Способ регенерации холодных ловушек примесей жидкометаллических теплоносителей

 

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

091 (ll) (51) 5 С 21 С 19/ЭО .1зъ> :

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (465 07,05. 91. Бюл. 1"- 17 ния массообменных характеристик холодных ловушек жидкометаллических контуров.

Целыа изобретения авшюется увели чение срока службы холодных ловушек примесей жидкометаллических. теплоносителей за счет снижения коррозионн<—

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

r1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4474387/2-- (22) .:15.. (8.88 (72) 10. 5.Привалов, Ю.E,Ûòûíäà и П.П.Бочарин (53) 621.039.534(088.8) (56) Субботин В.И. и др. Физикохимические основы применения жидкометаллических теплоносителей.. — М.:

Атомиэдат, 1970,с. 202.

Патент США Ф 3941586, кл. 75-66, опублик. 1975. (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ХОЛОДНЫХ ЛОВУШЕК ПРИМЕСЕЙ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ .ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к ядерной .энергетике и может быть использовано для удаления примесей и восстановления холодных ловушек жидкометаллических контуров. Цель изобретения— увеличение срока службы ловушек за счет снижения коррозионного повреждения материала корпусов ловушек в процессе их регенерации, а также осуществление непрерывного контроля процесса регенерации в условиях эксплуатации ядерной энергетической установки на номинальной мощности.

Холодную ловушку 1, разогревают до температуры около 410 C и органйзуИзобретение относится к ядерной энергетике, преимущественно к ядерным энергетическим установкам с ядерными реакторами на быстрьж нейтронах с жидкометаллическими теплоно-. сителями и может быть использовано для удаления примесей и восстановле2 циркуляцию жидкометаллического теплоносителя (натрия) по замкнутому контуру через регенерационную камеру 2, при этом выдерживают отношение площади поверхности теплоносителя в камере 2 к его объемному расходу бо-

\ лее 1,5 ° 108 (и /с) . Водород из теплоносителя удаляют вакуумированием камеры 2 с конденсацией паров теплоносителя в кондейсаторе 5. Кислород удаляют путем осаждения оксидов на массообменных поверхностях 10.камеры 2.При циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру обеспечивают положительный градиент температуры по длине транспортной линии 7, со.единяющей ловушку 1 с камерой 2.

Контроль процесса регенерации осуществляют путем измерения расхода во-. дорода и заканчивают процесс регенерации при прекращении выделения водорода. При ре генерации ловушки, содержащей избыток примеси кислорода по сравнению с примесью водорода, перед организацией циркуляции теп лоносителя в ловушку вводят гидрид теплоносителя до достижения мольного отношения водорода к кислороду большего или равного 1,5. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1563476 где Ме — жидкометаллический теплоноситель (натрий), В результате реакций (1,2) концентрации гидрида и гидрооксида в жндкометаллическом теплоносителе (натрий) становятся меньше насыщенных, а по оксиду теплоноситель ста40 новится пересыщенным. го повреждения материала корпусов холодных ловушек в процессе их регенерацин, а также осуществление непрерывного контроля процесса регенерации

5 в условиях эксплуатации ядерной энергетической установки на номинальной мощности °

Сущность изобретения заключается в том, что холодную ловушку отклоняют от жидкометаллического контура н разогревают ее до температуры около

410"С, затем создают циркуляцию жидкометаллического теплоносителя (натрия) по замкнутому контуру, включающему регенерационную камеру. При этом жидкометаллический теплоноситель (натрий), проходя через холодную ловушку насыщается примесями кислорода и водорода в виде оксидов, гидридов и гидрооксидов. Затем жидкометаллический теплоноситель (натрий) направляется в регенерационную камеру. при этом обеспечивают положнтельный градиент температуры по длине транспортной линии,соединяющей холодную ловушку с регенерационной камерой, для предотвращения высаждения примесей на стенки транспортной линии.

Разогрев холодной ловушки до температуры около 41й- С обеспечивает повышение концентрации растворенных в жндкометаллическом (натрий) теплоносителе примесей до значений от

0,001 до 0,005 мольных долей, т.е. до значений, обеспечивающих эффективность регенерации и, в то же время, не представляющих опасности с точки зрения коррозионного повреждения материала корпуса холодной, ловушки. ,Повышение температуры 410 С приводит . к образованию в объеме холодной ловушки жидкой гидрооксидной фазы (pRствора гидрида и оксида в гидроокси- 45 дЫ, контакт которой с материалом корпуса способствует межкристаллитной коррозии.

Жидкокристаллический теплоноситель (натрий) выдерживают в регене5Р рационной камере, обеспечивая контакт между поверхностью жидкометаллического теплоносителя (натрия) с газовым объемом генерационной камеры при отношении площади поверхности жидкометаллического теплоносителя ( (натрия) к его объемному расходу более

1 5 *10" (м с) . Это отношение выФ бирается исходя нэ того, чтобы при прохождении жидкометаллического (натрия) теплоносителя через регенерационную камеру относительное пересыщение его оксидом было не менее

10Х что создает условия для кристаллизации избытка оксида в регенерацнонной камере. Прн значениях этого отношения менее 1,5 ° 10 4 невозможно удаление накопленной примеси кислорода из холодной ловушки, так как избыток образующегося в регенерационной камере оксида не будет там осаждаться, а будет возвращаться в холодную ловушку и в ней осаждаться..

Выцерживание жидкометаллического теплоносителя (натрия) в регенерационной камере необходимо для обеспечения реакции между примесями, диффузии реагирующих компонентов к поверхности жидкометаллического теплоносителя (натрия), выпадение образующегося избытка растворенного оксида в осадок. В объеме жндкометаллического теплоносителя (натрия) у поверхности протекают следующие реакций:

2МеН 2Ме + Н Ф (1)

МеОН + 2Ме Ие О + МеН (2) Водород иэ жидкометаллического теплоносителя (натрия) теплоносителя удаляют вакуумированием регенерационной камеры, при этом конденсируют пары жидкометаллического теплоносителя (натрия). из .удаляемого водорода и возвращают сконденсировавшийся жидкометаллический теплоноси— тель (натрий) в холодную ловушку. В процессе регенерации иэмеряют расход откачиваемого водорода и заканчиваI ют процесс при прекращении выделения водорода иэ жидкометаллического теплоносителя (натрия). Кислород из жидкометаллического теплоносителя (натрия) .удаляют путем осаждения оксидов на массообменных поверхностях ° регенерационной камеры.

1563476

10 кометаллического теплоносителя (натрия) соединен вакуумной линней 9 с вакуумным насосом 4, на ныходе которого установлен газовый расходомер 6.

15 С целью регенерации холодной ловушки объемом 8 мл второго контура ядерной энергетической установки БНф

600, содержащей около 1 м твердого осадка с избытком гндрида, выбраны следующие элементы: регенерационная камера объемом 2 и» со свободной поверкностьн1 жидкометалли еского теплоносителя (натрия) 12,5 и и временем выдержинания его в регенерационной камере более 30 мин . ; электромагнитный насос производительностью 2 и /ч при напоре 0,1 ИПа, расположенный ниже регенерационной ка— меры по высоте на 10- 15 и; форваку30 умный ротационный насос производительностью 1500 нл/ч при остаточном давлении .10 им рт ° ст.; капилляр—

HblH газоный рнсходомер длл измерения расхода газа до 1000 нл/ч; конденсатор наро» жидкометаллического теплоноситслп (натрия) с эффективной поверхностью конденсации 1, 25 .и .

Регенерация осуществляется следу40

Контроль расхода водорода позво- ляет судить о интенсивности процессов массопереноса и контролировать их изменение при изменении таких параметров как расход жидкометаллического теплоносителя (натрия), глубина вакуума в регенерационной камере, температура и др.

При регенерации холодной ловушки, содержащей избыток примеси кислорода по сравнению с примесью водорода, вводится дополнительная операция перед организацией циркуляции жидкометаллического теплоносителя (натрия)

1 через холодную ловушку и регенерационную камеру. В холодную ловушку вводится гидрид до достижения мольного отношения водорода к кислороду, большего или равного 1,5..Указанное мольное отношение необходимо для пе- . реноса примеси кислорода из холодной ловушки в регенерационную камеру в форме гидрооксида. Предлагаемый процесс регенерации проходит практически в изотермнческих условиях при насьш1ении жидкоиеталлического теплоносителя (натрия) оксидом по всему контуру регенерации. Поэтому перенос примеси кислорода из холодной лавушки в регенерационную камеру возможен только за счет переноса гидрооксида, образующегося в жидкометаллическом теплоносителе (натрии) по обратной реакции (2) и распадающегося н регенерационной камере по прямой реакции (2) с образованием избыточного оксида, выпадающего в осадок. Больное отношение, большее

1,5, обеспечивает полное удаление примеси кислорода из холодной ловушки ранее момента удаления. примеси водорода.

Осуществление способа регенерации холодных ловушек примесей жидкометаллических теплоносителей поясняется с помощью устройства, представленного на чертеже.

Устройство содержит холодную ловушку 1, регенерационную камеру 2, электромагнитный насос. 3, вакуумный насос 4, конденсатор 5 паров жидко-„ металлического теплоносителя (натрия)> газовый расходомер 6, транспортные линии 7, электронагреватели 8 на

5 транспортных линиях 7 и конденсаторе

5, вакуумную линию 9. В объеме регенерационной камеры 2 размещены мас,сообменные поверхности 10.

Р псод холодно 1 ловушки 1 сня»ан с входом регенерационлой камеры 2 с помощью транспортной линии 7. В транспортной линии 7, соединяюцей, выход регенерационной камеры 2 с входом холодной ловушки 1, размещается электромагнитный насос 3.

Газовый объем регенерационной камеры 2 через конденсатор 5 паров жидющим образом.

Холодную ловушКу отключают от контура очистки, разогревают ее и регенерацион камеру до 350-400"С, и транспортные линии — на 10 С выше.

Электроиагнитным насосом организуют циркуллцию жидкометаллического теплоносителя (натрия) с расходом 0,2

0,8 м /ч. Вакуумным насосом создают давление в газовом объеме регенерационной камеры (1-10) ° 10- ми рт.ст., откачивая водород. Пары жидкометаллического теплоносителя (натрия) при этом конденсируют в коняенСаторе, находящимся при 110-140- С, и возвращают в контур очистки. Водород в процессе регенерации десорбируется со свободной поверхности жидкометаллического теплоносителя (натрия) в газовый объем регенерационной камеры, и „-образующийся избыток по отношению

1563476 к насыщенному раствору оксида жидкометаллического теплоносителя (натрия) осаждают на массообменных поверхностях. Расход водорода измеряют с помощью капиллярного расходомера на выходе вакуумного насоса и при прекращении выделечия водорода охлаждают ловушку и подключают ее в контур очистки. Время регенерации холодной ловушки составит 100-300 ч в зависимости от температуры регенерации и расхода теплоносителя жидкометаллического (натрия). Восстановление массообменных поверхностей регенерационной камеры для проведения последующих перегенераций осуществляется дистилляцией жидкометаллического теплоносителя (натрия) из регенерационной камеры после дренажа свободного жидкометаллического теплоносителя (натрия) и отмывкой паром воды от оксида жидкометаллического теплоносителя (натрия). I0

20

25 и э о б. р е т е н и я

Фоомула

1. Способ регенерации холодных ловушек примесей жидкометаллических теплоносителей, включающий отключение у) холодной ловушки от контура очистI ки, ее разогрев и удаление примесей водорода и кислорода, находящихся в виде гидридов, оксидов и гидрооксидов О т л и ч а ю шийся те ,что, с целью увеличения срока службы олодных ловушек за счет снижения оррозионного повреждения материала орпусов холодных ловушек в процессе их регенерации, а также осуществле- 40 ния непрерывного контроля процесса регенерации в условиях эксплуатации ядерной энергетической установки на номинальной мощности, регенерацию проводят при температуре в холодной о ловушке около 41, создают циркуляцию жидкометаллического теплоносителя (натрия) через холодную ловушку по замкнутому контуру, включающему регенерационную камеру, в . которой жидкометаллический теплоноситель (натрий) выдерживают, обеспе чивая контакт его поверхности с газовым объемом регенерационной камеры прн отношении площади поверхности к объемному расходу жидкометаллического, теплоносителя (натрия) более

1,5 10 (м - с), при этом обеспечивают положительный градиент температуры по длине транспортной линии, соединяющей холодную ловушку с регенерационной камерой, удаляют водород и кислород из их соединений с жидкометаллическим теплоносителем (натрием) соответственно вакуумированием регенерационной камеры с конденсацией паров жидкометаллического теплоносителя (натрия) и возвращением его в холодную лавушку и осаждением оксидов на массообменных поверхностях регенерационной камеры, непрерывно контролируют расход удаляемого водорода и заканчивают процесс регенерации при прекращении выделения водорода.

2. Способ по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что при избытке в холодной ловушке примеси кислоро— да по сравнению с примесью водорода перед организацией циркуляции жидкометаллического теплоносителя (натрия) в холодную ловушку вводят водород в виде глдрнда жидкометаллического теплоносителя (натрия) до достижения мольного отношения примеси водорода к примеси кислорода большего или равного 1,5.

1563476

Составитель В.Перевезенцев

Техред д,Олийнык Корректор Н. Король

Редактор Л.Письман

Ю ю «4»

Заказ 22 9 9 Тирам 269 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Иосква, й-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101