水气腐蚀一体化系统

技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其是一种水气腐蚀一体化系统。

背景技术

目前，我国球床式高温气冷堆所使用的球形燃料元件直径为60mm，结构为球形包覆颗粒(TRISO)弥散在燃料区的石墨基体中。作为燃料元件的结构材料，基体石墨使包覆燃料颗粒获得热工水力学条件，包括将热量传给冷却剂氦气，并作为慢化材料，对快中子有足够的慢化能力。同时还具有一定的滞留裂变产物的能力。

由于反应堆内可能存在H

本申请的发明人已经授权的发明专利(ZL 201210228146.2)提供了一种检测球形燃料元件基体石墨球抗氧化性能专用设备，现有设备存在以下缺点：

(1)与热扩散炉配合使用，水蒸气含量不能随温度气流量变化实现自动化控制；

(2)只能测量实验前后水的绝对量，不能实时监测水蒸气含量及失水量；

(3)不能通过精确计算调整工艺参数，需要通过多次实验调试。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种水气腐蚀一体化系统，以克服上述现有技术的不足。其能够精确控制气体流量、炉温、水蒸气含量等关键因素，实现了自动化一体化水气腐蚀系统，并能实时监测各工艺参数，以及各组件运行状态，提高了球形燃料元件基体石墨球水蒸气腐蚀检测实验的精确性和自动化程度。

本发明的水气腐蚀一体化系统包括控制系统、气路系统、称量系统、恒流系统、汽化系统、水蒸气含量监测系统、热扩散炉；

所述控制系统包括多个触摸屏，每个所述触摸屏能独立控制每套管路，并能实时显示所述热扩散炉温度、气体流量、水失重量、出水流速、所述汽化系统的温度、水蒸气含量、水蒸气气路温度，以及设备状态异常报警；

所述气路系统与所述控制系统、所述汽化系统、所述热扩散炉相连，用于向所述热扩散炉通入一定流量的保护气体和工作气体；所述气路系统中的工作气体依次经过所述汽化系统和水蒸气含量监测系统后，载带一定百分含量的水蒸气进入所述热扩散炉；所述气路系统还配备气路保温装置，所述气路保温装置包括温控器和加热带，保证气路温度恒定且可调，水蒸气在管路中不冷凝；

所述称量系统与所述控制系统、所述恒流系统相连，用于向恒流系统提供水源；所述称量系统包括液体容器和精密天平，在所述触摸屏上在线显示水的失重量，所述液体容器与所述恒流系统的管路相连，并实时监测走水量；所述称量系统的液体容器为密闭设计，上方由出液管连接到所述恒流系统；所述恒流系统用于从所述称量系统中持续抽取一定量的液体，并控制水的流速，使水以恒定的流速输送到所述汽化系统，在所述恒流系统的末端设有出液管，与所述汽化系统连接；

所述汽化系统与所述气路系统和所述恒流系统相连，包括汽化腔和加热装置，在所述汽化腔内工作气体与水蒸气充分混合后，向所述热扩散炉中通入定量的低浓度的水/气混合气；所述汽化腔为金属密闭腔体，包括进气口和进液口，以及混合气出口；所述汽化系统的加热装置可以是缠绕在汽化腔的发热带、发热体或发热丝，通过控温器控制加热温度；

所述水蒸气含量监测系统连接在所述汽化腔后面，用于检测工作气体中水蒸气的含量；所述水蒸气含量监测系统为能精确测量混合气中水蒸气含量的精密露点仪、温湿度传感器或在线质谱仪；

所述热扩散炉能够自动控制温升曲线，用于把样品加热到设定温度并保温一定的时间；所述热扩散炉的恒温区≥40cm,内径≥80cm,可以同时放置1-5个样品。

如上述的水气腐蚀一体化系统，其中，所述气路系统包括气源、减压阀、气压报警传感器、气体质量流量计、电磁阀、单向阀、加热带、温控器。

如上述的水气腐蚀一体化系统，其中，所述称量系统的精密天平量程≥100g，精度优于1mg；所述称量系统的容器容量≥5ml。

如上述的水气腐蚀一体化系统，其中，所述恒流系统是计量泵、注射泵或恒流泵。

如上述的水气腐蚀一体化系统，其中，所述汽化腔的材质由0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni9或铝合金加工而成，形状为管状或腔体结构。

如上述的水气腐蚀一体化系统，其中，所述水气腐蚀一体化系统还包括冷却系统和排风系统；所述冷却系统与所述热扩散炉相连，用于冷却炉头法兰及炉体；所述排风系统位于气路系统尾部，用于尾气的收集和排出。本发明的特点及优点为：

本发明的水气腐蚀一体化系统：

(1)实现了自动化一体化水气腐蚀系统；

(2)操作简单，重复性高，能够实时监测水蒸气含量及失水量；

(3)能够通过计算精确控制各工艺参数。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明水气腐蚀一体化系统示意图。

附图符号说明：

1 控制系统

2 气路系统

3 称量系统

4 恒流系统

5 汽化系统

6 热扩散炉

7 水蒸气含量监测系统

8 冷却系统

9 排风系统

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式：

本发明中的待测试样品可以为球形燃料元件基体石墨球，可以为陶瓷球或其他无机非金属材料、复合材料等压制成的固体元件。下面具体以球形燃料元件基体石墨球为例进行说明。

如图1所示，本发明提供的水气腐蚀一体化系统包括控制系统1、气路系统2、称量系统3、恒流系统4、汽化系统5、水蒸气含量监测系统7、热扩散炉6；

控制系统1包括多个触摸屏，每个触摸屏能独立控制每套管路，并能实时显示热扩散炉6温度、气体流量、水失重量、出水流速、汽化系统5的温度、水蒸气含量、水蒸气气路温度，以及设备状态异常报警；

气路系统2与控制系统1、汽化系统5、热扩散炉6相连，用于向热扩散炉6通入一定流量的保护气体和工作气体；气路系统2中的工作气体依次经过汽化系统5和水蒸气含量监测系统7后，载带一定百分含量的水蒸气进入热扩散炉6；气路系统2还配备气路保温装置，气路保温装置包括温控器和加热带，保证气路温度恒定且可调，水蒸气在管路中不冷凝；

称量系统3与控制系统1、恒流系统4相连，用于向恒流系统4提供水源；称量系统3包括液体容器和精密天平，在触摸屏上在线显示水的失重量，液体容器与恒流系统4的管路相连，并实时监测走水量；称量系统3的液体容器为密闭设计，上方由出液管连接到恒流系统4；恒流系统4用于从称量系统3中持续抽取一定量的液体，并控制水的流速，使水以恒定的流速输送到汽化系统5，在恒流系统4的末端设有出液管，与汽化系统5连接；

汽化系统5与气路系统2和恒流系统4相连，包括汽化腔和加热装置，在汽化腔内工作气体与水蒸气充分混合后，向热扩散炉6中通入定量的低浓度的水/气混合气；汽化腔为金属密闭腔体，包括进气口和进液口，以及混合气出口；汽化系统5的加热装置可以是缠绕在汽化腔的发热带、发热体或发热丝，通过控温器控制加热温度；

水蒸气含量监测系统7连接在汽化腔后面，用于检测工作气体中水蒸气的含量；水蒸气含量监测系统7为能精确测量混合气中水蒸气含量的精密露点仪、温湿度传感器或在线质谱仪；

热扩散炉6能够自动控制温升曲线，用于把样品加热到设定温度并保温一定的时间；热扩散炉6的恒温区≥40cm,内径≥80cm,可以同时放置1-5个样品。

水蒸气含量监测系统7不限于精密露点仪、温湿度传感器、在线质谱仪等，可以设置为任意能精确测量混合气中水蒸气含量的装置。

在一个可行的实施例中，控制系统1与四个触摸屏和温控仪表配合，用来控制气路系统2、称量系统3、恒流系统4、气化系统、水蒸气含量监测系统、热扩散炉6，通过现场人机界面对温度工艺曲线、气体流量曲线、水蒸气含量监测系统，以表格和曲线图的方式显示工艺实时运行状况。

具体地，气路系统2包括气源、减压阀、气压报警传感器、气体质量流量计、电磁阀、单向阀、加热带、温控器。

在又一个可行的实施例中，称量系统3的精密天平量程≥100g，精度优于1mg；称量系统3的容器容量≥5ml。

具体地，恒流系统4是计量泵、注射泵或恒流泵。需要说明的是，恒流系统4可以设置为精确输送连续液体的设备，并不限于以上类型。

更进一步地，汽化腔的材质由0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni9或铝合金加工而成，形状为管状或立方体结构。

还需要说明的是，汽化腔的材质由0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni9或铝合金等性能稳定材质加工而成，而且形状不限于管状、腔体结构。

在又一个可行的实施例中，水气腐蚀一体化系统还包括冷却系统8和排风系统9；冷却系统8与热扩散炉6相连，用于冷却炉头法兰及炉体；排风系统9位于气路系统2尾部，用于尾气的收集和排出。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。