[发明专利]辐射式液态金属钠高功率加热系统及加热方法

权利要求书

1.一种辐射式液态金属钠高功率加热系统，其特征在于：包括一个入口主管线、一个出口主管线、多个并联连接的高功率加热器；液态金属钠进入加热系统，首先进入入口主管线上的第一个三通接口，第一个三通第一出口通过第一入口阀(201)连通第一高功率加热器(1)，第一高功率加热器(1)出口连接第一出口阀(301)，第一出口阀(301)连接出口主管线，第一个三通第二出口直接连接第二个三通接口，后续管线以相同结构连接其它高功率加热器，多个高功率加热器的出口流体经由多个出口阀汇入出口主管线，钠进出口分别布置有热电偶测量钠温；以上第一高功率加热器(1)、第一入口阀(201)、第一出口阀(301)构成第一加热单元；第二高功率加热器(2)、第二入口阀(202)、第二出口阀(302)构成第二加热单元，以此类推，构成多个加热单元，每个加热单元的结构和流量均相同；每个加热单元均在外层包裹保温棉，启动时使整个加热单元温度达到钠的凝固点以上，防止钠的凝固造成的堵管事故；还包括与每个高功率加热器连接的PLC控制柜及控制系统(5)；

所述多个并联连接的高功率加热器结构均相同，其中第一高功率加热器(1)包括加热器壳体(105)，入口法兰(101)及与入口法兰(101)相连的入口主管道(104)，出口法兰(114)及与出口法兰(114)相连的出口主管道(113)，连接入口主管道(104)和出口主管道(113)的门字形管束(110)，分别设置在门字形管束(110)内部和外部的内部加热棒束(108)和外部加热棒束(109)；门字形管束(110)的两端分别焊接在入口主管道(104)和出口主管道(113)上；所述门字形管束(110)是若干根沿主管道方向平行布置的门字形管道，流体进入主管道后在流动过程中向门字形管束中分流，在其中被加热；所述内部加热棒束(108)和外部加热棒束(109)均为门字形平行排列的单排管束，分别布置在门字形管束(110)内部和外部，距门字形管束(110)有一段距离，通过辐射换热加热管束中的流体；上述入口主管道(104)、出口主管道(113)、门字形管束(110)、内部加热棒束(108)和外部加热棒束(109)都布置在加热器壳体(105)中，加热器壳体(105)中布置有支撑格架(107)对门字形管束(110)、内部加热棒束(108)和外部加热棒束(109)进行支撑；所述入口主管道(104)和出口主管道(113)入口处均布置有测温热电偶(103)和排净孔(102)，测温热电偶(103)用来测量加热器内流体的进出口温度，排净孔用来排完加热器中残留的流体；所述加热器壳体(105)外部布置有充氮口(112)、排气孔(106)和仪表接线箱(111)。

2.根据权利要求1所述的一种辐射式液态金属钠高功率加热系统，其特征在于：所述高功率加热器的数量为四个，分别为第一高功率加热器(1)、第二高功率加热器(2)、第三高功率加热器(3)和第四高功率加热器(4)，每个高功率加热器的功率为5MW，共20MW。

3.根据权利要求1所述的一种辐射式液态金属钠高功率加热系统，其特征在于：所述入口主管道(104)和出口主管道(113)均为直径为DN200的圆形管道。

4.根据权利要求1所述的一种辐射式液态金属钠高功率加热系统，其特征在于：所述门字形管束(110)的直径为DN25。

5.根据权利要求1所述的一种辐射式液态金属钠高功率加热系统，其特征在于：所述多个高功率加热器采用PLC控制柜及控制系统(5)调节加热功率，每个高功率加热器的功率均能够单独调节，以满足不同试验条件对出口钠温的要求。

6.根据权利要求1所述的一种辐射式液态金属钠高功率加热系统，其特征在于：所有的入口阀、出口阀均采用电动控制阀门，所有温度、压力信号经过数据采集系统采集、调节和分析；PLC控制柜及控制系统(5)设置钠出口温度与加热功率反馈，通过钠出口温度与额定工况温度差值，调节各级高功率加热器功率，实现出口温度的自动调节控制。

7.权利要求1至6任一项所述的辐射式液态金属钠高功率加热系统的加热方法，其特征在于：具体加热方法为：首先开启所有高功率加热器的入口阀和出口阀，对加热系统进行抽真空处理，通过各高功率加热器的充氮口向系统中充入氮气到所需压力并维持；开启各加热单元的高功率加热器外部加热棒束，使得各加热单元的高功率加热器、入口阀和出口阀以及管路温度均到达180℃-220℃范围内，保持外部加热棒束加热功率稳定；当液态金属钠进入加热系统后，开启各级高功率加热器，控制加热功率缓慢升高；根据钠出口温度与额定工况温度差值，调节各级高功率加热器功率，直至液态金属钠加热至所需功率；当加热系统需要关闭时，依次关闭第一高功率加热器(1)、第二高功率加热器(2)、以此类推，关闭所有高功率加热器，保持加热功率不变，待所有金属钠从加热系统排空后，停止加热，同时保持氮气保护。