氧控模块、反应堆一回路液态金属输送系统及液态金属氧控方法与流程

本发明涉及核电，更具体地说，涉及一种氧控模块、反应堆一回路液态金属输送系统及液态金属氧控方法。

背景技术：

1、针对采用液态金属作为一回路冷却剂的反应堆，液态金属会对反应堆的结构材料产生腐蚀。主动氧控技术是抑制腐蚀的主流方法，其通过在一回路液态金属中注入氧气或氢氧混合气体等氧控气体，通过气-液界面传质与化学反应，动态调节液态金属中溶解氧的浓度，使其浓度维持在既能形成保护性氧化膜，又不会产生过量氧化物沉积的范围内。

2、目前，主动氧控技术通常采用浸入式鼓泡法实施，即通过浸没在液态金属中的喷嘴，将氧控气体通过鼓泡形式注入。鼓泡法的效率与稳定性受气泡的尺寸与分布影响较大，目前鼓泡法采用的喷嘴通常具有单一、大口径的出气口，其气-液比表面积较小，且易引起液态金属的剧烈波动与喷溅，运行稳定性较差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种氧控模块、反应堆一回路液态金属输送系统及液态金属氧控方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种氧控模块，包括：

3、至少一个氧控单元，包括喷嘴以及电控组件；所述喷嘴设置有间隔排列的多个通孔，用于将氧控气体以分散鼓泡形式注入液态金属；所述电控组件包括氧传感器以及流量控制器；所述氧传感器用于采集液态金属内的溶解氧浓度；所述流量控制器用于控制所述喷嘴处的气体流量；

4、至少一个气体注入单元，与所述至少一个氧控单元的所述喷嘴相连通，用于存储并向所述喷嘴输送氧控气体；以及

5、控制单元，分别与所述至少一个气体注入单元、所述至少一个氧控单元电连接。

6、进一步地，所述通孔的孔径大于等于0.05mm，小于等于0.5mm。

7、进一步地，所述喷嘴上设置有至少两组沿所述喷嘴轴向间隔设置的通孔组；每组所述通孔组均包括至少两个所述通孔，且每组所述通孔组的所述至少两个通孔沿所述喷嘴的周向均匀间隔设置。

8、进一步地，所述通孔组的数量大于等于3个，小于等于10个；和/或

9、每个所述通孔组的所述通孔数量大于等于3个，小于等于8个。

10、进一步地，相邻两个所述通孔组之间的间隔距离大于等于1mm，小于等于6mm。

11、进一步地，相邻两个所述通孔组之间的间隔距离，大于所述通孔的孔径。

12、进一步地，所述喷嘴呈一端封闭的管状，所述多个通孔设置于所述喷嘴的侧壁上。

13、进一步地，所述喷嘴的管径大于等于4mm，小于等于12mm。

14、进一步地，所述电控组件还包括阀门，所述阀门设置于所述气体注入单元和所述喷嘴相连通的管路，用于控制气流向所述喷嘴喷射，所述阀门与所述控制单元电连接。

15、进一步地，所述阀门与所述流量控制器并联设置，分别与所述气体注入单元和所述喷嘴相连通。

16、进一步地，所述电控组件还包括差压变送器，用于采集稳压点处与所述喷嘴入口端之间的压差；所述控制单元被配置为，当所述差压变送器所采集到的信号超过阈值时，控制所述阀门使所述喷嘴喷射气流。

17、进一步地，所述氧控模块包括至少两个氧控单元，所述至少两个氧控单元用于分别设置于反应堆一回路液态金属输送系统的输送管路不同区域处，所述至少两个氧控单元分别与所述控制单元电连接，且分别与所述至少一个气体注入单元相连通。

18、进一步地，所述电控组件还包括用于采集液态金属温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制单元电连接。

19、构造一种反应堆一回路液态金属输送系统，包括用于输送液态金属的输送管路以及前述任一项所述的氧控模块。

20、进一步地，所述氧控模块包括至少两个氧控单元，所述至少两个氧控单元分别设置于所述输送管路的不同区域处，并分别与所述控制单元电连接；所述控制单元被配置为，控制所述至少两个氧控单元均衡不同区域处液态金属内的溶解氧浓度。

21、构造一种液态金属氧控方法，应用于前述任一项所述的反应堆一回路液态金属输送系统，所述液态金属氧控方法包括：

22、采集所述输送管路的液态金属的状态参数；

23、根据目标氧浓度、所述状态参数，获取所述氧控单元的初始输出流量；

24、控制所述氧控单元以所述初始输出流量输出氧控气体。

25、进一步地，所述氧控模块包括至少两个氧控单元，所述至少两个氧控单元分别设置于所述输送管路的不同区域处，并分别与所述控制单元电连接；

26、所述液态金属氧控方法包括：

27、采集所述输送管路不同区域处的液态金属的状态参数；

28、根据目标氧浓度、各区域的所述状态参数、所述输送管路的流场模型，获取各区域对应的所述氧控单元的初始输出流量、各区域之间的串扰到达时间；

29、控制各区域的所述氧控单元以所述初始输出流量输出氧控气体；

30、根据所述串扰到达时间，在预测的串扰影响到达目标区域之前，对所述目标区域的所述氧控单元的输出流量进行补偿调整。

31、进一步地，所述状态参数包括溶解氧浓度以及温度。

32、进一步地，所述根据所述串扰到达时间，在预测的串扰影响到达目标区域之前，对所述目标区域的所述氧控单元的输出流量进行前馈补偿调整，包括：

33、根据气体自其中一区域扩散至目标区域所需的时间，在串扰影响到达所述目标区域之前，提前预设时间对所述目标区域的所述氧控单元的输出流量进行补偿调整。

34、进一步地，所述对所述目标区域的所述氧控单元的输出流量进行补偿调整，包括：

35、将所述目标区域的所述氧控单元的输出流量降低预设比例。

36、进一步地，所述预设比例大于等于1%，小于等于10%；和/或

37、所述预设时间大于等于3s，小于等于15s。

38、进一步地，所述电控组件还包括阀门以及差压变送器，所述阀门用于控制气体向所述喷嘴喷射，所述差压变送器用于采集稳压点处与所述喷嘴入口端之间的压差；

39、所述液态金属氧控方法还包括：

40、监测所述差压变送器所采集到的压差信号；

41、当所述压差信号满足预设条件时，控制所述阀门使气体向所述喷嘴的通孔喷射气流至少一次，以清除堵塞物。

42、进一步地，在所述控制所述氧控单元以所述初始输出流量输出氧控气体之前，所述液态金属氧控方法还包括：

43、控制所述氧控单元依次输出至少三个不同的流量值，并采集所述至少三个不同的流量值所对应的压差数值，获得流量-压差特性曲线；

44、所述预设条件包括，所述压差信号相对于所述流量-压差特性曲线对应点位处的压差数值的异常率超过阈值。

45、进一步地，所述预设条件包括，所述压差信号相对于所述流量-压差特性曲线对应点位的压差数值的异常率超过阈值且持续预设时长。

46、进一步地，所述阈值大于等于10%，小于等于35%；和/或

47、所述预设时长大于等于10分钟，小于等于45分钟。

48、实施本发明构造的技术方案至少具有以下有益效果：

49、本发明通过设置喷嘴具有多个通孔，每个通孔均可作为独立的、相对小口径的出气口，相较于单一出气口的喷嘴，可在气体流量相同的前提下生成数量相对更多的、单一尺寸更小的气泡，进而具有较大的气-液比表面积，提高氧控度空间分布均匀性，进而提高传质效率与均匀性。同时还可缓解鼓泡过程中所引起的液态金属波动与喷溅情况，提高控氧效果的同时确保运行的稳定性。