CN101083153B - 球床高温气冷堆在线换料***及其功能子*** - Google Patents
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Abstract
一种球床高温气冷堆在线换料***，属于反应堆工程技术领域。所述***包括新燃料装入***、堆芯燃料循环主***、乏燃料卸出***、堆芯排空与再装料***4个功能子***；由装料口(1)，过球计数器(2)，隔离球阀(3)，卸料管(10)，卸料装置(11)，碎球罐(12)，分配器(40)等组成。装料口(1)后面接过球计数器(2)，过球计数器(2)后面接隔离球阀(3)，隔离球阀(3)后面接分配器(4)。分配器(4)后分成两路，每路都接一套隔离球阀(5)。本发明节省成本；保证整个堆芯装料过程中燃料元件的完整性；可提高燃料单一化和碎球分选速度和可靠性，节省舱室空间；有效控制燃料元件在***管道内的输送。
Description
技术领域
本发明涉及一种球床高温气冷堆在线换料***及其功能子***，属于反应堆工程技术领域。
背景技术
反应堆的换料方式有两种，一种是停堆换料，另外一种是不停堆在线换料，现在世界上大多数反应堆采用的是停堆换料方式，如压水堆和沸水堆，燃料元件长期在堆内反应且静止不动。停堆换料方式的优点是换料***比较简单，换料过程的可靠性和安全性较高。停堆换料方式的缺点是每隔1年多时间需要停堆换料，换料时间大约1个月左右，停堆换料降低了反应堆的可利用率和电站的负荷因子。
目前采用不停堆连续换料的反应堆主要包括坎杜堆和球床高温气冷堆。不停堆连续换料的优点是反应堆可以长期运行，有利于提高电站的利用率，从而提高电站的经济性。不停堆换料***还能及时卸出破损的燃料组件，降低对冷却剂回路的污染。不停堆连续换料的主要缺点是换料***比较复杂，成本较高，同时由于在换料过程中，换料***有很多运动部件，换料过程中对这些运动部件的可靠性和安全性要求很高，如果在线换料***发生故障，将影响反应堆的正常运行。
坎杜堆的换料由两台位于排管容器两侧的远程控制换料机完成。一台卸载乏燃料棒，另一个装载新的燃料棒。这种设计避免了换料停堆，可以安排更灵活的停堆计划，也能缩短维修停堆时间。
球床高温气冷堆是利用球形燃料元件易于滚动的特点，通过管路进行输送，使新燃料元件连续的滚入堆芯，乏燃料元件卸出堆芯。国内外的球床高温气冷堆都采用了这一原理，设计了各自的燃料装卸***，国外的详细设计方案尚未公开。我国10MW球床高温气冷试验堆也是根据这一的原理，设计了其独特的燃料装卸***，通过采用一些新型的设计，如脉冲气流排球装置等(具体参见专利93119442.3)，实现了试验堆的连续换料。
本发明提到的球床高温气冷堆在线换料***，可以应用于功率很大的商业电站，由于功率很大，需要提高燃料元件循环的速度，用于10MW球床高温气冷试验堆的燃料装卸***不能满足要求，需要重新设计商业电站的燃料装卸***。该***也参考了我国10MW球床高温气冷试验堆的一些设计经验，同时做了大量改进，利用燃料元件有利的几何形状，在反应堆运行期间，不间断的给反应堆装入新燃料元件，卸出已经达到燃耗深度的乏燃料元件和将没有达到燃耗深度的燃料元件返回堆芯作再循环，从而维持反应堆的连续运行，提高反应堆的可利用率和电站的经济性。
发明内容
本发明提出的球床高温气冷堆，通过在线换料***实现不停堆连续换料。在线换料***的主要功能包括：完成反应堆初始堆芯装料；反应堆运行期间将新燃料元件装入堆芯；从反应堆压力容器下部卸料管排出燃料元件；分离破损的燃料元件和元件碎片；对从堆芯排出的燃料元件进行燃耗测量，并将没有达到最终燃耗深度的燃料元件装入堆芯进行再次循环；卸出乏燃料元件，并输送到乏燃料贮存库中贮存；在需要时将堆芯排空，并将排出的全部燃料元件转移到再装料贮存罐中暂存，然后再向堆芯重新装料。
所述球床高温气冷堆在线换料***，在***若干相关位置设置了多个燃料元件输送分配器和汇集器，分配器的功能是实现燃料元件在管内输送过程中从一根管道分配到2根管道，汇集器的功能是实现燃料元件在管内输送过程中从2根管道汇集到一根管道。
球床高温气冷堆在线换料***，在***若干相关位置设置了多个过球计数器，可以监测管内燃料元件的输送，对输送的燃料元件进行计数或测量管道内输送速度。
通过燃料元件输送分配器和汇集器及其控制***，同时结合***管道各关键部位设置的过球计数器，可以有效控制燃料元件在***管道内的输送过程，从而实现***燃料装入和卸出的各种功能。
本发明的目的是提出一种新型的球床高温气冷堆在线换料***，该***能够同时为两个或多个球床反应堆供应新燃料元件和卸出乏燃料元件，适用于所有球床高温气冷反应堆。
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***的示意图如图1所示。
***主要部件包括：1-装料口，2-过球计数器，3-隔离球阀，4-分配器，5-隔离球阀，6-汇集器，7-汇集器，8-反应堆，9-堆芯，10-卸料管，11-卸料装置，12-碎球罐，13-汇集器，14-燃耗测量点，15-分配器，16-氦气入口，17-氦气出口，18-氦气入口，19-氦气出口，20-隔离球阀，21-汇集器，22-隔离球阀，23-分配器，24-取样罐，25-燃耗测量点，26-分配器，27-空气入口，28-空气出口，29-分配器，30-乏燃料贮存罐，31-卸料装置，32-空气入口，33-空气出口，34-再装料贮存罐，35-卸料装置，36-碎球罐，37-空气入口，38-空气出口，39-隔离球阀，40-分配器。
所述球床高温气冷堆在线换料***，从功能上可分成四个子***：新燃料装入***、堆芯燃料循环主***、乏燃料卸出***和堆芯排空与再装料***。上述主要部件中，1～6为新燃料装入***的主要部件，7～17为堆芯燃料循环主***的主要部件，18～31为乏燃料卸出***的主要部件，32～40为堆芯排空与再装料***的主要部件。
图1中，新燃料装入***的设备安装顺序为：装料口1后面接过球计数器2，过球计数器2后面接隔离球阀3，隔离球阀3后面接分配器4，分配器4后分成两路，每路都接一套隔离球阀5，隔离球阀5后面接汇集器6，汇集器6后面接堆芯燃料循环主***的汇集器7。
所述堆芯燃料循环主***的设备安装顺序为：堆芯9位于反应堆8的内部，堆芯9底部 接卸料管10，卸料管10底部接卸料装置11，卸料装置11出来4根管道，其中两根管道接碎球罐12，2根管道接汇集器13，汇集器13后面接燃耗测量点14，燃耗测量点14后面接分配器15，分配器15后面接汇集器7，汇集器7后面接氦气入口16和氦气出口17，氦气出口17后面接反应堆8。
所述乏燃料卸出***的设备安装顺序为：堆芯燃料循环主***的分配器15后面接氦气入口18和氦气出口19，氦气出口19后面接隔离球阀20，隔离球阀20后面接汇集器21，汇集器21后面合成1根管道，后面接隔离球阀22，隔离球阀22后面接分配器23，分配器23后面出来2根管道，1根管道接取样罐24，1根管道后面接燃耗测量点25，燃耗测量点25后面接分配器26，分配器26后面分成2根管道，1根管道通到乏燃料贮存罐，另外1根管道通到再装料贮存罐，通到乏燃料贮存罐的管路后面接空气入口27和空气出口28，空气出口28后面接分配器29，分配器29后面接乏燃料贮存罐30，乏燃料贮存罐30底部接卸料装置31。
所述堆芯排空与再装料***的设备安装顺序为：乏燃料卸出***的分配器26后面分成2根管道，其中的1根通到再装料贮存罐，在该管路中，分配器26后面接空气入口32和空气出口33，空气出口33后面接再装料贮存罐34，再装料贮存罐34的底部接卸料装置35，从卸料装置35出来2根管道，其中1根管道接碎球罐36，另外1根管道接空气入口37和空气出口38，空气出口38后面接隔离球阀39，隔离球阀39后面接分配器40，分配器40后面接新燃料装入***的汇集器6。
所述新燃料装入***主要由进料口1、计数器2、隔离球阀3和5、分配器4以及汇集器6等构成，隔离球阀3和5之间是气氛切换管段。新燃料装入***内的新燃料元件通过汇集器7进入堆芯燃料循环主***。
所述堆芯燃料循环主***主要由反应堆8、堆芯9、卸料管10、卸料装置11、汇集器13、分配器15以及汇集器7等构成，卸料管10上端连接到堆芯9的底部，下端连接到卸料装置11，分配器15的功能是将乏燃料元件分配到乏燃料卸出***，将未达到目标燃耗深度的燃料元件分配到堆芯燃料循环主***，汇集器7的功能是从新燃料装入***接收新燃料元件到堆芯燃料循环主***。
所述乏燃料卸出***主要由隔离球阀20和22、汇集器21、分配器23、26、29、乏燃料贮存罐30以及乏燃料卸料装置31等构成，隔离球阀20和22之间的管段为气氛切换管段，汇集器21的功能是分别将两个反应堆***的乏燃料元件排入气氛切换管段，分配器23的功能是从主管路中分配1个或多个乏燃料元件到乏燃料取样罐24，分配器26的功能是用于堆芯排空工况下，将堆芯内所有燃料元件分配到再装料贮存罐34内暂存，分配器29的功能是将乏燃料元件分配到不同的乏燃料贮存罐内贮存。
所述堆芯排空与再装料***主要由再装料贮存罐34、卸料装置35、隔离球阀39和分配器40等构成，再装料贮存罐34可容纳1个堆芯的燃料元件量，隔离球阀39将再装料***与 新燃料装入***隔离开，分配器40的功能是将再装料的燃料元件分配到需再装料的反应堆的新燃料装入***内。
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，燃料元件装入和卸出堆芯的方法可以包括如下步骤：
装入新燃料元件：
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，新燃料元件由空气气氛进入到反应堆的高压氦气气氛，需通过一组球形隔离球阀，实现两种气氛的切换。
新燃料元件由装料口1经过单一化装入新燃料装入***，通过过球计数器2对装入的燃料元件进行计数，装入的新燃料元件在隔离球阀3前排成一列，在达到一定数量(如200个)后，打开隔离球阀3，使这些新燃料元件全部进入隔离球阀3后面的气氛切换管段。
新燃料元件全部进入气氛切换管段后，关闭隔离球阀3，气氛切换管段内的气氛由常压下的空气气氛切换成高压下的氦气气氛，气氛切换完成后，打开隔离球阀5，这些新燃料元件全部进入反应堆一回路***。
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***为了节省成本，采用一套新燃料装入***，同时为两个反应堆供应新燃料元件。
经过气氛切换进入***的燃料元件，可通过分配器4控制选择分别为两个反应堆供应新燃料元件。经过分配后的新燃料元件到达进入堆芯燃料主循环***的汇集器7的前面等待进入，在接到进入的指令后，新燃料元件通过汇集器7进入主循环***。
装新燃料元件的管道与水平面呈6度夹角，便于燃料元件靠重力作用滚动装入***。新燃料元件管道可呈螺旋状布置，以节省舱室空间。
所述球床高温气冷堆在线换料***，进入主循环***后的新燃料元件通过气动方式提升到反应堆堆芯9的顶部。
堆芯燃料元件的循环：
所述球床高温气冷堆为充分利用燃料元件和实现较均匀的功率分配，球床堆采用燃料元件多次通过堆芯的燃料循环方式，使燃料元件经多次循环达到目标燃耗深度。
所述球床高温气冷堆在运行期间，燃料元件在堆芯9中自上而下流动，最后通过反应堆底部的卸料管10排出堆外。从卸料管10排出的燃料元件首先进入卸料装置11，卸料装置11的结构和功能参见发明专利“球床高温气冷堆一体化燃料卸料装置”。
从卸料管10排出的燃料元件，经过卸料装置11进行单一化和碎球分选后，不符合要求的破损球及其碎片被分选出来，输送到碎球罐12进行贮存，而符合要求的完好燃料元件从好球输送管道送出卸料装置，仍在***内继续循环。
考虑到燃料装卸***运行的可靠性，卸料装置11考虑100％备用，正常运行期间只有一台运行，如果运行的卸料装置发生故障，则停机等待检修，同时启动另外一台卸料装置，两 台卸料装置公用1个碎球贮存罐，用汇集器13控制接收从两台卸料装置分选出的好球，继续在***内循环。
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，从卸料装置11出来的完好燃料元件到达燃耗测量点14后，对其进行燃耗深度测量，如果该燃料元件达到了目标燃耗深度，则视其为乏燃料元件，通过分配器15将其排入乏燃料卸出***，而没有达到燃耗深度的燃料元件，仍可继续返回堆芯9进行再次循环。
未达到目标燃耗深度的燃料元件通过氦气入口16进入的氦气进行驱动，燃料元件被提升到反应堆8的顶部，然后依靠重力落入反应堆堆芯9的顶部进行再次循环。
所述球床高温气冷堆堆芯燃料循环主***，用于提升燃料元件的氦气由流入口16进入燃料提升管道，然后通过流出口17流出，用于提升燃料元件的氦气通过氦气风机驱动进行不间断连续运行，氦气回路内需对氦气流进行过滤。
氦气出口17距离燃料元件提升的最高点有一定距离，该距离与燃料元件的提升速度有关，燃料元件的提升速度为5～10m/s，氦气出口17距燃料元件提升的最高点的距离为2～5m，该设计的目的是降低燃料元件到达最高点时的速度，以减小在弯头处的磨损，同时也能降低滚入堆芯顶部时的速度，缓冲输送的燃料元件与堆芯顶部燃料元件的撞击，起到保护燃料元件的作用。
卸出乏燃料元件：
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，经多次循环达到目标燃耗深度的燃料元件，在测量点14通过燃耗测量确认为乏燃料元件后，通过分配器15排到乏燃料卸出***，卸出的乏燃料元件需要通过两次气动提升输送到乏燃料贮存罐30，第一次气动提升是在高压氦气氛下的氦气提升，第二次气动提升是在空气气氛和常压环境下的空气提升。
所述球床高温气冷堆在线换料***，从堆芯燃料主循环***排出的乏燃料元件，在从氦气入口18进入的氦气驱动下，提升到气氛切换管段前的隔离球阀20前暂存，等达到一定数量(如200个)后，打开隔离球阀20，所有等待的乏燃料元件通过汇集器21全部进入隔离球阀20后面的气氛切换管段，关闭隔离球阀20，然后进行气氛切换，由高压下的氦气气氛切换到常压下的空气气氛，从而使这些乏燃料元件离开反应堆一回路***。
所述球床高温气冷堆乏燃料卸出***，通过控制气氛切换管段前的汇集器21，可分别从两个反应堆***卸出乏燃料元件，使两个反应堆公用一套乏燃料卸出***，以节省成本。
所述球床高温气冷堆乏燃料卸出***，驱动燃料元件的氦气出口19距离一次提升最高点有一定距离，该距离与燃料元件的提升速度有关，燃料元件的提升速度为5～10m/s，氦气出口19距燃料元件提升的最高点的距离为2～5m，目的是降低燃料元件到达最高点时的速度，以减小在弯头处的磨损，同时也能缓冲输送的燃料元件与其它燃料元件的撞击，起到保护燃料元件的作用。
气氛切换后的乏燃料元件在经过分配器23时，可根据需要通过控制分配器23使一个或多个乏燃料元件输送到取样罐24，然后将其运送到实验室进行研究分析。
所述球床高温气冷堆乏燃料卸出***，正常运行工况下，气氛切换后所有的乏燃料元件到达燃耗测量点25进行燃耗测量，其目的是分辨出乏燃料元件中的石墨元件。石墨元件用于反应堆堆芯初次装料，可以平衡堆芯功率分布，是反应堆物理的需要。
在燃耗测量点25分辨出石墨元件后，可以通过控制分配器29将石墨元件输送到乏燃料贮存库中的石墨元件贮存罐内贮存，而乏燃料元件则输送到乏燃料贮存库中的乏燃料贮存罐内进行贮存。
所述球床高温气冷堆乏燃料卸出***，经过气氛切换后的乏燃料元件需要通过气动提升方式输送到乏燃料贮存库，采用的驱动气体是空气，驱动装置是罗茨风机或其它空气驱动装置。空气从入口27进入输球管路提升乏燃料元件，然后从出口28流出，经过粉尘过滤后回到罗茨风机加压，完成闭合循环。
空气出口28距离提升最高点有一定距离，该距离与燃料元件的提升速度有关，燃料元件的提升速度为5～10m/s，空气出口28距燃料元件提升最高点的距离为2～5m，该设计的目的是降低燃料元件到达最高点时的速度，以减小在弯头处的磨损，同时也能缓冲输送的乏燃料元件与其它乏燃料元件的撞击，起到保护乏燃料元件的作用。
本发明提出的球床高温气冷堆乏燃料卸出***，通过二次提升，到达最高点后的乏燃料元件通过分配器29分配到乏燃料贮存库中的各个乏燃料贮存罐内贮存。
本发明提到的球床高温气冷堆，在反应堆正常运行时，乏燃料元件将平均分配到各个贮存罐内，这种运行方式可以有效减小每个贮存罐内的乏燃料发热量，有利于乏燃料衰变热的导出，有效保证乏燃料元件及其贮存罐的完整性和安全性，如果通过自然冷却方式不能完全保证乏燃料元件的完整性和安全性，则需要设置风机进行强制风冷，确保乏燃料元件及其贮存罐的完整和安全。
本发明提到的乏燃料贮存罐30的设计如图2所示，贮存罐主要由外壳42和中心柱45构成，乏燃料元件贮存在外壳42和中心柱45之间的圆环形空腔内，中心柱45内填充有防临界材料。
由于乏燃料贮存罐30的罐体高度很高，为避免乏燃料元件从顶部落到底部摔碎，在中心柱外设置了螺旋形的输球阶梯43，进入乏燃料贮存罐内的乏燃料元件沿落球阶梯下落，在从一节落球阶梯43落到下一节落球阶梯44的过程中，乏燃料元件通过与落球阶梯44的碰撞减速，通过与落球阶梯的不断碰撞，保证最终落到乏燃料贮存罐底部时的速度低于要求的限值，从而确保输送到乏燃料贮存罐30内的乏燃料元件的完整性。
本发明提到的乏燃料贮存罐30的容量很大，每个贮存罐可容纳反应堆运行一年甚至更长时间卸出的乏燃料元件。
本发明提到的乏燃料元件在贮存罐30内的贮存并非最终贮存，在技术可行的条件下可以将乏燃料元件从贮存罐30内排出，通过卸料装置31将乏燃料元件排入乏燃料转运罐内，然后将装有乏燃料的转运罐吊装到贮存库外部的运输车内，运送到指定地点进行燃料后处理和最终贮存。
反应堆堆芯排空与再装料：
本发明提到的球床高温气冷堆，在一些极端特殊工况下，可能要求将反应堆堆芯9排空，反应堆堆芯排空的过程与卸出乏燃料元件的过程类似，但不需要燃耗测量。
在反应堆堆芯排空工况下，反应堆一回路内可以将压力降到大气压力，将反应堆内的氦气输送到氦气罐贮存起来，反应堆内由氦气气氛变为空气气氛。
本发明提到的球床高温气冷堆，在反应堆堆芯排空工况下，从堆芯9排出的燃料元件通过卸料装置11进行碎球分选后，完整的燃料元件从卸料装置11送出，无需燃耗测量，直接通过控制分配器15排入乏燃料卸出***。
排入乏燃料卸出***的燃料元件，采用空气驱动替代氦气驱动进行一次提升，提升气体从流入口18流入，从流出口19流出，提升后的燃料元件在气氛切换管路前的隔离球阀20前暂存，当达到一定数量(如200)后，打开隔离球阀20，无需气氛切换，通过控制分配器26，可气动提升到再装料贮存罐34内暂时存贮。
本发明提到的球床高温气冷堆，在反应堆堆芯排空工况下，采用空气驱动再装料贮存的燃料元件二次提升，提升气体从空气入口32流入，从出口33流出。
空气出口33距离二次提升最高点有一定距离，该距离与燃料元件的提升速度有关，燃料元件的提升速度为5～10m/s，空气出口33距燃料元件提升最高点的距离为2～5m，该设计的目的是降低燃料元件到达最高点时的速度，以减小在弯头处的磨损，同时也能缓冲输送的燃料元件与其它燃料元件的撞击，起到保护燃料元件的作用。
本发明提到的再装料贮存罐34的内部结构与乏燃料贮存罐30类似，都是带中心柱的圆环形空腔，中心柱内填充有防临界材料。由于再装料贮存罐的高度也很高，为避免燃料元件从贮存罐顶部落到底部摔损，在中心柱外也设置了螺旋形的输球阶梯，进入再装料罐内的燃料元件沿落球阶梯下落，在从一节落球阶梯落到下一节落球阶梯的过程中通过与落球阶梯的碰撞减速，保证最终落到再装料贮存罐底部后燃料元件的完整性。
本发明提到的球床高温气冷堆，在反应堆堆芯排空工况下，由于堆芯排空卸出的燃料元件还没有达到目标燃耗深度，其反应性很大，衰变发热量也很大，因此再装料贮存罐34需要填充大量的防临界材料，并在贮存罐外加强制风冷，如果冷却能力不能满足要求，则还需加强制水冷。
本发明提到的球床高温气冷堆，堆芯排空一段时间后，如果反应堆达到满足重新装料的条件，需要将暂存在再装料贮存罐34内的燃料元件重新装回堆芯9进行再循环。
通过再装料贮存罐34下部的卸料装置35将燃料元件进行单一化和碎球分选，不符合要求的燃料元件和元件碎片被分离出来输送到碎球罐36贮存，而完好的燃料元件则从卸料装置35输送到再装料提升管前面，通过气动方式提升到一定高度，驱动气体为空气。
本发明提到的球床高温气冷堆在再装料过程中，提升气体从流入口37流入，从出口38流出，流出口38距离提升最高点有一定距离，该距离与燃料元件的提升速度有关，燃料元件的提升速度为5～10m/s，空气出口29距燃料元件提升的最高点的距离为2～5m，该设计的目的是降低燃料元件到达最高点时的速度，以减小在弯头处的磨损，同时也能缓冲输送的燃料元件与其它燃料元件的撞击，起到保护燃料元件的作用。
本发明提到的球床高温气冷堆在再装料过程中，经提升后的燃料元件输送到新燃料装入***的气氛切换管路后面，在隔离球阀39前暂存，通过分配器40和汇集器6输送进入需再装料的反应堆的新燃料装入***。
本发明提到的球床高温气冷堆在再装料过程中，进入新燃料装入***的燃料元件输送到堆芯燃料主循环***前的管道，等待进入堆芯燃料主循环***。通过汇集器7进入主循环***后，通过气动方式将燃料元件提升到反应堆堆芯9，此时提升的驱动气体为空气，提升空气从入口16流入，从出口17流出。
本发明提到的球床高温气冷堆在再装料过程中，由于反应堆8的高度很高，而装料初始阶段堆芯9内没有或只有少量燃料元件，如果燃料元件从反应堆顶部直接落到堆芯底部，将导致燃料元件的摔损，因此在向堆芯9装料的过程中，需要通过堆芯装料给料装置来装料，堆芯装料给料装置的设计如图3所示。
本发明提到的堆芯装料给料装置，由多节给料管构成，给料管46之间通过方便拆装的连接铰链47连接，给料管46内设有多层挡板48。
本发明提到的堆芯装料给料装置，燃料元件在给料管内下落过程中，从挡板48落到挡板49时通过碰撞减速，通过这种频繁的碰撞最终保证落到堆芯底部后燃料元件的完整性。
在装料过程中可根据堆芯内料位的变化拆下不需的给料管，调节给料装置的长度，随着堆芯内料位的升高，给料装置将逐渐缩短，直到最后装满堆芯，完成堆芯的再装料过程。
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，具有以下优点：
1.本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，使两个或多个反应堆公用一套新燃料装入***和乏燃料卸出***，在不影响反应堆***运行的前提下，可以有效节省成本；
2.本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，采用连续运行的氦风机或罗茨风机分别在氦气气氛和空气气氛下提升燃料元件，有效提高运行效率。驱动气体出口距离提升最高点有一定距离，可有效降低燃料元件到达最高点时的速度，减小在弯头处的磨损，同时缓冲输送的燃料元件与其它燃料元件的撞击，起到保护燃料元件的作用；
3.本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，乏燃料贮存罐和再装料贮存罐设计成带 中心柱的圆环形空腔结构，中心柱内可填充防临界材料，中心柱外设置螺旋形落球阶梯，乏燃料元件沿落球阶梯下落，通过与落球阶梯的不断碰撞减速，可保证输送到贮存罐内的燃料元件的完整性；
4.本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，在向堆芯重新装料时采用堆芯装料给料装置，堆芯装料给料装置的给料管内设有多层挡板，燃料元件在下落过程中通过与挡板的不断碰撞减速，保证落到堆芯底部后燃料元件的完整性。给料管之间拆装方便，在装料过程中可根据料位的变化调节给料装置的长度，有效保证整个堆芯装料过程中燃料元件的完整性；
5.本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，在反应堆下部采用的卸料装置，能够将从反应堆排出的燃料元件同时进行单一化和碎球分选，可提高燃料单一化和碎球分选的速度和可靠性，同时也能够有效降低舱室高度，节省舱室空间；
6.本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，在***若干相关位置设置了多个燃料输送分配器和汇集器，实现燃料元件在管道内输送过程中从一根管道分配到2根管道和从2根管道汇集到一根管道。通过这些燃料元件输送分配器和汇集器及其控制***，可以有效控制燃料元件在***管道内的输送。
附图说明
图1是本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***的***示意图。
图2是本发明提出的球床高温气冷堆的乏燃料元件贮存罐。
图3是本发明提出的球床高温气冷堆的堆芯装料给料装置。
图1中，1-装料口，2-过球计数器，3-隔离球阀，4-分配器，5-隔离球阀，6-汇集器，7-汇集器，8-反应堆，9-堆芯，10-卸料管，11-卸料装置，12-碎球罐，13-汇集器，14-燃耗测量点，15-分配器，16-氦气入口，17-氦气出口，18-氦气入口，19-氦气出口，20-隔离球阀，21-汇集器，22-隔离球阀，23-分配器，24-取样罐，25-燃耗测量点，26-分配器，27-空气入口，28-空气出口，29-分配器，30-乏燃料贮存罐，31-卸料装置，32-空气入口，33-空气出口，34-再装料贮存罐，35-卸料装置，36-碎球罐，37-空气入口，38-空气出口，39-隔离球阀，40-分配器。
图2中，41-进料管，42-贮存罐外壳，43-落球阶梯1，44-落球阶梯2，45中心柱。
图3中，46-给料管，47-连接铰链，48-落球阶梯1，49-落球阶梯2。
具体实施方式
结合附图介绍本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***的具体实施方式：
本发明提出的球床高温气冷堆在线换料***，主要功能包括为球床高温气冷堆装入新燃料元件、卸出乏燃料元件、反应堆内燃料元件多次循环通过堆芯、反应堆堆芯内燃料元件的 排空与重新装入等。
所述球床高温气冷堆在线换料***，新燃料元件在装料口1进行单一化后装入新燃料装入***，经过气氛切换后，由常压下的空气气氛切换到高压下的氦气气氛。通过气氛切换管段后的分配器4，燃料元件被分配到两个反应堆***，然后通过汇集器7进入堆芯燃料循环主***，通过氦气气动提升到反应堆堆芯9的顶部，完成新燃料装入堆芯的过程。
所述球床高温气冷堆在线换料***，从堆芯9排出的燃料元件，经过卸料装置11进行单一化和碎球分选，出来的完好燃料元件到达燃耗测量点14进行燃耗测量，达到目标燃耗深度的燃料元件通过分配器15卸出堆芯燃料循环主***，进入乏燃料卸出***，没有达到目标燃耗深度的燃料元件气动提升到反应堆堆芯9的顶部进行再次循环，直到达到目标燃耗深度。
所述球床高温气冷堆在线换料***，排入乏燃料卸出***的乏燃料元件首先经过氦气一次提升到达气氛切换管路的隔离球阀20前暂存，然后进入气氛切换管路，在完成气氛切换后，由高压下的氦气气氛切换到常压下的空气气氛，再通过空气二次提升，输送到乏燃料贮存罐30内进行贮存，在需要时可通过乏燃料卸料装置31将乏燃料贮存罐30内的乏燃料元件转移走，进行后处理和最终贮存。
所述球床高温气冷堆在一些极端工况下，需要将堆芯9内的燃料元件排空，排空的过程与卸出乏燃料元件的过程类似。首先将反应堆8卸压，将氦气贮存到氦气贮存罐内，反应堆气氛切换到常压下的空气气氛。堆芯9内的燃料元件经过卸料装置11进行单一化和碎球分选后，无需燃耗测量，直接排入乏燃料卸出***，经过空气一次提升后，无需气氛切换，直接进行空气二次提升，输送到再装料贮存罐34内贮存。
在需要工况下，可将再装料贮存罐34内的燃料元件重新装回堆芯9。在此过程中，再装料贮存罐34内的燃料元件通过卸料装置35进行单一化和碎球分选，完好的燃料元件通过空气气动提升到新燃料装入***的气氛切换管路的后面，通过分配器40和汇集器6分别装入两个反应堆***。在进入堆芯燃料主循环***后，通过空气气动提升到反应堆8的顶部，然后通过堆芯装料给料装置装入堆芯9，完成堆芯的再装料过程。
本发明设计的球床高温气冷堆在线换料***，需要在与反应堆运行工况完全相同的高温高压氦气氛下，进行全尺寸的试验验证，经过实验验证***运行可靠之后，再用于实际的反应堆上，以提高反应堆运行的可靠性和安全性。
Claims (1)
1.球床高温气冷堆在线换料***，其特征在于，该球床高温气冷堆在线换料***含有装料口(1)，过球计数器(2)，第一隔离球阀(3)，第一分配器(4)，
第二隔离球阀(5)，第一汇集器(6)，第二汇集器(7)，反应堆(8)，堆芯(9)，卸料管(10)，第一卸料装置(11)，碎球罐(12)，第三汇集器(13)，第一燃耗测量点(14)，第二分配器(15)，第一氦气入口(16)，第一氦气出口(17)，第二氦气入口(18)，第二氦气出口(19)，第三隔离球阀(20)，
第四汇集器(21)，第四隔离球阀(22)，第三分配器(23)，取样罐(24)，第二燃耗测量点(25)，第四分配器(26)，第一空气入口(27)，第一空气出口(28)，第五分配器(29)，乏燃料贮存罐(30)，卸料装置(31)，第二空气入口(32)，第二空气出口(33)，再装料贮存罐(34)，第二卸料装置(35)，碎球罐(36)，第三空气入口(37)，第三空气出口(38)，第五隔离球阀(39)，第六分配器(40)；
所述装料口(1)连接过球计数器(2)，过球计数器(2)连接第一隔离球阀(3)，第一隔离球阀(3)连接第一分配器(4)，第一分配器(4)后分成两路，
所述两路每一路都有：第二隔离球阀(5)与上述第一分配器(4)相连，所述第二隔离球阀(5)连接第一汇集器(6)，第一汇集器(6)连接第二汇集器(7)；堆芯(9)位于反应堆(8)的内部，堆芯(9)底部接卸料管(10)，卸料管(10)底部接第一卸料装置(11)，第一卸料装置(11)出来4根管道，2根管道接碎球罐(12)，另2根管道接第三汇集器(13)，第三汇集器(13)连接第一燃耗测量点(14)，第一燃耗测量点(14)连接第二分配器(15)，第二分配器(15)连接第二汇集器(7)，第二汇集器(7)连接第一氦气入口(16)，第一氦气入口(16)连接第一氦气出口(17)，第一氦气出口(17)连接反应堆(8)；第二分配器(15)连接第二氦气入口(18)，第二氦气入口(18)连接第二氦气出口(19)，第二氦气出口(19)连接第三隔离球阀(20)；
所述两路的两个第三隔离球阀(20)共同连接到第四汇集器(21)；
上述第四汇集器(21)后面通过一根管道连接第四隔离球阀(22)，第四隔离球阀(22)连接第三分配器(23)，第三分配器(23)后面出来两根管道，一根管道接取样罐(24)，另一根管道连接第二燃耗测量点(25)，第二燃耗测量点(25)连接第四分配器(26)，第四分配器(26)后面分成两根管道，一根管道连接第一空气入口(27)，所述第一空气入口(27)连接第一空气出口(28)，第一空气出口(28)连接第五分配器(29)，第五分配器(29)连接乏燃料贮存罐(30)，乏燃料贮存罐(30)底部接卸料装置(31)；第四分配器(26)后另一根管道连接第二空气入口(32)，第二空气入口(32)连接第二空气出口(33)，第二空气出口(33)连接再装料贮存罐(34)，再装料贮存罐(34)的底部接第二卸料装置(35)，从第二卸料装置(35)出来两根管道，一根管道接碎球罐(36)，另一根管道接第三空气入口(37)，第三空气入口(37)连接第三空气出口(38)，第三空气出口(38)连接第五隔离球阀(39)，第五隔离球阀(39)连接第六分配器(40)，第六分配器(40)连接所述两路每一路中的第一汇集器(6)。
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