[發明專利]輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統及加熱方法

有效

• 申請號: 201910074447.6
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109855282B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 張大林;張衍;蘇光輝;田文喜;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24H1/10
• 分類號: F24H1/10;F24H9/18;F24H9/20;B01L7/00
• 代理公司: 61215 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 何會俠

1.一種輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：包括一個入口主管線、一個出口主管線、多個并聯連接的高功率加熱器；液態金屬鈉進入加熱系統，首先進入入口主管線上的第一個三通接口，第一個三通第一出口通過第一入口閥(201)連通第一高功率加熱器(1)，第一高功率加熱器(1)出口連接第一出口閥(301)，第一出口閥(301)連接出口主管線，第一個三通第二出口直接連接第二個三通接口，后續管線以相同結構連接其它高功率加熱器，多個高功率加熱器的出口流體經由多個出口閥匯入出口主管線，鈉進出口分別布置有熱電偶測量鈉溫；以上第一高功率加熱器(1)、第一入口閥(201)、第一出口閥(301)構成第一加熱單元；第二高功率加熱器(2)、第二入口閥(202)、第二出口閥(302)構成第二加熱單元，以此類推，構成多個加熱單元，每個加熱單元的結構和流量均相同；每個加熱單元均在外層包裹保溫棉，啟動時使整個加熱單元溫度達到鈉的凝固點以上，防止鈉的凝固造成的堵管事故；還包括與每個高功率加熱器連接的PLC控制柜及控制系統(5)；

所述多個并聯連接的高功率加熱器結構均相同，其中第一高功率加熱器(1)包括加熱器殼體(105)，入口法蘭(101)及與入口法蘭(101)相連的入口主管道(104)，出口法蘭(114)及與出口法蘭(114)相連的出口主管道(113)，連接入口主管道(104)和出口主管道(113)的門字形管束(110)，分別設置在門字形管束(110)內部和外部的內部加熱棒束(108)和外部加熱棒束(109)；門字形管束(110)的兩端分別焊接在入口主管道(104)和出口主管道(113)上；所述門字形管束(110)是若干根沿主管道方向平行布置的門字形管道，流體進入主管道后在流動過程中向門字形管束中分流，在其中被加熱；所述內部加熱棒束(108)和外部加熱棒束(109)均為門字形平行排列的單排管束，分別布置在門字形管束(110)內部和外部，距門字形管束(110)有一段距離，通過輻射換熱加熱管束中的流體；上述入口主管道(104)、出口主管道(113)、門字形管束(110)、內部加熱棒束(108)和外部加熱棒束(109)都布置在加熱器殼體(105)中，加熱器殼體(105)中布置有支撐格架(107)對門字形管束(110)、內部加熱棒束(108)和外部加熱棒束(109)進行支撐；所述入口主管道(104)和出口主管道(113)入口處均布置有測溫熱電偶(103)和排凈孔(102)，測溫熱電偶(103)用來測量加熱器內流體的進出口溫度，排凈孔用來排完加熱器中殘留的流體；所述加熱器殼體(105)外部布置有充氮口(112)、排氣孔(106)和儀表接線箱(111)。

2.根據權利要求1所述的一種輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所述高功率加熱器的數量為四個，分別為第一高功率加熱器(1)、第二高功率加熱器(2)、第三高功率加熱器(3)和第四高功率加熱器(4)，每個高功率加熱器的功率為5MW，共20MW。

3.根據權利要求1所述的一種輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所述入口主管道(104)和出口主管道(113)均為直徑為DN200的圓形管道。

4.根據權利要求1所述的一種輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所述門字形管束(110)的直徑為DN25。

5.根據權利要求1所述的一種輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所述多個高功率加熱器采用PLC控制柜及控制系統(5)調節加熱功率，每個高功率加熱器的功率均能夠單獨調節，以滿足不同試驗條件對出口鈉溫的要求。

6.根據權利要求1所述的一種輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所有的入口閥、出口閥均采用電動控制閥門，所有溫度、壓力信號經過數據采集系統采集、調節和分析；PLC控制柜及控制系統(5)設置鈉出口溫度與加熱功率反饋，通過鈉出口溫度與額定工況溫度差值，調節各級高功率加熱器功率，實現出口溫度的自動調節控制。

7.權利要求1至6任一項所述的輻射式液態金屬鈉高功率加熱系統的加熱方法，其特征在于：具體加熱方法為：首先開啟所有高功率加熱器的入口閥和出口閥，對加熱系統進行抽真空處理，通過各高功率加熱器的充氮口向系統中充入氮氣到所需壓力并維持；開啟各加熱單元的高功率加熱器外部加熱棒束，使得各加熱單元的高功率加熱器、入口閥和出口閥以及管路溫度均到達180℃-220℃范圍內，保持外部加熱棒束加熱功率穩定；當液態金屬鈉進入加熱系統后，開啟各級高功率加熱器，控制加熱功率緩慢升高；根據鈉出口溫度與額定工況溫度差值，調節各級高功率加熱器功率，直至液態金屬鈉加熱至所需功率；當加熱系統需要關閉時，依次關閉第一高功率加熱器(1)、第二高功率加熱器(2)、以此類推，關閉所有高功率加熱器，保持加熱功率不變，待所有金屬鈉從加熱系統排空后，停止加熱，同時保持氮氣保護。