CN112345307A - 一种液态重金属回路取样装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液态重金属回路取样装置，包括取样管道，取样管道的上端采用法兰一密封，取样管道的外壁的上半部设有冷却管，取样管道的下半部外壁外有保温层；取样管道的内部装设有衬管，衬管的上端采用衬管堵头封住；取样管道的下端与管道一的上端连接，管道一的下端与储液罐连通；管道一的侧部与管道二的一端连通，管道二的另一端接入回路低温区；管道一、储液罐和管道二的外部缠绕有加热丝，加热丝的外部包裹有保温层。本发明所述的液态重金属回路取样装置，可以实时获取运行中回路中的样品，也可获取回路储藏罐中的样品，可以全面反映回路运行不同时间后液态金属冷却剂中的杂质含量和种类。本发明还提供了所述取样装置的使用方法。

Description

一种液态重金属回路取样装置及其使用方法

技术领域

本发明属于液态重金属回路技术领域，尤其是涉及一种液态重金属回路取样装置及其使用方法。

背景技术

PbBi合金因其熔点低，沸点高，中子学性能优异、导热性好成为液态金属反应堆冷却剂的第一选择，已经在世界范围内开展广泛研究。液态金属冷却剂在运行过程中会腐蚀结构材料，从而产生杂质，腐蚀方式有溶解腐蚀、氧化腐蚀和冲刷腐蚀等。液态金属回路是反应堆技术研究以及验证的大型预研平台，且液态金属回路本身亦是反应堆组成的一部分，腐蚀试验回路一般为8字形回路，以换热器为界，分为热区和冷区，热区主要布置有腐蚀试验段、氧控试验段、膨胀罐等，冷区主要布置有泵、净化试验段、熔化罐、储藏罐等，冷区的运行温度一般在200℃-350℃，热区的温度一般在350-550℃，热区温度一般高于冷区温度50-200℃。冷区为了保证反应堆及其回路的安全运行，需要对液态金属冷却剂的种类及含量等进行研究，以确定净化对象，防止杂质聚集、堵塞、造成事故，要研究液态金属反应堆或者回路中的冷却剂，需要对其中的液态金属冷却剂进行取样分析。目前主要的取样方式是通过取样罐取不规则样品进行分析，通过成分分析确定冷却剂中溶解腐蚀的元素，通过样品截面扫描电镜分析确定杂质的尺寸和种类，但不规则样品进行截面分析时存在制样不方便，主要针对回路进行取样，无法获取储藏罐内不同高度液态金属冷却剂杂质的分布情况。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种回路中液态金属的取样装置，可以获取一定高度的圆柱形样品，既可以实时获取运行中回路中的样品，也可获取回路储藏罐中的样品，可以全面反映回路运行不同时间后液态金属冷却剂中的杂质含量和种类。本发明还提供了所述的液态重金属回路取样装置的使用方法。

本发明采用的技术方案是：

一种液态重金属回路取样装置，包括取样管道、法兰一、冷却管、衬管、衬管堵头、法兰二、管道一、储液罐和管道二；所述取样管道的上端采用所述法兰一密封，所述取样管道的上半部的侧壁外设有所述冷却管，所述取样管道的下半部的侧外设有保温层；

所述取样管道的内部装设有所述衬管，所述衬管的上端采用衬管堵头封住；所述取样管道的下端与所述管道一的上端通过所述法兰二连接，所述管道一的下端通过所述法兰三与所述储液罐连通；

所述管道一的侧部与所述管道二的一端连通，所述管道二的另一端接入回路低温区；所述管道一、所述储液罐和所述管道二的外部缠绕有加热丝，所述加热丝的外部包裹有保温层。

本发明所述的液态重金属回路取样装置，其中，所述管道一的位于所述储液罐和所述管道二之间的管道上设有阀门一，所述管道二上设有阀门二；

本发明所述的液态重金属回路取样装置，其中，所述回路低温区为回路低温区主管道或回路储藏罐。

本发明所述的液态重金属回路取样装置，其中，所述冷却管的下端和上端分别设有冷却水入口和冷却水出口。

本发明所述的液态重金属回路取样装置，其中，所述法兰三上还设有气路管道，所述气路管道上设有气阀。

本发明所述的液态重金属回路取样装置，其中，所述取样管道的下部外壁靠近所述法兰二处设有热电偶。

本发明所述的液态重金属回路取样装置，其中，所述衬管为聚四氟乙烯管，所述衬管堵头的材料为聚四氟乙烯。

本发明所述的液态重金属回路取样装置，其中，所述液态重金属为PbBi合金液态重金属。

本发明还提供了所述的液态重金属回路取样装置的使用方法，包括以下步骤：

(a)关闭阀门二，打开阀门一，在衬管的最上端装上衬管堵头，拧紧法兰一，打开气阀，抽真空，待真空度低于50Pa，关闭所述气阀，关闭所述阀门一；

(b)开启管道一、管道二和储液罐的加热保温系统，使其温度恒定在高于液态金属熔点5-30℃。打开所述阀门二，让回路低温区主管道或回路储藏罐中的液态金属冷却剂经所述管道二和所述管道一流入取样管道，等2-5min后，关闭所述阀门二；

(c)静置0.5-6h，打开冷却水，所述冷却水由冷却水入口进，冷却水出口出，待热电偶温度降至液态金属冷却剂熔点以上5-10℃时，打开所述阀门一，让所述取样管道中下部没有凝固的液态金属流入所述储液罐，然后关闭所述阀门一，停止所述管道一、所述管道二和所述储液罐的加热保温系统运行；

(d)待取样装置降至室温后，打开所述法兰一和法兰二，取下所述衬管堵头，利用外力将所述衬管中的圆柱形样品敲出，至此完成一次取样过程。

本发明有益效果：

1.本发明取样装置通过法兰一与取样对象连接，可以随时取样，既可以获取运行中回路中的样品，也可获取回路储藏罐中的样品。

2.本发明利用液态重金属中杂质密度比液态金属小，在液态金属中上浮的特点，采用冷却管冷却取样管道上半部分，取样管道下半部分液态金属通过阀门一和储液罐放空，避免了样品凝固在管道一和法兰二上导致法兰盘二无法打开，无法取样的问题。

3.本发明样品为圆柱样，与回路储藏罐连接时，可以通过分析圆柱样不同高度截面的样品来获得储藏罐内上下层杂质的情况，可以全面反映储藏罐内的杂质分布情况。

4.本发明衬管采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯低于327℃时有良好的机械性能，且其本身具有润滑作用，有利于样品从衬管中取出，而不损坏衬管，从而可以循环使用，节约成本。

附图说明

图1为回路低温区为回路低温区主管道时的液态金属回路取样装置的结构示意图；

图2为回路低温区为回路储藏罐时的液态金属回路取样装置的结构示意图；

图3为所述衬管堵头的结构示意图。

图中：1-取样管道；2-法兰一；3-冷却管；4-冷却水入口；5-冷却水出口；6-衬管；7-衬管堵头；8-热电偶；9-法兰二；10-管道一；11-阀门一；12-法兰三；13-储液罐；14-气路管道；15-气阀；16-管道二；17-阀门二；18-回路低温区主管道；19-回路储藏罐。

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如图1-3所示，一种液态重金属回路取样装置，包括取样管道1、法兰一2、冷却管3、冷却水入口4、冷却水出口5、衬管6、衬管堵头7、热电偶8、法兰二9、管道一10、阀门一11、法兰三12、储液罐13、气路管道14、气阀15、管道二16和阀门二17。

取样管道1的上端采用法兰一2密封，取样管道1的上半部的侧壁外设有冷却管3，冷却管3的下端和上端分别设有冷却水入口4和冷却水出口5，冷却管3为螺旋形，取样管道1的下半部的侧壁外设有保温层；

取样管道1的内部装设有衬管6，衬管6与取样管道1的长度相当，衬管6的外壁紧贴着取样管道1的内壁，衬管6的上端采用衬管堵头7封住，衬管堵头7的纵截面为T形；取样管道1的下端与管道一10的上端通过法兰二9连接，管道一10的下端通过法兰三12与储液罐13连通；取样管道1的下部外壁靠近法兰二9处设有热电偶8；法兰三12上还设有气路管道14，气路管道14上设有气阀15；

管道一10的侧部与管道二16的一端连通，管道二16的另一端接入回路低温区，所述回路低温区为回路低温区主管道18或回路储藏罐19；管道一10的位于储液罐13和管道二16之间的管道上设有阀门一11，管道二16上设有阀门二17；管道一10、储液罐13和管道二16的外部缠绕有加热丝，所述加热丝的外部包裹有保温层。

衬管6为聚四氟乙烯管，衬管堵头7的材料为聚四氟乙烯。

所述液态重金属为PbBi合金液态重金属。

本发明所述的液态金属回路取样装置的使用方法如下：

(a)关闭阀门二17，打开阀门一11，在衬管6的最上端装上衬管堵头7，拧紧法兰一2，打开气阀15，抽真空，待真空度低于50Pa，关闭气阀15，关闭阀门一11。

(b)开启管道一10、管道二16和储液罐13的加热保温系统，使其温度恒定在高于液态金属熔点5-30℃。打开阀门二17，让回路低温区主管道18或回路储藏罐19中的液态金属冷却剂经管道二16和管道一10流入取样管道1，等2-5min后，关闭阀门二17。

(c)静置0.5-6h，打开冷却水，所述冷却水由冷却水入口4进，冷却水出口5出，待热电偶8温度降至液态金属冷却剂熔点以上5-10℃时，打开阀门一11，让取样管道1中下部没有凝固的液态金属流入储液罐13，然后关闭阀门一11，停止管道一10、管道二16和储液罐13的加热保温系统运行。

(d)待取样装置降至室温后，打开法兰一2和法兰二9，取下衬管堵头7，利用外力将衬管6中的圆柱形样品敲出，至此完成一次取样过程。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种液态重金属回路取样装置，其特征在于：包括取样管道(1)、法兰一(2)、冷却管(3)、衬管(6)、衬管堵头(7)、法兰二(9)、管道一(10)、储液罐(13)和管道二(16)；所述取样管道(1)的上端采用所述法兰一(2)密封，所述取样管道(1)的上半部的侧壁外设有所述冷却管(3)，所述取样管道(1)的下半部的侧壁外设有保温层；

所述取样管道(1)的内部装设有所述衬管(6)，所述衬管(6)的上端采用衬管堵头(7)封住；所述取样管道(1)的下端与所述管道一(10)的上端通过所述法兰二(9)连接，所述管道一(10)的下端通过所述法兰三(12)与所述储液罐(13)连通；

所述管道一(10)的侧部与所述管道二(16)的一端连通，所述管道二(16)的另一端接入回路低温区；所述管道一(10)、所述储液罐(13)和所述管道二(16)的外部缠绕有加热丝，所述加热丝的外部包裹有保温层。

2.根据权利要求1所述的液态重金属回路取样装置，其特征在于：所述管道一(10)的位于所述储液罐(13)和所述管道二(16)之间的管道上设有阀门一(11)，所述管道二(16)上设有阀门二(17)。

3.根据权利要求1所述的液态重金属回路取样装置，其特征在于：所述回路低温区为回路低温区主管道(18)或回路储藏罐(19)。

4.根据权利要求1所述的液态重金属回路取样装置，其特征在于：所述冷却管(3)的下端和上端分别设有冷却水入口(4)和冷却水出口(5)。

5.根据权利要求1所述的液态重金属回路取样装置，其特征在于：所述法兰三(12)上还设有气路管道(14)，所述气路管道(14)上设有气阀(15)。

6.根据权利要求1所述的液态重金属回路取样装置，其特征在于：所述取样管道1的下部外壁靠近所述法兰二(9)处设有热电偶(8)。

7.根据权利要求1所述的液态重金属回路取样装置，其特征在于：所述衬管(6)为聚四氟乙烯管，所述衬管堵头(7)的材料为聚四氟乙烯。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的液态重金属回路取样装置，其特征在于：所述液态重金属为PbBi合金液态重金属。

9.权利要求1-8任意一项所述的液态重金属回路取样装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)关闭阀门二(17)，打开阀门一(11)，在衬管(6)的最上端装上衬管堵头(7)，拧紧法兰一(2)，打开气阀(15)，抽真空，待真空度低于50Pa，关闭所述气阀(15)，关闭所述阀门一(11)；

(b)开启管道一(10)、管道二(16)和储液罐(13)的加热保温系统，使其温度恒定在高于液态金属熔点5-30℃。打开所述阀门二(17)，让回路低温区主管道(18)或回路储藏罐(19)中的液态金属冷却剂经所述管道二(16)和所述管道一(10)流入取样管道(1)，等2-5min后，关闭所述阀门二(17)；

(c)静置0.5-6h，打开冷却水，所述冷却水由冷却水入口(4)进，冷却水出口(5)出，待热电偶(8)温度降至液态金属冷却剂熔点以上5-10℃时，打开所述阀门一(11)，让所述取样管道(1)中下部没有凝固的液态金属流入所述储液罐(13)，然后关闭所述阀门一(11)，停止所述管道一(10)、所述管道二(16)和所述储液罐(13)的加热保温系统运行；

(d)待取样装置降至室温后，打开所述法兰一(2)和法兰二(9)，取下所述衬管堵头(7)，利用外力将所述衬管(6)中的圆柱形样品敲出，至此完成一次取样过程。

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