本发明专利技术属于核科学与工程技术领域，涉及一种液态铅铋合金中氧含量控制装置及方法，一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，其主要特点在于包括有在氧含量控制室的进液端前设有加热腔，加热腔通过氧含量控制室连接液态金属机械泵，在氧含量控制室的进液端设有进液端氧探头，在出液端设有出液端氧探头；液态金属流量计设于液态金属机械泵的出口端，液态金属流量计的出口连接液态铅铋合金阀门，液态铅铋合金阀门的回流口通过回流管道与储料罐连通并连通加热腔；真空抽气与测量系统设于储料罐与氧含量控制室。本发明专利技术的优点是通过Ar-H2混合气体在氧含量控制室与液态铅铋合金中的活性氧发生化学反应以实现氧含量的控制。
【技术实现步骤摘要】
液态铅秘合金中氧含量控制装置及方法
本专利技术属于核科学与工程
，涉及一种。
技术介绍
加速器驱动的次临界洁净核能系统(ADS)是利用加速器提供的高能质子与散裂靶(如铅铋)发生散裂反应产生中子作为中子源来驱动次临界包层系统，使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。ADS可嬗变长寿命核废物为短寿命的核废物，以降低放射性废物的储量和毒性，而ADS本身产生的核废物却很少，被科学界公认为是解决大量放射性废物、降低深埋储藏风险的最具潜力的工具。液态铅铋合金(LBE)具有中子产额高、散射截面大、俘获截面小等优良的中子学性能，可用作ADS嬗变系统中优良的中子源散裂靶。另一方面，液态铅铋合金具有熔点低、沸点高、导热性能好、化学活性低等优良的物理与化学性能，是良好的冷却剂材料，又有利于工程上的安全运行。因此，液态铅铋合金是兼备ADS嬗变系统中散裂靶和冷却剂的最佳材料。铅铋合金作为散裂靶和冷却剂最重要的一个问题是控制液态铅铋合金中的活性氧含量，其严重影响液态铅铋对铁基结构材料的腐蚀和液态铅铋自身的氧化污染。活性氧含量太低，结构材料的组分在铅铋熔体中溶解速度加快，导致结构材料严重腐蚀，服役寿命缩短；活性氧含量太高，铅铋熔体发生氧化，形成大量的氧化铅等难溶性氧化物，降低了液态铅铋合金在循环回路中的流动性，进而引起换热效率下降或管道堵塞现象，严重时导致事故发生。活性氧含量在适当的范围内，结构材料在界面处会形成一定厚度的自修复氧化保护层，阻止铅铋合金对结构材料的进一步腐蚀；同时，又避免了氧化物的生成，减少污染，提高了运行的安全性。因此，铅铋合金中氧含量控制具有非常重要的意义。目前，液态铅铋合金中氧含量控制装置以静态方式为主，即液态铅铋在容器中是静止的，这种方式与ADS实际要求存在一定差别。ADS运行过程中的实际情况是在堆芯处产生的大量热量需要依靠液态铅铋的循环流动输运到换热设备进行冷却处理，在此循环回路中，会加入氧含量控制装置，以控制液态铅铋合金中的氧含量在合适的范围，有效抑制液态铅铋合金对结构材料的腐蚀。因此，本专利技术涉及的能够有效的模拟ADS运行系统中的氧含量控制和材料腐蚀研究。
技术实现思路
:本专利技术的目的在于，为避免现有技术的不足，提供一种。通过Ar-H2混合气体在氧含量控制室与液态铅铋合金中的活性氧发生化学反应，最终将液态铅铋合金中的氧含量控制在一定范围。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为:一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，其主要特点在于包括有在氧含量控制室的进液端前设有加热腔，加热腔通过氧含量控制室连接液态金属机械泵，在氧含量控制室的进液端设有进液端氧探头，在出液端设有出液端氧探头；液态金属流量计设于液态金属机械泵的出口端，液态金属流量计的出口连接液态铅铋合金阀门，液态铅铋合金阀门的回流口通过回流管道与储料罐连通并连通加热腔；真空抽气与测量系统设于储料罐与氧含量控制室。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有在所述的液态金属流量计的出口端通过流入阀门连接腐蚀室，腐蚀室通过回流阀门连接回流管道。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有在所述的液态铅铋合金阀门的两端设有需控氧的系统，需控氧系统的入口通过入口阀门连接液态铅铋合金阀门的入口端，其出口通过出口阀门连接液态铅铋合金阀门的出口端。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的储料罐在罐体上设有储料罐真空盖板，罐体内设有液态铅铋合金出口管道，出口管道从罐体上方侧面穿出，经阀门与加热腔连接；罐体外壁设有电加热、保温层和热电偶，罐体的底部设有液态铅铋合金泄流管道，在罐体上设有的真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在罐体上还设有高压惰性气体入口、气体安全阀、气压计、液态铅铋合金中测温热电偶、液态铅铋合金液位计。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的储料罐真空盖板设有电动升降机构，罐体加热的最高温度为650°c。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的加热腔设于竖直方向上，下端设有液态铅铋合金入口，上端设有液态铅铋合金出口，在加热腔上设有电加热器、保温层和热电偶；最高加热温度为800°C，采用PID自动控制模式。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的氧含量控制室设为水平方向，在氧含量控制室的室体上一端中部设有液态铅铋入口，另一端底部设有液态铅铋出口 ；在氧含量控制室的室体出口端设有氧含量控制腔密封法兰；在氧含量控制室的室体上设有加热器与保温层；在氧含量控制室的液态铅铋出口端设有混合气入口，液态铅铋入口端设有混合气出口 ；在氧含量控制室的室体上设有真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在氧含量控制室的室体上还设有液态铅铋合金中测温热电偶、氧含量控制室内混合气体测温热电偶、气压计、安全阀、液位计、氧含量控制室外壁热电偶。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有所述的液态金属机械泵的两端通过流量调节阀门连接。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，所述的液态金属流量计为电磁感应式流量计。所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，还包括有连接管道为便捷的卡口连接，其中水平部分的管道存在5°的倾斜角，管道外部设有加热器、保温层和热电偶，最高温度为 650 0C ο一种液态铅铋合金中氧含量控制方法，其主要特点在于步骤包括为:(I)将铅铋合金铸锭摆放于储料罐内，启动电动升降机构关闭盖板进行密封，开启真空抽气与测量系统进行抽气，真空度达到1.0X10_4Pa-5.0X10_4Pa后关闭真空阀门；然后开启储料罐的加热器进行加热，使铅铋铸锭熔化为液态，并达到200-300°C范围内的预定温度;(2)启动循环回路的真空抽气与测量系统，真空度达到1.0X10_4Pa_5.0X10_4Pa后再启动回路各部件的加热元件，温度达到200-300°C定值后进行恒温加热；(3)打开储料罐与循环回路之间的阀门，由储料罐的进气口通入高压Ar气，将液态铅铋合金压入循环回路，至充满氧含量控制室容积的1/2-2/3，然后关闭储料罐与循环回路之间的阀门；(4)启动液态金属机械泵，在液态金属机械泵驱动下，液态铅铋合金开始循环流动，预定流量为每小时1.85-3m3，流量变化通过控制机械泵的转速调节，流量大小通过机械泵后端的电磁流量计进行测量，稳定性和微调通过流量调节阀门完成；(5)调节加热腔、氧含量控制室和连接管道加热元件的功率，将液态铅铋合金的运行温度提高并控制在300-650°C范围内；(6)打开氧含量控制室的进气阀门和出气阀门，从进气口 一端持续通入流速为100mL-30L/min的Ar-H2混合气体，其中H2为1_10%，其余为Ar，使之与液态铅铋合金中的活性氧进行反应，以降低液态铅铋合金中的氧含量并达到预期的目标；(7)液态铅铋合金中的氧含量利用氧含量控制室前、后端布置的氧化锆氧探头进行测量。所述的液态铅铋合金中氧含量控制方法，其步骤还包括为:(8) A将经过步骤(7)的液态铅铋合金流向腐蚀室以开展特定氧含量、温度、流速条件下的材料腐蚀实验。所述的液态铅铋合金中氧含量控制方法，其步骤还包括为:(S)B将经过步骤(7)的液态铅铋合金自液态金属流量计出口端通过液态金属阀门接入需控氧的系统(如ADS系统)，然后回流到回流管道，再本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于包括有在氧含量控制室的进液端前设有加热腔，加热腔通过氧含量控制室连接液态金属机械泵，在氧含量控制室的进液端设有进液端氧探头，在出液端设有出液端氧探头；液态金属流量计设于液态金属机械泵的出口端，液态金属流量计的出口连接液态铅铋合金阀门，液态铅铋合金阀门的回流口通过回流管道与储料罐连通并连通加热腔；真空抽气与测量系统设于储料罐与氧含量控制室。
【技术特征摘要】
1.一种液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于包括有在氧含量控制室的进液端前设有加热腔，加热腔通过氧含量控制室连接液态金属机械泵，在氧含量控制室的进液端设有进液端氧探头，在出液端设有出液端氧探头；液态金属流量计设于液态金属机械泵的出口端，液态金属流量计的出口连接液态铅铋合金阀门，液态铅铋合金阀门的回流口通过回流管道与储料罐连通并连通加热腔；真空抽气与测量系统设于储料罐与氧含量控制室。2.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于还包括有在所述的液态金属流量计的出口端通过流入阀门连接腐蚀室，腐蚀室通过回流阀门连接回流管道。3.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于还包括有在所述的液态铅铋合金阀门的两端设有需控氧的系统，需控氧系统的入口通过入口阀门连接液态铅铋合金阀门的入口端，其出口通过出口阀门连接液态铅铋合金阀门的出口端。4.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的储料罐在罐体上设有储料罐真空盖板，罐体内设有液态铅铋合金出口管道，出口管道从罐体上方侦_穿出，经阀门与加热腔连接；罐体外壁设有电加热器、保温层和热电偶，罐体的底部设有液态铅铋合金泄流管道，在罐体上设有的真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在罐体上还设有高压惰性气体入口、气体安全阀、气压计、液态铅铋合金中测温热电偶、液态铅铋合金液位计。5.如权利要求4所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的储料罐真空盖板设有电动升降机构，罐体加热的最高温度为650°C。6.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的加热腔设于竖直方向上，下端设有液态铅铋合金入口，上端设有液态铅铋合金出口，在加热腔上设有电加热器、保温层和热电偶；最高加热温度为800°C。7.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于所述的氧含量控制室设为水平方向，在氧含量控制室的室体上一端中部设有液态铅铋入口，另一端底部设有液态铅铋出口 ；在氧含量控制室的室体出口端设有氧含量控制腔密封法兰；在氧含量控制室的室体上设有加热器与保温层；在氧含量控制室的液态铅铋出口端设有混合气入口，液态铅铋入口端设有混合气出口 ；在氧含量控制室的室体上设有真空抽气与测量通道与真空抽气与测量系统连接；在氧含量控制室的室体上还设有液态铅铋合金中测温热电偶、氧含量控制室内混合气体测温热电偶、气压计、安全阀、液位计、氧含量控制室外壁热电偶。8.如权利要求1所述的液态铅铋合金中氧含量控制装置，其特征在于还包括有所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：常海龙，王志光，姚存峰，孙建荣，盛彦斌，张宏鹏，徐瑚珊，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62
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