CN114354881A - 测量碱金属中碳/氧的系统、方法及更换传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种测量碱金属中碳/氧的系统、方法及更换传感器的方法。测量液态碱金属中碳/氧含量的系统包括：液态碱金属接收管路，用于在测量过程中持续接收液态碱金属；加热室，用于接收来自液态碱金属接收管路的液态碱金属，并将接收的液态碱金属加热至预设温度；测量室，用于接收从加热室流出的液态碱金属，并测量液态碱金属中的碳/氧含量；以及液态碱金属流出管路，用于在测量过程中供测量室中的液态碱金属流出测量室。本申请的技术方案能够实现对液态碱金属中的碳/氧含量进行在线测量。
Description
技术领域
本发明涉及碱金属杂质成分测量技术领域，特别是涉及一种测量液态碱金属中碳/氧含量的系统和方法以及更换测量室中的碳/氧传感器的方法。
背景技术
快中子堆通常选择液态碱金属作为冷却剂。碱金属在其生产和使用过程中均会引入杂质。碱金属中存在的碳和氧杂质会对运输管道造成不良影响，为保证反应堆运行的安全性和长期运行的经济性，需要对碱金属中的碳和氧杂质进行测量。
发明内容
第一方面，本发明实施例提供了一种测量液态碱金属中碳/氧含量的系统，包括：
液态碱金属接收管路，用于在测量过程中持续接收液态碱金属；
加热室，用于接收来自所述液态碱金属接收管路的液态碱金属，并将接收的所述液态碱金属加热至预设温度；
测量室，用于接收从所述加热室出来的液态碱金属，并测量所述液态碱金属中的碳/氧含量；以及
液态碱金属流出管路，用于在测量过程中供所述测量室中的液态碱金属流出所述测量室。
第二方面，本发明实施例提供了一种测量液态碱金属中碳/氧含量的方法，包括以下步骤：
S11、向测量腔中充入惰性气体；
S12、将所述测量腔以及测量系统中各用于供液态碱金属流通的管路加热至第一预设温度；
S13、从液态碱金属工作回路向测量系统引入液态碱金属，以使引入所述测量系统的液态碱金属经由加热室后进入所述测量腔中，并经由返回管路循环回至所述液态碱金属工作回路；
S14、对所述加热室的加热管通电，以将进入所述加热室内的液态碱金属加热至第二预设温度，其中所述第二预设温度大于所述第一预设温度；
S15、使用温度传感器采集所述测量腔中液态碱金属的温度信号；使用碳/氧传感器采集所述测量腔中液态碱金属的碳/氧信号；根据所述碳/氧信号和所述温度信号确定所述液态碱金属的碳/氧含量。
第三方面，本发明实施例提供了一种更换测量室中的碳/氧传感器的方法，所述测量室为所述测量系统中的测量室，所述方法包括：
S21、停止从所述液态碱金属工作回路引出液态碱金属；
S22、继续将所述液态碱金属流出管路和液态碱金属返回管路加热至第一预设温度，停止对测量系统中用于供液态碱金属流通的其他管路加热；
S23、向所述测量腔中供应惰性气体，以利用气压将所述测量腔内的液态碱金属排出所述测量腔，并经由液态碱金属流出管路和液态碱金属返回管路送回所述液态碱金属工作回路；
S24、将所述测量室的壳体加热至第三预设温度，所述第三预设温度低于所述第一预设温度；停止对所述液态碱金属流出管路和液态碱金属返回管路加热；
S25、将所述壳体上安装的碳/氧传感器从所述安装接口卸下，并安装新的碳/氧传感器。
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测量液态碱金属中碳/氧含量的系统的示意性原理图；
图2是根据本发明一个实施例的加热室的示意性结构图；
图3是图2所示加热室的侧视图；
图4是根据本发明一个实施例的测量室的示意性结构图；
图5是根据本发明一个实施例的碳传感器的示意性结构图；以及
图6是根据本发明一个实施例的换热器的示意性结构图。
附图中：
10、测量室；11、壳体；111、测量腔；112、安装接口；12、进液口；13、出液口；14、通气口；15、温度传感器；16、碳/氧传感器；161、探头；162、密封连接件；17、碱金属泄露检测器；18、散热片；19、处理器；
20、换热器；21、外壳；210、壳程；211、壳程入口；212、壳程出口；22、内管；220、管程；221、管程入口；222、管程出口；
30、加热室；31、壳体；311、加热腔；312、入口；313、出口；32、加热管；
40、抽真空部；50、惰性气体瓶；51、减压阀；52、气阀门；60、惰性气体缓冲罐；61、气阀门；70、控制器；
101、液态碱金属接收管路；1011、阀门；1012、流量计；1013、压力计；1014、温度传感器；1015、保温层；102、输液管路；103、输液管路；104、进液管路；1041、碱金属检测器；105、液态碱金属流出管路；106、输液管路；107、合并管路；108、液态碱金属返回管路；109、气路；1091、气阀门；
200、液态碱金属工作回路；
810、杆部；821、碳参比电极；822、电解质；823、碳渗透膜；830、导线；840、绝缘固定部、841、绝缘部；850、电接头；860、密封连接件。
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。
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。
在相关技术中，对于中子反应堆钠回路中碳/氧杂质含量的分析方法主要依靠离线取样方式对所取样品进行分析。离线取样分析方法样品处理过程中容易造成污染，测量低浓度氧、碳的灵敏度较低。
由此，本申请实施例提供了一种测量液态碱金属中碳/氧含量的系统，能够对液态碱金属工作回路中的液态碱金属进行在线测量。液态碱金属工作回路例如可为反应堆主回路。
图1是根据本发明一个实施例的测量液态碱金属中碳/氧含量的系统的示意性原理图。参见图1，该测量系统包括液态碱金属接收管路101，加热室30，测量室10以及液态碱金属流出管路105。
液态碱金属接收管路101用于在测量过程中持续接收液态碱金属。
液态碱金属接收管路101例如可以与液态碱金属工作回路200连通。液态碱金属接收管路101上设置有阀门1011，当阀门1011开启时，液态碱金属接收管路101被导通，液态碱金属工作回路200中的液态碱金属流向液态碱金属接收管路101；当阀门1011关闭时，液态碱金属接收管路101被断开，液态碱金属工作回路200中的液态碱金属停止向液态碱金属接收管路101流动。
阀门1011可以为碱金属调节阀。通过调节阀门1011的开度可以调节碱金属的流量。当碱金属为钠时，阀门1011可以为钠调节阀。
液态碱金属接收管路101上可以设置流量计1012和压力计1013，以调节进入测量系统的液态碱金属的流量和压力。流量计1012可以为永磁式流量计。
加热室30用于接收来自液态碱金属接收管路101的液态碱金属，并将接收的液态碱金属加热至预设温度。
测量室10用于接收从加热室30流出的液态碱金属，并测量液态碱金属中的碳/氧含量。
液态碱金属流出管路105用于在测量过程中供测量室10中的液态碱金属流出测量室10。液态碱金属流出管路105上也设置有阀门，当阀门开启时，液态碱金属流出管路105被导通，测量室10中的液态碱金属通过出液口13流出测量室10；当阀门关闭时，液态碱金属流出管路105被断开，测量室10中的液态碱金属停止通过出液口13流出测量室10。
对于本申请的测量系统而言，在测量过程中，液态碱金属持续地进入液态碱金属接收管路101中。换言之，测量系统持续地接收液态碱金属，这些液态碱金属经加热后被输送至测量室10内进行测量。容易理解，进入测量室10内的液态碱金属也会持续不断地向外流出测量室10。
由此可见，本申请实施例的测量系统可实现对液态碱金属中的碳/氧含量进行在线测量。从而，降低了在测量过程中向液态碱金属中引入杂质的可能性，有利于提高测量精度。
测量系统还可包括：液态碱金属返回管路108，与液态碱金属流出管路105和液态碱金属工作回路200连通，用于将从测量室10流出的液态碱金属送回液态碱金属工作回路200。容易理解，在本申请较佳的实施例中，从测量室10流出的液态碱金属经由液态碱金属返回管路108返回液态碱金属工作回路200。从而，本申请的测量系统不会造成液态碱金属的损失。并且，可实现对液态碱金属中的碳/氧杂质进行实时监测。
在其他实施例中，从测量室10流出的液态碱金属也可不返回液态碱金属工作回路200，而用作其他用途。
图2是根据本发明一个实施例的加热室30的示意性结构图；图3是图2所示加热室30的侧视图。参见图2和图3，加热室30可包括壳体31和位于壳体31内的加热管32。
壳体31内限定形成加热腔311。壳体31上形成有入口312和出口313。入口312可以位于壳体31的底部，出口313可以位于壳体31的顶部，以便于加热管32对液态碱金属的加热更加均匀。壳体31的外表面设有温度传感器，用于采集壳体31的温度信号。
壳体31可以为卧式筒体状容器。加热管32沿筒体轴线横向插入壳体31内部，在加热腔311内设有支承结构支承加热管32。
在一些实施例中，加热室30的升温范围可以为300℃～680℃。加热管32的加热升温速率可以为15℃/h～30℃/h，控制精度±10℃，保证碱金属以0.05m3/h～0.2m3/h的流速流经加热室30后，测量室10中的碱金属温度可达到目标温度。容易理解，该目标温度对应测量碳或氧杂质时相应传感器的采集温度。
入口312可以与液态碱金属接收管路101连通，以接收来自液态碱金属接收管路101的液态碱金属。容易理解，在本申请中，“连通”意味着两者直接连通或两者通过其他管路或设备间接地连通。
出口313可以通过输液管路103与测量室10的进液口12连通，以将加热至预设温度后的液态碱金属输送至测量室10。
加热室30的底壁外侧还可设置碱金属泄露检测器，用于检测液态碱金属是否泄露。
需要注意的是，加热室30的壳体31的温度不能超过加热室30的设计温度，当壳体31的温度超过设计温度时，关停加热管32。
图4是根据本发明一个实施例的测量室10的示意性结构图。参见图4，测量室10包括：壳体11，进液口12、出液口13，温度传感器15以及碳/氧传感器16。
壳体11内部限定形成测量腔111。壳体11可以为圆柱形不锈钢容器。壳体11上开设有与测量腔111连通的进液口12和出液口13。
进液口12通过进液管路104与加热室30的出口313连通，用于供加热至预设温度后的液态碱金属流入测量腔111。
出液口13与液态碱金属流出管路105连通，用于供测量腔111内的液态碱金属流出。
温度传感器15用于采集测量腔111中的液态碱金属的温度信号。温度传感器15可以设置于壳体11外表面。例如，温度传感器15设置于壳体11中下部的外表面处。
碳/氧传感器16用于采集测量腔111中的液态碱金属的碳/氧信号。
容易理解，当碳/氧传感器16为碳传感器时，其用于采集液态碱金属的碳信号；当碳/氧传感器16为氧传感器时，其用于采集液态碱金属的氧信号。
在一些实施例中，碳/氧传感器16也可称为杂质传感器，该杂质传感器用于检测液态碱金属的碳/氧信号。
图5是根据本发明一个实施例的碳传感器的示意性结构图。该碳传感器能够测量碱金属中的碳含量。参见图5，碳传感器包括碳电池，用于根据电压变化检测碳含量。
碳电池包括：碳参比电极821，电解质822以及碳渗透膜823。
碳渗透膜823限定形成有测量腔，碳渗透膜823配置成仅允许液态碱金属中的碳进入测量腔。换言之，当将碳渗透膜823放置于液态碱金属中时，液态碱金属中的碳能够通过碳渗透膜823进入探测腔内，而液态碱金属中的其他成分如碱金属、氧杂质等则不能通过碳渗透膜823进入测量腔。
电解质822填充于测量腔内，碳参比电极821插设于电解质822中。电解质822用于通过发生氧化还原反应将碳从高浓度向低浓度转移，从而引起碳参比电极821的电压信号发生相应变化。
容易理解，碳参比电极821的电压信号的变化情况与碳浓度相关，根据电压信号的变化即可确定碱金属中的碳含量。
该碳传感器利用电化学碳浓差电池原理测量碳含量，可实现在碱金属流动状态下测量碱金属中的碳含量。
碳渗透膜823由允许碳通过的不锈钢薄膜制成。碳渗透膜823例如由022Cr19Ni10不锈钢薄膜制成。
碳参比电极821可以由石墨制成。碳参比电极821例如为石墨棒。
电解质822可包括碳酸钠、碳酸锂、碳酸钡、碳酸钙。
碳传感器还包括导线830。导线830与碳参比电极821电连接，用于传输碳参比电极821的电压信号。
碳传感器还包括杆部810，内部限定有容纳腔，用于布置导线830。杆部810可以由不锈钢制成。
碳传感器在惰性气体气氛中组装，因此杆部810的容纳腔内填充有惰性气体。
碳传感器还包括绝缘固定部840，设置于容纳腔内部，用于固定碳参比电极821，以及将碳参比电极821与杆部810绝缘。
碳传感器还包括：绝缘部841，设置于容纳腔内，用于将导线830与杆部810绝缘。
碳传感器还包括：电接头850和密封连接件860。电接头850设置于杆部810的另一侧端部，与导线830电连接。
电接头850可以与另一电接头可拆卸地电连接，从而将电压信号传输至其他设备。例如，电接头850可以与处理器的电接头电连接，将电压信号传输至处理器，以根据电压信号获得碳含量。
密封连接件860设置于电接头850与杆部810相接的部位，用于将杆部810可拆卸地密封安装于测量室10的安装接口112。密封连接件860可以具有法兰结构。
容易理解，本申请中用于测量室10的碳传感器并不限于具有上述结构的碳传感器。能用于在线测量碱金属中的碳含量的碳传感器均适用于本申请实施例的碳传感器。
在一些实施例中，测量室10还包括处理器19，用于根据碳/氧信号和温度信号确定液态碱金属的碳/氧含量。
在另一些实施例中，测量室10可不具有单独的处理器19，而是利用测量系统的处理器根据碳/氧信号和温度信号确定液态碱金属的碳/氧含量。
温度传感器15可以实时采集测量腔111中的液态碱金属的温度；碳/氧传感器16可以实时采集测量腔111中的液态碱金属的碳/氧信号；处理器19可以实时根据碳/氧信号和与温度信号确定液态碱金属的碳/氧含量。
如图4所示，进液口12可以设置于壳体11的底部，出液口13可以设置于壳体11的侧部，碳/氧传感器16的探头161位于测量腔111内，且低于出液口13的高度。从而在液态碱金属持续流入测量室10以及从测量室10持续向外流出的过程中，测量室10内始终保留有液面不低于出液口13的液态碱金属。如此，可保证碳/氧传感器16的探头161始终处于液面下方，能够实时采集相应的信号。
壳体11设有安装接口112，碳/氧传感器16通过安装接口112可拆卸地安装于测量腔111内。具体地，安装接口112可位于壳体11的顶部，碳/氧传感器16通过法兰安装于安装接口112。碳/氧传感器16的探头161伸入测量腔111内。
碳/氧传感器16可包括密封连接件162，以使碳/氧传感器16可拆卸地密封安装于安装接口112。由于碳/氧传感器16通过安装接口112可拆卸地安装于测量腔111内，从而在碳/氧传感器16发生损坏或测量精度下降时，只需要将碳/氧传感器16卸下直接更换新的碳/氧传感器16或对卸下的碳/氧传感器16进行维修即可，而不需要将测量室10从测量系统中拆除，也无需将整个测量室10拆开。
壳体11靠近安装接口112的部位可设置散热片18，以降低壳体11顶部的温度，从而尽量降低碳/氧传感器16相关部位的温度。
测量室10的底壁外侧还可设置碱金属泄露检测器17，用于检测液态碱金属是否泄露。
在一些实施例中，壳体11上还可开设有通气口14。通气口14可高于出液口13设置，以免液态碱金属从通气口14向外流动。在一些实施例中，出液口13可位于测量室10的中下部(高于进液口12)，通气口14可位于测量室10的中上部(高于出液口13)。
测量系统还可包括：抽真空部40，用于在液态碱金属进入液态碱金属接收管路101之前，通过通气口14对测量腔111进行抽真空，以尽量降低测量腔111中的氧、碳含量。
抽真空部40例如可以为真空泵。
在抽真空部40对测量腔111进行抽真空时，除了液态碱金属接收管路101上的阀门1011和液态碱金属返回管路108上的阀门关闭外，其他管路上的阀门可以均处于开启状态，以对整个测量系统进行抽真空。
测量系统还可包括：惰性气体供应部，用于在抽真空部40对测量腔111进行抽真空之后，向测量腔111中供应惰性气体，以使进入测量腔111中的液态碱金属处于惰性气体气氛中。
容易理解，在测量系统中引入液态碱金属之前，可利用惰性气体供应部向测量腔111中供应惰性气体。在测量系统中引入液态碱金属之后的测量过程中，惰性气体供应部不向测量腔111中供应惰性气体。
惰性气体例如可为氩气。
惰性气体供应部可包括惰性气体瓶50和惰性气体缓冲罐60。
惰性气体缓冲罐60可以为立式圆筒容器。在容器的侧面设有用于从惰性气体瓶50接收惰性气体的进口接管。容器顶部设有一个氩气出口、一个排气口和一个压力表口接管，容器底部设置一个排放口。
惰性气体瓶50流出的惰性气体经减压阀51和气阀门52流至惰性气体缓冲罐60。惰性气体缓冲罐60通过气路109与测量室10的通气口14连通。气阀门61用于控制惰性气体缓冲罐60是否向气路109提供惰性气体。气路109上设有气阀门1091，用于控制气路109的通断。
进液管路104还与液态碱金属返回管路108直接或间接地连通。惰性气体供应部还用于在测量结束后，液态碱金属流出管路105处于断开状态时，向测量腔111中供应惰性气体以使测量腔111内的液态碱金属在气压的作用下经由进液口12和进液管路104流至液态碱金属返回管路108。
参见图1，进液管路104可与输液管路103通过三通与合并管路107连通，合并管路107和输液管路106再通过三通与液态碱金属返回管路108连通。容易理解，在其他实施例中，也可以采用其他的管路连通方式。
进液管路104中还设置有碱金属检测器1041，用于检测进液管路104内部是否存在碱金属。当碱金属为钠时，碱金属检测器1041例如可以为钠存在探测器。
由于进液口12位于测量腔111的底部，当碱金属检测器1041检测进液管路104内部存在碱金属时，表明测量腔111内部还存在液态碱金属；当碱金属检测器1041检测进液管路104内部不存在碱金属时，表明测量腔111内部的液态碱金属已经排尽。
容易理解，碱金属泄露检测器17设置于测量室10的底壁外侧；碱金属检测器1041设置于进液管路104内部，两者的检测原理通常不同。
测量系统还可包括换热器20(或称之为省热器)，设置于液态碱金属接收管路101和加热室30之间，用于将进入加热室30之前的液态碱金属与从液态碱金属流出管路105中流出的液态碱金属进行换热。从而，液态碱金属在进入加热室30进行加热之前，先通过换热器20进行一次加热，以降低加热室30的能耗。
图6是根据本发明一个实施例的换热器20的示意性结构图。参见图6，换热器20包括内管22和外壳21。
内管22的内部空间即为换热器20的管程220。内管22具有与管程220连通的管程入口221和管程出口222，管程入口221与液态碱金属接收管路101连通，管程出口222通过输液管路102与加热室30的入口312连通。
外壳21套设于内管22外侧。外壳21与内管22之间的空间即为换热器20的壳程210。外壳21具有与壳程210连通的壳程入口211和壳程出口212，壳程入口211与液态碱金属流出管路105连通，壳程出口212与液态碱金属返回管路108直接或间接地连通。
例如，壳程出口212可以通过输液管路106与液态碱金属返回管路108连通。
进入壳程210的液态碱金属与进入管程220的液态碱金属会进行热量交换，从而对刚进入测量系统的液态碱金属进行一次加热。
换热器20可以为U型管壳式换热器。
换热器20的底壁外侧还可设置碱金属泄露检测器，用于检测液态碱金属是否泄露。
在一些实施例中，为了防止加热室30的壳体31的温度低于液态碱金属的凝固温度，可以在加热室30外部设置保温层，保温层内部设有加热丝，用于对加热室30的壳体31进行加热，以使加热室30的壳体31的温度高于液态碱金属的凝固温度。
在一些实施例中，为了防止测量室10的壳体11的温度低于液态碱金属的凝固温度，可以在壳体11外部设置保温层，保温层内部设有加热丝，用于对壳体11进行加热，以使壳体11的温度高于液态碱金属的凝固温度。
在一些实施例中，为了防止换热器20的外壳21的温度低于液态碱金属的凝固温度，可以在换热器20外部设置保温层，保温层内部设有加热丝，用于对换热器20的外壳21进行加热，以使换热器20的温度高于液态碱金属的凝固温度。
在一些实施例中，液态碱金属接收管路101、输液管路102、输液管路103、进液管路104、液态碱金属流出管路105、输液管路106、合并管路107、液态碱金属返回管路108、和/或与通气口14相接的气路109外部设置有保温层1015，且保温层1015内部设有加热丝，用于对相应的管路进行加热，以使管路的温度高于液态碱金属的凝固温度。
保温层的材料可以为纳米气凝胶绝热材料或传统硅酸铝保温材料。
各管路可以均为不锈钢管道。管路上可根据功能设置温度传感器。例如液态碱金属接收管路101上设有温度传感器1014。
各管路上可均设有阀门，以控制相应管路的通断。例如，液态碱金属接收管路101、液态碱金属流出管路105、液态碱金属返回管路108、以及与通气口14相接的管路(即气路109)均设有阀门。
碱金属流路上的阀门可以为电动不锈钢波纹管密封阀门。
测量系统还可包括控制器70，用于对各阀门的开关进行控制。控制器70还可以根据温度传感器15的温度信号控制加热室30的加热温度，以使测量室10中液态碱金属的温度满足测量要求。控制器70还可以控制各保温层中的加热丝的加热温度。
对于图1所示的测量系统，液态碱金属工作回路200中的液态碱金属进入测量系统后，经流量调节阀(即阀门1011)，流量计1012以及压力计1013进入换热器20的管程220进行一次加热，再进入加热室30，经二次加热后进入测量室10，由安装在测量室10的碳/氧传感器16采集碳/氧信号，由温度传感器15采集温度信号，之后从测量室10出来的高温碱金属进入换热器20的壳程210，经换热后流出换热器20，之后流出测量系统，返回液态碱金属工作回路200。由此可见，本申请实施例的测量系统既能够实现实时在线测量碱金属中的碳/氧杂质，同时也节省能源。
基于本申请实施例的测量系统，本申请还提供了一种测量液态碱金属中碳/氧含量的方法。
该测量方法包括步骤S11至步骤S15。
S11、向测量腔111中充入惰性气体。
S12、将测量腔111以及测量系统中各用于供液态碱金属流通的管路加热至第一预设温度。
S13、从液态碱金属工作回路200向测量系统引入液态碱金属，以使引入测量系统的液态碱金属经由加热室30后进入测量腔111中，并经由返回管路循环回至液态碱金属工作回路200。
S14、对加热室30的加热管32通电，以将进入加热室30内的液态碱金属加热至第二预设温度，其中第二预设温度大于第一预设温度。
S15、使用温度传感器15采集测量腔111中液态碱金属的温度信号；使用碳/氧传感器16采集测量腔111中液态碱金属的碳/氧信号；根据碳/氧信号和温度信号确定液态碱金属的碳/氧含量。
在步骤S12中，控制器70控制各保温层中的加热丝进行加热。第一预设温度高于碱金属的凝固温度，以确保碱金属正常流动。
在步骤S13中，在液态碱金属被引入加热室30之前，使液态碱金属与从测量腔111中流出且未流入返回管路的液态碱金属进行换热。
在步骤S14中，第二预设温度可根据碳/氧传感器16的需要设置。例如根据温度传感器15采集的壳体11的温度进行调节。
由此可见，本申请实施例的测量方法既能够实现实时在线测量碱金属中的碳/氧杂质，同时也节省能源。
在一些实施例中，测量方法还可包括步骤S16。
S16、测量结束后，停止从液态碱金属工作回路200引出液态碱金属；向测量腔111中供应惰性气体，以利用气压将测量腔111内的液态碱金属经由进液口12排出测量腔111，并经由液态碱金属流出管路105和液态碱金属返回管路108流回液态碱金属工作回路200。
具体地，参照图1，以碱金属为钠、惰性气体为氩为例，详细说明本申请实施例的测量方法。
1a.边界阀处于关闭状态(即液态碱金属接收管路101上的阀门1011和液态碱金属返回管路108上的阀门处于关闭状态)，开启测量系统的电气、通讯，以及其他阀门；向系统管路及设备中充入氩气，且氩气品质合格(水<50μL/L，氧<50μL/L)。
1b.开启钠管路及设备的外加热预热(即利用保温层中的加热丝进行加热)，加热温度(即第一预设温度)为200℃，所有阀门处于关闭状态。
1c.预热温度达到200℃恒温后，依次打开液态碱金属接收管路101的阀门、输液管路103的阀门、液态碱金属流出管路105的阀门、输液管路106的阀门、合并管路107的阀门、液态碱金属返回管路108的阀门，将液钠引入测量系统。
1d.调节阀门1011的开度，将流量调节为0.1m3/h，记录系统流量与钠压力。
1e.对加热室30的加热管32通电，将进入加热室30内的液钠加热至第二预设温度。该第二预设温度可根据测量室10的壳体11温度设置。测量室10的壳体11的温度由温度传感器15测量获得。
1f.开启碳/氧传感器16，采集碳/氧信号；并根据碳/氧信号和温度信号确定液钠的碳/氧含量。
如果测量系统持续实时测量液态碱金属工作回路200中液钠的碳/氧含量，则测量方法到上述步骤f即可。
如果测量系统需要结束测量，则测量方法还包括步骤g至步骤i。
1g.钠主回路(即液态碱金属工作回路200)正常运行时，将系统所有阀门关闭，测量室10、进液管路104、合并管路107以及液态碱金属返回管路108的加热丝开启加热至200℃，测量系统其它回路管路及设备的加热均停止并处于冷态。
1h.开启减压阀51，将分压调至1.0MPa，开启气阀门52和减压阀53，其中减压阀53的分压调至0.8MPa，向氩气缓冲罐中充氩气。
1i.测量室10排钠：依次开启气路109的气阀门1091、气阀门61、合并管路107的阀门、液态碱金属返回管路108的两个阀门，使钠液返回钠工作回路。约10分钟后，观察测量室10下方的钠存在探测器，确定无钠后依次关闭液态碱金属返回管路108的两个阀门、合并管路107的阀门、气路109的气阀门1091、气阀门61。
由此可见，本申请的测量系统和测量方法不但适合在线实时检测液态碱金属中的碳/氧杂质含量，还适合间隔检测液态碱金属中的碳/氧杂质含量，并且在测量过程中以及测量结束后不会造成碱金属的浪费。
本申请实施例还提供了一种更换测量系统中的碳/氧传感器16的方法。该更换方法包括步骤S21至步骤S25。
S21、停止从液态碱金属工作回路200引出液态碱金属。容易理解，在更换碳/氧传感器16之前，该测量系统仍在对碱金属中的碳/或氧杂质进行测量。
S22、继续将液态碱金属流出管路105和液态碱金属返回管路108加热至第一预设温度，停止对测量系统中用于供液态碱金属流通的其他管路加热。
S23、向测量腔111中供应惰性气体，以利用气压将测量腔111内的液态碱金属排出测量腔111，并经由液态碱金属流出管路105和液态碱金属返回管路108流回液态碱金属工作回路200。
S24、将测量室10的壳体11加热至第三预设温度，第三预设温度低于第一预设温度；停止对液态碱金属流出管路105和液态碱金属返回管路108加热。
S25、将壳体11上安装的碳/氧传感器16从安装接口112卸下，并安装新的碳/氧传感器16。
步骤S24中的第三预设温度高于碱金属的熔点，以防止测量室10的壳体11的内壁、特别是安装接口112处的碱金属凝固，影响法兰的拆卸。
由此可见，本申请的测量系统和更换方法可实现以碱金属为冷却剂的反应堆或实验回路的碱金属杂质实现监测及传感器的维修更换，并可保证安全运行。
在一些实施例中，更换方法在步骤S25之后还包括步骤S26至步骤S27。
S26、交替对测量腔111进行抽真空操作和充惰性气体操作，以对测量腔111进行气洗。
S27、向测量腔111充入惰性气体以使测量腔111内的气压为预设压力，并对测量腔111保压预设时间；其中预设压力大于1Mpa。
步骤S26用于排出测量系统中的空气。步骤S27用于保证测量室10的密封。
具体地，参照图1，以碱金属为钠、惰性气体为氩为例，详细说明本申请实施例的更换方法。
2a.钠主回路(即液态碱金属工作回路200)正常运行时，将测量系统所有阀门关闭，测量室10、进液管路104、合并管路107以及液态碱金属返回管路108的加热丝开启加热至200℃，测量系统其它回路管路及设备的加热均停止并处于冷态(即上述步骤1g)。
2b.开启减压阀51，将分压调至1.0MPa，开启气阀门52和减压阀53，其中减压阀53的分压调至0.8MPa，向氩气缓冲罐中充氩气(即上述步骤1h)。
2c.测量池排钠：依次开启气路109的气阀门1091、气阀门61、合并管路107的阀门、液态碱金属返回管路108的两个阀门，使钠液返回钠工作回路。约10分钟后，观察测量室10下方的钠存在探测器，确定无钠后依次关闭液态碱金属返回管路108的两个阀门、合并管路107的阀门、气路109的气阀门1091、气阀门61(即上述步骤1i)。
2d.将测量室10的壳体11的加热丝的目标温度设定为130℃，其他管路加热丝关闭。当壳体11的温度稳定到130℃后，打开壳体11安装接口112处的法兰，将旧的传感器探头取出，装入新的传感器探头。
2e.将测量室10上法兰固定好后，开启真空泵，打开气路109上的气阀门1091、阀门41，对测量腔111抽真空。之后关闭阀门41，打开气阀门61充氩气，反复3次，之后关闭所有阀门。
2f.打开气阀门1091、气阀门61向测量腔111中充入0.8MPa的氩气，观察缓冲罐上的压力表，进测量腔111保压。
2g.测量腔111保压3～8小时后，关闭气阀门1091、气阀门61，完成传感器的更换。
容易理解，更换完传感器后的测量系统可按照前述测量方法继续对液态碱金属的碳/氧杂质含量进行在线测量。
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 (21)
1.一种测量液态碱金属中碳/氧含量的系统，其特征在于，包括：
液态碱金属接收管路，用于在测量过程中持续接收液态碱金属；
加热室，用于接收来自所述液态碱金属接收管路的液态碱金属，并将接收的所述液态碱金属加热至预设温度；
测量室，用于接收从所述加热室流出的液态碱金属，并测量所述液态碱金属中的碳/氧含量；以及
液态碱金属流出管路，用于在测量过程中供所述测量室中的液态碱金属流出所述测量室。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液态碱金属接收管路与液态碱金属工作回路连通；
所述系统还包括：液态碱金属返回管路，与所述液态碱金属流出管路和所述液态碱金属工作回路连通，用于将从所述测量室流出的液态碱金属送回所述液态碱金属工作回路。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测量室包括：
壳体，其内部限定形成测量腔；
进液口，其通过进液管路与所述加热室的出口连通，用于供加热至预设温度后的液态碱金属流入所述测量腔；
出液口，与所述液态碱金属流出管路连通，用于供所述测量腔内的液态碱金属流出；
温度传感器，用于采集所述测量腔中液态碱金属的温度信号；
碳/氧传感器，用于采集所述测量腔中液态碱金属的碳/氧信号；
处理器，用于根据所述碳/氧信号和所述温度信号确定所述液态碱金属的碳/氧含量。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述壳体设有安装接口，所述碳/氧传感器包括密封连接件，以使所述碳/氧传感器可拆卸地密封安装于所述安装接口。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述测量室还包括通气口，
所述系统还包括：
抽真空部，用于在液态碱金属进入所述液态碱金属接收管路之前，通过所述通气口对所述测量腔进行抽真空。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
惰性气体供应部，用于在所述抽真空部对所述测量腔进行抽真空之后，向所述测量腔中供应惰性气体，以使进入所述测量腔中的液态碱金属处于惰性气体气氛中。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述进液口设置于所述壳体的底部，所述出液口设置于所述壳体的侧部，所述通气口高于所述出液口，
所述碳/氧传感器的探头位于所述测量腔内，且低于所述出液口的高度。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述进液管路还与所述液态碱金属返回管路连通；
所述惰性气体供应部还用于在测量结束后、所述液态碱金属流出管路处于断开状态时，向所述测量腔中供应惰性气体以使所述测量腔内的液态碱金属在气压的作用下经由所述进液口和所述进液管路流至所述液态碱金属返回管路。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述进液管路中设置有碱金属检测器，用于检测所述进液管路内部是否存在碱金属。
10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
换热器，设置于所述液态碱金属接收管路和所述加热室之间，用于将进入所述加热室之前的液态碱金属与从所述液态碱金属流出管路中流出的液态碱金属进行换热。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述换热器包括：
内管，具有管程入口和管程出口，所述管程入口与液态碱金属接收管路连通，所述管程出口与所述加热室的入口连通；和
外壳，套设于所述内管外，所述外壳具有壳程入口和壳程出口，所述壳程入口与所述液态碱金属流出管路连通，所述壳程出口与所述液态碱金属返回管路连通。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述加热室外部设置有保温层；和/或
所述换热器外部设置有保温层；和/或
所述测量室外部设置有保温层；和/或
所述液态碱金属接收管路、所述进液管路、液态碱金属流出管路、所述液态碱金属返回管路、和/或与所述通气口相接的管路外部设置有保温层；
其中所述保温层内部设有加热丝。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，
所述加热室、所述测量室和/或所述换热器的底壁外侧还设置有碱金属泄露检测器，用于检测液态碱金属是否泄露。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述液态碱金属接收管路、液态碱金属流出管路、所述液态碱金属返回管路、以及与所述通气口相接的管路均设有阀门；
所述系统还包括控制器，所述控制器用于：
控制各阀门的开关；和/或
根据所述测量室的温度传感器的温度信号控制所述加热室的加热温度；和/或
控制所述保温层中的加热丝的加热温度。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液态碱金属接收管路上设有流量计和压力计。
16.一种测量液态碱金属中碳/氧含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11、向测量腔中充入惰性气体；
S12、将所述测量腔以及测量系统中各用于供液态碱金属流通的管路加热至第一预设温度；
S13、从液态碱金属工作回路向测量系统引入液态碱金属，以使引入所述测量系统的液态碱金属经由加热室后进入所述测量腔中，并经由液态碱金属返回管路循环回至所述液态碱金属工作回路；
S14、对所述加热室的加热管通电，以将进入所述加热室内的液态碱金属加热至第二预设温度，其中所述第二预设温度大于所述第一预设温度；
S15、使用温度传感器采集所述测量腔中液态碱金属的温度信号；使用碳/氧传感器采集所述测量腔中液态碱金属的碳/氧信号；根据所述碳/氧信号和所述温度信号确定所述液态碱金属的碳/氧含量。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步骤S13中，在所述液态碱金属被引入所述加热室之前，使所述液态碱金属与从所述测量腔中流出且未流入所述液态碱金属返回管路的液态碱金属进行换热。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述测量腔具有：
进液口，用于供加热至第二预设温度后的液态碱金属流入所述测量腔；
出液口，用于供所述测量腔内的液态碱金属流出；
通气口，用于向所述测量腔中供应惰性气体；
其中，所述进液口设置于所述测量腔的底部，所述出液口设置于所述测量腔的侧部，所述通气口高于所述出液口，
所述碳/氧传感器的探头位于所述测量腔内，且低于所述出液口的高度。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括：
S16、测量结束后，停止从所述液态碱金属工作回路引出液态碱金属；向所述测量腔中供应惰性气体，以利用气压将所述测量腔内的液态碱金属经由所述进液口排出所述测量腔，并经由所述液态碱金属返回管路流回所述液态碱金属工作回路。
20.一种更换测量室中的碳/氧传感器的方法，其特征在于，所述测量室为权利要求8所述的系统中的测量室，所述方法包括：
S21、停止从所述液态碱金属工作回路引出液态碱金属；
S22、继续将所述液态碱金属流出管路和液态碱金属返回管路加热至第一预设温度，停止对测量系统中用于供液态碱金属流通的其他管路加热；
S23、向所述测量腔中供应惰性气体，以利用气压将所述测量腔内的液态碱金属排出所述测量腔，并经由液态碱金属流出管路和液态碱金属返回管路流回所述液态碱金属工作回路；
S24、将所述测量室的壳体加热至第三预设温度，所述第三预设温度低于所述第一预设温度；停止对所述液态碱金属流出管路和液态碱金属返回管路加热；
S25、将所述壳体上安装的碳/氧传感器从所述安装接口卸下，并安装新的碳/氧传感器。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在步骤S25之后还包括：
S26、交替对所述测量腔进行抽真空操作和充惰性气体操作，以对所述测量腔进行气洗；
S27、向所述测量腔充入惰性气体以使所述测量腔内的气压为预设压力，并对所述测量腔保压预设时间；其中所述预设压力大于1Mpa。
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