[发明专利]一种适用于液态铅铋合金氧传感器校准的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加速器驱动次临界堆(ADS)中氧测控技术中氧传感器研发过程中的用于校准的实验装置。

背景技术

铅铋合金以其特殊的热物理性质和化学性质成为ADS冷却剂的首选材料，在世界范围内得到广泛研究。在ADS中铅铋用于冷却剂的一个重要问题是回路中结构材料的腐蚀。由于堆结构材料钢的主要合金成分Fe元素在高温液态铅铋合金中具有较高的溶解度，如果不实施保护措施，液态铅铋通过质量溶解对钢的腐蚀非常严重。结构材料腐蚀是铅铋作为ADS与先进核反应堆核冷却剂的一个重大挑战。降低腐蚀的一种方法是在结构材料表面形成稳定的氧化层以保护结构材料基体，因为金属氧化物的溶解度远低于钢基体的合金成分元素溶解度。结构材料表面形成稳定的氧化层需要液态铅铋中有足够的溶解氧存在，但是氧浓度值同时也要低于PbO生成的界限。过量的氧形成的PbO可能阻塞或者毁坏系统，同时也提供了不易清除的氧源。由于这个原因，控制铅铋合金中的氧浓度非常必要。通过控制铅铋中溶解氧的浓度，在结构材料钢基体表面获得有效的氧化层来增强结构材料抗腐蚀能力。

铅铋氧浓度控制技术实现的前提是液态铅铋氧浓度的测量。用于液态铅铋氧浓度测量的传感器由于需要用在高温液态金属的特殊运行环境，在技术研发上有一定难度，目前国际研究主要在实验室中进行，尚未实现商业化。氧传感器研发过程中的性能测试，精确性作为重要参数之一主要通过在液态铅铋中校准实验进行测试。

国际上目前对氧传感器校准方法主要为：液态铅铋合金中金属元素氧化物平衡校准，其中金属元素主要有Pb、Co、Fe、Mo等。常用的校准装置一般为小型罐体式静态装置，操作中要求在加热的液态铅铋状态下拆卸氧传感器，根据不同实验要求更换掺入Co、Fe、Mo等杂质元素的铅铋，实验操作具有一定的重复性和复杂性，同时高温状态手动灌装与取出液态铅铋具有一定的人身危险性。一种适用于液态铅铋合金氧传感器校准的实验装置，将实验的反应罐，补充与排空铅铋的熔化罐，以及回收含杂质铅铋的回收罐分开布局，避免了铅铋加热状态下的频繁开罐操作，使实验操作更简单安全；同时罐体间管道加热丝与冷却管并行实现液态铅铋的通断，其中用到液态铅铋的自密封代替阀门的关闭功能，该设计进一步简化实验装置的结构，同时避免了高温状态下液态金属阀门内漏等故障的风险，另一方面也兼具经济性。综上所述一种适用于液态铅铋合金氧传感器校准的实验装置通过简易的设计实现液态铅铋氧传感器校准实验，具有操作简单、更具安全性、经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种实现快速更换与充排铅铋、结构设计简单、操作更安全的氧传感器校准实验装置，满足在高温液态铅铋中Co、Fe、Mo等多种金属元素氧化物平衡校准实验对于频繁更换铅铋、不通液位实验等要求；装置的免用液态金属阀门设计，避免了实际应用中阀门内漏的风险，同时简化了装置结构。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案是：一种适用于液态铅铋合金氧传感器校准的实验装置，包括反应罐、熔化罐、回收罐、反应罐与熔化罐连接管道、反应罐与回收罐连接管道、氧传感器、液位计、反应罐密封盖、反应罐进气口、反应罐出气口、熔化罐进气口、熔化罐出气口、熔化罐密封盖、冷却管路、加热丝、齿轮密封件、导轨支架，所述反应罐与熔化罐连接管道和反应罐与回收罐连接管道外壁均同时兼有加热丝与冷却管环绕，其中加热丝与冷却管并行缠绕管道并贴于其表面，加热与冷却更高效地直接作用于管道，通过加热与冷却剂冷却共同作用实现液态铅铋在罐体间流通与快速冷却自密封，替代阀门功能，满足实验中不断更换铅铋与稳定运行的需求；

反应罐与熔化罐连接管道外壁包裹加热丝与冷却管路控制熔化罐到反应罐间液态铅铋的通断，熔化罐密封盖上的熔化罐进气口与熔化罐出气口通过控制压入熔化罐气体将熔化罐内液态铅铋压入到反应罐内，反应罐密封盖上安装液位计显示反应罐内的铅铋液位，从而实现反应罐内不同液位控制；同样反应罐与与回收罐连接管道外壁包裹加热丝与冷却管路控制回收罐到反应罐间液态铅铋的通断，反应罐内实验后待处理的铅铋在加热状态下利用自身重力排放到回收罐内，为保证反应罐内的气体环境，一般情况下回收罐中的铅铋液面需浸没反应罐与回收罐连接管道出口，加热丝与冷却管控制铅铋通断，结合气体压力作用、液位计显示以及铅铋自身重力实现铅铋充排与在线更换；