一种用于流化床化学气相沉积反应器的气体入口设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及气体入口设计领域，具体地，涉及一种用于流化床化学气相沉积反应器的气体入口设备。
【背景技术】
[0002]我国球床式高温气冷堆所使用的陶瓷型燃料元件，结构为球形包覆颗粒(TRISO)，且弥散在燃料区的石墨基体中。高温气冷堆核电站的固有安全性的第一道保证就是所使用的核燃料为TRISO型包覆颗粒，直径约为0.92mm，其由核燃料核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层和外致密热解碳层组成。这种具有四层复合结构的核燃料颗粒是在流化床中采用化学气相沉积的方法包覆制备得到的。其中，最为关键的一层为碳化硅层，具有阻止裂变产物释放的重要作用，该碳化硅层主要由甲基三氯硅烷(MTS)在1600摄氏度的高温条件下裂解生成。保证该裂解-沉积工艺的稳定运行是TRISO型包覆颗粒制备成功的关键。
[0003]流化床化学气相沉积包覆过程的特点是颗粒流化和气体裂解沉积在高温条件下同时进行，目前的气体入口系统是将待裂解气体直接通过单孔道通入反应器，缺点比较明显，具体包括:
[0004](I)在包覆颗粒表面沉积的同时，气体入口处的沉积也不可避免，在沉积反应的过程中，待裂解气体在气体入口处不断沉积，气体入口的管道内径不断减少，包覆颗粒流化状态难以稳定维持，导致沉积过程不是一个稳定连续的过程，从而造成沉积层的性质在沉积过程中前后不均一;严重的时候，沉积产物甚至会将气体入口完全堵死，导致气体无法进入，沉积反应中断，导致沉积厚度无法满足工艺设计指标，从而产品作废；
[0005](2)即使一次完整的沉积反应完成，制备出了密度和厚度均符合设计要求的碳化硅层。反应结束后，大量沉积产物附着在气体入口，沉积产物很难完全去除，直接影响下一次沉积反应的过程；
[0006](3)如果无法完全去除气体入口处的沉积产物，在下一次沉积反应时需要更换新的管道。具体地，需要将气体入口系统的单孔金属管道拆除，更换非常困难，且代价较高。
[0007]为保证流化床化学气相沉积工艺的稳定运行，具体需要:
[0008](I)在流化-裂解-沉积反应过程中最大限度的减少气体入口处的沉积产物；
[0009](2)在一次沉积反应结束后，下一次沉积反应之前，需要很容易地去除掉气体入口处的沉积产物；
[0010](3)如果气体入口处的沉积产物完全去除时孔口有损伤，需要以较少的代价且较容易更换气体入口。
[0011]因此，特别需要一种适应于流化床化学气相沉积反应器的气体入口设备。
【发明内容】
[0012]本发明实施例的目的是提供一种用于流化床化学气相沉积反应器的气体入口设备。所述设备通过充分冷却中路气体管道，使得待裂解气体的温度低于裂解温度，从而基本消除了中路气体管道管壁的沉积产物，也减少了待裂解气体入口处的沉积产物，能够适应高温条件下流化床化学气相沉积反应器的长期和稳定的运行。
[0013]为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于流化床化学气相沉积反应器的气体入口设备。所述设备包括:中路气体管道，所述中路气体管道的一端设置于所述反应器内，用于将待裂解的气体通入所述反应器中；主体内循环水套，用于冷却所述中路气体管道，其中，所述中路气体管道穿插通过所述主体内循环水套。
[0014]可选地，所述主体内循环水套呈圆筒状，且所述主体内循环水套内设置有水流隔板，使得冷水由所述主体内循环水套的内侧流进，经所述主体内循环水套的顶端由所述主体内循环水套的外侧流出。
[0015]可选地，所述主体内循环水套与所述中路气体管道之间设置有间隔，以形成环路气体冷却通道。
[0016]可选地，所述中路气体管道包括中路气体主管和金属短管，所述中路气体主管和所述金属短管之间采用螺纹连接在一起，且所述金属短管的一端设置于所述反应器内。
[0017]可选地，所述中路气体主管由不锈钢制成。
[0018]可选地，所述金属短管由金属钼或金属钨制成。
[0019]可选地，所述中路气体主管与所述金属短管的螺纹连接处低于所述主体内循环水套的顶端。
[0020]可选地，所述设备还包括:石墨隔热套，与所述反应器和所述主体内循环水套连接，用于隔离所述反应器和所述主体内循环水套周围的热源。
[0021 ] 可选地，所述设备还包括:多孔石墨气体分配器，设置于所述反应器的底部，用于使得所述环路气体冷却通道和所述中路气体管道与所述反应器连通。
[0022]可选地，所述多孔石墨气体分配器设置有多个均匀分布的环路孔道及中心孔道，所述环路孔道与所述环路气体冷却通道连通，所述中心孔道与所述中路气体管道连通，且所述环路孔道与通过挤压插入所述多孔石墨气体分配器的中路气体管道的外侧壁面圆相切或相交。
[0023]通过上述技术方案，充分冷却中路气体管道，使得待裂解气体的温度低于裂解温度，从而基本消除了中路气体管道管壁的沉积产物，也减少了待裂解气体入口处的沉积产物，能够适应高温条件下流化床化学气相沉积反应器的长期和稳定的运行。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
[0025]图1是本发明一实施例的气体入口设备的剖面示意图；
[0026]图2是本发明一实施例的气体入口设备的多孔石墨气体分配器的剖面示意图；
[0027]图3是图2沿上端A-A’处的剖面示意图；
[0028]图4是图2沿下端B-B’处的剖面示意图；
[0029]图5是本发明另一实施例的气体入口设备的多孔石墨气体分配器的剖面示意图；
[0030]图6是图5沿上端A-A’处的剖面示意图；
[0031]图7是图5沿下端B-B’处的剖面示意图。
[0032]附图标记说明
[0033]I主体内循环水套2水流隔板3环路气体冷却通道
[0034]4中路气体主管5石墨隔热套6多孔石墨气体分配器
[0035]7喷动流化床8金属短管9中心孔道10环路孔道
[0036]11凸起12螺纹连接处
【具体实施方式】
[0037]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]图1是本发明一实施例的气体入口设备的剖面不意图。如图1所不，本发明一实施例的气体入口设备包括:中路气体管道，所述中路气体管道的一端设置于所述反应器内，用于将待裂解的气体通入所述反应器中；主体内循环水套I，用于冷却所述中路气体管道，其中，所述中路气体管道穿插通过所述主体内循环水套I。具体地，所述反应器为喷动流化床7。本实施例通过充分冷却中路气体管道，使得待裂解气体的温度低于裂解温度，从而基本消除了中路气体管道管壁的沉积产物，也减少了待裂解气体入口处的沉积产物，能够适应高温条件下流化床化学气相沉积反应器的长期和稳定的运行。
[0039]其中，所述主体内循环水套I的横截面为环形，更为具体地，主体内循环水套I呈圆筒状，而且所述主体内循环水套I内设置有水流隔板2，使得冷水由所述主体内循环水套I的内侧流进，经所述主体内循环水套I的顶端由所述主体内循环水套I的外侧流出，如图1所示。这样的结构设计使得主体内循环水套I具有两层水冷，即内侧水冷和外侧水冷，从而保证了所述中路气体管道的整体冷却效果。
[0040]在具体的实施方式中，所述中路气体管道包括中路气体主管4和金属短管8，所述中路气体主管4和所述金属短管8之间采用螺纹连接在一起，且所述金属短管8的一端设置于所述反应器内。具体地，所述中路气体管道分为两段，即中路气体主管4和金属短管8，且所述中路气体管道4的内径和所述金属短管8的内径相同，而不会在所述中路气体主管4和所述金属短管8的螺纹连接处12的内壁形成凹凸处。优选地，所述中路气体主管4由不锈钢制成，易于加工。优选地，所述金属短管8由金属钼或金属钨制成。藉此，所述金属短管能够长期在喷动流化床内的较高温度下使用不会变形。
[0041]优选地，所述中路气体主管4与所述金属短管8的螺纹连接处12低于所述主体内循环水套I的顶端。藉此，能够确保中路气体主管被充分冷却，从而减少了中路气体主管管壁的沉积产物。
[0042]优选地，所述设备还包括:石墨隔热套5，与所述反应器和所述主体内循环水套I连接，用于隔离所述反应器和所述主体内循环水套周围的热源。具体地，所述石墨隔热套5的两端设置有螺纹，所述石墨隔热套5通过螺纹与所述喷动流化床7和所述主体内循环水套I连接，从而喷动流化床7、石墨隔热套5以及主体内循环水套I能够形成连接结实且不漏气的整体。此外，石墨隔热套5具有耐高温的特性，能够隔离所述喷动流化床7和所述主体内循环水套I周围的热源，保证了所述中路气体管道的整体冷却效果。