CN111599497A - 一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管，包括结晶管和导流管；所述结晶管为一端开口；所述导流管一端伸入所述结晶管内部；所述导流管内部空间和导流管与所述结晶管之间的空间形成导通的冷却流路；所述导流管的管壁外部包覆有绝热层。本发明的有益效果如下：本发明的结晶冷却管通过套管的形式形成冷却流道，能够有效对钠液进行降温冷却，同时，采用导流管和结晶管之间隔热的方式避免了初入流道的冷空气和将出流道的热空气换热，从而保证结晶管远离流道入口的一端也能获得较好的冷却效果。

Description

一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管
技术领域
本发明属于核工业领域，具体涉及一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管。
背景技术
钠冷快堆采用金属钠作为冷却剂,金属钠中存在的金属和非金属杂质对传热性能、材料性能、核性能等有害，甚至可影响到反应堆的安全运行，如：杂质氧能加速钠对快堆包壳和结构材料的腐蚀，造成它们机械性能的改变；杂质氧的化合物和钙的化合物在钠中沉淀，将会引起流道堵塞，影响燃料组件和热交换器的传热性能；杂质钾会在辐照条件下，发生中子活化反应，产生放射性同位素41Ar，增加覆盖气的放射性。因此，开展快堆技术研究的各个国家，根据本国堆的实际情况制定了入堆核级钠、一回路和二回路中钠杂质的质量控制标准，同时，为了满足钠纯度的要求，反应堆或钠回路上采用冷阱净化钠中的杂质。中国商用示范快堆电站(CFR600)一回路冷阱具有放射性，冷阱不仅用于净化钠中的金属杂质和非金属杂质，而且用于净化钠中的腐蚀产物和裂变产物，退役后的一回路冷阱是高放废物。为了避免运行人员在冷阱更换过程中受到辐射和减少高放废物量，节省人力、物力和缩短净化过程，在反应堆寿期正常工况下应不考虑一回路冷阱的更换，因此需要选择杂质捕集能力大的冷阱。冷阱按照结晶区数量可将其分为一分区冷阱、二分区冷阱和三分区冷阱。三分区冷阱是CFR600关键设备设计与验证专项中自主研发的设备，采用分区设计，即由结晶沉积区、最终冷却区和丝网区构成。
在结晶沉积区和最终冷却区设有结晶冷却管，钠从进钠管流入冷阱结晶沉积区，钠流出后随着冲力向冷阱底部减速，遇到结晶冷却管外壁后进行初步降温，钠中杂质在过饱和钠溶液中均相成核，在过饱和浓度的推动力之下，杂质不断向晶核聚集使其长大成晶体，随着结晶时间的延长，晶体颗粒会连续长大，当颗粒的重力大于其在钠溶液中所受的浮力时，杂质晶体颗粒便会向下运动沉积在冷阱的底部；同时，也可以非均相成核形成晶体而在结晶冷却管外壁面结晶。来自结晶沉积区的钠在最终冷却区进一步降温，该区的钠温最低，钠中杂质以非均相成核的方式形成晶体而吸附在最终冷却区的结晶冷却管壁面上。结晶冷却管结构具有独特性，采用从冷阱内部冷却的方式控制冷阱结晶沉积区和最终冷却区的温场，确保了杂质在冷阱结晶沉积区和最终冷却区的有效结晶。最佳的温场为获得好的净化速率和捕集能力以及最大的杂质容量提供了有利条件，因此结晶冷却管具有杂质捕集能力强和不易被杂质堵塞的优点。
中国实验快堆(CEFR)一、二回路冷阱是一分区冷阱，仅有丝网区，无结晶冷却管，根据CEFR一回路钠净化系统运行的数据，计算出一回路冷阱的捕集能力大约为106kg/m3(Na2O)，净化速率无法得出。
但是现有的结晶冷却管存在冷却效果不好的缺点。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管，该技术能够提高冷却效果，保证有效钠中杂质有效冷却结晶。
本发明的技术方案如下：
一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管，包括结晶管和导流管；所述结晶管为一端开口；所述导流管一端伸入所述结晶管内部；所述导流管内部空间和导流管与所述结晶管之间的空间形成导通的冷却流路；所述导流管的管壁外部包覆有绝热层。
进一步地，上述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，所述绝热层为套在所述导流管外部的绝热管。
进一步地，上述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，所述结晶管的非开口端采用封头封堵。
进一步地，上述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，所述导流管伸入所述结晶管内部的一端设置有防冲击装置。
进一步地，上述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，所述防冲击装置包括流道分配部件和固定部件；所述流道分配部件正对所述导流管的端口；所述流道分配部件通过固定部件安装于所述结晶管中。
本发明的有益效果如下：
本发明的结晶冷却管通过套管的形式形成冷却流道，能够有效对钠液进行降温冷却，同时，采用导流管和结晶管之间隔热的方式避免了初入流道的冷空气和将出流道的热空气换热，从而保证结晶管远离流道入口的一端也能获得较好的冷却效果。
附图说明
图1为本发明的冷却结晶管的结构示意图。
图2为本发明的冷却结晶管的应用状态示意图。
上述附图中，1、封头；2、防冲击装置；3、结晶管；4、绝热管；5、导流管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供了一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管，包括结晶管和导流管；所述结晶管为一端开口；所述导流管一端伸入所述结晶管内部；所述导流管内部空间和导流管与所述结晶管之间的空间形成导通的冷却流路；所述导流管的管壁外部包覆有绝热层。所述绝热层为套在所述导流管外部的绝热管。
本实施例中，导流管能够提供冷却空气的流道，冷却空气由导流管下部进入，经过导流管由上部进入结晶管，并沿着结晶管向下经过所述导流管与结晶管之间的冷却流路流出；绝热管能够防止冷、热空气换热，从而保证结晶管上部的温度较低，加强冷阱内的冷却效果；结晶管是设备钠侧的承压壳体，为钠中的杂质提供结晶床。
所述结晶管的非开口端采用封头封堵。封头为设备钠侧的承压壳体。所述导流管伸入所述结晶管内部的一端设置有防冲击装置。防冲击装置一方面提供冷却空气的流道分配，使冷却空气均匀进入所述结晶管。同时，防冲击装置改变了流入的冷却空气方向，能够保护封头免受高速气流的冲击。
所述防冲击装置包括流道分配部件和固定部件；所述流道分配部件正对所述导流管的端口；所述流道分配部件通过固定部件安装于所述结晶管中。
图2所示为本发明具体实施方式的一个应用。结晶冷却管设置于冷阱中，结晶冷却管的下部与变频风机的风路连接。
具体应用时，有以下步骤：
(1)冷阱上部温度点CT001与变频风机进行连锁，实现自动控制冷阱上部温度的功能。
(2)开启冷阱冷却系统，通过AA101和AA102阀门分别控制冷阱上部进风口和下部进风口的空气流量，对冷阱内部的钠进行冷却，进而实现钠中杂质从过饱和状态析出并结晶在结晶冷却管外壁和沉积在设备底部的工艺。
(3)通过钠系统中的阻塞计测量杂质浓度，从而获得设备收集杂质容量的数据。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用于除去钠中杂质的结晶冷却管，其特征在于：包括结晶管和导流管；所述结晶管为一端开口；所述导流管一端伸入所述结晶管内部；所述导流管内部空间和导流管与所述结晶管之间的空间形成导通的冷却流路；所述导流管的管壁外部包覆有绝热层。
2.如权利要求1所述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，其特征在于：所述绝热层为套在所述导流管外部的绝热管。
3.如权利要求1或2所述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，其特征在于：所述结晶管的非开口端采用封头封堵。
4.如权利要求3所述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，其特征在于：所述导流管伸入所述结晶管内部的一端设置有防冲击装置。
5.如权利要求4所述的用于除去钠中杂质的结晶冷却管，其特征在于：所述防冲击装置包括流道分配部件和固定部件；所述流道分配部件正对所述导流管的端口；所述流道分配部件通过固定部件安装于所述结晶管中。
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