МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ С НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧЕЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в исследовательских и энергетических установках с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем.

Известно устройство для поддержания заданной концентрации растворенного кислорода в стальном циркуляционном контуре со свинецсодержащим теплоносителем [Патент на изобретение РФ №2246561 «Способ поддержания коррозионной стойкости стального циркуляционного контура со свинецсодержащим теплоносителем и устройство для его реализации (варианты)». МПК C23F 11/00. Опубл. 20.02.2005].

Известное устройство включает прямоточный участок, установленный в разъеме стального циркуляционного контура, эжектор, расположенный в прямоточном участке, реакционную емкость со средством окисления, установленную в разъеме линии возврата. Входная и выходная части линии возврата соединены соответственно с выходной частью прямоточного участка и с сужением эжектора.

К недостатку известного массообменного аппарата относится ограниченная область применения, так как указанный аппарат можно использовать только в петлевых контурах установок.

Наиболее близким к заявляемому устройству является массообменный аппарат для поддержания заданной концентрации растворенного кислорода в стальном циркуляционном контуре со свинецсодержащим теплоносителем [Патент РФ на изобретение №2246561 «Способ поддержания коррозионной стойкости стального циркуляционного контура со свинецсодержащим теплоносителем и устройство для его реализации (варианты)». МПК C23F 11/00. Опубл. 20.02.2005].

Массообменный аппарат включает реакционную емкость, содержащую средство окисления и снабженную регулируемой системой обогрева, линию возврата части окисленного теплоносителя с выхода из реакционной емкости на вход в нее, причем реакционная емкость выполнена открытой с торцов для прохода теплоносителя и вертикально размещена в подключенной к контуру емкости.

К недостаткам известного массообменного аппарата можно отнести:

- наличие устройства системы обогрева, которое находится под уровнем теплоносителя и может выйти из строя, что приведет к необходимости его замены, а следовательно, к остановке и разгерметизации установки;

- не обеспечивается доставка кислорода во все участки при применении устройства в установках или емкостях с покоящимся теплоносителем.

Предложенное техническое решение позволяет исключить указанные недостатки, а именно исключить необходимость размещения каких-либо устройств под уровнем теплоносителя, которые могут выйти из строя в процессе эксплуатации, обеспечить доставку кислорода во все участки при применении устройства в установках или емкостях с покоящимся теплоносителем.

Для исключения указанных недостатков предлагается исключить из конструкции массообменного аппарата систему обогрева, оснастить массообменный аппарат:

- побудителем расхода газа;

- трубопроводом для подачи газовой среды, одна часть которого соединяет газовую полость объема с теплоносителем и входную часть побудителя расхода газа, а другая часть сообщает выходную часть побудителя расхода газа через кольцевую крышку с полостью емкости;

- устройством распределения газа, которое расположить под твердофазным средством окисления;

- подводящей трубой, которая сообщает устройство распределения газа и часть трубопровода для подачи газовой среды, соединяющей выходную часть побудителя расхода газа с полостью емкости.

Технический результат состоит в обеспечении удобства обслуживания при эксплуатации и повышении эффективности доставки кислорода.

Схема варианта исполнения массообменного аппарата с непрерывной подачей газовой среды представлена на фигуре, на которой приняты следующие обозначения: 1 - вентиль; 2 - газовая полость; 3 - побудитель расхода газа; 4 - корпус; 5 - крышка кольцевая; 6 - объем с теплоносителем; 7 - отверстия в корпусе; 8 - нижняя решетка; 9 - верхняя решетка; 10 - твердофазное средство окисления; 11 - теплоноситель; 12 - трубопровод для подачи газовой среды; 13 - труба подводящая; 14 - устройство распределения газа, 15 - фильтр.

В состав массообменного аппарата с непрерывной подачей газовой среды входит корпус 4.

Верхняя решетка 9, расположенная внутри корпуса 4 под уровнем теплоносителя, предназначенная для предотвращения всплытия твердофазного средства окисления 10.

Твердофазное средство окисления 10, размещенное внутри корпуса 4 между нижней и верхней решетками, которое при взаимодействии с теплоносителем растворяется, обогащая теплоноситель кислородом.

Устройство распределения газа 14, расположенное внутри корпуса 4 под твердофазным средством окисления 10, предназначенное для равномерного распределения пузырьков газа по сечению массообменного аппарата;

Подводящая труба 13, обеспечивающая подвод газовой среды к устройству распределения газа 14.

Побудитель расхода газа 3 для подачи газовой среды из газовой полости 2 в массообменный аппарат.

Трубопровод для подачи газовой среды 12, одна часть которого сообщает газовую полость объема с теплоносителем 6 и входную часть побудителя расхода газа 3, а другая часть соединяет выходную часть побудителя расхода газа 3 с подводящей трубой 13.

В корпусе между верхней решеткой 9 и кольцевой крышкой 5 имеются отверстия 7, предназначенные для выхода теплоносителя и газовой среды.

В частном случае исполнения массообменный аппарат может содержать вентили 1 для отсечения трубопровода для подачи газовой среды 12 от газовой полости 2 установки, что позволит осуществить ремонт или замену побудителя расхода газа в случае выхода его из строя без разгерметизации установки в целом.

В частном случае исполнения массообменный аппарат может содержать фильтр 15 для исключения попадания аэрозольных частиц тяжелого теплоносителя и продуктов его коррозионного взаимодействия с конструкционными сталями в побудитель расхода газа.

Для ограничения перемещения твердофазного средства окисления 10 массообменный аппарат может содержать нижнюю решетку 8.

В качестве твердофазного средства окисления 10 предлагается использовать оксиды компонентов теплоносителя в виде засыпки из гранул.

Массообменный аппарат работает следующим образом.

С помощью побудителя расхода газа 3 газовая среда подается по подводящей трубе 13 к устройству распределения газа 14 и обеспечивается барботаж газовой среды. При барботаже газовой среды формируется двухкомпонентный поток через твердофазное средство окисления 10. При взаимодействии с теплоносителем твердофазное средство окисления 10 растворяется, обогащая теплоноситель кислородом. На границе фаз «газ - теплоноситель» происходит сепарация газовой среды, а теплоноситель, обогащенный кислородом, выходит из массообменного аппарата через отверстия 7 и смешивается с окружающим теплоносителем. Благодаря барботажу газовой среды создаются возмущения в теплоносителе 11, приводящие к быстрому распространению растворенного кислорода по всему объему емкости 6.

Пример конкретного исполнения массообменного аппарата с непрерывной подачей газовой среды.

Конструктивные характеристики массообменного аппарата, используемые материалы и оборудование:

корпус 4: внутренний диаметр - 20 мм, высота - 130 мм; материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;

решетка 9: размер щелей - 2 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, расстояние от верхнего края - 40 мм;

твердофазное средство окисления 10: шаровая засыпка из гранул диаметром 8 мм, материал - оксид свинца (PbO) марки «Ч», ТУ 6-09-5382-88;

трубопровод для подачи газовой среды 12: труба 6Х1 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;

подводящая труба 13: внешний диаметр 6 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т;

устройство распределения газа: высота - 15 мм, внешний диаметр - 18 мм, диаметр отверстий - 2 мм, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т.

Побудитель расхода газа: газодувка типа ПЭП-3, производительность до 2 л/мин.

Газовая среда: аргон.

Жидкометаллический теплоноситель: сплав Pb-Bi; температура - 500°C.

Производительность по кислороду (при 500°C) - до 0,02 г/ч.