CN209992039U - 一种高温液态金属探测系统 - Google Patents

Abstract

本公开属于液态金属的检测仪表技术领域，特别涉及一种高温液态金属探测系统，该系统包括：电源、警示装置、热电偶温度显示器、高温液态金属探针；其中高温液态金属探针、电源、警示装置通过导线串联连接；其中高温液态金属探针包括：过渡连接件、绝缘件、密封件以及用于支撑固定的结构件；其中密封件与绝缘件之间采用过渡连接件连接；其中绝缘件采用耐高温陶瓷材料。其中本公开的高温液态金属探针采用陶瓷管，其既是结构件又是绝缘件，而密封件采用的是金属垫片；在其他结构件、连接件使用不锈钢材料时最高使用温度可达到650℃。若使用镍基合金或难熔金属材料替代制作探针和螺纹连接件，还可将耐温能力进一步提高到1000℃。

Description

一种高温液态金属探测系统

技术领域

本公开属于液态金属的检测仪表技术领域，特别涉及一种应用于高温液态金属的探测系统。

背景技术

液态金属装置中，温度和液位等是与运行和安全相关的重要参数。由于液态金属运行温度较高，特别是钠、钠钾合金、锂、铅铋合金等液态金属工质还具有化学性质活泼的特点，一般不能与空气直接接触，对设备密封性要求很高，因此液态金属设备中的温度和液位测量相较于水等普通工质技术难度更大。

液态金属温度的测量一般采用热偶阱的方式，即使用一根盲管伸入到工质内部，然后放置铠装热电偶进行测温。这种方式可以保证装置的密封性，相较于在设备外部贴壁测量准确度更高，但同时也需要在设备接管中专门预留热偶阱管，提高了设备复杂度。

液态金属液位的测量可分为连续式液位计及液位探针两类，相对于结构较为复杂、造价较高且需要专门标定的连续液位计，用于指示特定高度液位的液位探针应用更为广泛，可在液态金属回路存储罐、量筒、膨胀罐等设备的安全液位警示，灌注操作停止信号，以及流量标定等多个场合进行应用。液态金属温度高于熔点后，会产生液态金属蒸汽弥散于液面上方，容易凝结沉积在温度较低的液位测量元器件表面，对探针材料产生腐蚀。另外，金属工质沉积后易引起绝缘件与结构件之间的粘连，形成信号误报，维修频率较高。目前钠钾合金、铅铋合金等液态金属回路的最高运行温度可达到600℃，为保障回路的安全运行，实现标定、警示等功能，这就需要一种能在高温液态金属蒸汽环境下工作的液位探针，并且具备较好的密封性和快速维修功能。

目前在液态金属中使用的液位探针一般采用聚四氟乙烯等作为绝缘材料，密封则直接采用聚四氟乙烯或真空法兰，该类探针安装拆卸零部件数量较多，维修便利性较差，在实际使用中极限真空密封度也不够理想。

在液态金属设备中，经常会出现一个设备同时需要进行温度和液位测量的情况。例如膨胀罐、量筒等液态金属容器中需要配备至少3个液位探针用于不同高度的液位指示，同时设置1至3个热偶阱用于罐体内工质的温度测量。而封头上一般还需要布置排气管、工质进、出口管等其它接管，往往造成空间局促，各接管间互相易产生干涉，操作困难。

鉴于普通液态金属探针存在上述种种的不足，导致常规的液态金属探测系统无法实现高温状态下的液态金属探测。

实用新型内容

(一)实用新型的目的

为克服现有技术的不足，本公开提供了一种结构简单、操作方便且能够实现高温液态金属液位及温度探测的多用途高温液态金属探测系统。

(二)技术方案

一种高温液态金属探测系统，该系统包括：电源、警示装置、热电偶温度显示器、高温液态金属探针；

其中高温液态金属探针、电源、警示装置通过导线串联连接；

其中高温液态金属探针包括：过渡连接件、绝缘件、密封件以及用于支撑固定的结构件；

其中密封件与绝缘件之间采用过渡连接件连接；

其中绝缘件采用耐高温陶瓷材料。

警示装置为扬声警示器和/或指示灯。

结构件采用不锈钢材料。

结构件包括：螺纹公接头、上压紧件、螺纹母接头、下接管、中心探针；绝缘件包括：陶瓷管；

其中螺纹公接头为带有外螺纹的管件；螺纹母接头为带有内螺纹的管件，且螺纹母接头管内表面的一端设有一圈凸环；下接管外表面的一端设有一圈凸环；

螺纹母接头套在下接管外，螺纹公接头与螺纹母接头螺纹连接，并通过上压紧件压紧下接管，上压紧件位于螺纹母接头内；

陶瓷管为长圆管，且陶瓷管依次穿过螺纹公接头、上压紧件、螺纹母接头、下接管；

中心探针穿过陶瓷管。

中心探针包括探针固定端和探针调节端；其中探针固定端为长圆管，且探针固定端穿过陶瓷管；探针调节端为长圆筒，且探针调节端的开头端与探针固定端固定连接。

探测系统还包括铠装热电偶丝；且所述铠装热电偶丝位于高温液态金属探针内部。

中心探针为长直圆管，并在底端采用堵头焊接密封，且内部放置铠装热电偶丝。

探针固定端与探针调节端的固定连接为焊接。

过渡连接件包括：上连接件、中连接件、下连接件；上连接件、中连接件、下连接件均为圆环形结构；密封件包括：垫片；

探针固定端与陶瓷管的上、下端分别利用上连接、下连接件连接；

陶瓷管与上压紧件通过中连接件连接；

上压紧件与下接管之间设置有垫片。

(三)有益效果

本公开的高温液态金属探测系统，采用的新型高温液态金属探针，其中本公开的高温液态金属探针采用陶瓷管，其既是结构件又是绝缘件，而密封件采用的是金属垫片；在其他结构件、连接件使用不锈钢材料时最高使用温度可达到650℃。若使用镍基合金或难熔金属材料替代制作探针和螺纹连接件，还可将耐温能力进一步提高到1000℃。

本公开的高温液态金属探测系统采用的探针采用快速螺纹连接，维修方便快捷，若发生液态金属粘连误报信号，可通过螺纹迅速拆卸。维修过程可使用盲堵头临时密封，待清理干净后迅速再安装，减少设备因引入空气造成的污染。

本公开的高温液态金属探测系统采用的中心探针既可以采用实心的不锈钢棒材制造也可以使用底部封焊后的不锈钢管作为热偶阱，内部放置铠装热偶丝进行测温，同时具备探针和测温的功能，减少设备顶部接管，方便操作。例如采用Ф5×0.5mm直管时，底部焊接密封后即可用作内径为Ф4mm的热偶阱。热偶丝在热偶阱内部高度可随意调整，测量不同位置的液态金属温度，使用起来十分便捷灵活。通过这种方式，可实现探针的多功能使用，即同时进行液位探测及液态金属温度测量，大幅度提高设备空间利用率。

本公开的高温液态金属探测系统采用的探针具备高可靠性，不易泄漏。探针与连接件之间有多个焊接点，下连接件与陶瓷管之间的焊接点密封性失效后仍可通过上连接件和陶瓷管之间的焊接点保持密封性，避免了单点失效。密封垫片可以根据工质相容性的要求，分别选用铁、铜、镍等不同材料，泄漏率可控制在1×10^-11Pa·m³/s以内。密封件与绝缘件之间无轴向压力传递，可以避免普通探针压紧过程中陶瓷件直接受压过大破裂的状况出现。

本公开的高温液态金属探测系统采用的探针结构简单，成本较低，适合批量制造；探针截面积小，在设备上可灵活布置，探针长度可根据需要自由截取焊接，在保证垂直度的情况下探针长度可超过2m。

附图说明

图1是探针结构示意图；

图2是探针在液态金属容器中的应用示意图；

图3是高温液态金属探测系统示意图；

其中1上连接件；2螺纹公接头；3中连接件；4上压紧件；5螺纹母接头；6下接管；7陶瓷管；8下连接件；9探针固定端；10探针调节端；11垫片；12工质进出口管；13溢流口；14液态金属液面；15低位探针；16中位探针；17高位探针；18电源；19扬声警示器；20指示灯；21热电偶温度显示器；22铠装热电偶丝；23高温液态金属探针；24液态金属容器；

具体实施方式

为了更加清晰的说明本公开的高温液态金属探测系统的技术方案，下面结合图1、图2 和图3以及具体实施方式对本公开提供的技术方案进行详细说明：

一种高温液态金属探测系统，该系统包括：电源18、警示装置、热电偶温度显示器21、铠装热电偶丝22、高温液态金属探针23；其中高温液态金属探针23、电源18、警示装置通过导电串联连接；其中高温液态金属探针23包括：过渡连接件、绝缘件、密封件以及用于支撑固定的结构件；其中密封件与绝缘件之间采用过渡连接件连接；其中绝缘件采用耐高温陶瓷材料。警示装置为扬声警示器19和/或指示灯20。

结构件采用不锈钢材料。结构件包括：螺纹公接头2、上压紧件4、螺纹母接头5、下接管6、中心探针；绝缘件包括：陶瓷管7；其中螺纹公接头2为带有外螺纹的管件；螺纹母接头5为带有内螺纹的管件，且螺纹母接头5管内表面的一端设有一圈凸环；下接管6外表面的一端设有一圈凸环；螺纹母接头5套在下接管6外，螺纹公接头2与螺纹母接头5螺纹连接，并通过上压紧件4压紧下接管6，上压紧件4位于螺纹母接头5内；螺纹公接头2与螺纹母接头5螺纹连接并通过上压紧件4和下接管6实现对金属垫片11的压紧，下接管6的固定通过焊接在容器封头上实现；

陶瓷管7为长圆管，且陶瓷管7依次穿过螺纹公接头2、上压紧件4、螺纹母接头5、下接管6；中心探针穿过陶瓷管7。中心探针包括探针固定端9和探针调节端10；其中探针固定端9为长圆管，且探针固定端9穿过陶瓷管7；探针调节端10为长圆筒，且探针调节端10的开头端与探针固定端9固定连接。中心探针为长直圆管，并在底端采用堵头焊接密封，且内部放置铠装热电偶丝22。

探针固定端9与探针调节端10的固定连接为焊接。过渡连接件包括：上连接件1、中连接件3、下连接件8；上连接件1、中连接件3、下连接件8均为圆环形结构，由于不锈钢结构件与陶瓷管7之间无法直接焊接，增加过渡连接件，过渡连接件内外侧分别与不锈钢和陶瓷焊接，起到过渡作用；密封件包括：垫片11；探针固定端9与陶瓷管7的上、下端分别利用上连接、下连接件8连接；陶瓷管7与上压紧件4通过中连接件3连接；上压紧件4 与下接管6之间设置有垫片11。

本公开所提供的高温液态金属探测器按照图3的方式连接，其中高温液态金属探针23在应用时，在设备制造阶段只需要预留下半部分，即图1中的螺纹母接头5及下接管6，下接管6下部与设备封头可直接焊接，也可以留出引管后焊接。带探针的上半部分安装前，应对探针使用纱布蘸取酒精或者丙酮对所有可能接触液态金属的部分进行擦洗清洁，随后再配备金属垫片11进行安装。旋紧螺母后应及时进行检漏，如果发现泄漏应应加大旋紧力度。本探针由于采用全金属密封，不存在压碎密封件风险，因此旋紧力度可稍大一些。

如图2的高温液态金属探针23布置，如果使用Ф5×0.5mm的不锈钢直管作为探针，则 3根探针均可用作内径为4mm的热偶阱，直径在Ф3以下的铠装热电偶均可以非常顺畅地深入热偶阱底部。一般在低位探针15中设置热偶阱最为适宜，在液面较高或较低时均可准确测量液态金属的温度，所测的温度可用于加热器和保温伴热的控制信号。

更换维修情况：本公开所提供的探针绝缘段为较长的陶瓷管7段，即便局部与设备筒体间发生金属蒸汽沉积粘连也不会引起短路，发生信号误报。在极端情况下，如果探针确实发生信号误报现象，则应在内部氩气或其它惰性气体微正压保护下，使用扳手旋开探针上半部分，缓慢抽出探针，随后使用公的盲堵头进行临时密封。随后使用纱布蘸取丙酮或酒精对探针和陶瓷管7处沉积的金属进行缓慢擦拭处理，确认无粘连后再重新安装即可。

由于连接件与陶瓷管7均有超过1000℃的耐高温能力，因此通过引管降温或者使用耐高温材料替换不锈钢作为结构件，并选取耐温超过1000℃的焊接材料，均可实现液态金属液面 14下方达到1000℃时液面的测量。在该温度下，本公开的密封结构仍然是可靠的。

本公开所提供探针在钠钾合金回路、钾存储罐、膨胀罐及量筒中均进行过成功应用，同时作为液位探针及热偶阱使用，大幅度节约了封头上部的空间，拆装过程十分便捷。

以某钠钾合金回路膨胀罐应用为例，膨胀罐设置于回路最高点，膨胀罐中设置了3个带热偶阱的探针，3个探针距离封头底部距离分别为80mm(低位探针15)、280mm(中位探针16)、480mm(高位探针17)，热偶阱内插有3根K型铠装热电偶丝22。回路初始充装时，采用压差法常温灌注，将储存罐内的工质压至回路内，当膨胀罐内的低位探针15指示灯20 点亮并发出蜂鸣声时，即认为回路内工质已充满，探针信号即为停止灌注操作信号，热偶阱内的温度显示仍为室温。随后将回路温度缓慢升高至550℃，回路内工质随之体积膨胀，液位缓慢升高至中位探针16处并将其指示灯20点亮，此时中位探针16的热偶温度显示也达到 547℃左右，表明膨胀罐内的工质温度与主回路温差较小，系统的保温良好。稳定运行时，低位探针15内的热偶作为控温点，膨胀罐外壁面缠绕加热丝进行热补偿，维持温度在550℃，防止膨胀罐散热过多造成回路温度不均匀。高位探针17设置在溢流口13附近的高度，一旦由于误操作或其它原因导致膨胀罐内工质液位异常升高，高位探针17将发出报警信号，并作为溢流阀的开启信号将工质回排，防止高温工质进入气体覆盖系统。进行完设定的试验后，对系统进行降温，中位探针16由点亮状态转为熄灭，工质降至100℃后进行回排，低位探针 15信号也转为熄灭，膨胀罐上的液态金属探测系统完成一次完整的液位及温度探测过程。

显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若对本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其同等技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本公开的举例说明，本公开也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本公开的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本公开的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种高温液态金属探测系统，其特征在于，该系统包括：电源(18)、警示装置、热电偶温度显示器(21)、高温液态金属探针(23)；

其中所述高温液态金属探针(23)、电源(18)、警示装置通过导线串联连接；其中所述高温液态金属探针(23)包括：过渡连接件、绝缘件、密封件以及用于支撑固定的结构件；

其中所述密封件与绝缘件之间采用过渡连接件连接；

其中所述绝缘件采用耐高温陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述警示装置为扬声警示器(19)和/或指示灯(20)。

3.根据权利要求1所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述结构件采用不锈钢材料。

4.根据权利要求1所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述结构件包括：螺纹公接头(2)、上压紧件(4)、螺纹母接头(5)、下接管(6)、中心探针；所述绝缘件包括：陶瓷管(7)；

其中所述螺纹公接头(2)为带有外螺纹的管件；所述螺纹母接头(5)为带有内螺纹的管件，且螺纹母接头(5)管内表面的一端设有一圈凸环；所述下接管(6)外表面的一端设有一圈凸环；

所述螺纹母接头(5)套在下接管(6)外，螺纹公接头(2)与螺纹母接头(5)螺纹连接，并通过上压紧件(4)压紧下接管(6)，所述上压紧件(4)位于螺纹母接头(5)内；

所述陶瓷管(7)为长圆管，且陶瓷管(7)依次穿过螺纹公接头(2)、上压紧件(4)、螺纹母接头(5)、下接管(6)；

所述中心探针穿过陶瓷管(7)。

5.根据权利要求4所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述中心探针包括探针固定端(9)和探针调节端(10)；其中所述探针固定端(9)为长圆管，且探针固定端(9)穿过陶瓷管(7)；所述探针调节端(10)为长圆筒，且探针调节端(10)的开头端与探针固定端(9)固定连接。

6.根据权利要求4或5所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括铠装热电偶丝(22)；且所述铠装热电偶丝(22)位于高温液态金属探针(23)内部。

7.根据权利要求6所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述中心探针为长直圆管，并在底端采用堵头焊接密封，且内部放置铠装热电偶丝(22)。

8.根据权利要求5所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述探针固定端(9)与探针调节端(10)的固定连接为焊接。

9.根据权利要求5所述的一种高温液态金属探测系统，其特征在于，所述过渡连接件包括：上连接件(1)、中连接件(3)、下连接件(8)；所述上连接件(1)、中连接件(3)、下连接件(8)均为圆环形结构；所述密封件包括：垫片(11)；

所述探针固定端(9)与陶瓷管(7)的上、下端分别利用上连接、下连接件(8)连接；

所述陶瓷管(7)与上压紧件(4)通过中连接件(3)连接；

所述上压紧件(4)与下接管(6)之间设置有垫片(11)。

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