关闭第四阀门V104,打开第五阀门V105,净化的低温钠通过旁通管路Q 直接流出。
本发明具有以下优点和有益效果:
1、本系统能够对大流量的液态钠实施在线净化;
2、净化系统进口处的并联管道保证系统的动力来源,两个泵达到一备一用的目的,防止出现泵损坏而造成整个系统故障的现象。
3、本系统中的省热器能够将净化后的低温钠再一次升温,且无需外部热量的输入;
4、省热器中未净化的高温钠流经壳程时将热量传递给管程的低温钠,有效地回收热量,避免了热耗散;
5、进出口处的钠分析监测仪能够实时监测进出口处钠的品质,对比进出口钠的品质以实时监测净化系统的净化效果;
6、冷阱中的孔板能够将钠均匀分配,防止流量分配不均带来的热不平衡现象;
7、冷阱中的环形圆柱起到热交换的作用,环形圆柱外侧与内筒之间向下流动的高温钠与环形圆柱中心管内向上流动的低温钠交换热量,有效的回收高温钠的热量,并且无需对低温钠额外加热。
8、冷阱中的空气夹套仅需注入空气便可对钠进行有效的降温,无需专门的冷却剂,通过调节空气流量便可控制其冷却能力。
9、冷阱装置充分利用钠中杂质的溶解度随温度降低而降低的特点,在内筒底部的钠温度降至最低,杂质析出并沉淀在底部,低温钠向上通过中心管流出,以此达到净化钠的目的。
附图说明
图1为本发明钠回路净化系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明:
如图1所示,钠回路净化系统启动前所有阀门均处于关闭状态,启动鼓风机L为冷阱H提供冷却空气,冷空气进入内筒E和外筒F 间的环形空冷层K,依次开启第一阀门V101,第四阀门V104和第七阀门V107,保证回路管道的通畅,开启钠机械泵A,检查各仪表是否显示正常;未净化的高温钠经过钠机械泵A增压后流入省热器D 的壳程降温,然后进入冷阱H的内筒E,经过流量分配孔板G后沿着环形圆柱I的外侧向下流动,并将热量传递给环形圆柱I,达到内筒E底端后在空冷的作用下钠的温度降至最低,杂质析出,随后沿着中心管J向上流动,并吸收从环形圆柱I传递过来的热量,最后从冷阱H的外筒F流出;在冷阱H的进出口处均布置有压力表和温度计,用于测量管道内钠的参数,流经冷阱H后的钠为已净化的低温钠,沿着第四阀门V104所在的管道进入省热器D的管程吸收热量,温度回升,最后通过第七阀门V107从钠净化系统的出口排出;在钠机械泵V101之后的管道上设置有第一温度计T1和第一压力表P1用于检测入口钠的温度和压力;在省热器D管程的出口处设置有第四温度计T4和第四压力表P4用于测量出口处钠的温度和压力;
当从冷阱H出来的钠无需再次升温时,关闭第四阀门V104,打开第五阀门V105,钠沿着旁通管道Q流动,不再经过省热器D;当钠机械泵A失效或者检修之时,关闭第一阀门V101,打开第二阀门 V102,启动钠电磁泵B为净化系统提供动力;在净化系统的进出口处分别设置有进口钠分析监测仪C和出口钠分析监测仪N,打开第三阀门V103,入口钠分析监测仪C将监测入口钠的品质,打开第七阀门V107,出口钠分析监测仪N将监测出口钠的品质,两种钠品质对比分析,便能体现净化系统的净化效果。
Claims (9)
1.一种钠回路净化系统,其特征在于:包括由内筒(E)和外筒(F)之间形成的环形空冷层(K)和置于内筒(E)中的环形圆柱(I),置于环形圆柱(I)之上的流量分配孔板(G),置于环形圆柱(I)之内且与环形圆柱(I)同轴心的中心管(J)共同构成的冷阱(H);包括设置在冷阱(H)钠入口管道上的监测冷阱(H)入口钠温度和压力的第二温度计(T2)和第二压力表(P2),设置在冷阱(H)钠出口管道上的监测冷阱(H)出口钠温度和压力的第三温度计(T3)和第三压力表(P3),与冷阱(H)连接的为冷阱(H)的环形空冷层(K)提供冷却空气的鼓风机(L)以及连接管路上设置的监测入口空气温度和压力的第五温度计(T5)和第五压力表(P5),设置在冷阱(H)的空气出口(M)处监测从环形空冷层(K)出来后通过空气出口(M)排出的空气温度的第六温度计(T6);包括与钠流入冷阱(H)前的入口管道和流出冷阱(H)后的出口管道均连通的的省热器(D)和省热器(D)管程的旁通管路(Q)以及设置在旁通管路(D)上的第五阀门(V105),连接省热器(D)和冷阱(H)出口的出口管道上设置的第四阀门(V104),设置在省热器(D)管程出口处用于监测省热器(D)管程出口处压力和温度的第四压力表(P4)和第四温度计(T4);包括与省热器(D)管程出口连通的用于排出净化钠的钠净化系统出口(O)以及在出口处设置的第七阀门(V107)和出口钠分析监测仪(N),在连接出口钠分析监测仪(N)的管道上设置的第六阀门(V106);包括与省热器(D)壳程入口连通的并联设置的用于提供压头的钠机械泵(A)和钠电磁泵(B)以及对应的第一阀门(V101)和第二阀门(V102),钠机械泵(A)和钠电磁泵(B)与省热器(D)壳程入口连通的管路上连接的进口钠分析监测仪(C)以及连接进口钠分析监测仪(C)的管道上设置的第三阀门(V103),钠机械泵(A)和钠电磁泵(B)与省热器(D)连通的管路上设置的用于监测进口钠温度和压力的温度计(T1)和压力表(P1);所述冷阱(H)的出口管道与环形圆柱(I)内的中心管(J),环形圆柱(I)外侧向下流动的高温钠通过环形圆柱(I)将热量传递给环形圆柱内中心管(J)内向上流动的已净化的低温钠,热量得到有效的利用。
2.根据权利要求1所述的一种钠回路净化系统,其特征在于:钠机械泵(A)为净化系统的液态钠增压提供动力,而钠电磁泵(B)为一备用泵,能够保证净化系统的正常运行。
3.根据权利要求1所述的一种钠回路净化系统,其特征在于:所述省热器(D)为一热交换器,未净化的高温钠流经省热器(D)的壳程,净化后的低温钠流经省热器(D)的管程,相互交换热量,高温钠的热量得到有效的回收利用,而无需另加一热源加热净化后的低温钠。
4.根据权利要求1所述的一种钠回路净化系统,其特征在于:省热器(D)的管程有一旁通管路(Q),若低温净化钠无需回热,则关闭第四阀门(V104),打开第五阀门(V105),低温钠即沿旁通管道(Q)流通。
5.根据权利要求1所述的一种钠回路净化系统,其特征在于:冷阱(H)中的流量分配孔板(G)将钠均匀分布向下流动,防止热不均匀现象出现,充分冷却向下流动的钠。
6.根据权利要求1所述的一种钠回路净化系统,其特征在于:冷阱(H)装置充分利用液态钠中的杂质随温度降低而溶解度降低的特点,将钠冷却,杂质析出并沉积在内筒(E)底部,以此达到净化的目的。
7.根据权利要求1所述的一种钠回路净化系统,其特征在于:冷阱(H)利用空气作为冷却剂,并调节鼓风机(L)进风量以调节冷阱(H)冷却能力。
8.根据权利要求1所述的一种钠回路净化系统,其特征在于:在净化系统的进出口处分别设置有入口钠分析监测仪(C)和入口钠分析监测仪(N),能够实时在线监测进出口处钠的品质并对比分析,以评价净化系统的净化能力。
9.权利要求1至8任一项所述的钠回路净化系统的净化方法,其特征在于:钠回路净化系统启动前所有阀门均处于关闭状态,启动鼓风机(L)为冷阱(H)提供冷却空气,冷空气进入内筒(E)和外筒(F)间的环形空冷层(K),依次开启第一阀门(V101),第四阀门(V104)和第七阀门(V107),保证回路管道的通畅,开启钠机械泵(A),检查各仪表是否显示正常;未净化的高温钠经过钠机械泵(A)增压后流入省热器(D)的壳程降温,然后进入冷阱(H)的内筒(E),经过流量分配孔板(G)后沿着环形圆柱(I)的外侧向下流动,并将热量传递给环形圆柱(I),达到内筒(E)底端后在空冷的作用下钠的温度降至最低,杂质析出,随后沿着中心管(J)向上流动,并吸收从环形圆柱(I)传递过来的热量,最后从冷阱(H) 的外筒(F)流出;在冷阱(H)的进出口处均布置有压力表和温度计,用于测量管道内钠的参数,流经冷阱(H)后的钠为已净化的低温钠,沿着第四阀门(V104)所在的管道进入省热器(D)的管程吸收热量,温度回升,最后通过第七阀门(V107)从钠净化系统的出口排出;在钠机械泵(V101)之后的管道上设置有第一温度计(T1和第一压力表(P1)用于检测入口钠的温度和压力;在省热器(D)管程的出口处设置有第四温度计(T4)和第四压力表(P4)用于测量出口处钠的温度和压力;
当从冷阱(H)出来的钠无需再次升温时,关闭第四阀门(V104),打开第五阀门(V105),钠沿着旁通管道(Q)流动,不再经过省热器(D);当钠机械泵(A)失效或者检修之时,关闭第一阀门(V101),打开第二阀门(V102),启动钠电磁泵(B)为净化系统提供动力;在净化系统的进出口处分别设置有进口钠分析监测仪(C)和出口钠分析监测仪(N),打开第三阀门(V103),入口钠分析监测仪(C)将监测入口钠的品质,打开第七阀门(V107),出口钠分析监测仪(N)将监测出口钠的品质,两种钠品质对比分析,便能体现净化系统的净化效果。
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