[发明专利]一种液态铅铋固态氧控氧离子交换器

说明书

本发明公开了一种液态铅铋固态氧控氧离子交换器，固态氧控氧离子交换器主要包括主回路管道、旁路管道、电动阀门、加热器、竖直管道隔离腔和装料腔、滑杆、固定法兰、密封法兰、装料桶、氧化铅陶瓷小球等部件。液态铅铋流体流入固态氧控氧离子交换器时能够同时流入主回路管道和旁路管道，旁路管道设置了电动阀门，通过电动阀门可以调节旁路管道汇入主回路管道中的流体流量。竖直管道装料腔的外壁面设有加热丝，可以调节此处流过氧化铅陶瓷小球填充床的液态铅铋温度。所述的一种液态固态氧控氧离子交换器可以通过调节旁路管道液态铅铋流体流量和装料腔的液态铅铋温度来控制氧化铅陶瓷小球的溶解速率，从而达到调节液态铅铋溶解氧浓度的目的。

技术领域

本发明涉及第四代核反应堆铅基堆领域，具体属于一种液态铅铋固态氧控氧离子交换器。

背景技术

液态铅铋是第四代反应堆铅基快堆冷却剂和加速器驱动的次临界系统中散裂靶首选材料之一，具有优良的化学、物理和核特性。但液态铅铋在高温下对反应堆结构材料具有很强的腐蚀性，而其腐蚀性受溶解氧浓度的影响。研究表明，非等温液态铅铋系统存在一个合理氧浓度范围，氧浓度控制在此范围内时，可以在铁基金属材料表面形成致密的氧化层，而氧化层能够减缓液态铅铋合金对结构材料的腐蚀。因此控制溶解氧浓度对液态铅铋系统是必不可少的。目前国际上用于控制液态铅铋合金氧浓度的方式大多数是气态氧控和固态氧控，但是气态氧控存在氧离子交换速率较慢、局部容易产生氧化物、有很大的产生气态放射性废物的潜在性等缺点。固态氧控通过调节固态氧化铅陶瓷小球溶解速率，能够对液态铅铋系统进行快速增氧，是一项国际前沿的领先技术，具有高效的氧离子交换速率、快速的氧浓度调节、无氧化物残渣生成等诸多优点，相比于气态氧控来说具有很大的优越性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服液态铅铋合金气态氧控技术的不足，提供一种液态铅铋固态氧控氧离子交换器，能够快速调节液态铅铋合金的溶解氧浓度，使得液态铅铋合金的氧浓度处于合理范围内，达到有效抑制液态铅铋对结构材料腐蚀的目的。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案如下：一种液态铅铋固态氧控氧离子交换器，包括液态铅铋流动管道和固态氧源补充部件，所述液态铅铋流动管道包括主回路管道突扩入口（1）、主回路管道（2）、文丘里管嘴出口（3）、竖直管道装料腔（7）、旁路管道（4）、竖直管道隔离器腔（19）、电动阀门（5）；所述竖直管道隔离腔（19）上部设置了密封法兰（8），用于与固定法兰（9）密封连接；所述竖直管道装料腔（7）管道外壁面设置了加热器（6），可以控制液态铅铋的温度；所述固态氧源补充部件包括固定法兰（9）、卡套连接件本体（10）、卡套紧固件（11）、滑杆（12）、装料桶上孔板（13）、装料桶（14）、装料桶下孔板（17）、装料桶上孔板锁紧孔（18）、氧化铝小球（15）、氧化铅陶瓷小球（16）；所述液态铅铋流动管道中的液态铅铋流动路径为，首先进入主回路管道突扩入口（1），然后同时进入主回路管道（2）和竖直管道装料腔（7），流过主回路管道（2）的液态铅铋流体可直接经过文丘里管嘴出口（3）进入下游系统中，而流入旁路管道（4）液态铅铋流体受到电动阀门（5）的控制，当电动阀门（5）开启时，流入旁路管道（4）液态铅铋流体在文丘里管嘴出口（3）处与流过主回路管道（2）的液态铅铋流体汇合进入下游系统；所述固态氧源补充部件的固定法兰（9）中间穿孔，将卡套连接件本体（10）焊接到固定法兰（9）穿孔上，滑杆（12）上端穿过固定法兰（9）和卡套连接件本体（10），并由卡套紧固件（11）与卡套连接件本体（10）固定其伸缩长度，滑杆（12）下端穿过装料桶（14）的装料桶上孔板（13）与装料桶下孔板（17）焊接；所述装料桶（14）用于填充氧化铝小球（15）和氧化铅陶瓷小球（16），装料桶（14）填满小球形成填充球床后由装料桶上孔板锁紧孔（18）用螺母锁紧装料桶上孔板（13），与装料桶下孔板（17）将填充球床固定在装料桶（14）中；所述固态氧源补充部件工作时由固定法兰（9）带动滑杆（12）将装料桶（14）插入到液态铅铋流动管道的竖直管道装料腔（7）中，当高温的液态铅铋流过竖直管道装料腔（7）时将装料桶（14）中的氧化铅陶瓷小球溶解，氧化铅进入到下游液态铅铋系统，实现液态铅铋固态氧控氧离子交换的目的。