[发明专利]一种超高温液态介质热对流实验回路

说明书

技术领域

本发明属于材料腐蚀领域，具体涉及一种超高温液态介质热对流实验回路。

背景技术

铅基反应堆中核结构材料在高温条件下会受到铅铋合金的腐蚀作用，导致材料减薄，可 能会发生材料结构失效，进而影响整个反应堆的正常运行，带来较大的反应堆安全隐患。铅 基反应堆在发生事故工况(失冷、堵流)时，反应堆内局部温度有可能达到超高温(800℃ 左右)，对堆内构件的材料性能带来严重的考验，针对此事故工况下的腐蚀研究亟需开展； 同时铅基反应堆的用途广泛，其中之一可设计为高温制氢反应堆，具有较大的优越性和经济 性，但高温制氢对反应堆一回路温度要求较高，堆内温度高达800℃，对高温制氢反应堆堆 内材料选择带来较高要求，所选择的反应堆内材料必须与高温铅铋合金相容。本实验回路以 此为设计背景，目标为研究超高温条件下结构材料与铅基合金的相容性，筛选和发展铅基反 应堆抗高温腐蚀材料，综合评估它们在液态介质中的服役性能。

目前的热对流实验回路大多采用合金钢作为回路主体结构材料，电阻丝缠绕加热，外置 保温棉保温。回路管道结构材料和加热方式的限制，致使实验温度只能在650℃以下。美国 阿贡国家实验室设计的石英管热对流实验回路，采用对开式炉体结构，结构较简单，最高运 行温度为800℃。由于实验样品预先封装在石英管内，故石英管回路只能使用一次，成本昂 贵，同时试样的安装和拆卸过程也较为繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种超高温液态介质热对流实验 回路，从炉体结构设计和回路管道选材及结构两方面进行了创新，可开展材料在超高温热对 流介质中的相容性实验研究，尤其适用于筛选和发展反应堆抗高温腐蚀材料。

本发明的技术方案如下：一种超高温液态介质热对流实验回路，包括：直线轨道式箱体 加热炉和回路管道；所述的直线轨道式箱体加热炉包括炉体、加热器3、直线导向轨道5和 底座框架4；所述的回路管道由熔化罐13、抽气口14、回路主体、在线取样系统9、风冷双 层套管8和排空管12组成。

所述炉体位于底座框架4上，由固定炉体1和炉门2组成；固定炉体1用于支撑紧固回 路管道，炉门2下面安装有滑轮6，可沿着直线导向轨道5移动，开启后可以放置或更换回 路管道；炉门2外侧设有红外检测窗口、用于插热电偶的孔洞和两个门把手7；加热器3为 U型结构或半圆形，对称分布在固定炉体1和炉门2内侧，对实验回路分区加热控温；回路 管道由位于固定炉体1内部的卡箍紧固。

所述回路主体由斜度为70-80°的两个平行斜管和两个竖直管组成；下面的平行斜管11 连接排空管12，排空管12下端设有阀门20，可以排空液态介质；上面的平行斜管8为风冷 双层套管8的内管通流动的液态介质，外管通冷风冷却液态介质；套管外壁连接一个进风口 15和一个出风口16，通过改变风流量来达到调节内管液态介质温度的目的。在线取样系统9 由可以通气的密封塞17和回路主体的一个竖直管组成；密封塞17内部设有的鱼嘴导管，该 鱼嘴导管可以实现通氩气和卡紧样品组件顶部的功能；该竖直管下端设有一个凹槽18，用于 卡紧样品组件底部；在线取样系统9的应用可以实现样品组件分阶段安装与拆卸，不需要破 坏实验回路的结构；熔化罐13和回路主体的一个竖直管10之间设有抽气口14，与真空泵相 连，用于实验前回路抽真空。熔化罐13底部设有一个筛板19，用于过滤液态介质。

直线轨道式箱体加热炉的优化设计保证了实验回路热对流所需的特定温度区分布；同时 回路管道结构材料采用高纯石英、碳化硅、金属陶瓷和耐高温合金的一种或组合，可满足反 应堆候选材料在超高温热对流介质中开展长期腐蚀实验的需求。本装置可开展材料在流动介 质中的相容性实验研究，尤其适用于筛选和发展反应堆抗高温腐蚀材料。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的装置采用直线轨道式箱体加热炉，利用直线导向轨，一侧炉膛固定，用 于支撑固定回路管道，另一侧炉膛可对开移动，便于回路管道安装及更换；加热器为U型结 构或半圆形的模块化设计，采用碳化硅成型的高密度内穿丝结构，可实现实验回路1000℃的 热对流。

(2)加热炉体采用热电偶贴壁式控温、红外测温仪测温校核和加热器分区加热的巧妙 组合，保证了实验回路的特定温区分布。双层风冷套管可以实现冷风和热风的切换，且流量 可以控制，保证了该段冷却和预热的需要。