本发明提供了一种液态重金属在线净化装置，包括净化罐、净化管道和膨胀罐；净化罐的底部通过管道一与净化管道的中部相连，净化管道的上端设有膨胀罐，膨胀罐上端采用膨胀罐法兰密封；净化管道内设有吹气管道，吹气管道的一端伸入到净化管道的底部，另一端穿过膨胀罐法兰通过气路二与高压气瓶二连接，净化管道的下端通过管道三与主回路管道的下端连接，净化罐的侧壁的上部通过管道二与主回路管道的上端连接。本发明所述的液态重金属在线净化装置，采用过滤净化和吹气净化相结合的方法去除，既实现了在线净化，净化装置除杂停止运行时又不影响主回路的运行，提升了净化效果。本发明还提供了所述的液态重金属在线净化装置的使用方法。
1.一种液态重金属在线净化装置，其特征在于：包括净化罐(1)、净化管道(2)和膨胀罐(3)；所述净化罐(1)的底部设有管道一(11)，所述管道一(11)上设有阀门一(12)，所述净化罐(1)通过所述管道一(11)与所述净化管道(2)的中部相连，所述净化管道(2)的上端设有所述膨胀罐(3)，所述膨胀罐(3)上端采用膨胀罐法兰(31)密封，所述膨胀罐法兰(31)上设置单向气体自动平衡阀(32)和液位计(33)；所述净化罐(1)的顶部采用净化罐法兰(15)密封；储杂罐法兰(41)上还设有真空阀(44)；
所述净化管道(2)内设有吹气管道(21)，所述吹气管道(21)的一端伸入到所述净化管道(2)的底部，另一端穿过所述膨胀罐法兰(31)通过气路二(71)与高压气瓶二(7)连接，所述吹气管道(21)的位于所述膨胀罐法兰(31)和所述气路二(71)之间的管道上设有气阀二(74)；所述净化管道(2)的下端通过管道三(22)与主回路管道(5)的下端连接，所述管道三(22)上设有阀门三(23)和流量计(24)；所述净化罐(1)的侧壁的上部通过管道二(13)与所述主回路管道(5)的上端连接，所述管道二(13)上设有阀门二(14)；所述净化管道(2)的直径大于所述主回路管道(5)的直径；
还包括储杂罐(4)，所述储杂罐(4)的顶部采用储杂罐法兰(41)密封，所述净化管道(2)的侧壁的上部与管道四(42)的一端连接，所述管道四(42)的另一端与管道五(43)的上端连接，所述管道五(43)的下端与所述储杂罐法兰(41)连接，所述管道四(42)上设有阀门四(45)。
2.根据权利要求1所述的液态重金属在线净化装置，其特征在于：所述膨胀罐法兰(31)还通过气路一(61)与高压气瓶一(6)连接，所述气路一(61)上设有气阀一(62)；除所述气路一(61)、所述气路二(71)、所述高压气瓶一(6)和所述高压气瓶二(7)外，其余各部件均设有加热和保温系统。
3.根据权利要求1所述的液态重金属在线净化装置，其特征在于：所述管道四(42)从左到右由上向下倾斜1～75°。
4.根据权利要求1所述的液态重金属在线净化装置，其特征在于：所述管道四(42)从左到右由上向下倾斜5～20°。
5.根据权利要求1所述的液态重金属在线净化装置，其特征在于：所述净化管道(2)与所述主回路管道(5)的管径比为3‑10。
6.根据权利要求1所述的液态重金属在线净化装置，其特征在于：所述吹气管道(21)的远离所述膨胀罐(3)的一端通过两个卡箍(72)与所述气路二(71)连接，两个所述卡箍(72)之间设有波纹管(73)。
7.根据权利要求1所述的液态重金属在线净化装置，其特征在于：所述净化罐(1)内设有滤芯(16)，所述滤芯(16)为中空圆筒状，所述滤芯(16)包括内层滤芯和外层滤芯，所述内层滤芯的孔隙始终小于所述外层滤芯的孔隙，所述内层滤芯的孔隙为2‑50μm，所述外层滤芯的孔隙为20‑500μm，所述滤芯(16)可更换，所述管道一(11)和所述管道二(13)之间设有压差计(17)。
8.根据权利要求2‑7任意一项所述的液态重金属在线净化装置，其特征在于：所述吹气管道(21)与所述膨胀罐法兰(31)接触处采用焊接固定连接。
9.权利要求2‑8任意一项所述的液态重金属在线净化装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)初始状态阀门二(14)、阀门三(23)、单向气体自动平衡阀(32)、气阀一(62)和气阀二(74)为关闭状态，阀门一(12)和阀门四(45)为打开状态，打开真空阀(44)抽真空，然后关闭所述真空阀(44)，打开所述气阀二(74)，调节高压气瓶二(7)的开关，充入0.05‑0.2个标准大气压的惰性气体氩气，然后关闭所述气阀二(74)和所述阀门四(45)；
(b)液态重金属在净化支路的净化时，打开所述阀门二(14)，液态重金属从管道二(13)进入净化罐(1)，经所述净化罐(1)净化后，流经管道一(11)，进入净化管道(2)，打开所述阀门三(23)并调节流量计(24)数值至目标流量，打开所述气阀二(74)，调节所述高压气瓶二(7)的输出压力，控制气泡的鼓出速率，打开所述单向气体自动平衡阀(32)，进行逆流吹气净化，并保持压力稳定，经吹气净化后的液态重金属，从管道三(22)流入到主回路管道(5)；
(c)净化一段时间后，关闭所述阀门一(12)和所述阀门三(23)，关闭所述气阀二(74)和所述单向气体自动平衡阀(32)，打开所述气阀一(62)，调整所述高压气瓶二(7)的调压阀改变膨胀罐(3)内气体的压力，缓慢打开所述阀门三(23)，根据液位计(33)数值，调整所述净化管道(2)内的液面高度，使其略高于管道四(42)和所述净化管道(2)接口处，之后关闭所述阀门三(23)；然后打开所述阀门四(45)，使略高于所述管道四(42)和所述净化管道(2)接口的含杂液态重金属流入储杂罐(4)，然后关闭所述阀门四(45)，打开所述阀门二(14)，打开所述单向气体自动平衡阀(32)，缓慢打开所述阀门三(23)，调节流量计(24)至目标流量，至此完成一次净化过程；
当吹气管道(21)堵塞时，关闭所述阀门一(12)，关闭所述单向气体自动平衡阀(32)，关闭所述气阀二(74)，打开所述气阀一(62)，调整高压气瓶一(6)的压力，将所述净化管道(2)内的液态重金属压入主回路管道(5)，然后关闭所述阀门三(23)，打开膨胀罐法兰(31)，更换所述吹气管道(21)；
当压差计(17)记录的数值呈指数增加，最后趋于一极限值时，则停止在线净化装置运行，更换所述净化罐(1)中滤芯(16)。
一种液态重金属在线净化装置及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明属于液态重金属净化技术领域，尤其是涉及一种液态重金属在线净化装置及其使用方法。
背景技术
[0002] 液态重金属主要有铅、铅铋合金和其他铅基合金等，液态重金属因其熔点低、沸点高、热导率高、安全性好成为新一代核反应堆冷却剂的首选，如加速器驱动次临界系统(ADS)选用铅铋共晶体(LBE)作为反应堆冷却剂，铅基堆中选用铅作为冷却剂等。液态重金属作为冷却剂应用在反应堆中，最主要的一个问题是其对结构材料的腐蚀严重，腐蚀的方式主要有氧化腐蚀、冲刷腐蚀、溶解腐蚀等，为了延长结构材料的使用寿命，降低腐蚀速率，目前主要采用控制液态重金属冷却剂中的氧浓度，使结构材料表面被氧化生成氧化膜，且液态重金属不会生成氧化物的方法来降低腐蚀速率。控制液态重金属冷却剂中氧浓度的办法主要是减少溶解腐蚀和氧化腐蚀，但不可避免，且冲刷腐蚀是始终存在的，所以在控制氧浓度的系统中，液态重金属中的杂质主要是结构材料冲刷腐蚀产生的氧化物。除了冲刷腐蚀产生的杂质以外，检修、装卸料和原料中也会有杂质的引入，这些杂质在回路中积累到一定程度，容易堵塞换热器流道和回路管道，改变液态重金属的热导率，降低传热效率等。
[0003] 液态重金属中形成的氧化物杂质其密度小于液态重金属，一般浮在液态重金属表面。目前采用的净化设备主要是冷阱或者过滤器，过滤器主要靠滤芯拦截尺寸大于滤芯孔隙尺寸的杂质，随着滤芯表面拦截杂质增多，滤芯表面会形成滤饼，此时滤芯虽然可以过滤尺寸小于滤芯孔隙尺寸的杂质，但同时滤芯的压损将会大大增加，导致在线净化无法进行，所以一旦形成滤饼，将会停止在线净化，更换过滤器滤芯。冷阱除了具有过滤器的拦截过滤杂质的功能以外，还具有冷却功能，可以将溶解腐蚀的杂质过饱和析出，在控氧条件下，因为杂质主要为氧化物，所以冷阱只相当于过滤器。小尺寸和大尺寸氧化物杂质随液态重金属流动，会增加冲刷腐蚀的速率。腐蚀回路，因为需要做成千上万小时的腐蚀试验，其是长期运行的，液态重金属中的杂质会除了容易堵塞换热器流道和回路管道外，还会影响腐蚀速率的测定，故腐蚀回路需要在线净化。
发明内容
[0004] 针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种液态重金属在线净化装置，在回路运行时，过滤净化和吹气净化同时进行，同步去除其中的氧化物杂质，实时保证液态重金属的清洁度，不仅可以有效的去除尺寸大于滤芯孔隙尺寸的氧化物杂质，同时可以去除尺寸小于滤芯孔隙尺寸的氧化物杂质。本发明还提供了所述的液态重金属在线净化装置的使用方法。
[0005] 本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种液态重金属在线净化装置，包括净化罐、净化管道和膨胀罐；所述净化罐的底部设有管道一，所述管道一上设有阀门一，所述净化罐通过所述管道一与所述净化管道的中部相连，所述净化管道的上端设有所述膨胀罐，所述膨胀罐上端采用膨胀罐法兰密封，所述膨胀罐法兰上设置单向气体自动平衡阀和液位计；所述净化罐的顶部采用净化罐法兰密封；储杂罐法兰上还设有真空阀；
[0007] 所述净化管道内设有吹气管道，所述吹气管道的一端伸入到所述净化管道的底部，另一端穿过所述膨胀罐法兰通过气路二与高压气瓶二连接，所述吹气管道的位于所述膨胀罐法兰和所述气路二之间的管道上设有气阀二；所述净化管道的下端通过管道三与主回路管道的下端连接，所述管道三上设有阀门三和流量计；所述净化罐的侧壁的上部通过管道二与所述主回路管道的上端连接，所述管道二上设有阀门二；所述净化管道的直径大于所述主回路管道的直径；
[0008] 还包括储杂罐，所述储杂罐的顶部采用储杂罐法兰密封，所述净化管道的侧壁的上部与管道四的一端连接，所述管道四的另一端与管道五的上端连接，所述管道五的下端与所述储杂罐法兰连接，所述管道四上设有阀门四。
[0009] 本发明所述的液态重金属在线净化装置，其中，所述膨胀罐法兰还通过气路一与高压气瓶一连接，所述气路一上设有气阀一；除所述气路一、所述气路二、所述高压气瓶一和所述高压气瓶二外，其余各部件均设有加热和保温系统。
[0010] 本发明所述的液态重金属在线净化装置，其中，所述管道四从左到右由上向下倾斜1～75°。
[0011] 本发明所述的液态重金属在线净化装置，其中，所述管道四从左到右由上向下倾斜5～20°。
[0012] 本发明所述的液态重金属在线净化装置，其中，所述净化管道与所述主回路管道的管径比为3‑10。
[0013] 本发明所述的液态重金属在线净化装置，其中，所述吹气管道的远离所述膨胀罐的一端通过两个卡箍与所述气路二连接，两个所述卡箍之间设有波纹管。
[0014] 本发明所述的液态重金属在线净化装置，其中，所述净化罐内设有滤芯，所述滤芯为中空圆筒状，所述滤芯包括内层滤芯和外层滤芯，所述内层滤芯孔隙始终小于所述外层滤芯孔隙，所述内层滤芯的孔隙为2‑50μm，所述外层滤芯的孔隙为20‑500μm，所述滤芯可更换，所述管道一和所述管道二之间设有压差计，所述压差计设置在所述净化罐的进口和出口处。
[0015] 本发明所述的液态重金属在线净化装置，其中，所述吹气管道与所述膨胀罐法兰接触处采用焊接固定连接。
[0016] 本发明还提供了所述的液态重金属在线净化装置的使用方法，包括以下步骤：
[0017] (a)初始状态阀门二、阀门三、单向气体自动平衡阀、气阀一和气阀二为关闭状态，阀门一和阀门四为打开状态，打开真空阀抽真空，然后关闭所述真空阀，打开所述气阀二，调节高压气瓶二的开关，充入0.05‑0.2个标准大气压的惰性气体氩气，然后关闭所述气阀二和所述阀门四；
[0018] (b)液态重金属在净化支路的净化时，打开所述阀门二，液态重金属从管道二进入净化罐，经所述净化罐净化后，流经管道一，进入净化管道，打开所述阀门三并调节流量计数值至目标流量，打开所述气阀二，调节所述高压气瓶二的输出压力，控制气泡的鼓出速率，打开所述单向气体自动平衡阀，进行逆流吹气净化，并保持压力稳定，经吹气净化后的液态重金属，从管道三流入到主回路管道；
[0019] (c)净化一段时间后，关闭所述阀门一和所述阀门三，关闭所述气阀二和所述单向气体自动平衡阀，打开所述气阀一，调整所述高压气瓶二的调压阀改变膨胀罐内气体的压力，缓慢打开所述阀门三，根据液位计数值，调整所述净化管道内的液面高度，使其略高于管道四和所述净化管道接口处，之后关闭所述阀门三；然后打开所述阀门四，使略高于所述管道四和所述净化管道接口的含杂液态重金属流入储杂罐，然后关闭所述阀门四，打开所述阀门二，打开所述单向气体自动平衡阀，缓慢打开所述阀门三，调节流量计至目标流量，至此完成一次净化过程；
[0020] 当吹气管道堵塞时，关闭所述阀门一，关闭所述单向气体自动平衡阀，关闭所述气阀二，打开所述气阀一，调整高压气瓶一的压力，将所述净化管道内的液态重金属压入主回路管道，然后关闭所述阀门三，打开膨胀罐法兰，更换所述吹气管道；
[0021] 当压差计记录的数值呈指数增加，最后趋于一极限值时，则停止在线净化装置运行，更换所述净化罐中滤芯。
[0022] 本发明有益效果：
[0023] 1.依据液态重金属中杂质密度小，容易上浮，采用过滤净化和吹气净化相结合的方法去除，过滤净化主要去除尺寸大于2μm的氧化物杂质，吹气净化主要去除尺寸小于2μm的氧化物杂质，尺寸小于2μm的氧化物杂质的去除会使得回路中形成的大尺寸杂质减少，在提升在线净化装置净化效果的同时提升了在线净化装置滤芯的使用寿命。
[0024] 2.本发明净化装置位于主回路支路，和主回路并联，既实现了在线净化，净化系统除杂停止运行时又不影响主回路的运行。
[0025] 3.吹气逆流净化，吹气管道吹出的气体可以接触更多的液态重金属，提升了净化效率，气体从吹气管道的顶部进入，用于净化的气体经过吹气管道进行了预热，气体到达底部喷嘴时，喷嘴不易堵塞，否则气流太大时，气体会对喷嘴周围液态重金属进行冷却，从而引起堵塞。
[0026] 4.储杂罐可以将吹气净化的杂质去除掉，以避免再次进入液态重金属冷却剂中，且储杂罐管道向下倾斜1～75°，优选5～20°，使得杂质容易进入到储杂罐中；储杂罐与除杂管道五为法兰连接，当杂质储满时，易于更换；净化罐采用法兰密封，滤芯可更换；净化管道的吹气管道焊接于膨胀罐法兰盘上，且其与高压气瓶二的气路二采用卡箍和波纹管连接，便于吹气管道堵塞时更换，有效保证了净化系统的服役时间。
[0027] 5.膨胀罐上设置单向气体自动平衡阀，以保证膨胀罐内的气压保持稳定，提升了操作效率。
[0028] 6.通过流量计、阀门二、净化管道与主回路管道的管径比为3‑10，控制流入净化管道的液态重金属的流量和流速，使得进入净化管道的液态重金属流速降低，液态重金属缓慢流过净化管道，从而提升净化效果。
附图说明
[0029] 图1为本发明所述的液态重金属在线净化装置的结构示意图。
[0030] 图中：1‑净化罐、11‑管道一、12‑阀门一、13‑管道二、14‑阀门二、15‑净化罐法兰、16‑滤芯、17‑压差计、2‑净化管道、21‑吹气管道、22‑管道三、23‑阀门三、24‑流量计、3‑膨胀罐、31‑膨胀罐法兰、32‑单向气体自动平衡阀、33‑液位计、4‑储杂罐、41‑储杂罐法兰、42‑管道四、43‑管道五、44‑真空阀、45‑阀门四、5‑主回路管道、6‑高压气瓶一、61‑气路一、62‑气阀一、7‑高压气瓶二、71‑气路二、72‑卡箍、73‑波纹管、74‑气阀二。
[0031] 下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
[0032] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0033] 如图1所示，一种液态重金属在线净化装置，包括净化罐1、净化管道2、膨胀罐3、储杂罐4、高压气瓶一6和高压气瓶二7。
[0034] 净化罐1的底部设有管道一11，管道一11上设有阀门一12，净化罐1通过管道一11与净化管道2的中部相连，净化管道2的上端设有膨胀罐3，膨胀罐3上端采用膨胀罐法兰31密封，膨胀罐法兰31上设置单向气体自动平衡阀32和液位计33；膨胀罐法兰31还通过气路一61与高压气瓶一6连接，气路一61上设有气阀一62。
[0035] 净化管道2内设有吹气管道21，吹气管道21的一端伸入到净化管道2的底部，另一端穿过膨胀罐法兰31通过气路二71与高压气瓶二7连接，吹气管道21与膨胀罐法兰31接触处采用焊接固定连接，吹气管道21的位于膨胀罐法兰31和气路二71之间的管道上设有气阀二74；吹气管道21的远离膨胀罐3的一端通过两个卡箍72与气路二71连接，两个卡箍72之间设有波纹管73，容易拆卸和连接吹气管道21。
[0036] 净化管道2的下端通过管道三22与主回路管道5的下端连接，管道三22上设有阀门三23和流量计24；净化管道2的直径大于主回路管道5的直径，净化管道2与主回路管道5的管径比为3‑10，用于降低液态金属流速，上述管径比的变化与流速的变化有关。
[0037] 净化罐1的侧壁的上部通过管道二13与主回路管道5的上端连接，管道二13上设有阀门二14。净化罐1的顶部采用净化罐法兰15密封，净化罐1内设有滤芯16，滤芯16为中空圆筒状，滤芯16包括内层滤芯和外层滤芯，内层滤芯孔隙始终小于外层滤芯孔隙，内层滤芯的孔隙为2‑50μm，外层滤芯的孔隙为20‑500μm，滤芯16可更换，管道一11和管道二13之间设有压差计17，压差计17设置在净化罐1的进口和出口处。
[0038] 储杂罐4的顶部采用储杂罐法兰41密封，净化管道2的侧壁的上部与管道四42的一端连接，管道四42的另一端与管道五43的上端连接，管道五43的下端与储杂罐法兰41连接，管道四42上设有阀门四45，管道四42从左到右由上向下倾斜1～75°，优选5～20°，管道四42倾斜设置，容易使液态金属冷却剂及其杂质流入储杂罐4，避免沉积在管道四42上。储杂罐法兰41与管道五43垂直连接，储杂罐法兰41上还设有真空阀44。
[0039] 除气路一61、气路二71、高压气瓶一6和高压气瓶二7外，其余各部件均设有加热和保温系统。
[0040] 所述液态重金属为铅铋合金或者铅。高压气瓶一6和高压气瓶二7内装有惰性气体。
[0041] 本实施例所述的液态重金属在线净化装置的使用方法如下：
[0042] (a)初始状态阀门二14、阀门三23、单向气体自动平衡阀32、气阀一62和气阀二74为关闭状态，阀门一12和阀门四45为打开状态，打开真空阀44抽真空，然后关闭真空阀44，打开气阀二74，调节高压气瓶二7的开关，充入0.05‑0.2个标准大气压的惰性气体氩气，然后关闭气阀二74和阀门四45。
[0043] (b)液态重金属在净化支路的净化过程是打开阀门二14，液态重金属从管道二13进入净化罐1，经净化罐1净化后，流经管道一11，进入净化管道2，打开阀门三23并调节流量计24数值至目标流量，打开气阀二74，调节高压气瓶二7的输出压力，控制气泡的鼓出速率，打开单向气体自动平衡阀32，进行逆流吹气净化，并保持压力稳定，经吹气净化后的液态重金属，从管道三22流入到主回路管道5。
[0044] (c)净化一段时间后，关闭阀门一12和阀门三23，关闭气阀二74和单向气体自动平衡阀32，打开气阀一62，调整高压气瓶二7的调压阀改变膨胀罐3内气体的压力，缓慢打开阀门三23，根据液位计33数值，调整净化管道2内的液面高度，使其略高于管道四42和净化管道2接口处，之后关闭阀门三23；然后打开阀门四45，使略高于管道四42和净化管道2接口的含杂液态重金属流入储杂罐4，然后关闭阀门四45，打开阀门二14，打开单向气体自动平衡阀32，缓慢打开阀门三23，调节流量计24至目标流量，至此完成一次净化过程。
[0045] 当吹气管道21堵塞时，关闭阀门一12，关闭单向气体自动平衡阀32，关闭气阀二74，打开气阀一62，调整高压气瓶一6的压力，将净化管道2内的液态重金属压入主回路管道
5，然后关闭阀门三23，打开膨胀罐法兰31，更换吹气管道21。
[0046] 当压差计17记录的数值呈指数增加，最后趋于一极限值时，则停止在线净化装置运行，更换净化罐1中滤芯16。
[0047] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
