CN207397727U - 固态氧控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固态氧控装置，包括：容器，所述容器内设有放置氧化铅小球的溶解室，所述容器两端设有分别连通所述溶解室的入口和出口；流速调节单元，设置在所述容器上，控制冷却剂在所述容器内的流速；以及补给机构，所述补给机构连接所述溶解室，为所述溶解室补充氧化铅小球。本实用新型通过补给机构和回流管道的设置，解决了目前固态氧控无法实现在线补充的问题，实现反应堆装置大功率供氧以及在线补充氧化铅小球，可精确控制冷却剂中的氧浓度，使钢表面形成一层致密的氧化膜，阻止铅基合金进一步渗透到钢材内部，起到防腐作用，解决铅基快堆或ADS系统关键技术难点，确保实验回路以及铅基快堆长期安全运行。

Description

固态氧控装置

技术领域

本实用新型涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种固态氧控装置。

背景技术

由于液态铅基合金冷却剂对反应堆结构材料具有很强的腐蚀性，氧浓度控制技术普遍被认为是最有效的液态金属回路以及铅基快堆防腐手段，是确保实验回路以及铅基快堆长期安全运行的关键设备之一。

调节液态铅铋合金中的氧含量是降低其对钢材腐蚀性的重要手段。铅铋合金中若溶解一定浓度的氧，可在回路的管壁上形成一层致密的氧化膜，阻止铅铋合金进一步渗透到钢材内部，起到防腐作用。但是液态金属中的氧浓度必须维持在合理的范围内，如果超出上限，就会造成过度氧化，固态铅、铋氧化物析出，形成氧化物残渣，污染整个液态金属系统，并可能造成传热恶化，甚至堵塞管道。如果氧浓度过低，那么回路的管壁上将无法形成氧化膜保护层，难以起到防腐蚀作用。

目前国际上主流的氧控的基本方法是气态氧控技术和固态氧控技术两种方法。

所谓气态氧控就是利用注入反应气体的物理化学反应来控制铅铋中溶解氧浓度的方法。最初采用Ar/H₂/O₂三元气体实现控氧，其中Ar气作为载气，起到稀释H₂或O₂含量作用，减小H₂气爆炸的危险性。直接注入氢气和氧气的方法特点是装置和操作程序简单，通入和输出均为气体，无固态残渣，过量的氧气与氢气反应生成水蒸气从出气管流出。同时长时间的注氢可以用来清理氧化物，恢复LBE的热工水力学特性。然而，采用这种方法对进气管的压力和密封的设计调节要求非常苟刻，要直接注入含量氧为几十个ppb的气体几乎是不可能的。

正是因为传统的气态氧控技术存在着诸多的缺点，固态氧控技术研究的正逐渐受到广泛重视。固态氧控制技术主要是通过控制固态氧化物的溶解与析出，来实现高效、快速、清洁地调节液态铅铋合金中的氧含量。当液态铅铋合金流过氧化铅固体颗粒的表面时，由于固态氧化铅在铅铋合金中的溶解度随着铅铋合金的温度和流量的变化而改变，故可以通过控制流过氧化铅固体颗粒的表面的液态铅铋合金流量和温度来控制氧化铅在铅铋合金中的溶解和析出，从而达到控制铅铋合金中氧浓度的目的。

目前已有的固态氧控装置只能应用实验回路或者静态实验装置，无法应用于铅基反应堆装置。同时目前已有的固态氧控装置无法在线补充氧化铅小球，氧化铅小球容易污染“中毒”，只能停堆离线整体更换固态氧控装置，会给维修人员带来放射性风险。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种可在线补给氧化铅球的固态氧控装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种固态氧控装置，包括：

容器，所述容器内设有放置氧化铅小球的溶解室，所述容器两端设有分别连通所述溶解室的入口和出口；

流速调节单元，设置在所述容器上，控制冷却剂在所述容器内的流速；以及

补给机构，所述补给机构连接所述溶解室，为所述溶解室补充氧化铅小球。

优选地，所述入口呈缩颈状。

优选地，所述补给机构包括容置氧化铅小球的储存室以及补给管道，所述补给管道连接在所述储存室和容器之间。

优选地，所述补给机构还包括隔离阀以及推动氧化铅小球的鼓气机构，所述隔离阀和鼓气机构均设置在所述补给管道上。

优选地，所述流速调节单元包括泵体以及连接驱动所述泵体转动的动力装置；所述泵体伸入所述容器内，所述动力装置位于所述容器外。

优选地，所述容器内设有第一栅格板，将所述溶解室分隔成放置氧化铅小球的第一溶解室和放置氧化铝小球的第二溶解室，所述第二溶解室位于所述第一溶解室和入口之间。

优选地，所述氧化铅小球的直径为1mm-10mm；所述氧化铝小球与所述氧化铅小球同等直径。

优选地，所述容器内设有第二栅格板和第三栅格板，所述第二栅格板在所述第一溶解室内放置在所述氧化铅小球的顶部，位于在所述出口和氧化铅小球之间；

所述第三栅格板在所述第二溶解室内放置在所述氧化铝小球的底部，位于在所述入口和氧化铝小球之间。

优选地，所述固态氧控装置还包括：

所述回流管道，所述回流管道两端分别连通所述容器的入口和出口。

所述固态氧控装置还包括：

加热单元，设置在所述溶解室内，通过加热控制氧化铅小球的溶解。

本实用新型的有益效果：通过补给机构和回流管道的设置，解决了目前固态氧控无法实现在线补充的问题，实现反应堆装置大功率供氧以及在线补充氧化铅小球，可精确控制冷却剂中的氧浓度，使钢表面形成一层致密的氧化膜，阻止铅基合金进一步渗透到钢材内部，起到防腐作用，解决铅基快堆或ADS 系统关键技术难点，确保实验回路以及铅基快堆长期安全运行。

此外还通过回流管道的设置解决氧化铅小球容易污染“中毒”的问题，

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一实施例的固态氧控装置的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型一实施例的固态氧控装置，包括容器10、流速调节单元20以及补给机构30。

容器10内设有放置氧化铅小球101的溶解室，容器10两端设有分别连通溶解室的入口11和出口12，冷却剂(铅基合金冷却剂)从入口11进入溶解室，从出口12输出；流速调节单元20设置在容器10上，控制冷却剂在容器 10内的流速；补给机构30连接溶解室，为溶解室在线补充氧化铅小球101。氧化铅小球100主要是一氧化铅。

其中，容器10整体为密闭容器，通过入口11和出口12的设置供冷却剂流通。容器10内的溶解室上方形成有一个空间103用于容置氩气；对应地，容器10上设有接入氩气的接口(未图示)。氩气压力与反应堆覆盖气体的压力保持一致。

如图1所示，本实施例中，容器10的下端开放形成入口11，上端封闭，出口12沿上端外周设置其上。出口12可为多个设置，如沿容器10上端一周设置10-12个同等直径的出口12，供高氧浓度的冷却剂及时排出。

入口11呈缩颈状；缩颈处流速较快，压力小于出口12压力，从而使出口 12处的高氧浓度冷却剂一部分可回流到入口11，防止氧化铅小球中毒。

进一步地，容器10内设有第一栅格板51，将溶解室分隔成放置氧化铅小球100的第一溶解室101和放置氧化铝小球200的第二溶解室102，第二溶解室102位于第一溶解室101和入口之间，使得冷却剂进入容器10后先通过第二溶解室102，流场均匀后再到达第一溶解室101，从而保证第一溶解室101 内各个区域的氧化铅小球100溶解均匀。

其中，氧化铅小球100的直径为1mm-10mm；氧化铝小球200与氧化铅小球100同等直径。优选地，各个氧化铝小球200之间同等直径设置，以更好使冷却剂流场均匀。第一栅格板51的孔道内径小于氧化铅小球100和氧化铝小球200的直径，以便隔开这两种小球。

此外，容器10内设有第二栅格板52和第三栅格板56。

第二栅格板52在第一溶解室101内放置在氧化铅小球100的顶部，位于在出口12和氧化铅小球100之间，防止氧化铅小球100跑出第一溶解室101。第二栅格板52的孔道内径小于氧化铅小球100的直径。

第三栅格板53在第二溶解室102内放置在氧化铝小球200的底部，位于在入口11和氧化铝小球200之间，防止氧化铝小球200跑出第二溶解室102。第三栅格板53的孔道内径小于氧化铝小球200的直径，防止氧化铝小球200 跑出第二溶解室102的同时确保冷却剂最小阻力的通过第三栅格板53。

流速调节单元20可包括泵体21以及连接驱动泵体21转动的动力装置22；泵体21伸入容器10内，动力装置22位于容器10外。该流速调节单元20中，通过控制泵体21的转速来控制冷却剂的流速，从而采用泵驱动方式，调节冷却剂的流速，从而控制供氧速率。

如图1所示，本实施例中，泵体21在容器10内位于第一溶解室101的上端；动力装置22可为电机，驱动泵体21转动。

补给机构30的设置，实现在线补充氧化铅小球100，不需要维修和整体替换固态氧控装置，防止冷却剂中的放射性物质的释放。补给机构30可包括容置氧化铅小球100的储存室31以及补给管道32，补给管道32连接在储存室31和容器10之间，供氧化铅小球100通过进入容器10内。

具体地，储存室31可位于第一溶解室101上方，使得氧化铅小球100可通过重力作用通过补给管道32进入第一溶解室101。补给管道32的一端连接储存室31，一端连接容器10，与第一溶解室101相连通。另外，由于氧化铅小球100密度小于冷却剂的密度，因此补给管道32的一端进入第一溶解室101 的底部，方便氧化铅小球100的补给。

补给机构30还包括隔离阀33以及推动氧化铅小球100的鼓气机构34，隔离阀33和鼓气机构34均设置在补给管道32上。隔离阀33控制补给管道 32的通断，在不需要补给氧化铅小球100时，关闭补给管道32，防止放射性物质释放；在需要补给氧化铅小球100时，打开补给管道32，补给氧化铅小球100。

鼓气机构34优选位于隔离阀33和储存室31之间，推动氧化铅小球100 向容器10内移动。鼓气机构34在不需推动氧化铅小球100补给时还可进行气体密封，防止放射性物质释放。

当第一溶解室101内的氧化铅小球100随着溶解从而减少时，补给机构 30通过气体跑兔方式，向第一溶解室101补充氧化铅小球100，方便有效。

本实用新型的固态氧控装置还包括回流管道40，其两端分别连通容器的入口11和出口12，将出口12处的高氧浓度冷却剂一部分送回入口11，防止氧化铅小球101污染中毒。回流管道40的两端开口分别连通容器10的入口 11和出口12，结合入口11和出口12间的压差，回流管道40非能动使出口 12的一部分氧回流到入口11，使Fe离子先氧化，防止Fe离子在氧化铅小球 100表面结合，从而防止氧化铅小球100中毒。

回流管道40可设置在容器10外壁上，回流管道40可为一个或多个，可沿容器10外周间隔布置。

作为选择，回流管道40的管径为5mm-10mm。

进一步地，本实用新型的固态氧控装置还包括加热单元，其设置在溶解室的第一溶解室101内，通过加热控制氧化铅小球100的溶解。

加热单元包括至少一个加热棒60；通过控制加热棒60的温度，从而控制氧化铅的溶解，温度越高，氧化铅小球100溶解越快，供氧速度越快，可提高供氧效率。

本实用新型的固态氧控装置通过加热结合泵驱动控制冷却剂流速，能实现大功率供氧，满足反应堆高耗氧速率。

本实用新型的固态氧控装置使用时，可直接插入反应堆压力容器中。铅基合金冷却剂从容器10入口11进入其中，先经过第二溶解室102内氧化铝小球200均匀流场后进入第一溶解室101。第一溶解室101内的氧化铅小球100溶解供氧，含氧的冷却剂可从出口12输出，部分可通过回流管道40回到入口 11。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种固态氧控装置，其特征在于，包括：

容器(10)，所述容器(10)内设有放置氧化铅小球(100)的溶解室，所述容器(10)两端设有分别连通所述溶解室的入口(11)和出口(12)；

流速调节单元(20)，设置在所述容器(10)上，控制冷却剂在所述容器(10)内的流速；以及

补给机构(30)，所述补给机构(30)连接所述溶解室，为所述溶解室补充氧化铅小球(100)。

2.根据权利要求1所述的固态氧控装置，其特征在于，所述入口(11)呈缩颈状。

3.根据权利要求1所述的固态氧控装置，其特征在于，所述补给机构(30)包括容置氧化铅小球(100)的储存室(31)以及补给管道(32)，所述补给管道(32)连接在所述储存室(31)和容器(10)之间。

4.根据权利要求3所述的固态氧控装置，其特征在于，所述补给机构(30)还包括隔离阀(33)以及推动氧化铅小球(100)的鼓气机构(34)，所述隔离阀(33)和鼓气机构(34)均设置在所述补给管道(32)上。

5.根据权利要求1所述的固态氧控装置，其特征在于，所述流速调节单元(20)包括泵体(21)以及连接驱动所述泵体(21)转动的动力装置(22)；所述泵体(21)伸入所述容器(10)内，所述动力装置(22)位于所述容器(10)外。

6.根据权利要求1所述的固态氧控装置，其特征在于，所述容器(10)内设有第一栅格板(51)，将所述溶解室分隔成放置氧化铅小球(100)的第一溶解室(101)和放置氧化铝小球(200)的第二溶解室(102)，所述第二溶解室(102)位于所述第一溶解室(101)和入口(11)之间。

7.根据权利要求6所述的固态氧控装置，其特征在于，所述氧化铅小球(100)的直径为1mm-10mm；所述氧化铝小球(200)与所述氧化铅小球(100)同等直径。

8.根据权利要求6所述的固态氧控装置，其特征在于，所述容器(10)内设有第二栅格板(52)和第三栅格板(53)，所述第二栅格板(52)在所述第一溶解室(101)内放置在所述氧化铅小球(100)的顶部，位于在所述出口(12)和氧化铅小球(100)之间；

所述第三栅格板(53)在所述第二溶解室(102)内放置在所述氧化铝小球(200)的底部，位于在所述入口(11)和氧化铝小球(200)之间。

9.根据权利要求1-8任一项所述的固态氧控装置，其特征在于，所述固态氧控装置还包括：

回流管道(40)，所述回流管道(40)两端分别连通所述容器(10)的入口(11)和出口(12)。

10.根据权利要求1-8任一项所述的固态氧控装置，其特征在于，所述固态氧控装置还包括：

加热单元，设置在所述溶解室内，通过加热控制氧化铅小球(100)的溶解。