[发明专利]一种消氢系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及消除气体介质中氢气的系统和装置，尤其涉及一种氢气点火器。

背景技术

保证核反应堆安全运行一个重要环节是将氢气移除核反应堆气路，因为气态氢的积聚可能会达到危险级浓度，导致其与结构材料之间发生不良相互作用，造成这些材料的降解损坏(主要是电路元件上表面的氧化膜)。此外，氢气在气路积聚也是其达到爆炸浓度限的先决条件。

为了移除气路中的氢，现有技术中采用了以下多种方法：

俄罗斯专利RU2430876公开了一种从气态混合物中除去氢气的装置。该装置的工作原理基于一个氢气扩散通过的气体渗透膜。其结果是纯氢被收集在上述隔膜背后的腔体内，残氢和其余气体介质通过排气口排出。当需要过滤除去混合气体中低浓度的氢气时，由于氢气扩散过膜时间延长，且需增大渗透膜面积，使用该种方法处理效率极为低下。

美国专利US6356613公开了从含氢混合气体中的除去气态氢的装置。在该装置中，含氢气体混合物通过催化剂层并在此发生低温氧化生成水，处理后的气体混合物再从装置中移除。以氢气转化成水(水蒸气)的形式可保证其快速高效地从气路中移除，因为基于现有成熟的气体干燥技术，可非常容易地除去气路中的氧化态氢(水，水蒸气)。但是，这种装置只能用于含氧气体介质的消氢。当需要处理缺氧气体介质时，该装置无法从上述含氢缺氧气体中除去氢气。

缺氧气体介质用于液态金属反应堆冷却剂气路中，因此亟需一种从上述气体介质中除去氢气或类似气体的有效方法。

为了维持保护性气体(气体介质)，特别是惰性气体所要求达到的杂质组成，在核反应设备运行过程中，消除保护性气体混有的氢气同样十分有必要。可通过氢气点火器除去保护气体中的氢气。

俄罗斯专利RU2253915公开了一种带有氧化铅的氢气点火器，其中氧化铅可运输含氢惰性气体流(气体介质)。氧化铅携带的氢气被氧化生成水后，再混入惰性气体流中。当应用上述点火器消除气体介质(保护气体)中氢时，保护气体容易被铅或者氧化铅杂质污染，这些杂质可能会对反应堆设备的结构部件产生不良影响，还可能会污染冷却剂。

一旦氢气氧化产生的水没有从气体介质中去除，输出的保护性气中的水蒸气饱和度可能会超出可接受范围。

另外，由于消氢过程伴随着氧化铜还原生成铜，当所有或者有效的氧化铜被还原生成铜后，需从点火器中移除并更换新的氧化铜。

此外还应指出，这种基于氧化铅的氢气点火器效率相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢气点火器，该点火器不会产生对反应堆设施结构部件和/或冷却剂(特别是铅铋冷却剂)有害的杂质，不会污染气体介质(如保护气体)，可提高消氢效率，还可除去消氢过程中产生的水蒸气。

此外，本发明的又一目的在于提供一种消氢系统，该系统不会产生对反应堆设施结构部件和/或冷却剂(特别是铅铋冷却剂)有害的杂质，不会污染气体介质(如保护气体)，无需更换除氢物质，可延长系统运行周期。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明氢气点火器包括一个带有气体介质供气口和排气口的壳体，以及放置于所述壳体内含氧化铋和/或氧化铅的填料。作为优选方式之一，所述氧化铋为Bi₂O₃，所述填料优选颗粒状。

所述点火器壳体内安装至少一个装载填料的反应釜。优选地，所述壳体内装有一个自气体介质供气口起并穿过至少一个反应釜的分流管，且该分流管在其穿过反应釜处的侧壁上设有一个或多个开口。此外，优选地，至少一个反应釜上设有气体介质的进口和出口。

优选地，所述点火器壳体上设有一个加热器。优选地，所述点火器壳体包含带有一个气体介质供气口的顶盖，带有一个气体介质排气口的底盖。所述加热器安装在壳体的一侧壁上。

作为本发明的一个技术方案，本发明提供了一种包含上述任何一种氢气点火器具体实施方式的消氢系统。所述点火器壳体上连接一根供应管，可通过气体介质供气口供应气体介质，所述点火器壳体上连接一根排放管，可通过气体介质排气口排出气体介质。所述供应管上安装有一个或多个可控制气体介质流入的节流阀，所述排放管上安装有一个或多个可控制含氧气体介质流入的节流阀。

所述供应管上设有一个加热器。流经点火器的气体介质主要包括惰性气体。

优选地，该系统还包含一个冷却器和一个冷凝器，所述氢气点火器壳体和所述冷却器通过所述排放管相互连通，排放出的气体介质通过气体介质排气口进入冷却器和冷凝器。