[發(fā)明專利]一種適用于液態(tài)鉛鉍合金氧傳感器校準的實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410764860.2
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104535719A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張敏;吳斌;武欣;高勝;黃群英
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;賈玉忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆(ADS)中氧測控技術(shù)中氧傳感器研發(fā)過程中的用于校準的實驗裝置。

背景技術(shù)

鉛鉍合金以其特殊的熱物理性質(zhì)和化學性質(zhì)成為ADS冷卻劑的首選材料，在世界范圍內(nèi)得到廣泛研究。在ADS中鉛鉍用于冷卻劑的一個重要問題是回路中結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。由于堆結(jié)構(gòu)材料鋼的主要合金成分Fe元素在高溫液態(tài)鉛鉍合金中具有較高的溶解度，如果不實施保護措施，液態(tài)鉛鉍通過質(zhì)量溶解對鋼的腐蝕非常嚴重。結(jié)構(gòu)材料腐蝕是鉛鉍作為ADS與先進核反應(yīng)堆核冷卻劑的一個重大挑戰(zhàn)。降低腐蝕的一種方法是在結(jié)構(gòu)材料表面形成穩(wěn)定的氧化層以保護結(jié)構(gòu)材料基體，因為金屬氧化物的溶解度遠低于鋼基體的合金成分元素溶解度。結(jié)構(gòu)材料表面形成穩(wěn)定的氧化層需要液態(tài)鉛鉍中有足夠的溶解氧存在，但是氧濃度值同時也要低于PbO生成的界限。過量的氧形成的PbO可能阻塞或者毀壞系統(tǒng)，同時也提供了不易清除的氧源。由于這個原因，控制鉛鉍合金中的氧濃度非常必要。通過控制鉛鉍中溶解氧的濃度，在結(jié)構(gòu)材料鋼基體表面獲得有效的氧化層來增強結(jié)構(gòu)材料抗腐蝕能力。

鉛鉍氧濃度控制技術(shù)實現(xiàn)的前提是液態(tài)鉛鉍氧濃度的測量。用于液態(tài)鉛鉍氧濃度測量的傳感器由于需要用在高溫液態(tài)金屬的特殊運行環(huán)境，在技術(shù)研發(fā)上有一定難度，目前國際研究主要在實驗室中進行，尚未實現(xiàn)商業(yè)化。氧傳感器研發(fā)過程中的性能測試，精確性作為重要參數(shù)之一主要通過在液態(tài)鉛鉍中校準實驗進行測試。

國際上目前對氧傳感器校準方法主要為：液態(tài)鉛鉍合金中金屬元素氧化物平衡校準，其中金屬元素主要有Pb、Co、Fe、Mo等。常用的校準裝置一般為小型罐體式靜態(tài)裝置，操作中要求在加熱的液態(tài)鉛鉍狀態(tài)下拆卸氧傳感器，根據(jù)不同實驗要求更換摻入Co、Fe、Mo等雜質(zhì)元素的鉛鉍，實驗操作具有一定的重復(fù)性和復(fù)雜性，同時高溫狀態(tài)手動灌裝與取出液態(tài)鉛鉍具有一定的人身危險性。一種適用于液態(tài)鉛鉍合金氧傳感器校準的實驗裝置，將實驗的反應(yīng)罐，補充與排空鉛鉍的熔化罐，以及回收含雜質(zhì)鉛鉍的回收罐分開布局，避免了鉛鉍加熱狀態(tài)下的頻繁開罐操作，使實驗操作更簡單安全；同時罐體間管道加熱絲與冷卻管并行實現(xiàn)液態(tài)鉛鉍的通斷，其中用到液態(tài)鉛鉍的自密封代替閥門的關(guān)閉功能，該設(shè)計進一步簡化實驗裝置的結(jié)構(gòu)，同時避免了高溫狀態(tài)下液態(tài)金屬閥門內(nèi)漏等故障的風險，另一方面也兼具經(jīng)濟性。綜上所述一種適用于液態(tài)鉛鉍合金氧傳感器校準的實驗裝置通過簡易的設(shè)計實現(xiàn)液態(tài)鉛鉍氧傳感器校準實驗，具有操作簡單、更具安全性、經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實現(xiàn)快速更換與充排鉛鉍、結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、操作更安全的氧傳感器校準實驗裝置，滿足在高溫液態(tài)鉛鉍中Co、Fe、Mo等多種金屬元素氧化物平衡校準實驗對于頻繁更換鉛鉍、不通液位實驗等要求；裝置的免用液態(tài)金屬閥門設(shè)計，避免了實際應(yīng)用中閥門內(nèi)漏的風險，同時簡化了裝置結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決上述的技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種適用于液態(tài)鉛鉍合金氧傳感器校準的實驗裝置，包括反應(yīng)罐、熔化罐、回收罐、反應(yīng)罐與熔化罐連接管道、反應(yīng)罐與回收罐連接管道、氧傳感器、液位計、反應(yīng)罐密封蓋、反應(yīng)罐進氣口、反應(yīng)罐出氣口、熔化罐進氣口、熔化罐出氣口、熔化罐密封蓋、冷卻管路、加熱絲、齒輪密封件、導(dǎo)軌支架，所述反應(yīng)罐與熔化罐連接管道和反應(yīng)罐與回收罐連接管道外壁均同時兼有加熱絲與冷卻管環(huán)繞，其中加熱絲與冷卻管并行纏繞管道并貼于其表面，加熱與冷卻更高效地直接作用于管道，通過加熱與冷卻劑冷卻共同作用實現(xiàn)液態(tài)鉛鉍在罐體間流通與快速冷卻自密封，替代閥門功能，滿足實驗中不斷更換鉛鉍與穩(wěn)定運行的需求；

反應(yīng)罐與熔化罐連接管道外壁包裹加熱絲與冷卻管路控制熔化罐到反應(yīng)罐間液態(tài)鉛鉍的通斷，熔化罐密封蓋上的熔化罐進氣口與熔化罐出氣口通過控制壓入熔化罐氣體將熔化罐內(nèi)液態(tài)鉛鉍壓入到反應(yīng)罐內(nèi)，反應(yīng)罐密封蓋上安裝液位計顯示反應(yīng)罐內(nèi)的鉛鉍液位，從而實現(xiàn)反應(yīng)罐內(nèi)不同液位控制；同樣反應(yīng)罐與與回收罐連接管道外壁包裹加熱絲與冷卻管路控制回收罐到反應(yīng)罐間液態(tài)鉛鉍的通斷，反應(yīng)罐內(nèi)實驗后待處理的鉛鉍在加熱狀態(tài)下利用自身重力排放到回收罐內(nèi)，為保證反應(yīng)罐內(nèi)的氣體環(huán)境，一般情況下回收罐中的鉛鉍液面需浸沒反應(yīng)罐與回收罐連接管道出口，加熱絲與冷卻管控制鉛鉍通斷，結(jié)合氣體壓力作用、液位計顯示以及鉛鉍自身重力實現(xiàn)鉛鉍充排與在線更換；