一种对加料阀门箱夹层气体进行置换和冲刷的装置的制作方法

1.本发明属于磁约束核聚变领域，具体涉及一种对加料阀门箱夹层气体进行置换和冲刷的装置。


背景技术：

2.未来的热核聚变堆将采用氘、氚作为燃料。根据氚安全防护的要求，涉氚的送气系统除了直接接触氚的一次包容管道外，还需要设计二次包容层，避免氚直接泄漏到环境中。通常将送气系统的控制器件集中布置，然后采用阀门箱作为二次包容。一次包容管道与二次包容层之间的空间称为夹层空间，一般充入低于环境压力的惰性气体(如氮气、氩气)，并对夹层空间的氚成分进行监测，以发现一次包容管道及其控制器件的泄漏事件。
3.一般而言，活连接位置即位于阀门箱的控制器件发生泄漏的可能性最大。对于现行涉氚的聚变装置，含氚管道的泄漏检测主要是将夹层空间的气体定期送入氚工厂的分析室进行氚浓度分析，但是采用这种方法泄漏被检测到的时效有明显延迟。对于未来的聚变装置，加料阀门箱位于距离氚分析系统100多米甚至更远的位置，如果不能及时发现它的泄漏，很有可能造成较多的氚累积在阀门箱内而造成放射性危害。因此未来的聚变装置应采用连续冲刷的方法来对加料阀门箱的泄漏进行实时监测。此外，一旦发现阀门箱内氚浓度过高，需要快速将夹层空间的气体进行置换避免氚在夹层空间中的累积，加料阀门箱应具有夹层气体置换和冲刷的功能。
4.因此需要提供聚变装置加料阀门箱夹层气体置换和冲刷的装置，以解决现有技术存在的不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种对加料阀门箱夹层气体进行置换和冲刷的装置，能够对加料阀门箱的泄漏进行实时监测，对夹层气体进行置换和冲刷，可远程操作，结构简单，流量可控，可靠性高。
6.实现本发明目的的技术方案：
7.一种对加料阀门箱夹层气体进行置换和冲刷的装置，该装置包括加料阀门箱、送气系统汇集管道、气体注入管道、气体过滤器、压力传感器a、气动隔离阀a、限流孔a、气动隔离阀b、限流孔b、气体流出管道。
8.加料阀门箱和气体注入管道的尾端连接，气体注入管道从源端开始依次设有气体过滤器和压力传感器a，气体注入管道在压力传感器a之后的管道分成两路并联支路，一路并联支路上设有气动隔离阀a和限流孔a，另一路并联支路上设有气动隔离阀b和限流孔b，送气系统汇集管道安装在加料阀门箱的上方，通过气体流出管道进行连接。
9.所述的气体注入管道连接在加料阀门箱的底部位置，气体流出管道连接在加料阀门箱的顶部位置，使得置换气体由下向上流动。
10.所述的限流孔a和限流孔b分别为不同孔径，流量大小由限流孔a和限流孔b孔径决
定，通过选择性打开或关闭气动隔离阀a和气动隔离阀b，为加料阀门箱提供三种置换冲刷流量。
11.所述的气体流出管道上设有气动隔离阀c。
12.所述的加料阀门箱上连接有压力传感器b，用来探测加料阀门箱夹层内的压力。
13.所述的聚变装置送气系统正常运行工况下，由控制系统远程打开小流量支路上的气动隔离阀a和气动隔离阀c，采用低流量氮气对加料阀门箱空间进行常规连续冲刷，在气路出口对夹层气体中的氢同位素成分进行实时监测。
14.所述的若在系统运行过程中监测到氢同位素高于一定阈值，控制系统将打开气动隔离阀b并关闭气动隔离阀a，高流量氮气对加料阀门箱夹层进行气体置换，以快速清除加料阀门箱内的残余氢同位素；若泄漏量较大，将同时打开气动隔离阀a和气动隔离阀b，采用更高流量氮气对加料阀门箱夹层进行气体置换。
15.所述的若加料阀门箱需要进行维护或者与送气系统隔断，控制系统将关闭气动隔离阀a，气动隔离阀b和气动隔离阀c，加料阀门箱进入隔离状态。
16.所述的限流孔a孔径为0.025in，入口流量为1nm3/h。
17.所述的限流孔b孔径为0.1in，入口流量为14nm3/h。
18.本发明的有益技术效果在于：
19.(1)本发明中气体注入管道位于阀门箱底部而流出管道位于顶部，较重的置换气体氮气容易把聚集在阀门箱顶部较轻的泄漏气体氢同位素裹挟带走；
20.(2)本发明中气体注入管道设有气动隔离阀，可以实现夹层气体置换和冲刷的远程控制；
21.(3)本发明中气体注入管道采用限流孔作为流量限制器，全机械结构，结构简单，安装方便，易加工，制造成本低，且不受辐射影响，可靠性高；
22.(4)本发明中气体注入管道包括两路不同流量的支路，通过控制两个支路上隔离阀的开闭来实现常规冲刷和快速置换两种功能的切换，必要时同时开启两路支路的阀门实现更大流速的气体置换；
23.(5)本发明中气体注入管道采用限流孔产生阻塞流限流，实现较大幅度降压，使得位于下游的阀门箱压力不受上游压力明显影响。
附图说明
24.图1为本发明所提供的一种对加料阀门箱夹层气体进行置换和冲刷的装置示意图；
25.图中：1-加料阀门箱；2-送气系统汇集管道；3-气体注入管道；4-气体过滤器；5-压力传感器a；6-气动隔离阀a；7-限流孔a；8-气动隔离阀b；9-限流孔b；10-气体流出管道；11-气动隔离阀c；12-压力传感器b。
具体实施方式
26.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，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、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不
付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。
27.如图1所示，本发明所提供的一种对加料阀门箱夹层气体进行置换和冲刷的装置，该装置包括加料阀门箱1、送气系统汇集管道2、气体注入管道3、气体过滤器4、压力传感器a5、气动隔离阀a6、限流孔a7、气动隔离阀b8、限流孔b9、气体流出管道10、气动隔离阀c11和压力传感器b12。
28.送气系统汇集管道2安装在加料阀门箱1的上方，通过气体流出管道10进行连接。
29.加料阀门箱1和气体注入管道3的尾端连接，气体注入管道3从源端开始依次设有气体过滤器4和压力传感器a5，气体注入管道3在压力传感器a5之后的管道分成两路并联支路，一路并联支路上设有气动隔离阀a6和限流孔a7，另一路并联支路上设有气动隔离阀b8和限流孔b9，加料阀门箱1上连接有压力传感器b12。
30.气体流出管道10上设有气动隔离阀c11。
31.置换气体源端为压力7～10bara的氮气，氮气从气体注入管道3进入后分两路并联支路流入加料阀门箱1，对加料阀门箱1进行置换和冲刷，然后从气体流出管道10流向送气系统汇集管道2夹层后排出，最终排向除氚系统。
32.置换气体源端的氮气从气体注入管道3注入，压力传感器a5实时监测入口压力，确保气源端无压力异常。由于聚变装置送气系统泄漏到加料阀门箱1的燃料气体主要为比氮气轻的氢同位素气体，所以将气体注入管道3布置在加料阀门箱1的底部位置，而气体流出管道10布置在加料阀门箱1的顶部，则置换气体由下向上流动，更容易将聚集在加料阀门箱上层的氢同位素气体带走。
33.气体注入管道3上设置两路并联支路，分别采用不同孔径的限流孔a7、限流孔b9作为流量限制器。加料阀门箱1内的工作压力小于1bara，而入口压力大于7bara，气流经过限流孔后形成阻塞流，在稳定入口压力下得到稳定的入口流量。流量大小由限流孔a7和限流孔b9孔径决定，通过选择性打开或关闭气动隔离阀a6、气动隔离阀b8，为加料阀门箱1提供三种置换冲刷流量。
34.在一个实施例中，限流孔a7孔径为0.025in，入口流量约为1nm3/h，限流孔b9孔径为0.1in，入口流量约为14nm3/h。
35.聚变装置送气系统正常运行工况下，由控制系统远程打开小流量支路上的气动隔离阀a6和气动隔离阀c11，采用低流量氮气对加料阀门箱1空间进行常规连续冲刷，以便在气路出口对夹层气体中的氢同位素成分进行实时监测。如果在系统运行过程中监测到氢同位素高于一定阈值，即发生了送气管道的泄漏，控制系统将打开气动隔离阀b8并关闭气动隔离阀a6，高流量氮气对加料阀门箱1夹层进行气体置换，以快速清除加料阀门箱1内的残余氢同位素。如果泄漏量较大，将同时打开气动隔离阀a6和气动隔离阀b8，采用更高流量氮气对加料阀门箱1夹层进行气体置换。如果加料阀门箱1需要进行维护或者与送气系统隔断，控制系统将关闭气动隔离阀a6，气动隔离阀b8和气动隔离阀11c，加料阀门箱1进入隔离状态。
36.上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。