CN110671517A - 一种熔盐截止器及使用方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔盐截止器及使用方法和应用，该截止器包括用于装熔盐的密封容器；加热系统；第一导管和第二导管；第一导管和第二导管分别从密封容器的上端外壁面穿设内壁面；第一导管的底端距离密封容器的内腔的底面的高度短于第二导管的底端；当第二导管的底端高于熔盐液面时，或熔盐由液态凝固时，为截止；当第二导管的底端低于熔盐液面时，且由第一导管输送至容器中的熔盐为液态时，为连通。本发明中的截止器利用熔盐凝固后与容器内壁结合性好的特性，设计了有较大空间的容器，和导管之间的高度差，可实现熔盐的完全截止，并可确保迅速恢复连通；密封性好；使用寿命长；不会存在阀门等装置中因熔盐挥发后凝固造成的卡死现象。

Description

一种熔盐截止器及使用方法和应用

技术领域

本发明具体涉及一种熔盐截止器及使用方法和应用。

背景技术

在热能综合利用、核能、化工等领域，需要通过管道传输高温熔盐，常见的如氟化物熔盐和氯化物熔盐、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐等。为了实现熔盐分流、合流或流向切换，需要用到截止器。高温熔盐腐蚀性强，不能与空气接触，大多高温熔盐与空气接触会增加腐蚀性。

现有技术中实现熔盐截止的装置多为阀门，构造复杂。例如，中国专利文献CN109737210A公开了一种高温熔盐管道阀门，其包括有支架以及与支架相连接并形成内胆的阀体，且支架和阀体内竖直方向上设置有可转动的阀杆，阀杆连接有伸入至内胆内的阀芯，阀杆设置为多段式杆件结构，阀杆包括有与阀芯相连接的下段阀杆；下段阀杆上设置有安装头，上段阀杆上设置有卡接头，卡接头与安装头卡接配合并实现传动。该装置的结构复杂，制作过程较为繁琐，且由于熔盐蒸汽易挥发，熔盐挥发后阀门的各种传动部件的位置容易产生熔盐的积留，造成卡死的情况；而且由于阀门结构复杂、散热快，熔盐凝固后难以均匀加热，阀门的位置一旦冻堵，便很难再加热熔融。为此，阀门的位置通常必须长期保持高温状态，使得阀门的材料易疲劳、易被腐蚀、使用寿命短。

由于熔盐凝固后，与管道壁的结合十分紧密、牢固。目前在熔盐管道流动控制领域，已有不少利用熔盐凝固来实现管道控制的技术方案。

例如，中国专利CN202401166U提供了一种熔体冷冻阀，其包括熔体管和阀体，熔体管中部穿入阀体并与阀体两端密封连接，且熔体管路没有任何接口，保证了熔体的零泄露，熔体管外壁与阀体内壁构成筒体冷冻室，往冷冻室中通入冷空气使熔体固化而达到止流的目的。此阀门结构简单，操作方便，但是无法实现管道迅速有效地恢复畅通。且需要在体积较小的熔盐管道中迅速地实现熔盐的凝固与熔融才可达到截止与连通的目的，所需的条件较为苛刻且操作繁琐。如在实际操作过程中，当截止时，需要通入冷却气体，当连通时，需要将密封外壳抽真空以保证冷空气不会进入密封外壳而使管道的温度降低；同时，当熔盐管道的内径较大时，难以实现管道中心部位的快速冷却与加热熔融。

又如，中国专利CN202612831U提供了一种熔体冷冻阀。该专利同样也是使用空气使得熔融体降温进而凝固以起到截止的作用，但无法达到流通的状态；且该装置属于结构复杂的阀门，其中的冷却熔体的水汽混合物需要经过多个通道，如内接管、中间夹套与阀芯之间的内腔、内腔的左下侧、内腔的右上侧等，实际操作过程较为复杂，截止的效率较低。

因此，急需一种结构简单，可实现熔盐的完全截止并确保每次均能完全恢复至连通的状态，同时又安全可靠、寿命长且不会造成卡死的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中用于熔盐截止的阀门，结构复杂、制作难度较大，易发生熔盐蒸汽凝结造成的卡死，易疲劳、使用寿命短；或是利用管道中熔盐的快速凝固和熔融实现截止与连通，所需条件较为苛刻、操作复杂，且熔盐管道的内径过大时，存在难保每次都能快速实现截止与连通的缺陷。而提供了一种熔盐截止器及使用方法和应用。本发明中的熔盐截止器利用熔盐凝固后与容器内壁结合性好的特性，设计了较大空间的密封容器，结合第一导管与第二导管之间的高度差，能够完全地实现熔盐的截止，以及迅速有效的恢复完全的连通状态；且密封性好，使得熔盐不与空气接触，使用寿命长，安全可靠；且密封容器的加热面积大，受热均匀，不会出现融化不了的情况，可确保每次均能实现熔盐的完全凝固与熔融；也不会存在现有技术中用于熔盐截止的阀门因熔盐的凝固产生卡死的问题。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种熔盐截止器，其包括：一用于装载熔盐的密封容器；一用于加热所述密封容器的外壁面的加热系统；和一根第一导管和一根第二导管；

所述第一导管和所述第二导管分别从所述密封容器的上端外壁面穿设所述密封容器的内壁面，并伸入所述密封容器的内腔的底部；所述第一导管的底端距离所述密封容器的内腔的底面的高度短于所述第二导管的底端距离所述密封容器的内腔的底面的高度；

当所述第二导管的底端高于所述密封容器中的熔盐的液面时，或者所述密封容器中的熔盐由液态凝固成固态时，所述熔盐截止器为截止状态；

当所述第二导管的底端低于所述密封容器中的熔盐的液面时，且由所述第一导管输送至所述密封容器中的熔盐为液态时，所述熔盐截止器为连通状态。

本发明中的熔盐截止器利用熔盐凝固后与容器内壁结合性好的特性，设计了较大空间的密封容器，结合第一导管与第二导管之间的高度差，能够完全地实现熔盐的截止，以及迅速有效的恢复完全的连通状态；且密封性好，使得熔盐不与空气接触，使用寿命长，安全可靠；且密封容器的加热面积大，受热均匀，可确保每次均能实现熔盐的完全凝固与熔融；也不会存在现有技术中用于熔盐截止的阀门因熔盐的凝固产生卡死的问题。

较佳地，所述密封容器的顶部设有与所述密封容器相匹配的密封件。较佳地，所述密封件与所述加热系统之间有间距，以防止温度过高使得密封件受损。较佳地，所述密封容器的顶部的开口可用于加入熔盐、观察、取样或内插式测温。

较佳地，所述的密封件包括密封法兰和密封圈。

较佳地，所述的密封容器包括同轴设置的颈部腔室和用于存放熔盐的底部腔室。

较佳地，所述颈部腔室的横截面小于等于所述底部腔室的横截面。所述的横截面可为本领域常规的形状，通常为圆形或矩形。其中，颈部腔室的横截面较小有助于保温、减少散热、减小密封面的尺寸。所述的底部腔室的横截面较大，有利于保证熔盐的积存量，防止出现无法截止的情况；同时有利于增大加热面积，防止出现无法连通的情况。

较佳地，所述颈部腔室与所述底部腔室的横截面的比为(1～10):10，更佳地为(3～6):10。

本发明中，根据所需的熔盐截止器合理地设置颈部腔室与底部腔室的尺寸即可。

较佳地，所述颈部腔室的内径或宽度为30～200mm，更佳地为50～100mm。

较佳地，所述底部腔室的内径或宽度为50～500mm，更佳地为100～250mm。

较佳地，所述第一导管的底端与所述底部腔室的底面接近但不接触；更佳地，所述第一导管的底端与所述底部腔室的底面之间的间距为20～50mm。第一导管底端与底部腔室的底面之间的间距较小不仅可缩短熔盐截止的时间，同时还能较快地实现固态熔盐的熔融，降低能耗。

较佳地，所述第一导管的底端与所述第二导管的底端之间的间距为2～1000mm，更佳地为30～100mm。若两者之间的间距过小则可能会发生不能在短时间内实现完全截止的情况，过大则增加死体积，浪费熔盐。

本发明中，所述第二导管的底端高于所述密封容器中熔盐的液面指的是所述第二导管的底端与所述密封容器的内腔的底面之间的间距高于所述密封容器中熔盐的液面与所述密封容器的内腔的底面之间的间距。

本发明中，所述第二导管的底端低于所述密封容器中熔盐的液面，指的是所述第二导管的底端与所述密封容器的内腔的底面之间的间距低于所述密封容器中熔盐的液面与所述密封容器的内腔的底面之间的间距。

较佳地，所述的加热系统用于所述底部腔室、第一导管和第二导管中位于所述密封容器中的部分的加热。可使得所述密封容器、第一导管和第二导管中的熔盐较快速地实现液态和固态的切换。

本发明中，所述的加热系统可为本领域常规，例如电加热系统或红外加热系统。

较佳地，所述的熔盐截止器还包括保温层，设于所述加热系统的外层，用于减少加热系统和密封容器的散热。

本发明中，所述的熔盐截止器中所使用的材质均为耐高温材质。

本发明还提供了一种调节熔盐的截止或连通状态的方法，其采用上述的熔盐截止器调节熔盐的截止或连通，具体包括：

当使用所述熔盐截止器调节至熔盐的截止状态时，其包括：方式一，设置所述密封容器中熔盐的液面低于所述第二导管的底端，即可；或，方式二，关闭所述的加热系统使所述密封容器中的熔盐凝固，即可；

当使用所述熔盐截止器调节至熔盐的连通状态时，其包括以下步骤：设置所述密封容器中熔盐的液面高于所述第二导管的底端，开启所述加热系统，并保持所述第一导管向所述的密封容器中输送熔盐，即可。

本发明中，所述的熔盐可为本领域常规，通常为碱金属的卤化物、碱土金属的卤化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氟化锂、氟化钠和氟化钾中的一种或多种，较佳地为氟化锂、氟化钠、氟化钾、硫酸盐和碳酸盐中的一种或多种，更佳地为氟化锂、氟化钠、氟化钾中的一种或多种，例如氟化锂、氟化钠、氟化钾的混合熔盐。本领域技术人员知晓，所述的氟化锂、氟化钠、氟化钾的混合熔盐指的是FLiNaK熔盐。

较佳地，方式二中，所述密封容器中加入的熔盐的液面与所述密封容器的内腔的底面之间的高度高于所述第一导管的底端与所述密封容器的内腔的底面之间的高度。

本发明中，所述密封容器中熔盐的液面低于所述第二导管的底端，指的是所述密封容器中熔盐的液面与所述密封容器的内腔的底面之间的间距低于所述第二导管的底端与所述密封容器的内腔的底面之间的间距。

本发明中，本领域技术人员知晓，当开启所述的加热系统时，所述密封容器中的熔盐、所述第一导管和所述第二导管中位于所述密封容器中的部分中的熔盐均为液态；当关闭所述加热系统时，所述密封容器中的熔盐、所述第一导管和所述第二导管中位于所述密封容器中的部分中的熔盐均为固态。

本发明还提供了一种上述熔盐截止器在熔盐生产系统中的应用。

较佳地，所述的熔盐生产系统为FLiNaK熔盐生产系统。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和零部件均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明中的熔盐截止器利用熔盐凝固后与容器内壁结合性好的特性，设计了较大空间的密封容器，结合第一导管与第二导管之间的高度差，能够完全地实现熔盐的截止，以及迅速有效地恢复完全的连通状态；且密封性好，使得熔盐不与空气接触，使用寿命长，安全可靠；且密封容器的加热面积大，受热均匀，可确保每次均能实现熔盐的完全凝固与熔融；也不会存在现有技术中用于熔盐截止的阀门因熔盐的凝固产生卡死的问题。

附图说明

图1为实施例1中的熔盐截止器的结构图。

图2为实施例2中的熔盐截止器在FLiNaK熔盐生产系统中的应用。

图3为本领域常规的熔盐阀的结构图。

图1的附图标记说明：密封容器1；电加热系统2；第一导管3；第二导管4；保温层5；颈部腔室11；底部腔室12；密封件13；密封法兰14；密封圈15；熔盐6。

图3的附图标记说明：阀体31；阀杆32；密封件33。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

1、本实施例中提供一种熔盐截止器，如图1所示，其包括用于装载熔盐6的密封容器1，用于加热密封容器1的外壁面的电加热系统2；一根第一导管3和一根第二导管4；和设于电加热系统2外层的保温层5。该熔盐截止器中所使用的材质均为耐高温材质。

其中，密封容器1的顶部设有与密封容器1相匹配的密封件13，该密封件13包括密封法兰14和密封圈15。密封容器1包括同轴设置的颈部腔室11和用于存放熔盐的底部腔室12，颈部腔室11和底部腔室12的横截面均为圆形，且颈部腔室11的内径为50mm、底部腔室12的内径为100mm。其中的电加热系统2用于底部腔室12、第一导管3和第二导管4中位于密封容器1中的部分的加热，可使得密封容器1中的熔盐6较快速地实现液态和固态的切换。

其中，第一导管3和第二导管4分别从密封容器1的上端外壁面穿设密封容器1的内壁面，并伸入密封容器1的内腔的底部；第一导管3的底端距离密封容器1的内腔的底面的高度短于第二导管4的底端距离密封容器1的内腔的底面的高度，第一导管3的底端与底部腔室12的底面之间的间距为20mm；且第一导管3的底端与第二导管4的底端之间的间距为30mm；当密封容器1中的熔盐6由液态凝固成固态时，熔盐截止器为截止状态；当第二导管4的底端低于密封容器1中的熔盐6的液面时，且由第一导管3输送至密封容器1中的熔盐6为液态时，熔盐截止器为连通状态。

本发明中的熔盐截止器利用熔盐凝固后与容器内壁结合性好的特性，设计了较大空间的密封容器1，结合第一导管3与第二导管4之间的高度差，能够完全地实现熔盐6的截止，以及迅速有效的恢复完全的连通状态；且密封性好，使得熔盐不与空气接触，使用寿命长，安全可靠；且密封容器1的加热面积大，受热均匀，可确保每次均能实现熔盐6的完全凝固与熔融；也不会存在现有技术中用于熔盐截止的阀门因熔盐的凝固产生卡死的问题。

2、本实施例还提供了一种使用上述熔盐截止器调节熔盐截止的方法，在上述熔盐截止器中，向密封容器1中加入熔盐6至熔盐6的液面与底部腔室11的底面之间的高度低于第二导管4的底端与底部腔室11的底面之间的高度即可。

3、本实施例还提供了一种使用上述熔盐截止器调节熔盐截止的方法，向密封容器1中加入固态的熔盐至密封容器中熔盐6的高度高于第一导管3的底端与底部腔室12的底面之间的间距，开启电加热系统2使得密封容器1中的熔盐6为液态，再关闭电加热系统2使得密封容器1中的熔盐6为固态，进而堵塞住第一导管3的底端，实现熔盐6的截止。

4、本实施例还提供了一种使用上述熔盐截止器调节熔盐连通的方法，向密封容器1中加入熔盐6至熔盐6的液面与底部腔室11的底面之间的高度高于第二导管4的底端与底部腔室11的底面之间的高度，开启电加热系统2，使得底部腔室11中的熔盐6、第一导管3和第二导管4中的熔盐为液态，并保持第一导管3向密封容器1中输送熔盐6。

实施例2

本实施例提供了一种上述熔盐截止器在FLiNaK熔盐生产系统中的应用。

如图2所示，在FLiNaK熔盐生产系统中设置本实施例中的熔盐截止器，具体包括以下步骤：(1)按照工艺要求设定各工艺段的温度，包括加料-预处理罐、各鼓泡反应器、暂存-分流罐、暂存罐、储罐、各熔盐截止器及沿途导管；确认各熔盐截止器的工作状态为“截止”，即熔盐截止器中的熔盐为固态的可实现截止的状态；(2)将LiF、NaF、KF三元混合熔盐的待纯化物料从加料口注入加料-预处理罐，在经过预处理后获得液态物料；(3)开通热源使熔盐截止器01开启，向加料-预处理罐中液态物料的上方空间里注入氩气，使液态物料通过熔盐截止器01及相应的导管，流入鼓泡反应器101；关闭熔盐截止器01；(4)以与步骤(3)同样的压差驱动方式，使位于鼓泡反应器101的物料流入鼓泡反应器102；(5)重复步骤(2)和步骤(3)，使加料-预处理罐里的物料流入鼓泡反应器101；(6)重复上述步骤(2)至步骤(5)，将液态物料依次充入各个鼓泡反应器，直至熔盐截止器02之前的每个鼓泡反应器都充入了液态物料；(7)通过用于对反应气体进行预处理，同时作为缓冲区防止熔盐倒吸，冻堵管路气体预处理器，向鼓泡反应器103通入氢气-氟化氢混合的反应气体，该反应气体依次通过鼓泡反应器103、鼓泡反应器102、鼓泡反应器101，与液态物料接触反应，反应时间按照工艺要求设定；与此同时，向加料-预处理罐中加入物料，实施预处理；(8)开启熔盐截止器02；(9)以与步骤(3)同样的压差驱动方式，依次使位于鼓泡反应器103的物料流入暂存-分流罐，使位于鼓泡反应器102的物料流入鼓泡反应器103，使鼓泡反应器101的物料流入鼓泡反应器102；(10)关闭熔盐截止器02，开启熔盐截止器04，使液态物料流入储罐，关闭熔盐截止器04；当暂存-分流罐中的物料需要进行重复处理时，开启熔盐截止器03，使物料流入加料-预处理罐；(11)重复上述步骤(2)至步骤(10)，使液态物料以半连续的方式从加料口加入，经处理后流入储罐。

本实施例中的熔盐截止器可用于控制液态物料流动的通断且限制流动方向的单一性，结构简单且密封性好，使用寿命长。可实现全静态密封模式，避免了动态密封模式，在保证密封性的同时，提高了设备的可靠性。

效果实施例1

采用本领域常规的熔盐阀与本申请实施例1中的熔盐截止器，将待测装置分别与相同内径(16×3mm)的熔盐导管以相同的方式焊接连接，测量：(1)密封性效果数据；(2)相同流量(2L/min)的熔盐在室温下凝固后，完全恢复连通所需的加热温度、加热时间的数据，具体如下表1所示，其中的熔盐均为FLiNaK熔盐，熔点为454℃。

表1

上表中，本领域常规的熔盐阀通常包括以下结构：阀体31、阀杆32和密封件33；阀杆32与阀体31在水平方向上通过密封件33固定连接，并可使阀杆32沿竖直方向上下移动。密封件33用于保证阀杆32与阀体31之间的密封性，如图3所示。

当工作状态中，由于出现突然的停电或是加热丝断路导致的熔盐突然冻堵的情况下，需要将熔盐阀加热至恢复完全的连通状态才能正常工作，此时加热熔盐阀的温度需要达到700℃，远高于熔盐的熔点，加热的时间需要6小时，主要是因为固体熔盐的导热性差，熔盐阀的结构复杂、散热面积大，难以均匀加热，因此需要在外壁施加更高的加热温度以获取更优的温度梯度，以及更长的加热时间，才能完全将熔盐阀中的熔盐熔融，以确保恢复完全的连通状态。而本申请实施例1中的截止器只需500℃即可确保恢复完全的连通状态，且所需的时间只有45min。

Claims (10)

1.一种熔盐截止器，其特征在于，一用于装载熔盐的密封容器；一用于加热所述密封容器的外壁面的加热系统；和一根第一导管和一根第二导管；

所述第一导管和所述第二导管分别从所述密封容器的上端外壁面穿设所述密封容器的内壁面，并伸入所述密封容器的内腔的底部；所述第一导管的底端距离所述密封容器的内腔的底面的高度短于所述第二导管的底端距离所述密封容器的内腔的底面的高度；

当所述第二导管的底端高于所述密封容器中的熔盐的液面时，或者所述密封容器中的熔盐由液态凝固成固态时，所述熔盐截止器为截止状态；

当所述第二导管的底端低于所述密封容器中的熔盐的液面时，且由所述第一导管输送至所述密封容器中的熔盐为液态时，所述熔盐截止器为连通状态。

2.如权利要求1所述的熔盐截止器，其特征在于，所述密封容器的顶部设有与所述密封容器相匹配的密封件；较佳地，所述密封件与所述加热系统之间有间距；

和/或，所述的密封容器包括同轴设置的颈部腔室和用于存放熔盐的底部腔室；较佳地，所述颈部腔室的横截面小于等于所述底部腔室的横截面。

3.如权利要求2所述的熔盐截止器，其特征在于，所述的密封件包括密封法兰和密封圈；

和/或，所述横截面的形状为圆形或矩形。

4.如权利要求2所述的熔盐截止器，其特征在于，所述颈部腔室与所述底部腔室的横截面的比为(1～10):10，较佳地为(3～6):10。

5.如权利要求2所述的熔盐截止器，其特征在于，所述颈部腔室的内径或宽度为30～200mm，较佳地为50～100mm；

和/或，所述底部腔室的内径或宽度为50～500mm，较佳地为100～250mm；

和/或，所述第一导管的底端与所述底部腔室的底面之间的间距为20～50mm。

6.如权利要求1所述的熔盐截止器，其特征在于，所述第一导管的底端与所述第二导管的底端之间的间距为2～1000mm；较佳地为30～100mm；

和/或，所述的加热系统用于所述底部腔室、第一导管和第二导管中位于所述密封容器中的部分的加热；

和/或，所述的熔盐截止器还包括保温层，设于所述加热系统的外层。

7.一种调节熔盐的截止或连通状态的方法，其特征在于，其采用如权利要求1-6中任一项所述的熔盐截止器调节熔盐的截止或连通；

当使用所述熔盐截止器调节至熔盐的截止状态时，其包括：方式一，设置所述密封容器中熔盐的液面低于所述第二导管的底端，即可；或，方式二，关闭所述的加热系统使所述密封容器中的熔盐凝固，即可；

当使用所述熔盐截止器调节至熔盐的连通状态时，其包括以下步骤：设置所述密封容器中熔盐的液面高于所述第二导管的底端，开启所述加热系统，并保持所述第一导管向所述的密封容器中输送熔盐，即可。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的熔盐为碱金属的卤化物、碱土金属的卤化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氟化锂、氟化钠和氟化钾中的一种或多种，较佳地为氟化锂、氟化钠、氟化钾、硫酸盐和碳酸盐中的一种或多种，更佳地为氟化锂、氟化钠、氟化钾的混合熔盐；

和/或，方式二中，所述密封容器中加入的熔盐的液面与所述密封容器的内腔的底面之间的高度高于所述第一导管的底端与所述密封容器的内腔的底面之间的高度。

9.一种如权利要求1～6中任一项所述的熔盐截止器在熔盐生产系统中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的熔盐生产系统为FLiNaK熔盐生产系统。

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