[发明专利]一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度的装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及液态LBE/Pb（Lead-Bismuth Eutectic/Pb, 铅铋合金/纯铅）冷却剂技术领域，特别涉及一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度的装置及系统。

背景技术

由于液态铅基合金冷却剂对反应堆结构材料具有很强的腐蚀性，氧浓度控制技术普遍被认为是最有效的液态金属回路以及铅基快堆防腐手段，是确保实验回路以及铅基快堆长期安全运行的关键设备之一。铅铋合金中若溶解一定浓度的氧，可在回路的管壁上形成一层致密的氧化膜，阻止铅铋合金进一步渗透到钢材内部，起到防腐作用，因此氧浓度控制技术普遍被认为是最有效的液态金属回路防腐手段。但是液态金属中的氧浓度必须维持在合理的范围内，如果超出上限，就会造成过度氧化，固态铅、铋氧化物析出，形成氧化物残渣，污染整个液态金属系统，并可能造成传热恶化，甚至堵塞管道。如果氧浓度过低，那么回路的管壁上将无法形成氧化膜保护层，难以起到防腐蚀作用。

目前国际上主流的氧控的基本方法是气态氧控技术和固态氧控技术两种方法。

所谓气态氧控就是利用注入反应气体的物理化学反应来控制铅铋中溶解氧浓度的方法。最初采用Ar/H₂/O₂三元气体实现控氧，其中Ar（氩）气作为载气，起到稀释氢气H₂或氧气O₂含量作用，减小H₂气爆炸的危险性，但是，气态氧控存在调节速度慢、供氧效率低，存在放射性气体泄漏风险。固态氧控制技术主要是通过控制固态氧化物的溶解与析出，来实现高效、快速、清洁地调节液态铅铋合金中的氧含量，但是，固态氧控无法实现在线补充，氧化铅小球容易污染“中毒”。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度的装置及系统，可以精确控制冷却剂中的氧浓度，使钢表面形成一层致密的氧化膜，阻止铅基合金进一步渗透到钢材内部，起到防腐作用，确保实验回路以及铅基快堆长期安全运行。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度的装置，至少包括电化学氧泵装置以及气体补充装置，其中：

所述电化学氧泵装置包括有一不锈钢管，其上端设置有一绝缘塞，其下端密封连接一锥形或圆柱形的固体电解质，所述固体电解质外部浸设在液态LBE/Pb冷却剂中，所述固体电解质中盛放有氧源物质；在所述绝缘塞中穿设两根平行的导电金属丝，其中第一根导电金属丝下端插入到氧源物质中，其另一端与电流源相连后连接到LBE/Pb冷却剂中；第二根导电金属丝下端连接一加热片，并一并插入到氧源物质中，其另一端与电流源相连；在所述固体电解质外围设置有一个带孔金属外罩；

所述气体补充装置包括：通过气体补充管道依次连接的隔离阀、调节阀、鼓风机以及氧源物质存放罐，所述隔离阀与所述不锈钢管上端的一个支管连接。

其中，在所述不锈钢管中设置有一个用于固定所述两根导电金属丝的固定支架，所述两根导电金属丝在所述不锈钢管中至少部分位置套设有绝缘管。

其中，在所述支管中设置有一个用于检测电化学氧泵装置密封性的放射性气体监测装置。

其中，所述固体电解质为YSZ锆管或YSZ锆管；

所述导电金属丝采用的材料为钼或钽，

所述氧源物质为以氩气作为载体的氧气或空气。

其中，所述不锈钢管与所述固体电解质的连接方式为陶瓷-金属连接方式，所述陶瓷-金属连接方式采用机械封装、石墨密封、氧化铝陶瓷密封、高温胶合剂、焊接方式中之一种。

相应地，本发明实施例还提供一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度系统，其包括：

前述的LBE/Pb冷却剂中氧浓度装置，所述装置中的不锈钢管下端浸设在堆芯外侧的LBE/Pb冷却剂中；所述两根导电金属丝上端连接一电流表；

控制系统，其一端与所述电流表的另一端相连接，其另一端连接一一工作电极，所述工作电极的另一端插入所述LBE/Pb冷却剂中，所述控制系统包括：PID控制系统、电源控制系统、温度控制系统；

氧传感器，其用于检测LBE/Pb冷却剂中的氧浓度。

其中，在所述不锈钢管中设置有一个用于固定所述两根导电金属丝的固定支架，所述两根导电金属丝在所述不锈钢管中至少部分位置套设有绝缘管。

其中，在所述支管中设置有一个用于检测电化学氧泵装置密封性的放射性气体监测装置。

其中，所述固体电解质为YSZ锆管或YSZ锆管；

所述导电金属丝采用的材料为钼或钽，