一種高溫氟鹽壓力計的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高溫氟鹽壓力計，用于測量流體的壓力，包括壓力變送器，其特征在于，還包括壓力傳遞裝置，其具有第一腔體和第二腔體，所述第一腔體和所述第二腔體均具有開口端，所述第一腔體和所述第二腔體之間由膜片隔開，所述第一腔體的開口端用于與所述流體所在腔體密封連接，所述第二腔體的開口端和所述壓力變送器密封連接，所述第二腔體中具有用于傳遞壓力的介質。本發明所述的高溫氟鹽壓力計可通過采用耐高溫耐強腐蝕的材料成型第一腔體和膜片，采用熔點低沸點高的物質作為第二腔體中用于傳遞壓力的介質，從而可用于高溫強腐蝕性的流體(例如氟鹽)的壓力測量。
【專利說明】
一種高溫氟鹽壓力計
技術領域
[0001]本發明涉及壓力檢測裝置，尤其涉及一種測量液態介質的壓力計。
【背景技術】
[0002] 熔鹽堆是核裂變反應堆的一種，其主冷卻劑是一種熔融態的混合鹽。熔鹽堆的一 回路冷卻劑采用氟鹽，通常還在氟鹽中加入鈹形成FLiBe熔鹽。熔鹽堆運行正常工況下氟鹽 的溫度為550~750°C，壓力為0~0.5MPa，且具有極強的腐蝕性。用壓力計檢測高溫液體壓 力時存在液體溫度超過壓力計可承受范圍導致無法檢測的問題，通常解決方法為在壓力計 前加長距離引壓管，通過冷卻的方法將與壓力計接觸的液體溫度冷卻至壓力計可承受的溫 度范圍之內。例如，壓水堆采用彈簧管壓力計來測量冷卻劑回路的壓力，在穩壓器上安裝一 個支管段，再從支管上引出幾個引壓管送至壓力計。但是這種方法不適用于氟鹽，因為氟鹽 的熔點為450°C，如果采用這種引壓管冷卻的方法將會使管道內的氟鹽溫度下降而凍堵，讀 取不出壓力值。即便采用所謂的高溫型隔膜式壓力變送器，這些變送器的毛細管內通常填 充硅油或水銀，最高耐溫也只能到450°C，遠達不到熔鹽堆的溫度要求。另一方面，壓力變送 器常用的材質為304不銹鋼或316不銹鋼，即使應用于特殊的腐蝕環境也只是采用哈C276等 材料，都不符合耐氟鹽腐蝕的要求。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種高溫氟鹽壓力計，該高溫氟鹽壓力計可用于流體壓力測 量，尤其適用高溫強腐蝕性的流體(例如氟鹽)壓力測量。
[0004] 根據上述發明目的，本發明提出了一種高溫氟鹽壓力計，用于測量流體的壓力，包 括壓力變送器，其特征在于，還包括壓力傳遞裝置，其具有第一腔體和第二腔體，所述第一 腔體和所述第二腔體均具有開口端，所述第一腔體和所述第二腔體之間由膜片隔開，所述 第一腔體的開口端用于與所述流體所在腔體密封連接，所述第二腔體的開口端和所述壓力 變送器密封連接，所述第二腔體中具有用于傳遞壓力的介質。
[0005] 本發明所述的高溫氟鹽壓力計使用時，將第一腔體的開口端與被測量流體所在腔 體密封連接。此時被測量流體在壓力作用下充滿第一腔體，并將壓力通過膜片傳遞到第二 腔體中的介質，第二腔體中的介質再將壓力傳遞到壓力變送器，壓力變送器根據第二腔體 中的介質傳遞的壓力輸出與第一腔體中的被測量流體的壓力相應的信號。第二腔體中的介 質傳遞的壓力為第一腔體中的被測量流體的壓力乘以壓力傳遞效率。
[0006] 本發明所述的高溫氟鹽壓力計可通過采用耐高溫耐強腐蝕的材料成型第一腔體 和膜片，采用熔點低沸點高的物質作為第二腔體中用于傳遞壓力的介質，從而可用于高溫 強腐蝕性的流體(例如氟鹽)的壓力測量。
[0007] 進一步地，本發明所述的高溫氟鹽壓力計中，所述壓力傳遞裝置包括：
[0008] 引壓管，其具有第一開口端和第二開口端；
[0009] 管路，其具有第三開口端和第四開口端；
[0010] 法蘭，其一側密封連接有膜片，并且該側與所述引壓管的第二開口端密封連接，以 形成所述第一腔體;所述法蘭上還開設有通孔，該通孔在所述法蘭的一側與所述膜片連通， 在所述法蘭的另一側與所述管路的第三開口端連通并密封連接;所述管路的第四開口端與 所述壓力變送器密封連接;所述膜片、法蘭以及管路形成所述第二腔體。
[0011] 上述方案中，膜片周向邊緣部位與法蘭之間可通過焊接實現密封連接，該密封連 接保證了第一腔體和第二腔體之間由膜片隔開。
[0012] 上述方案的高溫氟鹽壓力計使用時，通過將引壓管的第一開口端與被測量流體所 在腔體密封連接，實現將第一腔體的開口端與被測量流體所在腔體密封連接。
[0013] 更進一步地，上述高溫氟鹽壓力計中，所述膜片為波紋型結構。
[0014] 上述方案中，所述膜片采用波紋型結構的原因是可以增大與被測流體接觸的面 積，使膜片能夠充分接受流體的壓力。
[0015] 更進一步地，上述高溫氟鹽壓力計中，所述膜片為多層結構，層與層之間緊密貼 合。
[0016] 上述方案中，所述膜片為多層結構的原因是:在高溫強腐蝕性的流體的作用下，膜 片會從起初出現點蝕現象到最后穿孔完全失效，若采用多層結構，即使某些層穿孔失效，還 有其它層有效，從而保證了膜片的有效性，提高了高溫氟鹽壓力計的使用壽命。此外，在總 厚度相同的前提下，多層結構與單層結構相比不僅提高了使用壽命，根據小擾度理論分析， 其靈敏度可提升3倍以上，層數越多，膜片壽命越長，靈敏度也越高。
[0017] 優選地，上述高溫氟鹽壓力計中，所述膜片的多層結構之間抽真空，以實現層與層 之間緊密貼合。
[0018] 上述方案中，多層膜片之間通過抽真空使其緊密地貼合在一起，以防止膜片之間 的空氣對壓力測量產生非線性影響。
[0019] 優選地，上述高溫氟鹽壓力計中，所述膜片為三層結構。
[0020] 優選地，在本發明所述的高溫氟鹽壓力計中，所述膜片的直徑為10~100_。
[0021] 由于高溫氟鹽壓力計的溫度漂移與膜片直徑的四次方成反比關系，因此膜片通常 采用直徑為10~100mm的膜片，以減少高溫產生的溫度漂移，擴大膜片與被測流體接觸的面 積，使膜片能夠充分接受流體的壓力。
[0022] 進一步地，本發明所述或上述的任一高溫氟鹽壓力計中，所述介質為NaK合金液。 [0023]上述方案中，所述介質采用NaK合金液的原因是：NaK合金液熔點低沸點高，其熔 點-11°C，沸點782°C，也就是說，在-11°C~782 °C的溫度區間范圍內，NaK合金液都呈液態。 由于第二腔體中用于傳遞壓力的介質和第一腔體中的被測流體會通過腔體壁和膜片進行 熱交換，所述介質中靠近第一腔體的部分溫度接近被測流體溫度。因此，采用NaK合金液作 為所述介質，適用于-1TC~782°C的溫度區間范圍內的流體壓力測量。由于熔鹽堆運行正 常工況下氟鹽的溫度范圍為550~750°C，采用NaK合金液作為所述介質適用于氟鹽的壓力 測量。
[0024]進一步地，本發明所述或上述的任一高溫氟鹽壓力計中，所述膜片采用GH3535合 金制作。
[0025] 更進一步地，上述任一高溫氟鹽壓力計中，所述引壓管和/或法蘭采用GH3535合金 制作。
[0026] 上述方案中，所述膜片、引壓管和/或法蘭采用GH3535合金制作的原因是GH3535合 金具有優秀的耐腐蝕和耐高溫性能。
[0027] 更進一步地，上述任一高溫氟鹽壓力計中，所述膜片與法蘭之間采用激光焊實現 密封連接。
[0028] 更進一步地，上述任一高溫氟鹽壓力計中，所述法蘭與管路之間采用氬弧焊實現 所述通孔在所述法蘭的另一側與所述管路的第三開口端連通并密封連接。
[0029]更進一步地，上述任一高溫氟鹽壓力計中，所述管路的第四開口端與壓力變送器 之間采用氬弧焊實現密封連接。
[0030] 上述方案中，所述膜片與法蘭之間、所述法蘭與管路之間以及所述管路的第四開 口端與壓力變送器之間的焊接方式是為了滿足NaK合金液的密封要求。
[0031] 更進一步地，上述任一高溫氟鹽壓力計中，所述引壓管和/或法蘭外部裹覆保溫 棉。
[0032]本發明所述的高溫氟鹽壓力計可用于流體壓力測量，尤其適用高溫強腐蝕性的流 體(例如氟鹽)壓力測量，其結束了不能很好測量高溫氟鹽壓力的歷史。本發明在現場使用 效果良好，精度和靈敏度高，使用壽命長，值得在熔鹽堆和太陽能集熱項目上大力推廣。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明所述的高溫氟鹽壓力計在一種實施方式下的結構示意圖。
[0034]圖2為圖1的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面將結合說明書附圖和具體的實施例對本發明所述的高溫氟鹽壓力計做進一 步的詳細說明。
[0036] 圖1示意了本發明所述的高溫氟鹽壓力計在實施例1-6中的結構，圖2示意了該高 溫氟鹽壓力計的法蘭相關局部結構。
[0037]如圖1所示，結合參考圖2,實施例1-6的高溫氟鹽壓力計包括壓力變送器1，其還包 括壓力傳遞裝置，該壓力傳遞裝置包括：引壓管6，其具有第一開口端A和第二開口端B;管路 2，其具有第三開口端C和第四開口端D;法蘭3，其一側密封連接有膜片5，并且該側與引壓管 6的第二開口端B密封連接，以形成第一腔體I;法蘭3上還開設有通孔E，該通孔E在法蘭3的 一側與膜片5連通，在法蘭3的另一側與管路2的第三開口端C連通并密封連接;管路2的第四 開口端與壓力變送器1密封連接;膜片5、法蘭3以及管路2形成第二腔體II。第二腔體II中填 充作為傳遞壓力的介質的NaK合金液。
[0038]在實施例1中，膜片5采用三層大直徑波紋型結構：膜片5總共三層，各層之間抽真 空使得層與層之間緊密貼合，膜片5的單層厚度為0.12mm，總厚度0.36mm，直徑40mm，采用 GH3535合金制得，壓力傳感范圍為0~IMPa。管路2為毛細管。引壓管6和法蘭3采用GH3535合 金制作，法蘭3的一側與引壓管6的第二開口端B采用焊接實現密封連接。膜片5周向邊緣部 位與法蘭3之間采用激光焊實現密封連接，法蘭3與管路2之間采用氬弧焊實現通孔E在法蘭 3的另一側與管路2的第三開口端C連通并密封連接，管路2的第四開口端D與壓力變送器1之 間采用氬弧焊實現密封連接，從而滿足NaK合金液的密封要求。
[0039] 在其它實施例中，高溫氟鹽壓力計具有與實施例1中的高溫氟鹽壓力計基本相同 的結構，只是膜片5的結構與實施例1中的膜片5的結構略有不同。表1列出了實施例1-6的膜 片5的具體參數。
[0040] 表 1
[0041]
[0042]請繼續參考圖1和圖2,使用上述實施例中的高溫氟鹽壓力計測量氟鹽壓力的工作 過程具體為：
[0043]測量氟鹽壓力前，將引壓管6焊接在氟鹽管道7上，法蘭3、引壓管6以及氟鹽管道7 外部裹覆保溫棉4。
[0044]測量氟鹽壓力時，氟鹽管道7中有氟鹽流過時，氟鹽在壓力作用下充滿第一腔體I， 并將壓力通過膜片5傳遞到第二腔體II中的不可壓縮的NaK合金液，NaK合金液再將壓力傳 遞到壓力變送器1內的低溫膜片。給壓力變送器1通電，壓力變送器1檢測到低溫膜片的形變 量并把該形變量轉換成與第一腔體I中的氟鹽的壓力（即氟鹽管道7中的氟鹽的壓力）相應 的電信號，并且在壓力變送器1表頭上根據該電信號顯示相應壓力值，或通過信號線將相應 壓力值遠傳至數據監控中心。
[0045]上述實施例的高溫氟鹽壓力計可用于流體壓力測量，尤其適用高溫強腐蝕性的流 體(例如氟鹽)壓力測量。在現場使用效果良好，精度和靈敏度高，使用壽命長。
[0046]要注意的是，以上列舉的僅為本發明的具體實施例，顯然本發明不限于以上實施 例，隨之有著許多的類似變化。本領域的技術人員如果從本發明公開的內容直接導出或聯 想到的所有變形，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1 · 一種高溫氟鹽壓力計，用于測量流體的壓力，包括壓力變送器，其特征在于，還包括 壓力傳遞裝置，其具有第一腔體和第二腔體，所述第一腔體和所述第二腔體均具有開口端， 所述第一腔體和所述第二腔體之間由膜片隔開，所述第一腔體的開口端用于與所述流體所 在腔體密封連接，所述第二腔體的開口端和所述壓力變送器密封連接，所述第二腔體中具 有用于傳遞壓力的介質。2. 如權利要求1所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述壓力傳遞裝置包括： 引壓管，其具有第一開口端和第二開口端； 管路，其具有第三開口端和第四開口端； 法蘭，其一側密封連接有膜片，并且該側與所述引壓管的第二開口端密封連接，以形成 所述第一腔體;所述法蘭上還開設有通孔，該通孔在所述法蘭的一側與所述膜片連通，在所 述法蘭的另一側與所述管路的第三開口端連通并密封連接;所述管路的第四開口端與所述 壓力變送器密封連接;所述膜片、法蘭以及管路形成所述第二腔體。3. 如權利要求2所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述膜片為波紋型結構。4. 如權利要求2所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述膜片為多層結構，且層與層 之間緊密貼合。5. 如權利要求4所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述膜片的多層結構之間抽真空 以實現層與層之間緊密貼合。6. 如權利要求4所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述膜片為三層結構。7. 如權利要求1-6中任意一項所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述膜片的直徑為 10~100mm〇8. 如權利要求1-6中任意一項所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述介質為NaK合 金液，和/或者所述膜片采用GH3535合金制作。9. 如權利要求2-6中任意一項所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述引壓管和/或 法蘭采用GH3535合金制作。10. 如權利要求2-6中任意一項所述的高溫氟鹽壓力計，其特征在于，所述引壓管和/或 法蘭外部裹覆保溫棉。
【文檔編號】G01L7/08GK105865701SQ201610172143
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】陳志軍, 張福春
【申請人】中國科學院上海應用物理研究所