本发明专利技术公开了一种模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，包括内部具有空腔的反应釜模块，反应釜模块中设置有坩埚模块，坩埚模块上设置有延伸出反应釜模块的用于坩埚模块升降的升降模块，反应釜模块外部设置有加热模块，反应釜上设置有搅拌模块，反应釜上设置有对反应釜内部进行充气和抽气的气体模块，反应釜上还设置有对反应釜内部的温度和压力进行控制的监测模块。本发明专利技术通过设置反应釜模块、加热模块和气体模块，提供高温液钠环境，通过设置坩埚模块用于承载金属样品和液态钠原料，通过设置升降模块和搅拌模块，在液态钠原料熔化后实现对液态钠原料的搅拌，实现了对金属样品在高温液钠环境下进行腐蚀，判断金属样品的耐液钠腐蚀性能。品的耐液钠腐蚀性能。品的耐液钠腐蚀性能。
【技术实现步骤摘要】
模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置及方法
[0001]本专利技术属于腐蚀实验装置
，具体涉及一种模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置及方法。
技术介绍
[0002]在各类先进反应堆型中，液态钠原料冷却快中子增殖反应堆是一种能够充份利用核资源并经济发电的重要反应堆类型。钠冷快堆是第四代快中子增殖反应堆的首选堆型，采用液态钠原料作为冷却剂，通过快中子引发核裂变反应。钠冷快堆可将压水堆的铀资源利用率从约1％提高到60％～70％，并解决轻水堆乏燃料产生核废料的问题。
[0003]然而，腐蚀损伤始终是威胁快堆安全可靠性的重要因素，美国电力研究协会指出：80％以上的核电站非计划停堆与腐蚀问题有关，材料腐蚀始终是核反应堆系统基础研究的国际前沿与热点。钠冷快堆堆芯运行过程中，液钠在压力管、栅板联箱、换热器内高速流动并快速换热，导致包括溶解氧和碳在内的攻击性腐蚀组分的浓度不断变化，环境温度持续改变，腐蚀产物在高温液钠环境中成核、生长，乃至沉积诱发腐蚀问题。而核级不锈钢在高温液钠中的腐蚀损伤主要包括质量损失、合金元素的选择性浸出、表面降解层的形成和渗碳脱碳。
[0004]因此，开发高性能材料或采用表面工程获得耐蚀防护涂层以满足堆内服役要求是钠冷快堆进一步发展必须要解决的材料相关问题，而材料研发必将依托于便捷、准确的腐蚀实验平台。目前用于研究液钠腐蚀的实验装置主要有“高温液钠静态实验釜”和“高温液钠热对流腐蚀装置”两大类，前者仅能实现静态环境中的液钠腐蚀实验，且无法模拟真实工况中的流动传热传质；后者虽按照钠冷快堆换热回路设计，但存在运行和维护成本高、运行难度大和实验操作不便捷等问题。
[0005]因此，亟需开发一种既能满足动态液钠条件下的腐蚀实验要求，又能够实现便捷操作和低成本运行的模拟堆芯环境的腐蚀实验装置，以满足钠冷快堆堆芯材料的腐蚀测试需求。
技术实现思路
[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置。该装置通过设置反应釜模块、加热模块和气体模块，提供高温液钠环境，通过设置坩埚模块用于承载金属样品和液态钠原料，通过设置升降模块和搅拌模块，在液态钠原料熔化后实现对液态钠原料的搅拌，实现了对金属样品在高温液钠环境下进行腐蚀，判断金属样品的耐液钠腐蚀性能。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述腐蚀实验装置包括内部具有空腔的反应釜模块，所述反应釜模块中设置有坩埚模块，所述坩埚模块上设置有延伸出反应釜模块的用于坩埚模块在反应釜模块中升降的升降模块，所述反应釜模块外部设置有加热模块，所述反应釜上设
置有对反应釜内部进行搅拌的搅拌模块，所述反应釜上设置有对反应釜内部进行充气和抽气的气体模块，所述反应釜上还设置有对反应釜内部的温度和压力进行控制的监测模块。
[0008]上述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述反应釜模块包括反应釜主体和对反应釜主体进行密封的反应釜盖，所述反应釜主体和反应釜盖通过螺纹紧固件密封，所述反应釜主体和反应釜盖的材质为不锈钢，所述加热模块包括包裹在反应釜主体上的电加热丝，所述反应釜主体和电加热丝外部包裹有保温罩。
[0009]上述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述坩埚模块包括陶瓷坩埚和装在陶瓷坩埚中的样品架，所述样品架为网状结构，所述网状结构上间隔设置有多个样品卡槽，所述网状结构上还设置有与网状结构垂直的提升杆，所述升降模块包括与陶瓷坩埚连接并延伸出反应釜模块的升降杆，所述升降杆伸出反应釜模块一端设置有升降电机。
[0010]上述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述搅拌模块包括设置在反应釜模块上的伺服电机，所述伺服电机连接有伸入反应釜模块的连接杆，所述连接杆伸入反应釜模块的端部安装有搅拌桨，所述搅拌桨距离反应釜模块内部空腔底部的距离为反应釜模块内部空腔深度的1/3～1/2。
[0011]上述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述气体模块包括三通接头，所述三通接头分别通过第一管道连通反应釜模块的空腔，通过第二管道连通真空泵，通过第三管道连通氩气瓶，所述第一管道、第二管道和第三管道上分别设置有第一气阀、第二气阀和第三气阀。
[0012]上述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述监测模块包括用于测量反应釜模块内部温度的第一热电偶和用于测量加热模块温度的第二热电偶，还包括用于测量反应釜模块内部压力的压力传感器，所述压力传感器连接有用于将反应釜模块内部通大气的安全阀，所述第一热电偶、第二热电偶和压力传感器均与温度压力显示器连接。
[0013]另外，本专利技术还提供了一种模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0014]步骤一、金属样品和钠原料装入：在真空手套箱中将金属样品固定在样品架上后放置在陶瓷坩埚中，然后将钠原料放入陶瓷坩埚中，之后将陶瓷坩埚放入反应釜主体，再将反应釜盖与反应釜主体通过螺纹紧固件拧紧，得到装有样品的反应釜模块；
[0015]步骤二、安装与充气：将步骤一中得到的装有样品的反应釜模块放入到加热模块中并向反应釜主体中充入氩气，得到内部具有氩气气氛的反应釜模块；
[0016]步骤三、腐蚀反应：将步骤二中得到的内部具有氩气气氛的反应釜模块进行加热使钠原料熔化，并将陶瓷坩埚提升至搅拌桨进入液态钠原料中，然后采用搅拌桨对液态钠原料进行搅拌，对金属样品进行腐蚀反应；
[0017]步骤四、陶瓷坩埚下降：待步骤三中腐蚀反应结束后停止加热和搅拌，然后将陶瓷坩埚下降至搅拌桨离开液态钠原料，得到反应后的反应釜模块；
[0018]步骤五、获得腐蚀反应后金属样品：待步骤四中得到的反应釜模块冷却后放入真空手套箱，然后将反应釜模块恢复常压，再将钠原料去除，得到腐蚀反应后的金属样品。
[0019]本专利技术先在真空手套箱中将块状的金属样品固定在样品架上并放置在陶瓷坩埚
中，用镊子将小块金属钠从煤油中取出，并用滤纸将表面的煤油擦拭干净，用小刀切除外表面后放入陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放置在反应釜主体中，盖上反应釜盖并使用螺纹紧固件拧紧，将反应釜主体从真空手套箱中取出并放置于加热模块中，将陶瓷坩埚上的升降杆连接至升降电机，将气体模块的管路与反应釜主体连接，打开第一气阀和第二气阀，关闭第三气阀，使用真空泵将反应釜主体内部抽真空，然后关闭第二气阀，打开第三气阀，向反应釜主体内部充入氩气，并重复若干次，确保反应釜主体内为纯氩气气氛，然后开始加热，待反应釜内温度上升至金属钠的熔点即97.72℃后，控制升降电机将升降杆升起，直至搅拌桨和第一热电偶底部完全浸入液态钠原料中且不能接触底部的样品架和金属样品，待温度上升至所设定的温度后，打开伺服电机，在一定的转速下充分搅拌液态钠原料，对金属样品进行腐蚀反应，反应结束时，首先关闭搅拌本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述腐蚀实验装置包括内部具有空腔的反应釜模块，所述反应釜模块中设置有坩埚模块，所述坩埚模块上设置有延伸出反应釜模块的用于坩埚模块在反应釜模块中升降的升降模块，所述反应釜模块外部设置有加热模块，所述反应釜上设置有对反应釜内部进行搅拌的搅拌模块，所述反应釜上设置有对反应釜内部进行充气和抽气的气体模块，所述反应釜上还设置有对反应釜内部的温度和压力进行控制的监测模块。2.根据权利要求1所述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述反应釜模块包括反应釜主体(1)和对反应釜主体(1)进行密封的反应釜盖(2)，所述反应釜主体(1)和反应釜盖(2)通过螺纹紧固件(3)密封，所述反应釜主体(1)和反应釜盖(2)的材质为不锈钢，所述加热模块包括包裹在反应釜主体(1)上的电加热丝(4)，所述反应釜主体(1)和电加热丝(4)外部包裹有保温罩(5)。3.根据权利要求1所述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述坩埚模块包括陶瓷坩埚(6)和装在陶瓷坩埚(6)中的样品架(7)，所述样品架(7)为网状结构，所述网状结构上间隔设置有多个样品卡槽(7
‑
1)，所述网状结构上还设置有与网状结构垂直的提升杆(7
‑
2)，所述升降模块包括与陶瓷坩埚(6)连接并延伸出反应釜模块的升降杆(8)，所述升降杆(8)伸出反应釜模块一端设置有升降电机(9)。4.根据权利要求1所述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述搅拌模块包括设置在反应釜模块上的伺服电机(10)，所述伺服电机(10)连接有伸入反应釜模块的连接杆(11)，所述连接杆(11)伸入反应釜模块的端部安装有搅拌桨(12)，所述搅拌桨(12)距离反应釜模块内部空腔底部的距离为反应釜模块内部空腔深度的1/3～1/2。5.根据权利要求1所述的模拟钠冷快堆堆芯高温液钠环境腐蚀实验的装置，其特征在于，所述气体模块包括三通接头(13)，所述三通接头(13)分别通过第一管道(14)连通反应釜模块的空腔，通过第二管道(15)连通真空泵(16)，通过第三管道(17)连通氩气瓶(18)，所述第一管道(14)、第二管道(15)和第三管道(17)上分别设置有第一气阀(14
‑
1)、第二气阀(15
‑
1)和第三气阀(17
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭树炜，王少鹏，刘林涛，何飞，王培，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：
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