基于渗透膜的小型氦气净化系统实验的设计

为防止高温材料的腐蚀,需要对高温气冷堆氦气回路中各种气体杂质进行控制。为克服传统设计耗能高、占地大的缺点,该文设计了一套小型氦气净化实验装置,验证基于渗透膜的气体分离技术在氦气净化中的应用前景。膜组块采用钯-银合金复合膜材料,管壳式布置。膜分离器采用仅含一个膜组块的再循环单分离渗透器（SSP）设计。气体分离器部分应用模块化设计思想,使用不同渗透膜材料的膜组块就可以对不同气体杂质进行实验。

钯-银复合膜在高温气冷堆氦气净化中的应用初探

针对金属钯-银合金复合膜分离氦气中杂质氢气的应用进行探索性研究。按照法国CEA一套小型氦气净化试验装置CIGNE的设计参数,采用典型SSP设计,应用有限单元法求解模型。膜组块长度采用限定值0.5 m,膜高压侧压力为100 kPa,跨膜压力差为80 kPa。计算结果表明,一次通过即可使氢气浓度从1000μL/L降低到限定值5μL/L,在最优化吹扫气比例系数0.397 0情况下,氦气产出率为96.18%,满足系统设计要求。氢气浓度在膜组块内沿长度方向呈指数分布。对采用相同膜组块的另外两种典型设计TSSP和CMC也进行了初步计算和比较。