CN113314247B - 用于铅铋冷却反应堆的净化装置及净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种用于铅铋冷却反应堆的净化装置及净化方法，净化装置包括壳体、过滤组件和冷却件，其中，过滤组件设于壳体内，过滤组件包括外筒体；冷却件设于外筒体外，用于降低所述铅铋冷却反应堆中的铅铋合金的温度，使得铅铋合金中的杂质溶解析出。这种用于铅铋冷却反应堆的净化装置结构简单、集成度高、并且便于更换，有助于充分净化铅铋合金中的杂质，改善反应堆的安全性。

Description

用于铅铋冷却反应堆的净化装置及净化方法

技术领域

本发明的实施例涉及反应堆技术领域，具体涉及一种用于铅铋冷却反应堆的净化装置及净化方法。

背景技术

铅铋合金因其熔点低、沸点高、中子性能优异、化学惰性和导热率好成为反应堆冷却剂的首选。但是，利用铅铋合金作为冷却剂的反应堆在运行过程中，冷却剂内会不断产生腐蚀产物、裂变产物等杂质，杂质的累积会导致管道或设备的堵塞，严重危害反应堆的安全运行。目前，采用液态金属钠作为冷却剂的反应堆中设置净化系统，对冷却剂进行净化。但是，由于铅铋合金冷却剂中产生的杂质与液态金属钠冷却剂中产生的杂质种类及特性不同，无法利用上述现有的液态金属钠冷却剂的净化系统对铅铋合金冷却剂进行净化。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于铅铋冷却反应堆的净化装置及净化方法。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于铅铋冷却反应堆的净化装置，包括：壳体；过滤组件，所述过滤组件设于所述壳体内，所述过滤组件包括外筒体；冷却件，所述冷却件设于所述外筒体外，用于降低所述铅铋冷却反应堆中的铅铋合金的温度，使得所述铅铋合金中的杂质溶解析出。

可选地，所述过滤组件还包括内筒体，所述外筒体套设于所述内筒体。

可选地，还包括支撑件，所述支撑件设于所述壳体内，所述过滤组件固定于所述支撑件。

可选地，所述过滤组件底部设有配合件，所述配合件固定于所述支撑件，使得所述过滤组件固定于所述支撑件。

可选地，所述壳体设有密封盖。

可选地，所述密封盖设有氩气进口。

可选地，所述壳体底部设有进液口，所述进液口位于所述内筒体和所述外筒体之间。

可选地，所述壳体底部设有出液口，所述出液口位于所述内筒体内。

根据本发明的第二个方面，提供了一种对铅铋冷却反应堆中的铅铋合金冷却剂的净化方法，由本发明的第一个方面提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置对所述铅铋合金冷却剂进行净化，包括：冷却步骤，对所述铅铋合金冷却剂进行换热冷却，使得所述铅铋合金冷却剂中的杂质溶解析出；过滤步骤，过滤所述杂质，使得所述杂质留置于所述净化装置内。

可选地，在所述过滤步骤之前，还包括吸附步骤，所述杂质包括磁性杂质，吸附所述铅铋合金冷却剂中溶解析出的所述磁性杂质。

可选地，所述吸附步骤开始后，所述冷却步骤与所述吸附步骤同时进行。

可选地，还包括：排液步骤，向所述净化装置中充入氩气，使得净化后的所述铅铋合金冷却剂充分排出所述净化装置。

可选地，使得净化后的所述铅铋合金冷却剂向所述净化装置底部流动并排出，使得所述杂质留置于所述净化装置上部。

可选地，还包括清洗步骤，所述铅铋合金冷却剂全部排出后，对所述过滤组件附着的杂质进行清洗。

根据本发明的第三个方面，提供了一种铅铋冷却反应堆，包括：铅铋合金冷却剂管路；根据本发明的第一个方面提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置，所述净化装置连接于所述铅铋合金冷却剂管路。

与现有技术相比，本发明的实施例提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置结构简单、集成度高、并且便于更换，有助于充分净化铅铋合金中的杂质，改善反应堆的安全性。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的用于铅铋冷却反应堆的净化装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的过滤组件的结构示意图；

图3是根据图2所示的过滤组件的外形示意图；

图4是根据本发明一个实施例的用于铅铋冷却反应堆的净化装置本体的结构示意图。

应该注意的是，附图并未按比例绘制，并且出于说明目的，在整个附图中类似结构或功能的元素通常用类似的附图标记来表示。还应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本发明本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本发明的范围。

图中，10为壳体，20为过滤组件，30为支撑件，40为冷却件，11为密封盖，12为进液口，13为出液口，21为内筒体，22为外筒体，23为磁棒，24为杂质析出平台，25为测温件，26为提拉件，27为过滤件，28为配合件，111为氩气进口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

图1是根据本发明一个实施例的用于铅铋冷却反应堆的净化装置的结构示意图，参见图1，该净化装置包括壳体10、过滤组件20和冷却件40，过滤组件20设于壳体10内，过滤组件20包括外筒体22，冷却件40设于外筒体22外，用于降低铅铋冷却反应堆中的铅铋合金的温度，使得铅铋合金中的杂质溶解析出。在本发明的实施例中，冷却件40可以是不锈钢管，不锈钢管内设有水，用于对铅铋合金冷却剂进行换热。当铅铋合金冷却剂从壳体10底部进入净化装置时并向上流动时，冷却件40可以降低铅铋合金冷却剂的温度，使铅铋合金冷却剂中的金属元素或其它元素达到过饱和状态并析出，铅铋合金冷却剂继续向上流动进入过滤组件20，析出的金属元素或其它元素可以被磁棒23和过滤件27拦截，从而完成净化。

图2是根据本发明一个实施例的过滤组件20的结构示意图，参见图2，过滤组件20还包括外筒体22和磁棒23，磁棒23设于内筒体21和外筒体22之间，用于吸附铅铋冷却反应堆中的铅铋合金中的磁性杂质。磁棒23可以为钕铁硼磁铁，此种磁铁为永久性磁铁，一经磁化即能保持恒定磁性。在磁棒23的表面可以设有不锈钢保护套，有效保护磁棒23不易受损，可选地，不锈钢保护套可以为316L不锈钢材料，此种材料的耐腐蚀性强，可有效地保护磁棒23不被腐蚀。在其它实施例中，可以在磁棒23表面电镀金层、镍层或锌层，用于避免磁棒23受到腐蚀。在另一些实施例中，可以在磁棒23表面喷涂环氧树脂，用于保护磁棒23不受腐蚀。对磁棒23的表面处理方法还可以是磷化、电泳和真空气相沉积等，由于这些表面处理方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。外筒体22套设于内筒体21上，并且外筒体22的直径可以大于内筒体21的直径，内筒体21和外筒体22之间形成环隙，铅铋合金冷却剂从环隙中流入过滤组件20。

磁棒23的一端可拆卸连接于内筒体21，磁棒23的另一端可拆卸连接于外筒体22，便于磁棒23的更换。可选地，磁棒23和内筒体21、磁棒23和外筒体22之间的连接方式可以为螺纹连接。

过滤组件20还包括杂质析出平台24，杂质析出平台24设于内筒体21和外筒体22之间，杂质析出平台24可以为杂质析出提供析出平台，当铅铋合金冷却剂流经杂质析出平台24时，铅铋合金冷却剂中的杂质可以在此处析出。在本发明的实施例中，杂质析出平台24为恒温翅片。可选地，杂质析出平台24表面设有通孔，通孔均匀排布，用于铅铋合金冷却剂通过杂质析出平台24。

杂质析出平台24位于磁棒23的上部。在本发明的实施例中，内筒体21和外筒体22之间形成环隙，环隙自上而下设有杂质析出平台24和磁棒23，铅铋合金冷却剂从环隙进入过滤组件20，依次经过磁棒23和杂质析出平台24。

过滤组件20还包括测温件25，测温件25设于外筒体22顶部，用于监测过滤组件20内的温度。测温件25可以是热电偶。在其它实施例中，测温件25可以是热电阻或者热敏电阻。

过滤组件20还包括提拉件26，用于提拉过滤组件20，便于对过滤组件20进行更换。在本发明的实施例中，提拉件26为圆弧形提手。在其它实施例中，提拉件26可以是钩形提手，提拉件26也可以是拉环。

过滤组件20还包括过滤件27，过滤件27设于内筒体21内。在本发明的实施例中，过滤件27可以是不同填充密度的丝网。过滤件27可以用于过滤液体和支撑滤饼，滤饼指的是液体通过过滤件27后保留在过滤件27上的原液所含的固体物质。过滤件27可以采用织物介质、堆积介质和多孔固体介质等。织物介质是由玻璃丝、金属丝或纤维织成的网，这类介质能够截留颗粒的最小直径为5～6μm；堆积介质是由不同种类的固体颗粒堆积而成，可以用于深层过滤；多孔固体介质是指具有很多微孔的固体材料，可以用于过滤直径为1～3μm的微细颗粒。在本发明的实施例中，过滤件27采用丝网进行过滤。丝网填充密度可以根据反应堆杂质水平进行选择。可选地，过滤件27可以包括多层丝网，每一层丝网的填充密度可以相同，也可以不同，此种方式可以过滤不同密度的漂浮杂质。例如，过滤件27可以包括第一部分和第二部分，第一部分包含多层丝网，第二部分包含多层丝网，第一部分所包含的每一层丝网填充密度相同，第二部分所包含的每一层丝网填充密度相同，第一部分所包含的丝网与第二部分所包含的丝网填充密度不同，此种设置可以更加充分地过滤铅铋合金冷却剂中的漂浮杂质。或者，过滤件27可以包括第一部分、第二部分和第三部分，第一部分、第二部分与第三部分所包含的丝网填充密度都不同，可选地，丝网填充密度自上而下可以是134、192、249Kg/m³。在其它实施例中，过滤件27可以采用其他过滤介质。可选地，过滤件27可以选用不同的过滤介质。例如，过滤件27可以包括第一部分和第二部分，第一部分可以为丝网，第二部分可以为堆积介质，此种设置可以过滤铅铋合金冷却剂中不同直径的杂质颗粒。

图3是根据图2所示的过滤组件20的外形示意图。参见图3，外筒体22设有通孔，用于使铅铋合金冷却剂均匀进入或排出过滤组件20。

图4是本发明的一个实施例提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置本体的示意图。参见图4，本发明的实施例提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置还包括支撑件30，支撑件30设于壳体10内，过滤组件20可以固定于支撑件30。在一些实施例中，支撑件30可以是圆盘，圆盘固定于壳体10的两侧。在其它实施例中，支撑件30也可以为其他形状。可选地，支撑件30可以设有通孔，用于对铅铋合金冷却剂导流，使铅铋合金冷却剂流入过滤组件20。在另一些实施例中，支撑件30还可以是支撑架，支撑架的一端连接于壳体10底部，支撑架穿过内筒体21和外筒体22之间的环隙，支撑架的另一端连接于外筒体22的顶部，从而使得过滤组件20固定于装置本体。

过滤组件20底部设有配合件28，配合件28固定于支撑件30，使得过滤组件20固定于支撑件30。可选地，支撑件30可以设有固定部，配合件28固定于固定部。

在一些实施例中，固定部可以设为镰刀形孔，配合件28插入镰刀形孔的一端，并旋转至镰刀形孔的另一端，使配合件28卡合于镰刀形孔的另一端，使得配合件28固定于镰刀形孔。配合件28可以是螺栓，可以与螺母配合，使得配合件28更紧固地固定于镰刀形孔。在其它实施例中，配合件28可以是螺栓，螺栓是和螺母配合使用的圆柱形带有螺纹的紧固件，固定部可以设为通孔，螺栓插入通孔并与螺母配合，使得过滤组件20固定于支撑件30。这种设置方式，使得过滤组件20是可拆卸地固定于支撑件30，在更换过滤组件20时，只需要将螺母从螺栓上旋下，就可以将过滤组件20从支撑件30上拆下，便于过滤组件20的更换。

壳体10设有密封盖11。可选地，密封盖11为法兰盖，密封于壳体10顶部。可选地，壳体10可以设有紧固件，紧固件设于密封盖11，紧固件使得密封盖11密封于壳体10。在一些实施例中，紧固件可以为螺钉和垫圈，垫圈可以增大接触面积，保护零件，加强密封，将垫圈放置于密封盖11和螺钉之间，旋紧螺钉，使得密封盖11密封于壳体10。可选地，垫圈可以为石墨密封垫圈，石墨密封垫圈具有良好的防腐蚀性。在其它实施例中，紧固件还可以是螺栓和螺母，通过螺栓和螺母配合使得密封盖11密封于壳体10。

密封盖11设有氩气进口111。通过氩气进口111可向净化装置中充入氩气，用于使铅铋合金冷却剂更快地排出净化装置，并起到保护作用。本发明的实施例中，氩气进口111设于密封盖11的中部。在其它实施例中，氩气进口111也可以设于壳体10的其他位置。

壳体10底部设有进液口12，进液口12位于内筒体21和外筒体22之间。也就是说，进液口12的位置与内筒体21和外筒体22所形成的环隙的位置相对应，铅铋合金冷却剂可以通过进液口12进入环隙。

壳体10底部设有出液口13，出液口13位于内筒体21内。也就是说，出液口13的位置与内筒体21内的位置相对应，铅铋合金冷却剂在经过内筒体21内设有的过滤件27后，继续向下流动通过出液口13排出净化装置。

本发明的实施例提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置，进液口12和出液口13都设于壳体10的底部，采用下进下出的形式，是因为液态铅铋合金的密度大于杂质的密度，杂质在铅铋合金冷却剂中上浮，采用这种形式可以防止杂质堵塞进液口12和出液口13，并且延长杂质在净化装置中的停留时间，提高净化装置的净化效率。

利用本发明的实施例提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置对铅铋合金冷却剂进行净化时，将净化装置与反应堆冷却剂管路连接，借助铅铋泵使铅铋合金冷却剂流动，铅铋合金冷却剂通过进液口12进入净化装置，并流进过滤组件20中内筒体21和外筒体22所形成的环隙，在环隙中依次经过磁棒23和杂质析出平台24，磁棒23吸附铅铋合金冷却剂中的磁性杂质，冷却件40使得铅铋合金冷却剂的温度降低，杂质析出平台24为杂质析出提供平台，从而使得铅铋合金冷却剂中的杂质溶解析出，铅铋合金冷却剂流入内筒体21，经过滤件27过滤，将杂质拦截于过滤件27中，过滤后的铅铋合金冷却剂继续向下流动，通过出液口13排出净化装置。

当过滤组件20吸附大量杂质后，通过壳体10顶部的氩气进口111充入氩气，将残留在净化装置中的铅铋合金排出，打开密封盖11，即可实现过滤组件反冲洗或者更换操作。反冲洗，又称滤池冲洗，目的是清除截留在滤料层中的杂质，使滤池在短时间内恢复过滤能力。反冲洗方法可以是高速水流反冲洗、气——水反冲洗和表面辅助冲洗，由于反冲洗方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不再赘述。

本发明的实施例提供了一种对铅铋冷却反应堆中的铅铋合金冷却剂的净化方法，由本发明的第一个方面提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置对铅铋合金冷却剂进行净化，包括：冷却步骤，对铅铋合金冷却剂进行换热冷却，使得铅铋合金冷却剂中的杂质溶解析出；过滤步骤，过滤杂质，使得杂质留置于净化装置内。

在过滤步骤之前，还包括吸附步骤，杂质包括磁性杂质，吸附铅铋合金冷却剂中溶解析出的磁性杂质。

吸附步骤开始后，冷却步骤与吸附步骤同时进行。

还包括排液步骤，向净化装置中充入氩气，使得净化后的铅铋合金冷却剂充分排出净化装置。

使得净化后的铅铋合金冷却剂向净化装置底部流动并排出，使得杂质留置于净化装置上部。

还包括清洗步骤，铅铋合金冷却剂全部排出后，对过滤组件附着的杂质进行清洗。

本发明的实施例提供了一种铅铋冷却反应堆，包括：铅铋合金冷却剂管路；根据本发明的第一个方面提供的用于铅铋冷却反应堆的净化装置，净化装置连接于铅铋合金冷却剂管路。可选地，净化装置的进液口12连接于铅铋合金冷却剂管路，进液口12和铅铋合金冷却剂管路之间可以通过管路连接，也可以直接连接。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于铅铋冷却反应堆的净化装置，其特征在于，包括：

壳体；

过滤组件，所述过滤组件设于所述壳体内，所述过滤组件包括外筒体和磁棒；

冷却件，所述冷却件设于所述外筒体外，用于降低所述铅铋冷却反应堆中的铅铋合金的温度，使得所述铅铋合金中的杂质溶解析出；

所述过滤组件还包括内筒体，所述外筒体套设于所述内筒体；

还包括支撑件，所述支撑件设于所述壳体内，所述过滤组件固定于所述支撑件；

所述磁棒设于所述内筒体和所述外筒体之间，用于吸附铅铋冷却反应堆中的铅铋合金中的磁性杂质；

所述内筒体和所述外筒体之间形成环隙，

所述壳体底部设有进液口，所述进液口位于所述内筒体和所述外筒体之间，所述壳体底部设有出液口，所述出液口位于所述内筒体内；

铅铋合金冷却剂从环隙中流入所述过滤组件而被净化；

所述过滤组件还包括杂质析出平台，所述杂质析出平台设于所述内筒体和所述外筒体之间，所述杂质析出平台位于所述磁棒的上部；

所述过滤组件还包括过滤件，所述过滤件设于所述内筒体内。

2.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述过滤组件底部设有配合件，所述配合件固定于所述支撑件，使得所述过滤组件固定于所述支撑件。

3.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述壳体设有密封盖。

4.根据权利要求3所述的净化装置，其特征在于，所述密封盖设有氩气进口。

5.一种铅铋冷却反应堆，其特征在于，包括：

铅铋合金冷却剂管路；

权利要求1-4任一项所述的净化装置，所述净化装置连接于所述铅铋合金冷却剂管路。