专利名称:均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法
技术领域：
本发明涉及反应堆运行装置，具体涉及一种均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料 液自动补酸系统及补酸方法。
背景技术：
以硝酸铀酰(UA (NO3) 2)溶液为核燃料的均勻性水溶液核反应堆在运行过程中，由 于辐射的作用，燃料溶液中的硝酸(HNO3)将分解生成氮气汎)和氧气(O2)，导致燃料溶液 HNO3浓度降低，引起铀酰离子(UO2+2)水解沉淀。如以UO2 (NO3)2溶液为核燃料的均勻性水溶 液核反应堆在额定功率200kW下运行M小时将产生约720升队气、1800升O2气(共2520 升气体)，如果不补酸，堆芯料液酸度下降，将导致UO22+水解沉淀，使均勻性水溶液核反应 堆不能长时间稳定运行。如果采用外界补HNO3的办法，均勻性水溶液核反应堆气回路中的 N2气会越积越多，一年运行250天将累计产生180M3 N2气、450M%气(共630M3气体)。由 于气回路中含有不少惰性放射性气体(85Kr、133Xe等)和气态碘(主要是131I和133I)，这些气 体不能直接向大气排放，排放前必须经压力罐长期(3 6个月)贮存，并经纯化处理(如 在低温条件下利用活性炭或分子筛吸附)，这将增加放射性气体贮存设施和处理设施，增加 处理费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可使堆芯料液的酸度稳定，保证反应堆长期稳定运行 的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法，从而避免从外补HNO3 和带放射性的队气和O2气的排放。
本发明的技术方案如下一种均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系 统，该系统包括一个与反应堆气回路连接的氮气转化器，所述的氮气转化器包括置于容器 内的高压电极，高压电极与氮气转化控制系统的高压起弧装置连接，氮气转化控制系统还 包括中压稳弧装置、稳流装置、强磁铁、变压器，氮气转化器分别与氮气转化控制系统和喷 淋器连接，喷淋器与补酸容器连接，补酸容器连接反应堆堆芯容器。
如上所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，氮气转 化器的高压电极为钼电极、钼-铱合金电极或石墨电极。
如上所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，氮气转 化器还通过水泵与补酸容器直接连接。
如上所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，反应堆 气体回路通过抽气泵与储气罐连接，储气罐连接氮气转化器。
如上所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其中，补酸容 器为一个不锈钢密封容器，补酸容器上部设有溢流管与堆芯容器相通。
一种应用上述系统对均勻性水溶液核反应堆进行补酸的方法，该方法采用高压电极放电的方式将反应堆气体回路中的氮气转化成一氧化氮和二氧化氮，然后用水喷淋冷却 使之转化为HNO3，将生成的HNO3返回反应堆堆芯容器。
如上所述的均勻性水溶液核反应堆补酸方法，该方法通过控制高压电极放电电弧 的功率大小和直径大小来调节氮气转化速率。
如上所述的均勻性水溶液核反应堆补酸方法，其中，该方法在反应堆运行的同时， 使其产生的氮气进行转化，转化的速率等于反应堆料液中HNO3辐射分解生成氮气的速率， 从而使补酸箱中的HNO3浓度和反应堆料液的HNO3*度不变；或者，在反应堆运行时，通过抽 气泵将多余气体抽到储气罐暂存，待反应堆停止运行后，再将贮存气体放回气回路系统，并 对氮气进行转化，加大氮气转化的放电功率，使氮气快速转化成HNO3,直到使气回路压力回 复到常压，补酸箱中HNO3浓度恢复到反应堆运行前的浓度为止。
本发明将均勻性水溶液核反应堆中HNO3辐照分解产生的氮气直接连续转化或间 断转化成HNO3,使堆芯料液的酸度稳定，反应堆能长期稳定运行，避免了从外界补入HNO3和 带放射性的队气和O2气排放问题。用队气转化装置和补酸系统及补酸方法可非常方便地 将HNO3辐射分解产生的氮气转化成HNO3,因此氮气转化装置和补酸系统的研制使以HNO3体 系为核燃料的均勻性水溶液核反应堆能长期稳定运行，为其进一步推广应用打下了坚实的 技术基础。
图1为本发明所述系统的组成结构示意图。
图中，1.氢氧复合器2.预热器3.除滴器4.堆芯容器5.氮气转化器6.氮气转化 控制系统7.喷淋器8.补酸容器9.水泵10.换热器
图2为氮气转化器(5)和氮气转化控制系统(6)的结构示意图
图中，1.强磁铁2.正负电极3.高压起弧装置4.中压稳弧专装置5.稳流装置 6.变压器具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统包括一个与反 应堆气回路连接的氮气转化器5，氮气转化器5分别与氮气转化控制系统6和喷淋器7连 接，喷淋器7与补酸容器8连接，补酸容器8连接反应堆堆芯容器4。氮气转化器5还通过 喷淋器与补酸容器8直接连接。补酸容器8为一个不锈钢密封容器，补酸容器8上部设有 溢流管与堆芯容器4相通。水泵9及其循环水回路和喷淋器构成气回路的循环动力。喷淋 水冷却高温气体，换热器带走热量保持补酸液的温度恒定。
氮气直接转化成HNO3的原理
工业上制备HNO3是在高温高压(500°C， 300个大气压，)下将氮生成NH3,然后 在500°C催化氧化NH3生成HNO3。[0021 ] 直接将氮气转化到HNO3是先将氮气转化成N0，然后NO与仏反应生成NO2, NO2再 与H2O反应生成HNO3,直到NO全部转化成HNO3为止，反应式如下[0023]
权利要求
1.一种均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其特征在于该系统包 括一个与反应堆气回路连接的氮气转化器，所述氮气转化器包括置于容器内的高压电极， 高压电极与氮气转化控制系统的高压起弧装置连接，氮气转化控制系统还包括中压稳弧装 置、稳流装置、强磁铁、变压器，氮气转化器分别与氮气转化控制系统和喷淋器连接，喷淋器 与补酸容器连接，补酸容器连接反应堆堆芯容器。
2.如权利要求
1所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其特征 在于氮气转化器的高压电极为钼电极、钼-铱合金电极或石墨电极。
3.如权利要求
1或2所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其 特征在于氮气转化器还通过喷淋器水泵与补酸容器直接连接。
4.如权利要求
1或2所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其 特征在于反应堆气体回路通过抽气泵与储气罐连接，储气罐连接氮气转化器。
5.如权利要求
1或2所述的均勻性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统，其 特征在于补酸容器为一个不锈钢密封容器，补酸容器上部设有溢流管与堆芯容器相通。
6.一种应用上述系统对均勻性水溶液核反应堆进行补酸的方法，其特征在于该方法 采用高压电极放电的方式将反应堆气体回路中的氮气转化成一氧化氮和二氧化氮，然后用 水喷淋冷却使之转化为HNO3，将生成的HNO3通过补酸箱返回反应堆堆芯容器。
7.如权利要求
6所述的均勻性水溶液核反应堆补酸方法，其特征在于该方法通过控 制高压电极放电电弧的直径大小和功率大小来调节氮气转化速率。
8.如权利要求
6或7所述的均勻性水溶液核反应堆补酸方法，其特征在于该方法在 反应堆运行的同时，使其产生的氮气进行转化，转化的速率等于反应堆料液中HNO3辐射分 解生成氮气的速率，从而使补酸箱中的HNO3浓度和反应堆料液的HNO3浓度不变。
9.如权利要求
6或7所述的均勻性水溶液核反应堆补酸方法，其特征在于在反应堆 运行时，通过抽气泵将多余气体抽到储气罐暂存，待反应堆停止运行后，再将贮存气体放回 气回路系统，并对氮气进行转化，加大氮气转化的放电功率，使氮气快速转化成HNO3，直到 使气回路压力回复到常压，补酸箱中HNO3浓度恢复到反应堆运行前的浓度为止。
专利摘要
本发明提供了一种均匀性水溶液核反应堆氮气转化和料液自动补酸系统及补酸方法。此系统采用铂等耐高温电极，通过高压放电将氮气转化成NO和NO2，并用水喷淋冷却转化为HNO3，再通过一个补酸系统将HNO3连续返回反应堆堆芯容器，通过调节气回路中氮气浓度，氮气转化装置功率等可控制氮气转化速率，通过选择补酸箱的酸液体积和原始酸液的HNO3浓度可以调节补酸速度，控制反应堆料液的酸度恒定为0.2mol/L或在0.20-0.25mol/L范围内，使反应堆料液的UO2(NO3)2不水解沉淀，确保反应堆料液的均匀稳定性和反应堆的运行安全。
文档编号G21C19/28GKCN101471149 B发布类型授权 专利申请号CN 200710306053
公开日2011年5月4日 申请日期2007年12月29日
发明者包崇兴, 李海颖, 李茂良, 程作用, 邓启民 申请人:中国核动力研究设计院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4), 非专利引用 (1),