[發明專利]液態金屬鈉高功率加熱系統及加熱方法

在審

• 申請號: 201910075492.3
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109855283A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 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: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：包括四個依次串聯連接的高功率加熱器及其連接管道；液態金屬鈉進入加熱系統，首先進入第一個三通接口，第一個三通第一出口通過第一入口閥(101)連接第一高功率加熱器(1)的入口端，第一個三通第二出口連接第一旁通閥(301)；第一高功率加熱器(1)出口端連接第一出口閥(401)，第一出口閥(401)后端管線與第一旁通閥(301)后端管線交匯后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；旁通閥和旁通管線主要用于兩類工況，其一為當鈉所需加熱功率較低時，液態金屬鈉不需要流經高功率加熱器，從而減小流動阻力；其二為當某個高功率加熱器需要在線檢修，加熱系統還需繼續在線工作時，則液態金屬鈉繞過此需要在線檢修的高功率加熱器；以上第一高功率加熱器(1)、第一入口閥(101)、第一出口閥(401)以及第一旁通閥(301)構成第一加熱單元；第二高功率加熱器(2)、第二入口閥(102)、第二出口閥(402)以及第二旁通閥(302)構成第二加熱單元，以此類推，構成四個加熱單元，每個加熱單元的結構均相同；每個加熱單元均在外層包裹保溫棉，啟動時使整個加熱系統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(5)，以及與PLC控制柜(5)連接的控制系統(6)。

2.根據權利要求1所述的一種液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所述四個高功率加熱器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5.75MW，共23MW。

3.根據權利要求1所述的一種液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所述四個高功率加熱器的結構均相同，其中第一高功率加熱器(1)包括入口法蘭(201)、出口法蘭(215)、加熱器外殼(203)，以及布置在加熱器外殼(203)內的盤管(205)和加熱絲(207)；所述盤管(205)是液態金屬鈉的流通管道，管道形狀為立式螺旋形，兩端分別通過入口法蘭(201)和出口法蘭(215)連通第一高功率加熱器(1)的進出口管道，液態金屬鈉從入口法蘭(201)進入盤管(205)之后，經過多層管道逐步下降，在其中被加熱，然后通過出口法蘭(215)流出；所述加熱絲(207)共四組，其中中間的兩組布置在盤管內部，其他兩組分別布置在盤管兩側，對盤管內流體進行雙面加熱；所述加熱絲(207)接線端通過卡扣與加熱器外殼(203)上表面固定，懸掛于第一高功率加熱器腔體內，這種固定方式主要是便于在線更換，檢修和維護更方便；第一高功率加熱器(1)進出口管道上分別布置有入口測溫熱電偶(202)和出口測溫熱電偶(214)，用于監測液態金屬鈉流體進出口溫度，便于實時功率調節；所述盤管(205)外表面多處布置有盤管超溫保護裝置(206)，所述加熱絲(207)附近多處設置有加熱絲超溫保護裝置(208)，所述盤管超溫保護裝置(206)和加熱絲超溫保護裝置(208)實質為預先設置好溫度的熱電偶，一旦溫度達到預定溫度就會發出警報；所述加熱器外殼(203)上還布置有充氮口(217)、呼吸閥(209)和壓力變送器(211)，用于保證加熱器內的壓力控制、維持和監測；還包括用于檢修維護時用于人員出入的第一人孔(204)和第二人孔(212)以及用于鈉泄漏監測的鈉泄漏監測裝置(210)；第一高功率加熱器(1)的出口管道上還布置有排放閥(216)。

4.根據權利要求3所述的一種液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：所述加熱器外殼(203)和盤管(205)的材料均為不銹鋼，盤管直徑為DN200，單個高功率加熱器內盤管展開長度為400m；所述加熱絲(207)材料為鎳絡合金，直徑為6～8mm。

5.根據權利要求1所述的一種液態金屬鈉高功率加熱系統，其特征在于：高功率加熱器采用PLC控制柜(5)調節加熱功率；其中第一高功率加熱器(1)和第二高功率加熱器(2)采用通斷式加熱方式，使整個加熱系統經濟、高效。