CN102800374B - 一种连续运行给料装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种连续运行给料装置及方法，该连续运行给料装置包括主压力容器（1）、辅压力容器（2）、压力测量装置、压力控制***、管路、进料阀（3）和出料阀（4），其中压力控制***分别与主压力容器（1）、辅压力容器（2）连接，进料阀（3）与辅压力容器（2）连接，出料阀（4）与主压力容器（1）连接，主压力容器（1）位于辅压力容器（2）下方，它们之间通过管路和连接阀（8）进行连接。本装置可在临界安全的前提下实现大批量连续生产，整个设备占用空间小，操作简便，并且连续给料操作过程中不影响核芯的生产。
Description
技术领域
本发明涉及核材料制备技术领域，尤其涉及一种适用于溶胶凝胶法制备高温气冷堆球形燃料元件的二氧化铀核芯工艺中的连续运行给料装置及方法。
背景技术
溶胶凝胶法制备陶瓷微球工艺应用于制备高温气冷堆球形燃料元件的二氧化铀核芯。该二氧化铀燃料核芯要求直径500微米左右，尺寸偏差小。
溶胶凝胶法制备二氧化铀核芯主要有以下步骤：
1、溶解，将八氧化三铀（U3O8）粉末溶于硝酸中，配置成有一定铀原子浓度的硝酸铀酰溶液；
2、煮胶，在硝酸铀酰溶液中按一定计量比加入尿素，在一定温度下蒸发浓缩一定时间，冷却后加入增稠剂调整粘度，即获得胶液；
3、分散造粒，将备好的胶液移入压力罐中，用一定的压力推动胶液沿管路流动，胶液最终被送入具有一定频率振动的振动喷嘴，从振动喷嘴流出后分散成为有一定尺寸的液滴，这个步骤需要精确的控制流量，因为流量的差别直接导致液滴尺寸的偏差；
4、胶凝成球，液滴形成之后先经过空气区，依靠自身的表面张力形成球形，球形液滴再通过氨气区，液滴与氨气发生胶凝反应使表面预固化而具有一定的强度，之后进入氨水区进行进一步的胶凝反应成为凝胶球；
5、陈化，凝胶球刚刚形成时，胶凝反应只在凝胶球表面附近完成，凝胶球内部反应需要一定的时间和温度，因此需要将凝胶球置于氨水中加热陈化1～3小时，使凝胶球反应完全，成为均匀的有一定强度的球形颗粒；
6、洗涤，硝酸铀酰与氨水反应生成重铀酸铵和硝酸铵，重铀酸铵是所需成分，而硝酸铵是有害成分，容易在后续工艺中造成小球破裂，因此必须将硝酸铵除去，方法是反复的洗涤。洗涤需要3～5遍，第一遍使用1%～2%的稀氨水，随后几遍使用去离子水，每次的洗液需要测试其硝酸浓度，确保硝酸根含量足够低；
7、干燥，洗涤后的小球用真空旋转干燥法干燥，需要控制温度、真空度和旋转速度，以保证干燥过程充分完成且不能造成小球的破坏；
8、焙烧，干燥后的小球需要在焙烧炉中焙烧，以脱去小球中的有机物成分，同时小球的主要成分变为三氧化铀；
9、还原，焙烧球在还原炉中，在氢气气氛下被还原为二氧化铀，需要保证合适的还原温度和充足的还原剂和充足的还原时间；
10、烧结，还原后的小球在氢气气氛下，在1400～1600摄氏度下烧结3～5小时，成为二氧化铀核芯；
11、筛分和分选，经筛分和分选步骤，可以获得尺寸均一，球形度满足要求的二氧化铀核芯。
在上述制备二氧化铀核芯的步骤中，步骤3分散造粒是制备工艺的关键，也是工艺实现大批量连续生产的瓶颈。因为，制备核芯的胶液量需要满足临界安全，即每个容器所储存的胶液量必须低于临界质量，或者压力罐是几何安全的。然而几何安全的压力罐是扁平或是细长形的，容积加大后势必会造成空间占用太大，因此应限制压力罐的容积，但这限制了生产能力。为满足连续生产需要，还要满足临界安全，使用单个的压力罐是行不通的。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种满足大批量连续生产的胶液给料装置及方法，其能够在临界安全的原则下扩大批量并实现连续生产。
（二）技术方案
为达上述目的，本发明的连续运行给料装置，包括主压力容器1、辅压力容器2、压力测量装置、压力控制***、管路、进料阀3和出料阀4，其中压力控制***分别与主压力容器1、辅压力容器2连接，进料阀3与辅压力容器2连接，出料阀4与主压力容器1连接，主压力容器1位于辅压力容器2下方，它们之间通过管路和连接阀8进行连接。
所述压力测量装置包括测量主压力容器1内压力的第一压力测量装置P1和测量辅压力容器2内压力的第二压力测量装置P2，所述压力控制***包括第一压力控制***a和第二压力控制***b，主压力容器1与第一压力控制***a之间通过第一管路连接，辅压力容器2与第二压力控制***b之间通过第二管路和辅压力控制阀6连接，第一管路和第二管路之间通过联通阀7连接。第二管路与第一管路的连接点，位于辅压力控制阀6与辅压力容器2之间。
该连续运行给料装置还包括压缩空气总管和压缩空气总阀5，压缩空气总阀5位于压缩空气总管上，压缩空气总管分支后，分别与第一压力控制***a和第二压力控制***b连接。
第一压力测量装置P1和第二压力测量装置P2为压力表或压力变送器。
所述的连续运行给料装置进行连续运行给料的方法包括初始步骤和连续给料步骤。
所述初始步骤包括：
将胶液由***设备从进料阀3加入辅压力容器2；
打开连接阀8，使胶液依靠重力进入主压力容器1，之后关闭进料阀3和连接阀8；
打开压缩空气总阀5，调节第一压力控制***a，使第一压力测量装置P1测得的第一压力A达到设定值，打开出料阀4。
所述连续给料步骤包括：
当主压力容器1中胶液耗用至一定量时，打开进料阀3，将后续胶液加入辅压力容器2，加完后关闭进料阀3；
打开辅压力控制阀6，并调节第二压力控制***b，控制辅压力容器2的第二压力B，使其接近第一压力A，其中第二压力B由第二压力测量装置P2测得；
关闭辅压力控制阀6并打开联通阀7，之后打开连接阀8，使胶液流入主压力容器1；
转移完毕后，关闭连接阀8、联通阀7和辅压力控制阀6。
（三）有益效果
本发明采用上述技术方案提供的装置及方法，可通过两个相互连接的压力容器实现连续给料操作，其中压力容器都是几何安全的。首先在辅压力容器中加入胶液，胶液依靠重力进入主压力容器，通过压力控制***提供压力使胶液从卸料口流出进行生产；待主压力容器中的胶液消耗一定量时，在不影响主压力容器气压的情况下，按照一定的方法和程序将后续胶液经由辅压力容器补充进主压力容器。这样就在临界安全的前提下实现了大批量连续生产，整个设备占用空间小，操作简便，并且连续给料操作过程中不影响核芯的生产。
附图说明
图1是本发明的连续运行给料装置的结构图。
图中，1：主压力容器；2：辅压力容器；3：进料阀；4：出料阀；5：压缩空气总阀；6：辅压力控制阀；7：联通阀；8：连接阀；a：第一压力控制***；b：第二压力控制***；P1：第一压力测量装置；P2：第二压力测量装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明连续运行给料装置作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明的连续运行给料装置，包括主压力容器1、辅压力容器2、压力测量装置、压力控制***、管路、进料阀3和出料阀4，其中压力控制***分别与主压力容器1、辅压力容器2连接，进料阀3与辅压力容器2连接，出料阀4与主压力容器1连接，主压力容器1位于辅压力容器2下方，它们之间通过管路和连接阀8进行连接。
所述压力测量装置包括测量主压力容器1内压力的第一压力测量装置P1和测量辅压力容器2内压力的第二压力测量装置P2，所述压力控制***包括第一压力控制***a和第二压力控制***b，主压力容器1与第一压力控制***a之间通过第一管路连接，辅压力容器2与第二压力控制***b之间通过第二管路和辅压力控制阀6连接，第一管路和第二管路之间通过联通阀7连接。第二管路与第一管路的连接点，位于辅压力控制阀6与辅压力容器2之间。
该连续运行给料装置还包括压缩空气总管和压缩空气总阀5，压缩空气总阀5位于压缩空气总管上，压缩空气总管分支后，分别与第一压力控制***a和第二压力控制***b连接。
其中，主压力容器1、辅压力容器2用于存放胶液，其形状均为扁平圆柱体，例如扁平的压力罐。所述联通阀7用于主压力容器1和辅压力容器2压力的联通，所述连接阀8控制主压力容器1和辅压力容器2的物料转移，所述压缩空气总阀5控制由***设备提供的压缩空气，所述辅压力控制阀6控制辅压力容器2的压缩空气，所述第一压力控制***a和第二压力控制***b分别控制主压力容器1和辅压力容器2的内压。
优选的，第一压力测量装置P1和第二压力测量装置P2为压力表或压力变送器。使用压力表可直观地读取主压力容器1和辅压力容器2内的压力，使用压力变送器可将压力转换为电信号反馈至控制器，对主压力容器1和辅压力容器2内的压力进行实时监控。
所述的连续运行给料装置进行连续运行给料的方法包括初始步骤和连续给料步骤。
所述初始步骤包括：
将胶液由***设备从进料阀3加入辅压力容器2；
打开连接阀8，使胶液依靠重力进入主压力容器1，之后关闭进料阀3和连接阀8；
打开压缩空气总阀5，调节第一压力控制***a，使第一压力测量装置P1测得的第一压力A达到设定值，打开出料阀4。
所述连续给料步骤包括：
当主压力容器1中胶液耗用至一定量时，打开进料阀3，将后续胶液加入辅压力容器2，加完后关闭进料阀3；
打开辅压力控制阀6，并调节第二压力控制***b，控制辅压力容器2的第二压力B，使其接近第一压力A，其中第二压力B由第二压力测量装置P2测得；
关闭辅压力控制阀6并打开联通阀7，之后打开连接阀8，使胶液流入主压力容器1；
转移完毕后，关闭连接阀8、联通阀7和辅压力控制阀6。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。
Claims (6)
1.一种连续运行给料装置，其特征在于：该连续运行给料装置包括主压力容器(1)、辅压力容器(2)、压力测量装置、压力控制***、管路、进料阀(3)和出料阀(4)，其中压力控制***分别与主压力容器(1)、辅压力容器(2)连接，进料阀(3)与辅压力容器(2)连接，出料阀(4)与主压力容器(1)连接，主压力容器(1)位于辅压力容器(2)下方，它们之间通过管路和连接阀(8)进行连接；
其中，所述压力测量装置包括测量主压力容器(1)内压力的第一压力测量装置(P1)和测量辅压力容器(2)内压力的第二压力测量装置(P2)，所述压力控制***包括第一压力控制***(a)和第二压力控制***(b)，主压力容器(1)与第一压力控制***(a)之间通过第一管路连接，辅压力容器(2)与第二压力控制***(b)之间通过第二管路和辅压力控制阀(6)连接，第一管路和第二管路之间通过联通阀(7)连接。
2.根据权利要求1所述的连续运行给料装置，其特征在于：该连续运行给料装置还包括压缩空气总管和压缩空气总阀(5)，压缩空气总阀(5)位于压缩空气总管上，压缩空气总管分支后，分别与第一压力控制***(a)和第二压力控制***(b)连接。
3.根据权利要求1所述的连续运行给料装置，其特征在于：第一压力测量装置(P1)和第二压力测量装置(P2)为压力表或压力变送器。
4.根据权利要求1所述的连续运行给料装置，其特征在于：第二管路与第一管路的连接点，位于辅压力控制阀(6)与辅压力容器(2)之间。
5.采用权利要求2－4任一项所述的连续运行给料装置进行连续运行给料的方法，其特征在于：所述方法包括初始步骤和连续给料步骤；
其中，所述初始步骤包括：
将胶液由***设备从进料阀(3)加入辅压力容器(2)；
打开连接阀(8)，使胶液依靠重力进入主压力容器(1)，之后关闭进料阀(3)和连接阀(8)；
打开压缩空气总阀(5)，调节第一压力控制***(a)，使第一压力测量装置(P1)测得的第一压力A达到设定值，打开出料阀(4)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述连续给料步骤包括：
当主压力容器(1)中胶液耗用至一定量时，打开进料阀(3)，将后续胶液加入辅压力容器(2)，加完后关闭进料阀(3)；
打开辅压力控制阀(6)，并调节第二压力控制***(b)，控制辅压力容器(2)的第二压力B，使其接近第一压力A，其中第二压力B由第二压力测量装置(P2)测得；
关闭辅压力控制阀(6)并打开联通阀(7)，之后打开连接阀(8)，使胶液流入主压力容器(1)；
转移完毕后，关闭连接阀(8)、联通阀(7)和辅压力控制阀(6)。
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