一种反应堆换料系统及物料密集方法

本发明涉及核聚变反应的设备增殖包层，用于换料需求的系统，主要适用于核聚变反应的设备增殖包层增殖剂小球或中子倍增剂换料收集，具体为一种反应堆换料系统及物料密集方法。

背景技术：

1、常用氚增殖剂材料包括液态含锂金属与固态含锂陶瓷，目前示范堆型设计主要考虑选用固态陶瓷增殖剂，包括硅酸锂(li4sio4)、钛酸锂(li2tio3)、锆酸锂(li2zro3)、氧化锂(li2o)等，并将增殖剂包层设计为球床结构。欧盟氦冷球床包层(hcpb)和中国氦冷固态包层(hcsb)中均选用li4sio4小球为增殖剂材料。根据以往设计经验，中国聚变工程实验堆(cfetr)也优先考虑硅酸锂小球作为氚增殖剂材料；同时常用中子增殖剂材料一般包括铍、氘化锂、硼等物质，这些物质都需要装料和卸料，现有的装料系统是将增殖剂小球或中子倍增剂装完后进行焊接成一个包层模块，卸料则需要拆包层进行取出，操作复杂，并且增殖包层模块不一定填满增殖剂小球或中子倍增剂。

技术实现思路

1、本发明提供了一种反应堆换料系统及物料密集方法，实现增殖剂小球或中子倍增剂在线装料、卸料及增殖包层模块颗粒物密集，拥有操作方便、简单等优点，解决了上述背景技术中提出的装料系统采用将增殖剂小球或中子倍增剂装完后进行焊接成一个包层模块的方式，在卸料时则需要拆包层进行取出，操作复杂，并且增殖包层模块不一定填满增殖剂小球或中子倍增剂的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种反应堆换料系统，包括载气系统、装料系统、增殖包层模块、卸料系统和尾气处理系统，所述载气系统分别和装料系统、增殖包层模块连接，增殖包层模块分别和卸料系统、尾气处理系统连接，实现反应堆在线换料过程；

3、所述载气系统用于为装料系统和卸料系统提供动力，并且对作为动力的氦气进行干燥、过滤和实时监测流量；所述装料系统为增殖包层模块提供增殖剂小球或中子倍增剂；所述增殖包层模块用于提供对聚变材料的包裹和隔离，以保护反应堆结构并促进聚变反应并且使增殖剂小球或中子倍增间距变得更小；所述增殖包层模块上设有进料口、排气口a口和反向换料气体通口，所述装料系统的出料端与增殖包层模块的进料口连接，所述装料系统内的颗粒物由氦气吹扫至增殖包层模块内；增殖包层模块内多余的氦气通过排气口a口进入到尾气处理系统内，所述反向换料气体通口通过管道五与载气系统的氦气排出端连接，所述反向换料气体通口通过管道六与卸料系统的进料端连接，所述增殖包层模块的内部设有振动台，所述振动台上放置有增殖剂小球或中子倍增剂密集器；所述卸料系统内腔的顶部通过管道九与尾气处理系统连接，所述尾气处理系统用于使排放气体达标。

4、优选的，所述载气系统包括高纯度氦气、减压阀组件、干燥机、净化器和流量监测机；所述高纯度氦气通过与减压阀组件进口端连接的管道一注入减压阀组件内，所述减压阀组件的出口端通过干燥机与净化器的进口端连接，所述净化器的出口端与装料系统通过管道二连接，且管道二上设有流量监测机，所述高纯度氦气的氦气含量纯度达到99.999％。

5、优选的，所述净化器内第一级为分子筛和活性炭用于去除干燥机未除去的水分和其他小分子杂质和用于去除有机物质和其他挥发性杂质，第二级为氧化铜和氧化锌用于吸附硫化氢等硫化物和用于吸附氧化物等杂质。

6、优选的，所述装料系统包括真空泵、待进料罐和进料罐；所述真空泵的进风口通过真空管道与待进料罐连接，所述真空管道上设有阀门pv2，所述待进料罐的出料端通过管道三与进料罐的进料端连接，所述管道三上设有阀门pv3，所述管道二远离净化器的一端与进料罐连接，所述进料罐的出料端通过管道四与增殖包层模块的进料口连接，管道四上设有电动控制阀门。

7、优选的，所述反向换料气体通口通过管道五与管道二连接，所述管道五上设有阀门pv4，所述管道五远离反向换料气体通口的一端位于流量监测机与进料罐之间。

8、优选的，所述待进料罐为锥形结构，所述增殖包层模块的排气口a口设置有过滤网。

9、优选的，所述卸料系统包括小球收集罐一、小球收集罐二和小球收集罐三，所述小球收集罐一、小球收集罐二和小球收集罐三三者依次通过管道进行连接，所述管道六远离反向换料气体通口的一端与小球收集罐一的进料端连接，所述管道六上设有阀门pv7，所述小球收集罐一的顶部固定有管道九，管道九的另一端与尾气处理系统连接，所述管道九上设有阀门pv6；

10、所述卸料系统设置有两层过滤网，其中小球收集罐一底部设置的过滤网的网眼尺寸为30μm，小球收集罐二底部设置的过滤网的网眼尺寸为10μm，并在小球收集罐一和小球收集罐二之间加一个收集罐用于收集10～30μm颗粒物。

11、优选的，所述尾气处理系统包括尾气排放收集罐和尾气净化系统，所述排气口a口通过管道七与尾气处理系统连接，所述管道七上设有阀门pv5，并且所述管道七和管道九均与尾气排放收集罐的进气端连接，所述尾气排放收集罐的出气端通过管道八与尾气净化系统的进气端连接，所述管道八上设有阀门pv8。

12、一种反应堆换料系统的物料密集方法，包括以下步骤：

13、步骤一、首先关闭pv1、pv5和pv6，打开其他阀门，启动真空泵对反应堆换料系统内的所有设备进行抽空，除去仪器和管道中的其他气体；

14、步骤二、关闭真空泵后，打开阀门pv1充入高纯度氦气，使仪器和管道内维持一个大气压的标准；

15、步骤三、打开阀门pv4和pv5，此时关闭阀门pv2和pv3，在待加料罐内加入增殖剂小球或中子倍增剂后，打开阀门pv2，利用真空泵对待进料罐进行真空处理，待进料罐进行真空处理后，真空泵停止工作，并关闭阀门pv2，随后打开阀门pv3，增殖剂小球或中子倍增剂由自重进入进料罐内，再由氦气吹扫进入增殖包层模块；

16、步骤四、进入到增殖包层模块内的氦气通过管道七排至尾气处理系统，增殖剂小球或中子倍增剂则进入振动台，由振动台微振动提高增殖剂小球或中子倍增剂堆积密度、改善储存性能、增加均匀性以及防止结块，至此完成了装料系统；同时多余的增殖剂小球或中子倍增剂由氦气吹至卸料系统内，其中卸料系统内部设置有不同的网眼，便于同一类增殖剂小球或中子倍增剂的收集；

17、步骤五、氦气经过尾气排放收集罐过渡储存后输送到尾气净化系统；

18、步骤六、完成装料和卸料过程后；同时也可以关闭阀门pv3、pv5及pv7，打开阀门pv4，对增殖包层模块进行反向吹扫；至此完成反应堆换料。

19、与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

20、1、该反应堆换料系统及物料密集方法，实现了增殖剂小球或中子倍增剂在线装料、卸料及增殖包层模块颗粒物密集，操作方便、简单。

21、2、该反应堆换料系统及物料密集方法，整个系统由氦气提供动力驱使增殖剂小球或中子倍增剂进入增殖包层模块，同时在增殖包层模块上端设有过滤网防止反向吹扫时物料进入排气管道，并在增殖包层内部布设振动台，借助振动，促使颗粒物更均匀地分布，从而在颗粒物的储存过程中增加了均匀性以及防止结块。