Способ регенерации холодных ловушек примесей жидкометаллических теплоносителей Советский патент 1991 года по МПК G21C19/30 

3 . го повреждения материала корпусов холодных ловушек в процессе их регенерации, а также осуществление непррывного контроля процесса регенерац в условиях эксплуатации ядерной энегетической установки на номинальной мощности.

Сущность изобретения заключается в том, что холодную ловушку отклоняют от жидкометаллического Контура и разогревают ее до температуры около 410тС, затем создают циркуляцию жидкометаллического теплоносителя (натрия) по замкнутому контуру, включающему регенерационную камеру. При этом жндкометаллическнй теплоноситель (натрий), проходя через холодную ловушку насыщается примесями кислорода и водорода в виде оксидов гидридов и гидрооксидов. Затем жид- кометаллический теплоноситель (натрий) направляется в регенерационную камеру, при этом обеспечивают положительный градиент температуры по длине транспортной линии,соединяющей холодную ловушку с регенера- ционной камерой, для предотвращения высаждения примесей на стенки транспортной линии.

Разогрев холодной ловушки до температуры около обеспечивает повышение концентрации растворенных в жидкометаллическом (натрий) теплоносителе примесей до значений 6т 0,001 до 0,005 мольных долей, т.е. до значений, обеспечивающих эффектиность регенерации и, в то же время, не представляющих опасности с точки зрения коррозионного повреждения материала корпуса холодной, ловушки. Повышение температуры 41 Of С приводи к образованию в объеме холодной ловушки жидкой гидрооксидной фазы (раствора гидрида и оксида в гидроокси- дё), контакт которой с материалом корпуса способствует межкристаллит- ной коррозии.

Жидкокристаллический теплоноситель (натрий) выдерживают в регене- рационной камере,обеспечивая контакт между поверхностью жидкометаллического теплоносителя (натрия) с газовым объемом генерационной камеры пр отношении площади поверхности жидкометаллического теплоносителя (натрия) ,к его объемному расходу более 1,5 КУ1 (). Это отношение выбирается исходя из того, чтобы при

0

S

0

5

3476

прохождении жидкометаллического (натрия) теплоносителя через регенерационную камеру относительное пересыщение его оксидом было не менее 10%, что создает условия для кристаллизации избытка оксида в рвгенераци- онной камере. При значениях этого отношения менее 1,5-Ю невозможно удаление накопленной примеси кислорода из холодной ловушки, так как избыток образующегося в регенераци- онной камере оксида не будет там осаждаться, а будет возвращаться в холодную ловушку и в ней осаждаться.. Выдерживание жидкометаллического теплоносителя (натрия) в регенераци- онной камере необходимо для -обеспечения реакций между примесями, диффузии реагирующих компонентов к поверхности жидкометаллического теплоносителя (натрия), выпадение образующегося избытка растворенного оксида в осадок. В объеме жидкометаллического теплоносителя (натрия) у поверхности протекают следующие реакции:

2МеН 2 Me +

i

МеОН + 2Ме « + ИеН

(1)

(2)

5

0

5

5

0

где Me - жидкометаллический теплоноситель (натрий). В результате реакций (1,2) концентрации гидрида и гидрооксида в жидкометаллическом теплоносителе (натрий) становятся меньше насыщенных, а по оксиду теплоноситель становится пересыщенным.

Водород из жидкометаллического теплоносителя (натрия) теплоносителя удаляют вакуумированием регенерацион- ной камеры, при этом конденсируют пары жидкометаллического теплоносителя (натрия) из удаляемого водорода и возвращают сконденсировавшийся жидкометаллический теплоноси - тель (натрий) в холодную ловушку. В процессе регенерации измеряют расход откачиваемого водорода и заканчивают процесс при прекращении выделения водорода из жидкометаллического теплоносителя (натрия). Кислород из жидкометаллического теплоносителя (натрия) удаляют путем осаждения оксидов на массообменных поверхностях регенерационной камеры.

5

Контроль расхода водорода позволяет судить о интенсивности процессов массопереноса и контролировать изменение при изменении таких пара- метров как расход жидкометаллическо го 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 жидкоме таллического теплоносителя (натрия) |через холодную ловушку и регенера- ционную 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. Предлагаемы процесс регенерации проходит практически в изотермических условиях при насыщении жидкометаллического теплоносителя (натрия) оксидом по всему контуру регенерации. Поэтому перенос примеси кислорода из холодной ловушки в регенерационную камеру возможен только за счет переноса гидрооксида, образующегося в жидко металлическом теплоносителе (натрии по обратной реакции (2) и распадающегося в регенерационной камере по прямой реакции (2) с образованием избыточного оксида, выпадающего в осадок. Мольное отношение, большее 1,5, обеспечивает полное удаление примеси кислорода из холодной ловушки ранее момента удаления примеси водорода.

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

Устройство содержит холодную ловушку 1, регенерационную камеру 2, электромагнитный насос- 3, вакуумный насос А, конденсатор 5 паров жидког металлического теплоносителя (натрия газовый расходомер 6, транспортные линии 7, электронагреватели 8 на транспортных линиях 7 и конденсаторе 5, вакуумную линию 9. В объеме регенерационной камеры 2 размещены нас сообменные поверхности 10.

10

15

20

25

30

35

40

5

0

ЕРГХОД холодной ловушки 1 снячмн с входом регенерациошюй камеры 2 с помощью транспортной линии 7. В транспортной линии 7, соединяющей . выход регенерационной камеры 2 с входом холодной ловушки 1, размещается электромагнитный насос 3.

Газовый объем регенерационной камеры 2 через конденсатор 5 паров жидкометаллического теплоносителя (натрия) соединен вакуумной линией 9 с вакуумным насосом А, на выходе кото- рого установлен газовый расходомер 6. С целью регенерации холодной ловушки объемом 8 м3 второго контура ядерной энергетической установки НН- 600, содержащей около 1 м твердого осадка с избытком гидрида, выбраны следующие элементы: регенерацнонная камера объемом 2 м со свободной поверхностью жидкометаллн«еского теплоносителя (натрия) 12,5 мги временем выдерживания его в ре генерационной камере более 30 мин . ; электромагнитный насос производительностью 2 при напоре 0,1 МПа, расположенный ниже регенерацнонмой ка - меры по высоте на 10-15 м; форваку- умный ротационный насос производительностью 1500 нл/ч при остаточном давлении -10 мм рт.ст.; капиллярный газовый расходомер для измерения расхода газа до 1000 нл/ч; конденсатор пароп жидкометаллического теплоносителя (натрия) с эффективной поверхностью конденсации 1,25 м 1

Регенерация осуществляется следующим образом. .

Холодную ловушку отключают от контура очистки, разогревают ее и регенерационную камеру до 350-40d°C, транспортные линии - на выше. Электромагнитным насосом организуют циркуляцию жидкометаллического теплоносителя (натрия) с расходом 0,2 -,: 0,8 . Вакуумным насосом создают давление в газовом объеме регенерационной камеры (1-10)-Ю-1 мм рт.ст., откачивая водород. Пары жидкометаллического теплоносителя (натрия) при этом конденсируют в конденсаторе,- находящимся при 110-140 0, и возвра

щают в контур очистки. Водород в процессе регенерации десорбируется , со свободной поверхности жидкометаллического теплоносителя (натрия) в газовый объем регенерационной камеры, в Образующийся избыток по отношению

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

Фотэмула изобретения

1. Способ регенерации холодных ловушек примесей жидкометаллических теплоносителей, включающий отключение Холодной ловушки от контура очистки, ее разогрев и удаление примесей водорода и кислорода, находящихся в виде гидридов, оксидов и гидрооксидов, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы

Еолодных ловушек за счет снижения оррозионного повреждения материала орпусов холодных ловушек в процессе их регенерации, а также осуществления непрерывного контроля процесса регенерации в условиях эксплуатации ядерной энергетической установки на номинальной мощности, регенерацию

8

476

5

0

5

0

проводят при температуре в холодной ловушке около , создают циркуляцию жидкометаллнческого теплоносителя (натрия) через холодную ловушку по замкнутому контуру, включающему регенерационную камеру, в которой жидкометаллический теплоноситель (натрий) выдерживают, обеспечивая контакт его поверхности с газовым объемом регеиерационной камеры при 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 вакуумиро- ванием регенерационной камеры с конденсацией паров жидкометаллического теплоносителя (натрия) и возвращением его в холодную ловушку 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, отличающий с я тем, что при избытке в холодной ловушке примеси кислорода по сравнению с примесью водорода перед организацией циркуляции жидко- металлического теплоносителя (натрия) в холодную ловушку вводят водород в виде гидрида жидкометаллического теплоносителя (натрия) до достижения мольного отношения примеси водорода к примеси кислорода большего или равного 1,5.