一種用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統的製作方法
2023-06-07 04:36:26 1
一種用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統的製作方法
【專利摘要】一種用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，包括：一液態鉛鉍合金管道，包覆在加熱元件中，加熱元件中設有加熱源，加熱源通過繼電器連接電源；加熱元件上設有測量液態鉛鉍合金管道壁面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接可編程邏輯控制器。本發明克服了液態鉛鉍合金密度較大、有一定腐蝕性，以及處於流動狀態、長期在線加熱等技術困難，獲得的進出口溫度的提升幅度和出口溫度的準確性能夠滿足液態鉛鉍合金熱工水力性能研究實驗要求。
【專利說明】一種用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於加熱及溫控領域，具體地涉及一種用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統。
【背景技術】
[0002]液態鉛鉍合金(Lead-Bismuth Eutectic, LBE)是目前加速器驅動的次臨界系統設計中散裂靶兼冷卻劑的首選材料，同時也是先進快中子反應堆冷卻劑的主要候選材料。液態LBE熔點低、沸點高，利用液態LBE作為散裂靶兼冷卻劑既具有很好的中子學性能，還具有優良的抗輻照性能和傳熱性能，可以提高靶系統的壽命和次臨界反應堆的安全性，迅速冷卻反應堆並將熱量帶出。然而，對液態LBE的熱工水力學特性尚未形成清晰深刻的認識，這影響了液態LBE在加速器驅動的次臨界系統以及反應堆中的應用。在研宄液態LBE熱工水力學特性過程中，需要對在管內處於流動狀態的液態LBE加熱至較高溫度，以使其研宄結果能夠適應反應堆的工況條件。但是，由於液態LBE密度較大、有一定腐蝕性、處於流動狀態，且液態LBE熱工水力學特性實驗周期較長，對其進行長時間在線加熱和溫控有一定的技術難度。
[0003]目前液態金屬加熱器專利技術或是不能夠實現流動狀態下的在線加熱，或是不適用於液態LBE的在線加熱，或是缺乏保證加熱和溫控系統準確穩定運行的技術措施。
[0004]應用於液態鉛鉍合金管道的加熱及溫控系統至少應具備如下技術特性:
[0005]I)非接觸式加熱，以避免液態LBE腐蝕性的影響；
[0006]2)大功率，以適應液態LBE密度較大、在線加熱溫度較高的要求；
[0007]3)由加熱和溫控元件組成的系統準確穩定，各元件能夠方便更換，以實現長時間運行的目標。
[0008]公知的液態金屬加熱的專利技術(如中國專利200780017410，中國專利200410020559)針對靜態液態金屬加熱，大都是不能夠實現流動狀態下的在線加熱。而現有針對液態金屬的管道加熱器專利技術也無法滿足液態LBE管道加熱及溫控的要求，如中國專利CN201110199224，應用於液態金屬鈉，其密度遠小於液態LBE，其加熱過程中液態金屬鈉與加熱元件有接觸，不能適應液態LBE腐蝕性的要求，而且通過加熱後溫度提升50°C也不能滿足液態LBE的加熱溫度需求。因此，為使處於流動狀態的液態LBE加熱溫度準確達到預期值，需要設計一種大功率的管道加熱器及溫控系統來實現。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，以滿足液態LBE管道的大功率在線加熱和溫控系統準確穩定運行的技術需求。
[0010]為實現上述目的，本發明提供的用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，包括:
[0011]一液態鉛鉍合金管道，包覆在加熱元件中，加熱元件中設有加熱源，加熱源通過繼電器連接電源；
[0012]加熱元件上設有測量液態鉛鉍合金管道壁面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接可編程邏輯控制器。
[0013]其中，加熱元件為兩塊半圓柱形，其內徑與液態鉛鉍合金管道的外徑相同，由固定螺栓將兩塊加熱元件夾持在液態鉛鉍合金管道上，使加熱元件與管道壁面接觸。
[0014]其中，兩塊加熱元件均設有安裝溫度傳感器的通孔。
[0015]其中，溫度傳感器為鉑電阻溫度傳感器。
[0016]其中，溫度傳感器通過可編程邏輯控制器與繼電器連接。
[0017]其中，繼電器為固態繼電器或交流觸發器。
[0018]其中，加熱源為電加熱絲，加熱源分成若干組，各組之間留有間隙。
[0019]其中，加熱元件外層設有保溫層。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]本發明的在線加熱及溫控系統中，液態LBE管道、接線柱、螺栓、可編程邏輯控制器(PLC)、繼電器、電源等各元件與管內流動的液態LBE不接觸，避免了其腐蝕性的影響，克服了液態鉛鉍合金密度較大、有一定腐蝕性，以及處於流動狀態、長期在線加熱等技術困難，獲得的進出口溫度的提升幅度和出口溫度的準確性能夠滿足液態LBE熱工水力性能研宄實驗要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的結構示意圖。
[0023]圖2是圖1中加熱元件的結構示意圖。
[0024]圖3是加熱元件安裝在液態鉛鉍合金管道上的示意圖；其中:A是側面的剖面示意圖，B是外觀立體圖。
[0025]圖4是本發明的溫度傳感器的結構示意圖。
[0026]圖5是溫度傳感器穿過加熱元件的安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明的用於液態鉛鉍合金(LBE)管道的在線加熱及溫控系統，包括:
[0028]一液態LBE管道3，包覆在加熱元件I中，加熱元件I設有溫度傳感器2，溫度傳感器2由信號線與PLC連接。
[0029]如圖2所示，加熱元件I可以是兩塊圓筒形或方形筒，其內表面必須與液態LB管道壁面外徑形狀尺寸一致，以保證液態LB管道壁面處於加熱元件的包覆中。本實施例是以兩塊圓筒形為例，其內徑與液態LBE管道3的外徑相同，由固定螺栓5將兩塊加熱元件夾持在液態LBE管道3上，使加熱元件與液態LBE管道的壁面緊密接觸。每一塊加熱元件I都有兩個接線柱4，由導線與繼電器連接形成獨立的迴路。而且，每一塊加熱元件上都有安裝有溫度傳感器2，溫度傳感器2通過可編程邏輯控制器(PLC)與繼電器連接，用於監測液態LBE管道壁面的溫度。PLC與繼電器之間由信號線連接，用於控制電加熱迴路的閉合與斷開。選用固態繼電器或交流觸發器以適應液態LBE管道加熱元件功率較大的要求。
[0030]本發明的加熱元件可以是半圓柱形鑄銅加熱塊中分布有一定功率的加熱絲，該加熱絲由接線柱4與外部電源連接。加熱元件的加熱功率可根據液態LBE流速和溫度提升要求計算得出。加熱元件中部分布有一個或若干個帶螺紋的通孔6，用於安裝溫度傳感器2，可根據溫控要求，在加熱元件適當的位置增加傳感器的安裝數量。加熱元件兩側分布有若干個螺孔7，用於安裝螺栓5。
[0031]圖3為一組加熱元件安裝在液態LBE管道上的示意圖。根據液態LBE管道加熱段的長度和加熱元件的功率，分成若干組加熱元件來實現加熱需求，在液態LBE管道的加熱段上，各組加熱元件之間留有少量間隙。這樣便於分段控制液態LBE管道加熱和監測各部分的溫度情況，同時也便於安裝、維護和更換故障加熱元件。
[0032]圖4所示為溫度傳感器2的結構及安裝示意圖。本發明的一個實施例是採用鉑電阻溫度傳感器，溫度監測範圍0-650°C，採用三線制接法，以消除連接導線電阻引起的測量誤差。固定螺釘10中心開有通孔，金屬保護管9穿過固定螺釘10。金屬保護管9的上端與耐高溫導線8連接，耐高溫導線穿過加熱元件I外層的保溫層13，與外部信號線連接。金屬保護管9的下端為溫度探頭12。金屬保護管下部套有彈簧11，當螺釘擰緊在加熱元件I上的螺紋通孔6中時，彈簧11將溫度探頭12緊緊地頂在液態LBE管道3的壁面上。本發明的溫度傳感器除圖4給出的式樣外，也可以是其他可以固定在加熱元件上並能夠與液態LBE管道壁面緊密結合的其他式樣的傳感器。
[0033]由於溫度傳感器獲得的是液態LBE管道壁面的溫度，與管道內液態LBE溫度存在一定差異。因此，為了獲得通過液態LBE管道加熱後較為準確的液態LBE溫度，在液態LBE管道加熱和溫控系統投入使用前，必須對液態LBE管道的溫控系統進行修正，以滿足液態LBE熱工水力學實驗準確性的要求。通過計算獲得液態LBE管道壁面溫度與液態LBE管道內液態LBE溫度之間的關係，並據此對管道壁面溫度提升的目標值進行修定，以此修定後的溫度值作為管道加熱系統的設定溫度，這樣才能準確的對加熱系統進行溫度控制。上述溫控系統的修正為本領域技術人員所熟悉，在此不作贅述。
[0034]在實際運用過程中，液態LBE (150°C )在管道中流動，通過液態LBE管道加熱後溫度提升至滿足熱工水力學性能實驗研宄工藝要求的目標溫度。PLC根據各位置的溫度傳感器獲得的管道壁面溫度數據和設定的目標溫度，通過發送給繼電器的控制信號對各加熱元件電迴路的閉合/斷開進行自動控制。當液態LBE管道壁面溫度未達到設定溫度時，電源迴路處於閉合狀態，加熱元件持續加熱；當液態LBE管道壁面溫度達到設定溫度時，電源迴路處於斷開狀態，加熱元件停止加熱。在液態LBE實驗平臺中，通過液態LBE管道加熱的液態LBE溫度能夠達到450°C，溫度提升達到300度，溫度提升幅度和出口溫度的準確度都能夠滿足實驗要求。
【權利要求】
1.一種用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，包括: 一液態鉛鉍合金管道，包覆在加熱元件中，加熱元件中設有加熱源，加熱源通過繼電器連接電源； 加熱元件上設有測量液態鉛鉍合金管道壁面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接可編程邏輯控制器。
2.根據權利要求1所述用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，其中，加熱元件為兩塊半圓柱形，其內徑與液態鉛鉍合金管道的外徑相同，由固定螺栓將兩塊加熱元件夾持在液態鉛鉍合金管道上，使加熱元件與管道壁面接觸。
3.根據權利要求2所述用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，其中，兩塊加熱元件均設有安裝溫度傳感器的通孔。
4.根據權利要求1所述用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，其中，溫度傳感器為鉑電阻溫度傳感器。
5.根據權利要求4所述用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，其中，溫度傳感器通過可編程邏輯控制器與繼電器連接。
6.根據權利要求1或5所述用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，其中，繼電器為固態繼電器或交流觸發器。
7.根據權利要求1或5所述用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，其中，加熱源為電加熱絲，加熱源分成若干組，各組之間留有間隙。
8.根據權利要求1所述用於液態鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統，其中，加熱元件外層設有保溫層。
【文檔編號】B22D41/015GK104493146SQ201410803341
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優先權日:2014年12月19日
【發明者】王永偉, 李勳鋒, 成克用, 淮秀蘭, 蔡軍, 席文宣 申請人:中國科學院工程熱物理研究所