[发明专利]一种气体高密封快速调压系统及方法

说明书

本发明公开了一种气体高密封快速调压系统及方法。由气体回路、蓄压器、稳压罐、隔膜压缩机、充气罐、阀门、管道和仪表等组成。先将充气罐内高压工艺气体直接向气体回路充气，快速提高气体回路中反应气屏压力；然后将气体回路内中压工艺气体放气到蓄压器，蓄压器进行可变容积扩展，快速降低气体回路中反应气屏压力；最后蓄压器在稳压罐的驱动气体压力作用下压缩，驱动低压工艺气体进入隔膜压缩机压缩增压到充气罐。蓄压器用金属波纹管隔膜分隔工艺气体和驱动气体，进行高密封性的容积补偿和压力缓冲，整个调压系统为全金属材料密封。本发明用于气体精细化工生产、电子气体工艺处理和核燃料功率瞬态试验等。

技术领域

本发明涉及化学化工中气体试验和核燃料瞬态试验领域，具体涉及一种气体高密封快速调压系统及方法，可以对高纯气体、昂贵气体、危险气体和放射性气体的生产、处理和实验等研究进行快速压力调节，也可快速控制中子吸收气体的压力对核燃料进行功率瞬态试验，可用于石油天然气、气体精细化工、电子气体、核化工和核燃料试验等多种场合。

背景技术

在化工中，六氟化硫等高纯电子气体具有良好绝缘特性，广泛用于高压电气设备的灭弧和微电子制造中的蚀刻及清洗等，价格较为昂贵。电子气体在工艺处理和输送过程中，需充分满足无污染和安全性等要求，对电气和电子设备进行充气试验。高压快速充气不仅可以减少气瓶内残留量，还对加快充气速度、提高工作效率、增加经济性具有重要意义。

在研究堆上，可利用中子吸收气体(氦-3或BF₃)快速均匀的改变核燃料的辐照功率，快速的功率瞬态变化对探索燃料元件的完整性和安全性研究是非常重要的，而功率变化的快慢主要由中子气体压力调节的速度决定，因此提出一种快速压力调节方法对核燃料瞬态辐照试验具有重要意义。同时由于中子吸收气体本身(如BF₃等)或其吸收中子的核反应产物(如氦-3吸收中子产生氚)具有很大毒性和放射性危害，且价格非常昂贵，因此整个快速调压系统必须具有非常高密封性，才能保证试验的安全，减少中子吸收气用量，降低试验费用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对高纯气体、昂贵气体和危险气体等进行高密封快速增压和快速卸压的系统及方法，减少残留，降低损耗，提高气体试验系统的安全性和经济性。本发明还可用于快速和超快速改变研究堆内中子吸收气屏内压力，从而改变核燃料元件的核功率，为研究核燃料在功率瞬态试验下的辐照行为提供一种先进试验方法，该系统在调节压力过程中对中子吸收气体进行超高密封，对避免泄漏和过大渗透、保证人员安全、减少气体消耗费用等具有重要作用。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明提出了一种气体高密封快速调压系统，其特征在于，包括气体回路、蓄压器、稳压罐、隔膜压缩机、充气罐、阀门和管道等组成。

所述气体回路是由反应气屏、吸气床和气体循环泵等构成的高密封强制循环回路。所述气体回路的压力调节支路分别接充气罐出口和蓄压器内腔波纹管气室入口，蓄压器内腔波纹管气室出口接隔膜压缩机入口，隔膜压缩机出口接充气罐入口。

具体的，所述充气罐的容积较小和压力很高，充气罐内工艺气体压力越高，向气体回路内充气速度越快，反应气屏内压力升高越快，核燃料功率瞬态试验越快。同时，在工艺气体用量一定的条件下，充气罐压力越高，容积越小，在充气结束时留存在充气罐内的工艺气体就越少。所述充气罐内压力在最合理情况下略高于或等于气体回路压力时残留量最少，大大减少工艺气体的用量，节省试验费用。

具体的，所述蓄压器在隔膜压缩机抽气压缩时，采用高密封的金属波纹管隔膜进行可变容积补偿方式。所述蓄压器的金属波纹管隔膜将分隔其为内外两侧，蓄压器由内腔波纹管气室和外腔缸体气室构成，内腔波纹管气室进口与气体回路连通，出口与隔膜压缩机入口连通，内侧为工艺气体，外腔缸体气室与稳压罐连通，外侧为稳压气体，全密封的波纹管隔膜将工艺气体与稳压气体隔离。所述蓄压器内腔波纹管气室在压缩结束时的空隙容积较小，在压缩结束时，能够将绝大多数蓄压器内的气体送入隔膜压缩机内压缩增压充入充气罐，减少残留在蓄压器内工艺气体，提高试验的经济性。