[发明专利]一种用于液态铅基冷却剂过滤净化的冷阱装置

说明书

本发明设计一种用于液态铅基冷却剂过滤净化的冷阱装置，包括：外筒体，其上形成有冷却剂入口和出口、冷阱入口和出口；内筒体，设置在外筒体内部，且与外筒体之间形成环形通道；过滤器，其一端与外筒体连接，另一端沿轴向伸入内筒体内部并与之连接；环形隔板，安装在环形通道内并将环形通道分隔为省热器环腔和换热器环腔；省热器换热管，安装在省热器环腔内且环绕在内筒体的外周，其入口与冷阱入口相连通，出口与换热器环腔相连通；换热器换热管，安装在换热器环腔内且环绕在内筒体的外周，其入口与冷却剂入口相连通，出口与冷却剂出口相连通。本发明具有一体化设计、结构简单紧凑，操作简单、可以实时在线更换过滤器、排空方便的优点。

技术领域

本发明涉及一种过滤净化装置，具体是关于一种可对液态铅基冷却剂内颗粒杂质和可溶解氧化铅杂质进行过滤净化的冷阱装置，属于核电技术领域。

背景技术

铅基冷却反应堆是第四代反应堆，本身具有诸多优点，是世界各国研究的重点堆型之一。目前，铅基冷却反应堆使用冷却剂主要有铅和铅铋合金，高温铅基液态合金对结构材料有较强的腐蚀作用，在材料被腐蚀过程中，有部分结构材料会溶解于铅基冷却剂内，有些甚至会以颗粒或者块状的形式从设备表面脱落而进入冷却剂系统。另外，由于冷却剂系统内各种复杂的接口带来的泄露和覆盖气体的不断更换等原因，冷却剂内氧含量会不断上升，导致冷却剂氧化铅含量不断上升。氧化铅在铅基冷却剂内的溶解度与冷却剂温度有着强烈的正相关性，一旦高温冷却剂中氧化铅溶解度达到饱和，在冷却剂被冷却后其溶解氧化铅就会析出，析出氧化铅在冷却剂回路内不断聚集生长，可能导致冷却剂系统流道堵塞。在反应堆冷却剂系统中，换热器到堆芯入口是冷却剂系统温度降幅最剧烈，运行温度最低的地方。尤其是下降环腔和下腔室，由于流道较宽，低温冷却剂在此区域流速缓慢，这给冷却剂内氧化铅的析出成核和聚集成块提供条件。无论是材料腐蚀带来的杂质还是氧化铅析出物，一旦聚集成块，可能随着冷却剂流动发生迁移，在燃料棒束或者主换热器等狭小流道内引发流道堵塞事故。尤其是堆芯燃料组件入口的堵塞，如果不能及时发现，可能会导致燃料组件的熔毁。因此，铅基冷却反应堆冷却剂的过滤净化是反应堆冷却剂净化工艺系统的重要组成部分。

为保证回路和反应堆的安全运行，通过对冷却剂进行冷却、过滤、净化，这种冷却过滤净化设备称为冷阱。冷阱所采用的技术原理为通过降低液态重金属或合金的温度，使溶解在其中的金属杂质元素析出，经过滤芯过滤使铅基合金冷却剂的纯度达到使用要求。

基于冷阱原理的过滤净化装置，主要原理是利用氧化铅在铅基冷却剂内溶解饱和度与冷却剂温度强相关的原理，将高温冷却剂大幅降温到反应堆运行的最低温度以下，使其溶解的过量氧化铅析出，然后通过过滤器将其过滤，达到对铅基冷却剂的净化。该装置使用物理方法对冷却剂进行净化过滤，具有原理简单，整个净化过滤过程不需要额外化学物质，不产生次级放射性污染的优点。另外，冷阱过滤装置带有过滤网也可以将冷却剂内含有的其他颗粒物杂质进行过滤。

对于冷阱过滤装置，国内外已经开展了一系列的设计和研究，主要针对钠冷却剂和铅基冷却剂，具有代表性的方案如下所示：

中国发明专利200710198421.X提供了一种针对钠冷却剂的在线净化冷阱设计方案，包括外围筒体，外围筒体内部设置金属丝网，上部设置钠进口和钠出口，其内部设置中心回流管，中心回流管通过内省热器盘管与钠出口相通。这种钠冷阱利用了钠进出口的温差进行热交换，可以在反应堆运行状态下进行在线净化过滤，钠冷却剂经过冷却-析出-过滤-加热等过程。但该方案公开的钠冷阱只针对液态钠冷却剂中杂质的去除，因为钠杂质形成机制、钠自身物理特性等原因，该装置并不适宜用于铅基重金属及其合金的净化。