CN115957560B - 一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，涉及液态金属技术领域，包括工作罐、冷却装置、过滤装置、液体驱动泵和循环管，工作罐上部设置有加液管，工作罐的输出口与冷却装置的输入口通过第一连接管连通，冷却装置的输出口与过滤装置的输入口通过第二连接管连通，过滤装置的输出口通过第三连接管分别与循环管的输入端和回液管的输入端连通，循环管的输出端与工作罐的上部连通，加液管上设置有第一阀门，循环管上设置有第二阀门，回液管上设置有第三阀门，第三连接管上设置有液体驱动泵，工作罐内设置有加热组件，能够防止实验管路堵塞，提高实验回路的可靠性，为实验回路中换热设备实验研究的开展提供技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及液态金属技术领域，特别是涉及一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统。
背景技术
以液态铅铋合金为冷却工质的小型高效核动力反应堆是国际上核能发展的前沿领域，液态铅铋合金和超临界二氧化碳耦合传热形式的小型反应堆更适合建设在边远山区，孤远岛礁等地，并且也在航天、深海探测等军民融合领域具有重大应用前景。
液态铅铋合金反应堆主回路的换热器的开发已成为换热系统中研究的热点，但国内外对液态铅铋传热特性的研究还不够充分，现有的文献中所提供的试验数据数量有限、不系统，因此有必要充分的研究液态铅铋传热特性，研究液态铅铋与不同工质耦合换热特性，进而开发高效的主回路换热器。
液态铅铋合金腐蚀性大，尤其在高温条件下，其腐蚀特性更为显著；虽然目前可以采用氧控技术一定程度上缓解和减缓腐蚀，但腐蚀所产生的的氧化物或杂质仍有堵塞换热设备孔道的风险，一旦出现该种情况，实验系统必须停止，并且堵塞的孔道的疏通难度极大。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够防止实验管路堵塞，提高实验回路的可靠性，为实验回路中换热设备实验研究的开展提供技术保障。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，包括工作罐、冷却装置、过滤装置、液体驱动泵和循环管，所述工作罐上部设置有加液管，所述加液管用于与液态铅铋合金实验回路中的液态铅铋合金排出口连通，所述工作罐的输出口与所述冷却装置的输入口通过第一连接管连通，所述冷却装置的输出口与所述过滤装置的输入口通过第二连接管连通，所述过滤装置的输出口通过第三连接管分别与所述循环管的输入端和回液管的输入端连通，所述循环管的输出端与所述工作罐的上部连通，所述回液管的输出端用于与液态铅铋合金实验回路中的液态铅铋合金加入口连通，所述加液管上设置有第一阀门，所述循环管上设置有第二阀门，所述回液管上设置有第三阀门，所述第三连接管上设置有液体驱动泵，所述工作罐内设置有加热组件能够对液态铅铋合金加热，所述冷却装置能够对液态铅铋合金降温至析出金属氧化物。
优选的，还包括抽真空管和充氮管，所述第二连接管上设置有第四阀门，所述第三连接管上设置有第五阀门，所述第二连接管上位于第四阀门与所述过滤装置之间的管路上与所述抽真空管的一端连通，所述抽真空管上设置有第六阀门，所述充氮管与所述循环管连通，所述充氮管上设置有第七阀门。
优选的，所述冷却装置包括若干个并联的冷却器。
优选的，所述冷却器为冷阱。
优选的，所述冷阱包括冷阱壳体和螺旋翅片管，所述螺旋翅片管位于所述冷阱壳体内，所述冷阱壳体上设置有输入管和输出管分别与所述螺旋翅片管的输入端和输出端连通，所述输入管和所述输出管上分别设置有第八阀门和第九阀门。
优选的，还包括压差变送器，所述压差变送器的两端分别与所述过滤装置的输入端和输出端连通。
优选的，所述过滤装置包括若干个并联的过滤器。
优选的，所述过滤器包括过滤筒体、滤网组件、上部反法兰和下部反法兰，所述滤网组件位于所述过滤筒体内，所述滤网组件包括上部法兰圈、滤网支撑板、下部法兰圈和滤网，所述滤网支撑板的上下两端分别固定所述上部法兰圈和所述下部法兰圈，所述滤网固定覆盖在所述下部法兰圈的外表面上和所述滤网支撑板的外表面上，所述下部法兰圈上固定设置有顶在所述过滤筒体内壁上的滤网周向定位块，所述过滤筒体上端开口处设置有与上部反法兰固定连接的上部正法兰，所述过滤筒体下端开口处设置有与下部反法兰固定连接的下部正法兰，所述上部正法兰上与所述上部反法兰的对接面上设置有上凹槽，所述上部反法兰上与所述上部正法兰的对接面上设置有下凹槽，所述上凹槽和所述下凹槽形成法兰圈容置腔，所述法兰圈容置腔固定所述法兰圈。
优选的，所述滤网为金属丝网或多孔陶瓷，所述下部反法兰的排出口形状为锥形。
优选的，所述液体驱动泵为液态金属泵，所述加热组件为电加热器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，在大颗粒杂质过滤工况中：第一阀门和第三阀门开启，第二阀门关闭，从实验回路中经过热交换排出的液体铅铋合金经过加液管注入工作罐内，经过工作罐内的加热组件加热至500℃以上，然后流经冷却装置进入过滤装置内(此时冷却装置不工作)，冷却装置对液体铅铋合金进行过滤，滤除大颗粒杂质和未溶化的金属氧化物等后经回液管重新进入实验回路进行热交换；
在金属氧化物过滤工况中：待实验回路中经过热交换排出的液体铅铋合金经过加液管注入工作罐内后，关闭第一阀门和第三阀门，开启第二阀门，从工作罐内流出的液态铅铋合金进入冷却装置内，冷却装置对其进行冷却降温，使金属氧化物等杂质析出，同时保持液体铅铋合金的温度不低于200℃以保证液态铅铋合金的流动性，降温后的液态铅铋合金流经过滤装置进行过滤金属氧化物等杂质，并在液体驱动泵的作用下通过循环管从新进入工作罐，直至金属氧化物滤除量达到要求，重新切换至大颗粒杂质过滤状态。
应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统在大颗粒过滤工况，能够对试验回路中的液态铅笔合金进行大颗粒杂质和未溶化的及金属氧化物等进行过滤，在金属氧化物过滤工况能够对液态铅铋合金中的金属氧化物等杂质析出进行过滤，从而，能够防止实验管路堵塞，提高实验回路的可靠性，为实验回路中换热设备实验研究的开展提供技术保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统的结构示意图；
图2为过滤器的结构示意图；
图3为滤网组件的结构示意图；
图中：1-工作罐，2-冷却装置，3-过滤装置，4-液体驱动泵，5-循环管，6-加液管，7-第一连接管，8-第二连接管，9-第三连接管，10-回液管，11-第一阀门，12-第二阀门，13-第三阀门，14-抽真空管，15-充氮管，16-第四阀门，17-第五阀门，18-第六阀门，19-第七阀门，20-冷阱，21-压差变送器，22-过滤器，23-第十阀门；
101-加热组件；
2001-冷阱壳体，2002-螺旋翅片管，2003-输入管，2004-输出管，2005-第八阀门，2006-第九阀门；
2201-过滤筒体，2202-滤网组件，2203-上部反法兰，2204-下部反法兰，2205-上部正法兰，2206-下部正法兰，2207-法兰圈容置腔，2208-上部法兰圈，2209-滤网支撑板，2210-下部法兰圈，2211-滤网，2212-周向定位块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明的目的是提供一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够防止实验管路堵塞，提高实验回路的可靠性，为实验回路中换热设备实验研究的开展提供技术保障。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，如图1～3所示，应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统包括工作罐1、冷却装置2、过滤装置3、液体驱动泵4和循环管5，工作罐1上部设置有加液管6，加液管6用于与液态铅铋合金实验回路中的液态铅铋合金排出口连通，工作罐1的输出口与冷却装置2的输入口通过第一连接管7连通，冷却装置2的输出口与过滤装置3的输入口通过第二连接管8连通，过滤装置3的输出口通过第三连接管9分别与循环管5的输入端和回液管10的输入端连通，循环管5的输出端与工作罐1的上部连通，回液管10的输出端用于与液态铅铋合金实验回路中的液态铅铋合金加入口连通，加液管6上设置有第一阀门11，循环管5上设置有第二阀门12，回液管10上设置有第三阀门13，第三连接管9上设置有液体驱动泵4，工作罐1内设置有加热组件101能够对液态铅铋合金加热，冷却装置2能够对液态铅铋合金降温至析出金属氧化物。
具体的，液体驱动泵4为液态金属泵，加热组件101为电加热器，第一连接管7上设置有第十阀门23。
具体实施时，应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统不仅适用于液态铅铋合金的过滤，也适用于液体金属铅、钠和汞等其它液态金属的过滤，下面以液态铅铋合金为过滤对象进行说明；
大颗粒杂质过滤工况：第一阀门11和第三阀门13开启，第二阀门12关闭，从实验回路中经过热交换排出的液体铅铋合金经过加液管6注入工作罐1内，经过工作罐1内的加热组件101加热至500℃以上，并保持在500℃以上，然后流经冷却装置2进入过滤装置3内(此时冷却装置2不工作)，冷却装置2对液体铅铋合金进行过滤，滤除大颗粒杂质和未溶化的金属氧化物等后经回液管10重新进入实验回路进行热交换；
金属氧化物过滤工况：待实验回路中经过热交换排出的液体铅铋合金经过加液管6注入工作罐1内后，关闭第一阀门11和第三阀门13，开启第二阀门12，从工作罐1内流出的液态铅铋合金进入冷却装置2内，冷却装置2对其进行冷却降温，使金属氧化物等杂质析出，同时保持液体铅铋合金的温度不低于200℃以保证液态铅铋合金的流动性，降温后的液态铅铋合金流经过滤装置3进行过滤金属氧化物等杂质，并在液体驱动泵4的作用下通过循环管5从新进入工作罐1，直至金属氧化物滤除量达到要求，重新切换至大颗粒杂质过滤状态。
应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统在大颗粒过滤工况时，能够对试验回路中的液态铅笔合金进行大颗粒杂质和未溶化的及金属氧化物等进行过滤，在金属氧化物过滤工况时能够对液态铅铋合金中的金属氧化物等杂质析出进行过滤，从而，能够防止实验管路堵塞，提高实验回路的可靠性，为实验回路中换热设备实验研究的开展提供技术保障。
进一步的，应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统还包括抽真空管14和充氮管15，第二连接管8上设置有第四阀门16，第三连接管9上设置有第五阀门17，第二连接管8上位于第四阀门16与过滤装置3之间的管路上与抽真空管14的一端连通，抽真空管14上设置有第六阀门18，充氮管15与循环管5连通，充氮管15上设置有第七阀门19。
具体实施时，在对过滤装置3中的滤网2211拆卸保养过程中，关闭第一阀门11、第三阀门13和第六阀门18，开启第二阀门12、第四阀门16和第五阀门17，充氮管15与供氮管路连通，开启第七阀门19，进行充氮，充氮完成后，关闭第七阀门19、第四阀门16和第五阀门17，再进行过滤装置3中的滤网2211更换，滤网2211更换完成后，开启第六阀门18，抽真空管14路连接冲真空设备进行抽真空，待抽真空完成后，开启第四阀门16和第五阀门17，再进行抽真空，直至氮气抽完，能够避免空气污染应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统和实验回路；
值得注意的是，在大颗粒杂质过滤工况下和金属氧化物过滤工况下，第四阀门16和第五阀门17均开启，第六阀门18和第七阀门19均关闭。
进一步的，冷却装置2包括若干个并联的冷却器，若干个并联的冷却器可以同时开启，也可以轮流开启，图1中只显示1个冷却器。
进一步的，冷却器为冷阱20。
进一步的，冷阱20包括冷阱壳体2001和螺旋翅片管2002，螺旋翅片管2002位于冷阱壳体2001内，冷阱壳体2001上设置有输入管2003和输出管2004分别与螺旋翅片管2002的输入端和输出端连通，输入管2003和输出管2004上分别设置有第八阀门2005和第九阀门2006。
具体实施时，在金属氧化物过滤工况下，开启第八阀门2005和第九阀门2006，使冷却工质进入螺旋翅片管2002对冷阱20内的液态铅铋合金进行冷却，在大颗粒杂质过滤工况下，关闭第八阀门2005和第九阀门2006，冷却工质可以为水、二氧化碳、空气或者导热油等。
进一步的，还包括压差变送器21，压差变送器21的两端分别与过滤装置3的输入端和输出端连通。
具体实施时，在金属氧化物过滤工况下，在过滤过程中，压差变送器21显示的压差不稳定，一直在变化，待过滤器22进出口差压不发生变化时，过滤完成，可以切换成大颗粒杂质过滤工况，方便工作人员进行判断操作。
进一步的，过滤装置3包括若干个并联的过滤器22，若干个并联的过滤器22可以同时开启，也可以轮流开启，图1中只显示1个过滤器22。
进一步的，过滤器22包括过滤筒体2201、滤网组件2202、上部反法兰2203和下部反法兰2204，滤网组件2202位于过滤筒体2201内，滤网组件2202包括上部法兰圈2208、滤网支撑板2209、下部法兰圈2210和滤网2211，滤网支撑板2209的上下两端分别固定上部法兰圈2208和下部法兰圈2210，滤网2211固定覆盖在下部法兰圈2210的外表面上和滤网支撑板2209的外表面上，下部法兰圈2210上固定设置有顶在过滤筒体2201内壁上的滤网2211周向定位块2212，过滤筒体2201上端开口处设置有与上部反法兰2203固定连接的上部正法兰2205，过滤筒体2201下端开口处设置有与下部反法兰2204固定连接的下部正法兰2206，上部正法兰2205上与上部反法兰2203的对接面上设置有上凹槽，上部反法兰2203上与上部正法兰2205的对接面上设置有下凹槽，上凹槽和下凹槽形成法兰圈容置腔2207，法兰圈容置腔2207固定法兰圈。
值得注意的是，过滤器22由过滤筒体2201、滤网组件2202、上部反法兰2203和下部反法兰2204组成，滤网组件2202由上部法兰圈2208、滤网支撑板2209、下部法兰圈2210和滤网2211组成，方便拆卸，便于维护；滤网2211固定覆盖在下部法兰圈2210的外表面上和滤网支撑板2209的外表面上，过滤面积大，可缩短过滤时间；
具体的，滤网2211为金属丝网或多孔陶瓷，不仅耐腐蚀也耐高温，使用寿命长。
进一步的，下部反法兰2204的排出口形状为锥形，能够液态铅铋合金粘在法兰板上。
综上，上述实施中的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统在大颗粒过滤工况，能够对试验回路中的液态铅笔合金进行大颗粒杂质和未溶化的及金属氧化物等进行过滤，在金属氧化物过滤工况能够对液态铅铋合金中的金属氧化物等杂质析出进行过滤，从而，能够防止实验管路堵塞，提高实验回路的可靠性，为实验回路中换热设备实验研究的开展提供技术保障。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：包括：工作罐、冷却装置、过滤装置、液体驱动泵和循环管，所述工作罐上部设置有加液管，所述加液管用于与液态铅铋合金实验回路中的液态铅铋合金排出口连通，所述工作罐的输出口与所述冷却装置的输入口通过第一连接管连通，所述冷却装置的输出口与所述过滤装置的输入口通过第二连接管连通，所述过滤装置的输出口通过第三连接管分别与所述循环管的输入端和回液管的输入端连通，所述循环管的输出端与所述工作罐的上部连通，所述回液管的输出端用于与液态铅铋合金实验回路中的液态铅铋合金加入口连通，所述加液管上设置有第一阀门，所述循环管上设置有第二阀门，所述回液管上设置有第三阀门，所述第三连接管上设置有液体驱动泵，所述工作罐内设置有加热组件能够对液态铅铋合金加热，所述冷却装置能够对液态铅铋合金降温至析出金属氧化物；
在大颗粒杂质过滤工况中：第一阀门和第三阀门开启，第二阀门关闭，从实验回路中经过热交换排出的液体铅铋合金经过加液管注入工作罐内，经过工作罐内的加热组件加热至500℃以上，然后流经冷却装置进入过滤装置内，此时冷却装置不工作，冷却装置对液体铅铋合金进行过滤，滤除大颗粒杂质和未溶化的金属氧化物后经回液管重新进入实验回路进行热交换；
在金属氧化物过滤工况中：待实验回路中经过热交换排出的液体铅铋合金经过加液管注入工作罐内后，关闭第一阀门和第三阀门，开启第二阀门，从工作罐内流出的液态铅铋合金进入冷却装置内，冷却装置对其进行冷却降温，使金属氧化物杂质析出，同时保持液体铅铋合金的温度不低于200℃以保证液态铅铋合金的流动性，降温后的液态铅铋合金流经过滤装置进行过滤金属氧化物杂质，并在液体驱动泵的作用下通过循环管重新进入工作罐，直至金属氧化物滤除量达到要求，重新切换至大颗粒杂质过滤状态。
2.根据权利要求1所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：还包括抽真空管和充氮管，所述第二连接管上设置有第四阀门，所述第三连接管上设置有第五阀门，所述第二连接管上位于第四阀门与所述过滤装置之间的管路上与所述抽真空管的一端连通，所述抽真空管上设置有第六阀门，所述充氮管与所述循环管连通，所述充氮管上设置有第七阀门。
3.根据权利要求1所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：所述冷却装置包括若干个并联的冷却器。
4.根据权利要求3所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：所述冷却器为冷阱。
5.根据权利要求4所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：所述冷阱包括冷阱壳体和螺旋翅片管，所述螺旋翅片管位于所述冷阱壳体内，所述螺旋翅片管的输入管和输出管位于所述冷阱壳体上设置有输入管和输出管分别与所述螺旋翅片管的输入端和输出端连通，所述输入管和所述输出管上分别设置有第八阀门和第九阀门。
6.根据权利要求5所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：还包括压差变送器，所述压差变送器的两端分别与所述过滤装置的输入端和输出端连通。
7.根据权利要求1所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：所述过滤装置包括若干个并联的过滤器。
8.根据权利要求7所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：所述过滤器包括过滤筒体、滤网组件、上部反法兰和下部反法兰，所述滤网组件位于所述过滤筒体内，所述滤网组件包括上部法兰圈、滤网支撑板、下部法兰圈和滤网，所述滤网支撑板的上下两端分别固定所述上部法兰和所述下部法兰，所述滤网固定覆盖在所述下部法兰圈的外表面上和所述滤网支撑板的外表面上，所述下部法兰圈上固定设置有顶在所述过滤筒体内壁上的滤网周向定位块，所述过滤筒体上端开口处设置有与上部反法兰固定连接的上部正法兰，所述过滤筒体下端开口处设置有与下部反法兰固定连接的下部正法兰，所述上部正法兰上与所述上部反法兰的对接面上设置有上凹槽，所述上部反法兰上与所述上部正法兰的对接面上设置有下凹槽，所述上凹槽和所述下凹槽形成法兰圈容置腔，所述法兰圈容置腔固定所述法兰圈。
9.根据权利要求8所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：所述滤网为金属丝网或多孔陶瓷，所述下部反法兰的排出口形状为锥形。
10.根据权利要求1所述的应用于液态铅铋合金实验回路的过滤系统，其特征在于：所述液体驱动泵为液态金属泵，所述加热组件为电加热器。
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