一种液态金属工质净化装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种液态金属工质净化装置，包括筒体、净化丝网组件、结晶丝网组件和冷却结构；所述筒体上设置有进口管和出口管，净化丝网组件和结晶丝网组件设置在所述筒体内；所述冷却结构设置在筒体外部并对所述结晶丝网组件进行冷却；液态金属工质由所述进口管进入筒体，依次经过净化丝网组件和结晶丝网组件后由所述出口管排出筒体。本发明专利技术的有益效果如下：本发明专利技术将冷阱法与热阱法结合，可同时进行物理净化与化学净化，无需对回路分别进行升降温操作来适应冷、热阱的不同运行温度，在运行中更加简便，可以提高净化的效率和速度。可以提高净化的效率和速度。可以提高净化的效率和速度。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属工质净化装置


[0001]本专利技术属于核工业领域，具体涉及一种液态金属工质净化装置。

技术介绍

[0002]钠钾共熔合金(NaK)是快中子反应堆和一些小型反应堆装置中的常用液态金属冷却剂，氧杂质是其中的主要非金属杂质。氧含量过高易引起流道堵塞或加速结构材料腐蚀等不利后果，对装置的运行安全造成威胁，因此在钠钾合金装置中一般都会设置专门的净化装置对氧杂质进行去除。
[0003]质量比例为NaK
‑
78的钠钾合金熔点为
‑
12℃，在室温下为液态，由于钠会将氧化钾还原氧化钠和单质钾，因此钠钾合金中的氧杂质主要以氧化钠形式存在。由于氧化钠在钠钾合金中的溶解度随温度降低而减小，因此可以通过将钠钾合金冷却至饱和温度附近，使溶解于合金中的氧杂质以氧化钠形式结晶析出，从而达到净化的效果。一般采用不锈钢丝网作为结晶的附着物，该种净化方法称为冷阱法或冷捕集法，该方法对钠钾合金中溶解度较小的氢杂质也能起到一定的净化作用。
[0004]氧杂质在钠钾合金中的饱和溶解度Co(单位为ppm)与温度T(单位为K)之间，根据Lindermar等在1981测得的经验关系式为：Log
10
Co＝7.09
‑
2795/T(适用范围363K～483K)，因此根据饱和溶解度公式，冷阱法理论上可以在冷却温度在100℃左右时，将钠钾合金中的氧杂质净化至3ppm～5ppm。但实际操作中，由于流体冲刷和回热重新溶解等因素，一般杂质浓度达不到理想数值。如果需要将钠钾合金的杂质净化到更高程度时，一般会利用一些与氧结合能力更强的金属来进行净化。例如0.1mm左右高纯金属锆薄片就是最常用的净化材料，它通过化学反应在500℃左右的高温下进行氧吸附，形成氧化锆，同时将钠置换出来，该净化方法称为热阱法。
[0005]目前一些钠钾合金回路中会同时设置冷阱和热阱两个设备，由于冷阱需要将冷却剂降至较低温度，因此冷阱运行时设备入口温度不能过高，一般不高于400℃；而锆热阱与回路在500℃左右等温运行。这就使得冷阱与热阱无法同时进行工作，在运行时存在一定的不便，净化效率也比较低，耗时较长。
[0006]普通钠和钠钾合金冷阱中，由于入口温度一般在400℃左右，而冷阱捕集温度一般在200℃以下，因此在液态金属降至冷却温度之前会有较长的路径实际起不到捕集的作用，产生了空间的浪费。
[0007]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种液态金属工质净化装置，本技术方案能够在同一装置中实现冷阱与热阱的双重作用，取得更好的净化效果。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种液态金属工质净化装置，包括筒体、净化丝网组件、结晶丝网组件和冷却结
构；所述筒体上设置有进口管和出口管，净化丝网组件和结晶丝网组件设置在所述筒体内；所述冷却结构设置在筒体外部并对所述结晶丝网组件进行冷却；
[0011]液态金属工质由所述进口管进入筒体，依次经过净化丝网组件和结晶丝网组件后由所述出口管排出筒体。
[0012]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，液态金属工质依次经过净化丝网组件和结晶丝网组件后通过中心管进入所述出口管。
[0013]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，还包括回热盘管，中心管中的液态金属工质进入回热盘管与由进口管进入筒体的液态金属工质换热后进入所述出口管。
[0014]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，所述冷却结构还对所述结晶丝网组件上游的筒体部分进行冷却以在所述液态金属工质进入结晶丝网组件前进行预冷却。
[0015]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，所述进口管和所述出口管设置在所述筒体的同一端。
[0016]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，所述冷却结构包括绕所述筒身设置的风道和冷却风机；所述冷却风机驱动冷风进入风道对所述筒身进行冷却。
[0017]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，所述液态金属工质为钠钾合金。
[0018]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，所述净化丝网组件为锆金属网。
[0019]进一步地，上述的液态金属工质净化装置，所述结晶丝网组件为锆金属网。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]1、本专利技术将冷阱法与热阱法结合，可同时进行物理净化与化学净化，无需对回路分别进行升降温操作来适应冷、热阱的不同运行温度，在运行中更加简便，可以提高净化的效率和速度。
[0022]2、本专利技术将冷阱中原本不起净化作用、温度较高的回热区也进行了充分利用，提高了设备内部空间的利用率，无须设置单独的热阱也有利于装置的整体布置。
[0023]3、通过锆丝网的设置，可解决传统冷阱中易出现的杂质再溶解问题，其理论极限净化能力可将钠钾合金中的氧含量降至1ppm以下，相比传统冷阱10ppm
‑
20ppm的极限能力有较大提升，对需要长期运行的钠钾合金装置的结构材料降低腐蚀深度具有显著作用。
[0024]4、该结构除用于钠钾合金外，还可用于钠、锂等其它液态金属工质的净化，用于其它工质净化时，只需要把丝网材质更换为具备净化O、N、H等其它杂质的材料，即可实现净化特定非金属杂质的效果。在有必要时，还可采用2
‑
3种材质混合制成丝网组件进行净化，从而避免现有液态金属回路需要设置多个单独净化设备的弊端。
[0025]5、本专利技术还可用于大型商业钠冷快堆中的冷阱结构改进，可进一步提高冷阱的总杂质捕集能力，延长钠冷阱的使用寿命。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的液态金属工质净化装置的结构示意图。
[0027]图2为本专利技术的液态金属工质净化装置的在回路应用的示意图。
[0028]上述附图中，1、泄排管；2、下封头；3、下多孔挡板；4、风道；5、结晶丝网组件；6、净化丝网组件；7、外壳直筒；8、中心管；9、上多孔挡板；10、回热盘管；11、上封头；12、出口管；13、进口管；14、冷却风机；15、电磁泵；16、主回路；17、试验段；18、截止阀；19、净化装置。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。
[0030]如图1所示，本专利技术提供了一种液态金属工质净化装置，包括筒体、净化丝网组件6、结晶丝网组件5和冷却结构；所述筒体上设置有进口管13和出口管12，净化丝网组件6和结晶丝网组件5设置在所述筒体内；所述冷却结构设置在筒体外部并对所述结晶丝网组件5进行冷却；液态金属工质由所述进口管13进入筒体，依次经过净化丝网组件6和结晶丝网组件5后由所述出口管12排出筒体。
[0031]本实施例中，除丝网组件外，其余部件均采用奥氏体不锈钢材料加工。筒体包括下封头2、外壳直筒7和上封头11，用于容纳液态金属工质(本实施例中为钠钾合金工质)。
[0032]进口管13和出口管12设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属工质净化装置，其特征在于，包括筒体、净化丝网组件、结晶丝网组件和冷却结构；所述筒体上设置有进口管和出口管，净化丝网组件和结晶丝网组件设置在所述筒体内；所述冷却结构设置在筒体外部并对所述结晶丝网组件进行冷却；液态金属工质由所述进口管进入筒体，依次经过净化丝网组件和结晶丝网组件后由所述出口管排出筒体。2.如权利要求1所述的液态金属工质净化装置，其特征在于，液态金属工质依次经过净化丝网组件和结晶丝网组件后通过中心管进入所述出口管。3.如权利要求2所述的液态金属工质净化装置，其特征在于，还包括回热盘管，中心管中的液态金属工质进入回热盘管与由进口管进入筒体的液态金属工质换热后进入所述出口管。4.如权利要求1所述的液态金属工质净化装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙俞伊，柴宝华，冯波，毕可明，王泽鸣，韩冶，薛松龄，杜开文，高山，张亚坤，王晨龙，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：