液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于核科學(xué)與工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法，一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其主要特點在于包括有在氧含量控制室的進(jìn)液端前設(shè)有加熱腔，加熱腔通過氧含量控制室連接液態(tài)金屬機械泵，在氧含量控制室的進(jìn)液端設(shè)有進(jìn)液端氧探頭，在出液端設(shè)有出液端氧探頭；液態(tài)金屬流量計設(shè)于液態(tài)金屬機械泵的出口端，液態(tài)金屬流量計的出口連接液態(tài)鉛鉍合金閥門，液態(tài)鉛鉍合金閥門的回流口通過回流管道與儲料罐連通并連通加熱腔；真空抽氣與測量系統(tǒng)設(shè)于儲料罐與氧含量控制室。本發(fā)明的優(yōu)點是通過Ar-H2混合氣體在氧含量控制室與液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以實現(xiàn)氧含量的控制。
【專利說明】液態(tài)鉛秘合金中氧含量控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核科學(xué)與工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]加速器驅(qū)動的次臨界潔凈核能系統(tǒng)(ADS)是利用加速器提供的高能質(zhì)子與散裂靶(如鉛鉍)發(fā)生散裂反應(yīng)產(chǎn)生中子作為中子源來驅(qū)動次臨界包層系統(tǒng)，使次臨界包層系統(tǒng)維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗變核廢物。ADS可嬗變長壽命核廢物為短壽命的核廢物，以降低放射性廢物的儲量和毒性，而ADS本身產(chǎn)生的核廢物卻很少，被科學(xué)界公認(rèn)為是解決大量放射性廢物、降低深埋儲藏風(fēng)險的最具潛力的工具。
[0003]液態(tài)鉛鉍合金(LBE)具有中子產(chǎn)額高、散射截面大、俘獲截面小等優(yōu)良的中子學(xué)性能，可用作ADS嬗變系統(tǒng)中優(yōu)良的中子源散裂靶。另一方面，液態(tài)鉛鉍合金具有熔點低、沸點高、導(dǎo)熱性能好、化學(xué)活性低等優(yōu)良的物理與化學(xué)性能，是良好的冷卻劑材料，又有利于工程上的安全運行。因此，液態(tài)鉛鉍合金是兼?zhèn)銩DS嬗變系統(tǒng)中散裂靶和冷卻劑的最佳材料。
[0004]鉛鉍合金作為散裂靶和冷卻劑最重要的一個問題是控制液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧含量，其嚴(yán)重影響液態(tài)鉛鉍對鐵基結(jié)構(gòu)材料的腐蝕和液態(tài)鉛鉍自身的氧化污染?；钚匝鹾刻?，結(jié)構(gòu)材料的組分在鉛鉍熔體中溶解速度加快，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料嚴(yán)重腐蝕，服役壽命縮短；活性氧含量太高，鉛鉍熔體發(fā)生氧化，形成大量的氧化鉛等難溶性氧化物，降低了液態(tài)鉛鉍合金在循環(huán)回路中的流動性，進(jìn)而引起換熱效率下降或管道堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重時導(dǎo)致事故發(fā)生。活性氧含量在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，結(jié)構(gòu)材料在界面處會形成一定厚度的自修復(fù)氧化保護(hù)層，阻止鉛鉍合金對結(jié)構(gòu)材料的進(jìn)一步腐蝕；同時，又避免了氧化物的生成，減少污染，提高了運行的安全性。因此，鉛鉍合金中氧含量控制具有非常重要的意義。
[0005]目前，液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置以靜態(tài)方式為主，即液態(tài)鉛鉍在容器中是靜止的，這種方式與ADS實際要求存在一定差別。ADS運行過程中的實際情況是在堆芯處產(chǎn)生的大量熱量需要依靠液態(tài)鉛鉍的循環(huán)流動輸運到換熱設(shè)備進(jìn)行冷卻處理，在此循環(huán)回路中，會加入氧含量控制裝置，以控制液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量在合適的范圍，有效抑制液態(tài)鉛鉍合金對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。因此，本發(fā)明涉及的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法能夠有效的模擬ADS運行系統(tǒng)中的氧含量控制和材料腐蝕研究。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于，為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置及方法。通過Ar-H2混合氣體在氧含量控制室與液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終將液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量控制在一定范圍。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其主要特點在于包括有在氧含量控制室的進(jìn)液端前設(shè)有加熱腔，加熱腔通過氧含量控制室連接液態(tài)金屬機械泵，在氧含量控制室的進(jìn)液端設(shè)有進(jìn)液端氧探頭，在出液端設(shè)有出液端氧探頭；液態(tài)金屬流量計設(shè)于液態(tài)金屬機械泵的出口端，液態(tài)金屬流量計的出口連接液態(tài)鉛鉍合金閥門，液態(tài)鉛鉍合金閥門的回流口通過回流管道與儲料罐連通并連通加熱腔；真空抽氣與測量系統(tǒng)設(shè)于儲料罐與氧含量控制室。
[0008]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有在所述的液態(tài)金屬流量計的出口端通過流入閥門連接腐蝕室，腐蝕室通過回流閥門連接回流管道。
[0009]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有在所述的液態(tài)鉛鉍合金閥門的兩端設(shè)有需控氧的系統(tǒng)，需控氧系統(tǒng)的入口通過入口閥門連接液態(tài)鉛鉍合金閥門的入口端，其出口通過出口閥門連接液態(tài)鉛鉍合金閥門的出口端。
[0010]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的儲料罐在罐體上設(shè)有儲料罐真空蓋板，罐體內(nèi)設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口管道，出口管道從罐體上方側(cè)面穿出，經(jīng)閥門與加熱腔連接；罐體外壁設(shè)有電加熱、保溫層和熱電偶，罐體的底部設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金泄流管道，在罐體上設(shè)有的真空抽氣與測量通道與真空抽氣與測量系統(tǒng)連接；在罐體上還設(shè)有高壓惰性氣體入口、氣體安全閥、氣壓計、液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕?、液態(tài)鉛鉍合金液位計。
[0011]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的儲料罐真空蓋板設(shè)有電動升降機構(gòu)，罐體加熱的最高溫度為650°c。
[0012]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的加熱腔設(shè)于豎直方向上，下端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金入口，上端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口，在加熱腔上設(shè)有電加熱器、保溫層和熱電偶；最高加熱溫度為800°C，采用PID自動控制模式。
[0013]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的氧含量控制室設(shè)為水平方向，在氧含量控制室的室體上一端中部設(shè)有液態(tài)鉛鉍入口，另一端底部設(shè)有液態(tài)鉛鉍出口 ；在氧含量控制室的室體出口端設(shè)有氧含量控制腔密封法蘭；在氧含量控制室的室體上設(shè)有加熱器與保溫層；在氧含量控制室的液態(tài)鉛鉍出口端設(shè)有混合氣入口，液態(tài)鉛鉍入口端設(shè)有混合氣出口 ；在氧含量控制室的室體上設(shè)有真空抽氣與測量通道與真空抽氣與測量系統(tǒng)連接；在氧含量控制室的室體上還設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕?、氧含量控制室?nèi)混合氣體測溫?zé)犭娕?、氣壓計、安全閥、液位計、氧含量控制室外壁熱電偶。
[0014]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有所述的液態(tài)金屬機械泵的兩端通過流量調(diào)節(jié)閥門連接。
[0015]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，所述的液態(tài)金屬流量計為電磁感應(yīng)式流量計。
[0016]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有連接管道為便捷的卡口連接，其中水平部分的管道存在5°的傾斜角，管道外部設(shè)有加熱器、保溫層和熱電偶，最高溫度為 650 0C ο
[0017]一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其主要特點在于步驟包括為:
[0018](I)將鉛鉍合金鑄錠擺放于儲料罐內(nèi)，啟動電動升降機構(gòu)關(guān)閉蓋板進(jìn)行密封，開啟真空抽氣與測量系統(tǒng)進(jìn)行抽氣，真空度達(dá)到1.0X10_4Pa-5.0X10_4Pa后關(guān)閉真空閥門；然后開啟儲料罐的加熱器進(jìn)行加熱，使鉛鉍鑄錠熔化為液態(tài)，并達(dá)到200-300°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度;
[0019](2)啟動循環(huán)回路的真空抽氣與測量系統(tǒng)，真空度達(dá)到1.0X10_4Pa_5.0X10_4Pa后再啟動回路各部件的加熱元件，溫度達(dá)到200-300°C定值后進(jìn)行恒溫加熱；
[0020](3)打開儲料罐與循環(huán)回路之間的閥門，由儲料罐的進(jìn)氣口通入高壓Ar氣，將液態(tài)鉛鉍合金壓入循環(huán)回路，至充滿氧含量控制室容積的1/2-2/3，然后關(guān)閉儲料罐與循環(huán)回路之間的閥門；
[0021](4)啟動液態(tài)金屬機械泵，在液態(tài)金屬機械泵驅(qū)動下，液態(tài)鉛鉍合金開始循環(huán)流動，預(yù)定流量為每小時1.85-3m3，流量變化通過控制機械泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，流量大小通過機械泵后端的電磁流量計進(jìn)行測量，穩(wěn)定性和微調(diào)通過流量調(diào)節(jié)閥門完成；
[0022](5)調(diào)節(jié)加熱腔、氧含量控制室和連接管道加熱元件的功率，將液態(tài)鉛鉍合金的運行溫度提高并控制在300-650°C范圍內(nèi)；
[0023](6)打開氧含量控制室的進(jìn)氣閥門和出氣閥門，從進(jìn)氣口 一端持續(xù)通入流速為100mL-30L/min的Ar-H2混合氣體，其中H2為1_10%，其余為Ar，使之與液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧進(jìn)行反應(yīng)，以降低液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量并達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)；
[0024](7)液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量利用氧含量控制室前、后端布置的氧化鋯氧探頭進(jìn)行測量。
[0025]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其步驟還包括為:
[0026](8) A將經(jīng)過步驟(7)的液態(tài)鉛鉍合金流向腐蝕室以開展特定氧含量、溫度、流速條件下的材料腐蝕實驗。
[0027]所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其步驟還包括為:
[0028](S)B將經(jīng)過步驟(7)的液態(tài)鉛鉍合金自液態(tài)金屬流量計出口端通過液態(tài)金屬閥門接入需控氧的系統(tǒng)(如ADS系統(tǒng))，然后回流到回流管道，再經(jīng)加熱腔和氧含量控制室，形成串聯(lián)回路以完成需控氧系統(tǒng)的氧含量控制。
[0029]本發(fā)明的有益效果:
[0030]1.本發(fā)明所述的真空抽氣與測量系統(tǒng)可以使儲料罐和循環(huán)回路均獲得5X 10_4Pa的高真空度，可有效的防止裝置運行過程中液態(tài)鉛鉍合金的氧化；
[0031]2.本發(fā)明所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置根據(jù)各個部件不同的功能和要求，采用分段式溫度控制，儲料罐的運行溫度為200-300°C，加熱腔的最高加熱溫度為800°C，氧含量控制室、連接管道以及回路中其它部件可達(dá)650°C，在運行過程中可靈活控制以滿足實驗要求。
[0032]3.本發(fā)明所述的液態(tài)金屬機械泵，通過不同的轉(zhuǎn)速將液態(tài)鉛鉍合金的流量控制在每小時1.85-3m3范圍內(nèi)，配合使用流量調(diào)節(jié)閥門以精確控制循環(huán)回路中液態(tài)鉛鉍合金流量的大小。
[0033]4.本發(fā)明所述的儲料罐位于整個裝置的最下方并與循環(huán)回路連接，有利于循環(huán)回路運行與停機過程中的供料與回收之間的反復(fù)操作。
[0034]5.本發(fā)明所述的水平部分的連接管道存在5°的傾斜角，便于停機過程中排凈液態(tài)鉛秘合金，減少殘留。
[0035]6.本發(fā)明所述的氧含量控制室處于整個裝置的最高位置，通過控制循環(huán)回路中液態(tài)鉛鉍合金的進(jìn)量，在氧含量控制室可留出合理的氣體空間，利用逆向氣流在氣/液界面的化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量控制?！緦＠綀D】

【附圖說明】:
[0036]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖中:1儲料罐；2加熱腔；3進(jìn)液口測氧探頭；4氧含量控制室；5出液口測氧探頭；6液態(tài)金屬機械泵；7液態(tài)金屬電磁流量計；8流量調(diào)節(jié)閥門；9液態(tài)金屬閥門；10回路管道；11儲料罐進(jìn)氣口 ；12儲料罐出氣口 ；13氧含量室進(jìn)氣口 ；14氧含量室出氣口 ；15真空抽氣與測量系統(tǒng)；16液態(tài)金屬閥門；17液態(tài)金屬閥門；18腐蝕室；19液態(tài)金屬閥門；20液態(tài)金屬閥門；21需控氧的系統(tǒng)。
[0038]圖2為本發(fā)明的儲料罐結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖中:1-1可電動升降的儲料罐真空蓋板；1_2電加熱器；1_3高壓惰性氣體入口 ；
1-4液態(tài)鉛鉍合金出口管道；1_5液態(tài)鉛鉍合金泄流管道；1_6罐體外壁熱電偶；1_7保溫層外壁熱電偶；1_8真空抽氣與測量通道；1_9氣體安全閥；1_10氣壓計；1-11液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕迹?_12液態(tài)鉛鉍合金液位計；1_13罐體，1-14保溫層。
[0040]圖3為本發(fā)明的氧含量控制腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖中:4-1液態(tài)鉛秘入口 ；4_2液態(tài)鉛秘出口 ；4_3氧含量控制腔密封法蘭(可拆卸);4-4電加熱器；4-5混合氣入口 ；4-6混合氣出口 ；4-7液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕迹?_8液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕迹?-9液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕迹?-10氧含量控制腔內(nèi)混合氣體測溫?zé)犭娕迹?-11真空抽氣與測量通道；4-12氣壓計；4-13安全閥；4_14液位計；4_15氧含量控制室外壁熱電偶；4_16保溫層外壁熱電偶；4-17保溫層。
[0042]圖4為本發(fā)明的加熱腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖中:2-1液態(tài)鉛鉍合金入口 '2-2液態(tài)鉛鉍合金出口 ；2_3電加熱器；2_4保溫層；
2-5熱電偶。
【具體實施方式】
[0044]以下結(jié)合附圖所示之最佳實例作進(jìn)一步詳述:
[0045]實施例1:見圖1，圖2，圖3，圖4，一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，包括有在氧含量控制室4的進(jìn)液端前設(shè)有加熱腔2，加熱腔通過氧含量控制室4連接液態(tài)金屬機械泵6,在氧含量控制室4的進(jìn)液端設(shè)有進(jìn)液端氧探頭3，在出液端設(shè)有出液端氧探頭5 ;液態(tài)金屬流量計7設(shè)于液態(tài)金屬機械泵6的出口端，液態(tài)金屬流量計7的出口連接液態(tài)鉛鉍合金閥門9，液態(tài)鉛鉍合金閥門9的回流口通過回流管道10與儲料罐I連通并連通加熱腔2 ;真空抽氣與測量系統(tǒng)15設(shè)于儲料罐I與氧含量控制室4。
[0046]所述的儲料罐I在罐體1-13上設(shè)有儲料罐真空蓋板1-1，罐體1-13內(nèi)設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口管道1-4，出口管道1-4從罐體1-13上方側(cè)面穿出，經(jīng)閥門與加熱腔2連接；罐體1-13外壁設(shè)有電加熱器1-2與保溫層1-14和熱電偶1-6、1-7，罐體1_13的底部設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金泄流管道1-5，在罐體1-13上設(shè)有的真空抽氣與測量通道1-8與真空抽氣與測量系統(tǒng)15連接；在罐體1-13上還設(shè)有高壓惰性氣體入口 1-3、氣體安全閥1-9、氣壓計1-10、液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕?-11、液態(tài)鉛鉍合金液位計1-12。
[0047]所述的儲料罐真空蓋板1-1設(shè)有電動升降機構(gòu)，罐體1-13加熱的最高溫度為650°C，采用PID自動控制方式。
[0048]所述的加熱腔2設(shè)于豎直方向上，下端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金入口 2-1，上端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口 2-2，在加熱腔2上設(shè)有電加熱器2-3、保溫層2-4和熱電偶2_5 ;加熱的最高溫度為800°C，采用PID自動控制模式。
[0049]所述的氧含量控制室4設(shè)為水平方向，在氧含量控制室4的室體上一端中部設(shè)有液態(tài)鉛鉍入口 4-1，另一端底部設(shè)有液態(tài)鉛鉍出口 4-2 ;在氧含量控制室4的室體出口端設(shè)有氧含量控制腔密封法蘭4-3 ;在氧含量控制室4的室體上設(shè)有電加熱器4-4與保溫層4-17 ;在氧含量控制室4的液態(tài)鉛鉍出口端設(shè)有混合氣入口 4-5，液態(tài)鉛鉍入口端設(shè)有混合氣出口 4-6 ;在氧含量控制室4的室體上設(shè)有真空抽氣與測量通道4-11與真空抽氣與測量系統(tǒng)15連接；在氧含量控制室4的室體上還設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕?-7、4-8、4-9、氧含量控制室內(nèi)混合氣體測溫?zé)犭娕?-10、氣壓計4-12、安全閥4-13、液位計4-14、氧含量控制室外壁熱電偶4-15、保溫層外壁熱電偶4-16 ;最高加熱溫度為650°C，采用PID自動控制模式。
[0050]還包括有所述的液態(tài)金屬機械泵6的兩端通過流量調(diào)節(jié)閥門8連接。
[0051]所述的液態(tài)金屬流量計7為電磁感應(yīng)式流量計。
[0052]還包括有連接管道為便捷的卡口連接，其中水平部分的連接管道存在5°的傾斜角，管道外部設(shè)有加熱器、保溫層和熱電偶，最高溫度為650°C。
[0053]實施例2:—種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有在所述的液態(tài)金屬流量計7的出口端通過流入閥門16連接腐蝕室18，腐蝕室18通過回流閥門17連接回流管道
10。其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。
[0054]實施例3:—種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，還包括有在所述的液態(tài)鉛鉍合金閥門9的兩端設(shè)有以液態(tài)鉛鉍合金為散裂靶和冷卻劑的ADS系統(tǒng)21，以液態(tài)鉛鉍合金為散裂靶和冷卻劑的ADS系統(tǒng)21的入口通過入口閥門19連接液態(tài)鉛鉍合金閥門9的入口端，其出口通過出口閥門20連接液態(tài)鉛鉍合金閥門9的出口端。其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。
[0055]實施例4:一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其主要特點在于步驟為:
[0056]( I)將鉛鉍合金鑄錠擺放于儲料罐內(nèi)，啟動電動升降機構(gòu)關(guān)閉蓋板進(jìn)行密封，開啟真空抽氣與測量系統(tǒng)進(jìn)行抽氣，真空度達(dá)到1.0X10_4Pa-5.0X10_4Pa后關(guān)閉真空閥門；然后開啟儲料罐的加熱器進(jìn)行加熱，使鉛鉍鑄錠熔化為液態(tài)，并達(dá)到200-300°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度;
[0057](2)啟動循環(huán)回路的真空抽氣與測量系統(tǒng)，真空度達(dá)到1.0X10_4Pa_5.0X10_4Pa后再啟動回路各部件的加熱元件，溫度達(dá)到200-300°C定值后進(jìn)行恒溫加熱；
[0058](3)打開儲料罐與循環(huán)回路之間的閥門，由儲料罐的進(jìn)氣口通入高壓Ar氣，將液態(tài)鉛鉍合金壓入循環(huán)回路，至充滿氧含量控制室容積的1/2-2/3，然后關(guān)閉儲料罐與循環(huán)回路之間的閥門；
[0059](4)啟動液態(tài)金屬機械泵，在液態(tài)金屬機械泵驅(qū)動下，液態(tài)鉛鉍合金開始循環(huán)流動，預(yù)定流量為每小時1.85-3m3，流量變化通過控制機械泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，流量大小通過機械泵后端的電磁流量計進(jìn)行測量，穩(wěn)定性和微調(diào)通過流量調(diào)節(jié)閥門完成；
[0060](5)調(diào)節(jié)加熱腔、氧含量控制室和連接管道加熱元件的功率，將液態(tài)鉛鉍合金的運行溫度提高并控制在300-650°C范圍內(nèi)一定的值。
[0061](6)打開氧含量控制室的進(jìn)氣閥門和出氣閥門，從進(jìn)氣口 一端持續(xù)通入流速為100mL-30L/min的Ar-H2混合氣體，其中H2為1_10%，其余為Ar，使之與液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧進(jìn)行反應(yīng)，以降低液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量并達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)；
[0062](7)液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量利用氧含量控制室前、后端布置的氧化鋯氧探頭進(jìn)行測量。
[0063]實施例5:所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其步驟還包括為:
[0064]步驟(I)至(7)與實施例5相同。
[0065](8) A將經(jīng)過步驟(7)的液態(tài)鉛鉍合金流向腐蝕室以開展特定氧含量、溫度、流速條件下的材料腐蝕實驗。
[0066]實施例6:所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其步驟還包括為:
[0067]步驟(I)至(7)與實施例5相同。
[0068](8) B將經(jīng)過步驟(7)的液態(tài)鉛鉍合金自液態(tài)金屬流量計出口端通過液態(tài)金屬閥門接入以液態(tài)鉛鉍合金為散裂靶和冷卻劑的ADS系統(tǒng)，然后回流到回流管道，再經(jīng)加熱腔和氧含量控制室，形成串聯(lián)回路以進(jìn)行以液態(tài)鉛鉍合金為散裂靶和冷卻劑的ADS系統(tǒng)的氧含量控制。
[0069]實驗例1:見圖1，一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，加熱腔2、氧含量控制室
4、液態(tài)金屬機械泵6、流量計7和連接管道構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路；氧含量控制室4位于循環(huán)回路的最高點，其前、后端均布置了氧探頭3、5進(jìn)行氧含量測量，前端氧探頭3前方是加熱腔2，后端氧探頭5后方是液態(tài)金屬機械泵6，部件之間用管道連接，水平部分的管道存在5°的傾斜角度；液態(tài)金屬機械泵后端是流量計7 ;儲料罐I位于整個循環(huán)回路的側(cè)下方，高度位置處于最低點。
[0070]進(jìn)液端氧探頭3和出液端氧探頭5采用市售產(chǎn)品。
[0071]加熱腔2位于循環(huán)回路的豎直方向上，外置有電加熱器、保溫層和熱電偶，最高加熱溫度可達(dá)800°C，采用PID自動控制模式。
[0072]氧含量控制室4位于循環(huán)回路水平方向的最高端，外置有電加熱器、保溫層和熱電偶，最高加熱溫度可達(dá)650°C，采用PID自動控制模式；其前端連接的管道從腔體中間位置進(jìn)入，后端連接的管道從腔體底端位置離開；氧含量控制室體的上方配備了液位計、熱電偶、氣壓計、抽氣口、進(jìn)氣口、出氣口、真空規(guī)管、安全閥，以對腔體內(nèi)部的液態(tài)金屬和氣體進(jìn)行監(jiān)測；進(jìn)氣口位于氧含量控制室的最左端，出氣口位于氧含量控制室的最右端，氣體在其內(nèi)流動的方向與液態(tài)鉛鉍合金流動的方向相反。
[0073]液態(tài)金屬機械泵6為離心泵，由泵池、電機、軸承、葉輪構(gòu)成，泵池與軸承之間采用填料密封，泵池外壁配備加熱與保溫設(shè)施，最高溫度為650°C，泵池頂端配有液位探針以測量泵池內(nèi)的液位高度；泵的揚程為3米、流量為每小時1.85-3m3。
[0074]流量調(diào)節(jié)閥門的兩端分別連接至液態(tài)金屬機械泵的出口和進(jìn)口，依靠閥門開關(guān)的閉合程度來控制分流的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)循環(huán)回路中的流量。
[0075]液態(tài)金屬流量計采用的是耐高溫型電磁感應(yīng)式流量計，可測的流量范圍為0.5-10立方米/小時。
[0076]循環(huán)回路中的連接管道采用便捷的卡口連接方式，其中水平部分的管道存在5°的傾斜角，管道外部配有電加熱器、保溫層和熱電偶，最高溫度可達(dá)650°C。
[0077]真空抽氣系統(tǒng)由機械泵、分子泵和真空管道組成，測量儀器采用真空規(guī)管，抽氣口和測量點位于氧含量控制室頂端和儲料罐的蓋板上。[0078]溫度控制與測量系統(tǒng)通過巡檢方式對液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置的溫度進(jìn)行實時監(jiān)測與自動控制。
[0079]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于包括有在氧含量控制室的進(jìn)液端前設(shè)有加熱腔，加熱腔通過氧含量控制室連接液態(tài)金屬機械泵，在氧含量控制室的進(jìn)液端設(shè)有進(jìn)液端氧探頭，在出液端設(shè)有出液端氧探頭；液態(tài)金屬流量計設(shè)于液態(tài)金屬機械泵的出口端，液態(tài)金屬流量計的出口連接液態(tài)鉛鉍合金閥門，液態(tài)鉛鉍合金閥門的回流口通過回流管道與儲料罐連通并連通加熱腔；真空抽氣與測量系統(tǒng)設(shè)于儲料罐與氧含量控制室。
2.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于還包括有在所述的液態(tài)金屬流量計的出口端通過流入閥門連接腐蝕室，腐蝕室通過回流閥門連接回流管道。
3.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于還包括有在所述的液態(tài)鉛鉍合金閥門的兩端設(shè)有需控氧的系統(tǒng)，需控氧系統(tǒng)的入口通過入口閥門連接液態(tài)鉛鉍合金閥門的入口端，其出口通過出口閥門連接液態(tài)鉛鉍合金閥門的出口端。
4.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于所述的儲料罐在罐體上設(shè)有儲料罐真空蓋板，罐體內(nèi)設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口管道，出口管道從罐體上方偵_穿出，經(jīng)閥門與加熱腔連接；罐體外壁設(shè)有電加熱器、保溫層和熱電偶，罐體的底部設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金泄流管道，在罐體上設(shè)有的真空抽氣與測量通道與真空抽氣與測量系統(tǒng)連接；在罐體上還設(shè)有高壓惰性氣體入口、氣體安全閥、氣壓計、液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕?、液態(tài)鉛鉍合金液位計。
5.如權(quán)利要求4所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于所述的儲料罐真空蓋板設(shè)有電動升降機構(gòu)，罐體加熱的最高溫度為650°C。
6.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于所述的加熱腔設(shè)于豎直方向上，下端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金入口，上端設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金出口，在加熱腔上設(shè)有電加熱器、保溫層和熱電偶；最高加熱溫度為800°C。
7.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于所述的氧含量控制室設(shè)為水平方向，在氧含量控制室的室體上一端中部設(shè)有液態(tài)鉛鉍入口，另一端底部設(shè)有液態(tài)鉛鉍出口 ；在氧含量控制室的室體出口端設(shè)有氧含量控制腔密封法蘭；在氧含量控制室的室體上設(shè)有加熱器與保溫層；在氧含量控制室的液態(tài)鉛鉍出口端設(shè)有混合氣入口，液態(tài)鉛鉍入口端設(shè)有混合氣出口 ；在氧含量控制室的室體上設(shè)有真空抽氣與測量通道與真空抽氣與測量系統(tǒng)連接；在氧含量控制室的室體上還設(shè)有液態(tài)鉛鉍合金中測溫?zé)犭娕?、氧含量控制室?nèi)混合氣體測溫?zé)犭娕肌鈮河嫛踩y、液位計、氧含量控制室外壁熱電偶。
8.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于還包括有所述的液態(tài)金屬機械泵的兩端通過流量調(diào)節(jié)閥門連接。
9.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于所述的液態(tài)金屬流量計為電磁感應(yīng)式流量計。
10.如權(quán)利要求1所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制裝置，其特征在于還包括有連接管道為便捷的卡口連接，其中水平部分的管道存在5°的傾斜角，管道外部設(shè)有加熱器、保溫層和熱電偶，最高溫度為650°C。
11.一種液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其特征在于步驟包括為: (I)將鉛鉍合金鑄錠擺放于儲料罐內(nèi)，啟動電動升降機構(gòu)關(guān)閉蓋板進(jìn)行密封，開啟真空抽氣與測量系統(tǒng)進(jìn)行抽氣，真空度達(dá)到1.0X10_4Pa-5.0X10_4Pa后關(guān)閉真空閥門；然后開啟儲料罐的加熱器進(jìn)行加熱，使鉛鉍鑄錠熔化為液態(tài)，并達(dá)到200-300°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度； (2)啟動循環(huán)回路的真空抽氣與測量系統(tǒng)，真空度達(dá)到1.0X 10_4Pa-5.0X 10_4Pa后再啟動回路各部件的加熱元件，溫度達(dá)到200-300°C定值后進(jìn)行恒溫加熱； (3)打開儲料罐與循環(huán)回路之間的閥門，由儲料罐的進(jìn)氣口通入高壓Ar氣，將液態(tài)鉛鉍合金壓入循環(huán)回路，至充滿氧含量控制室容積的1/2-2/3，然后關(guān)閉儲料罐與循環(huán)回路之間的閥門； (4)啟動液態(tài)金屬機械泵，在液態(tài)金屬機械泵驅(qū)動下，液態(tài)鉛鉍合金開始循環(huán)流動，預(yù)定流量為每小時1.85-3m3，流量變化通過控制機械泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，流量大小通過機械泵后端的電磁流量計進(jìn)行測量，穩(wěn)定性和微調(diào)通過流量調(diào)節(jié)閥門完成； (5)調(diào)節(jié)加熱腔、氧含量控制室和連接管道加熱元件的功率，將液態(tài)鉛鉍合金的運行溫度提高并控制在300-650°C范圍內(nèi)； (6)打開氧含量控制室的進(jìn)氣閥門和出氣閥門，從進(jìn)氣口一端持續(xù)通入流速為100mL-30L/min的Ar-H2混合氣體，其中H2為1_10%，其余為Ar，使之與液態(tài)鉛鉍合金中的活性氧進(jìn)行反應(yīng)，以降低液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量并達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)； (7)液態(tài)鉛鉍合金中的氧含量利用氧含量控制室前、后端布置的氧化鋯氧探頭進(jìn)行測量。
12.如權(quán)利要求11所述的 液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其特征在于步驟還包括為: (8)A將經(jīng)過步驟(7)的液態(tài)鉛鉍合金流向腐蝕室以開展特定氧含量、溫度、流速條件下的材料腐蝕實驗。
13.如權(quán)利要求11所述的液態(tài)鉛鉍合金中氧含量控制方法，其特征在于步驟還包括為: (8)B將經(jīng)過步驟(7)的液態(tài)鉛鉍合金自液態(tài)金屬流量計出口端通過液態(tài)金屬閥門接入需控氧的系統(tǒng)，然后回流到回流管道，再經(jīng)加熱腔和氧含量控制室，形成串聯(lián)回路以完成需控氧系統(tǒng)的氧含量控制。
【文檔編號】G05D11/13GK103914088SQ201410103346
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】常海龍, 王志光, 姚存峰, 孫建榮, 盛彥斌, 張宏鵬, 徐瑚珊 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所