[發(fā)明專利]液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410103346.4
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103914088A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常海龍;王志光;姚存峰;孫建榮;盛彥斌;張宏鵬;徐瑚珊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張真

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核科學與工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法。

背景技術(shù)

加速器驅(qū)動的次臨界潔凈核能系統(tǒng)（ADS）是利用加速器提供的高能質(zhì)子與散裂靶（如鉛鉍）發(fā)生散裂反應(yīng)產(chǎn)生中子作為中子源來驅(qū)動次臨界包層系統(tǒng)，使次臨界包層系統(tǒng)維持鏈式反應(yīng)以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗變核廢物。ADS可嬗變長壽命核廢物為短壽命的核廢物，以降低放射性廢物的儲量和毒性，而ADS本身產(chǎn)生的核廢物卻很少，被科學界公認為是解決大量放射性廢物、降低深埋儲藏風險的最具潛力的工具。

液態(tài)鉛鉍合金（LBE）具有中子產(chǎn)額高、散射截面大、俘獲截面小等優(yōu)良的中子學性能，可用作ADS嬗變系統(tǒng)中優(yōu)良的中子源散裂靶。另一方面，液態(tài)鉛鉍合金具有熔點低、沸點高、導(dǎo)熱性能好、化學活性低等優(yōu)良的物理與化學性能，是良好的冷卻劑材料，又有利于工程上的安全運行。因此，液態(tài)鉛鉍合金是兼?zhèn)銩DS嬗變系統(tǒng)中散裂靶和冷卻劑的最佳材料。

鉛鉍合金作為散裂靶和冷卻劑最重要的一個問題是控制液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧含量，其嚴重影響液態(tài)鉛鉍對鐵基結(jié)構(gòu)材料的腐蝕和液態(tài)鉛鉍自身的氧化污染?；钚匝鹾刻?，結(jié)構(gòu)材料的組分在鉛鉍熔體中溶解速度加快，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料嚴重腐蝕，服役壽命縮短；活性氧含量太高，鉛鉍熔體發(fā)生氧化，形成大量的氧化鉛等難溶性氧化物，降低了液態(tài)鉛鉍合金在循環(huán)回路中的流動性，進而引起換熱效率下降或管道堵塞現(xiàn)象，嚴重時導(dǎo)致事故發(fā)生?；钚匝鹾吭谶m當?shù)姆秶鷥?nèi)，結(jié)構(gòu)材料在界面處會形成一定厚度的自修復(fù)氧化保護層，阻止鉛鉍合金對結(jié)構(gòu)材料的進一步腐蝕；同時，又避免了氧化物的生成，減少污染，提高了運行的安全性。因此，鉛鉍合金中氧含量控制具有非常重要的意義。

目前，液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置以靜態(tài)方式為主，即液態(tài)鉛鉍在容器中是靜止的，這種方式與ADS實際要求存在一定差別。ADS運行過程中的實際情況是在堆芯處產(chǎn)生的大量熱量需要依靠液態(tài)鉛鉍的循環(huán)流動輸運到換熱設(shè)備進行冷卻處理，在此循環(huán)回路中，會加入氧含量控制裝置，以控制液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量在合適的范圍，有效抑制液態(tài)鉛鉍合金對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。因此，本發(fā)明涉及的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法能夠有效的模擬ADS運行系統(tǒng)中的氧含量控制和材料腐蝕研究。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于，為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法。通過Ar-H₂混合氣體在氧含量控制室與液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧發(fā)生化學反應(yīng)，最終將液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量控制在一定范圍。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其主要特點在于包括有在氧含量控制室的進液端前設(shè)有加熱腔，加熱腔通過氧含量控制室連接液態(tài)金屬機械泵，在氧含量控制室的進液端設(shè)有進液端氧探頭，在出液端設(shè)有出液端氧探頭；液態(tài)金屬流量計設(shè)于液態(tài)金屬機械泵的出口端，液態(tài)金屬流量計的出口連接液態(tài)鉛鉍合金閥門，液態(tài)鉛鉍合金閥門的回流口通過回流管道與儲料罐連通并連通加熱腔；真空抽氣與測量系統(tǒng)設(shè)于儲料罐與氧含量控制室。

所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有在所述的液態(tài)金屬流量計的出口端通過流入閥門連接腐蝕室，腐蝕室通過回流閥門連接回流管道。

所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有在所述的液態(tài)鉛鉍合金閥門的兩端設(shè)有需控氧的系統(tǒng)，需控氧系統(tǒng)的入口通過入口閥門連接液態(tài)鉛鉍合金閥門的入口端，其出口通過出口閥門連接液態(tài)鉛鉍合金閥門的出口端。

所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的儲料罐在罐體上設(shè)有儲料罐真空蓋板，罐體內(nèi)設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口管道，出口管道從罐體上方側(cè)面穿出，經(jīng)閥門與加熱腔連接；罐體外壁設(shè)有電加熱、保溫層和熱電偶，罐體的底部設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金泄流管道，在罐體上設(shè)有的真空抽氣與測量通道與真空抽氣與測量系統(tǒng)連接；在罐體上還設(shè)有高壓惰性氣體入口、氣體安全閥、氣壓計、液態(tài)鉛鉍合金中測溫熱電偶、液態(tài)鉛鉍合金液位計。

所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的儲料罐真空蓋板設(shè)有電動升降機構(gòu)，罐體加熱的最高溫度為650℃。

所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的加熱腔設(shè)于豎直方向上，下端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金入口，上端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口，在加熱腔上設(shè)有電加熱器、保溫層和熱電偶；最高加熱溫度為800℃，采用PID自動控制模式。