CN101916603B

CN101916603B - 乏燃料贮存套管及其制造方法

Info

Publication number: CN101916603B
Application number: CN2010102262693A
Authority: CN
Inventors: 戴平; 苏丽
Original assignee: ZHEJIANG BOFAN POWER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG BOFINE POWER EQUIPMENT LIMITED BY SHARE LTD.
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: CN101916603A

Abstract

本发明公开了一种乏燃料贮存套管及其制造方法，包括侧壁与支承乏燃料组件的底壁，所述侧壁由起强度支撑作用的里层钢管、起屏蔽作用的夹层镉管、起保护作用的外层钢管叠置构成，所述的夹层镉管焊封于里层钢管与外层钢管之中，夹层镉管的位置和长度可保证覆盖乏燃料组件的活性段；所述贮存套管的进料端扩口成带锥度的导向段，贮存套管的底部设有第一通水口；所述贮存套管上设置有与容纳贮存套管的格架匹配的定位件。本发明的套管密封性好、冷却水流通顺畅、冷却效果好，贮存套管进料口的导向段可避免出现进料事故。

Description

乏燃料贮存套管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种乏燃料贮存套管及其制造方法。

背景技术

民用核电站中已使用过的乏燃料组件，由于还具有一定的放射性，不能直接作为废燃料处理，还需要在乏燃料贮存水池中存放一段时间，待乏燃料组件的半衰期完成，达到废燃料掩埋标准后，才能最终处理，因此，需要制作一个布置于乏燃料贮存水池中的乏燃料贮存装置进行存放。

通常的乏燃料贮存装置，如中国专利200910150807.2“用于存储核燃料元件的存储架”，包括通道结构和支承板，通道结构包括接纳燃料元件的多个竖直通道，竖直通道彼此紧邻布置且具有壁部，竖直通道的壁部由中子吸收材料制成或包含中子吸收材料。存在的不足是：由于一些中子吸收材料譬如镉遇水会逐渐分解，并在分解过程中产生毒性，这样就不能保证镉泄露部位的中子被屏蔽，而文中并未涉及中子吸收材料的密封措施；再者，紧邻布置且具有壁部的竖直通道，其侧面和底面是隔水的，不具备使冷却水流通的出口，贮存装置浸于水池中后，冷却水从竖直通道的上端开口进入，但却无法顺畅地流出，流通不畅会影响冷却效果；另外，竖直通道的进料口往往与通道同径，在进料时缺乏扩口的导向件，容易出现乏燃料组件不落进竖直通道内，而是落于贮存装置上端或者水池与贮存装置之间等进料事故。

发明内容

为了解决现有的为了解决现有的乏燃料贮存装置存在的中子吸收材料的密封性不佳、冷却水流通不畅影响冷却效果、容易出现进料事故的不足，本发明提出了一种中子吸收材料的密封性好、冷却水流通顺畅、冷却效果好、不易出现进料事故的乏燃料贮存套管及其制造方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种乏燃料贮存套管，包括侧壁与支承乏燃料组件的底壁，所述侧壁由起强度支撑作用的里层钢管、起屏蔽作用的夹层镉管、起保护作用的外层钢管叠置构成，所述的夹层镉管焊封于里层钢管与外层钢管之中，夹层镉管的位置和长度可保证覆盖乏燃料组件的活性段；所述贮存套管的进料端扩口成带锥度的导向段，贮存套管的底部设有第一通水口；所述贮存套管上设置有与容纳贮存套管的格架匹配的定位件。贮存套管布置在格架的贮存腔内。

优选的，贮存套管的主体为方管段，贮存套管的导向段设置成方锥形口。所述的方锥形口的作用是为进料提供导向。

进一步，所述的外层钢管和里层钢管为对接焊管，夹层镉管为搭接焊管，所述外层钢管的对接纵缝、夹层镉管的搭接纵缝、里层钢管的对接纵缝错开布置。

更进一步，所述的定位件为设置在贮存套管的方管段的各侧面的第一凸台。所述格架的贮存腔内壁上设有与第一凸台搭接匹配的第二凸台。

优选的，所述的第一通水口有多个，环绕状布置在贮存套管底壁上。格架底端设置有与第一通水口相通的第二通水口，第二通水口也环绕状布置在格架底壁上。这样，方便冷却水的均匀流通，有利于乏燃料组件的冷却。另外，当格架和贮存套管吊起检修时，格架和贮存套管内也不会存水。

优选的，所述的里层钢管上布置有一圈用于定位夹层镉管的定位板，所述夹层镉管置于所述定位板上。

优选的，所述的第一凸台为在贮存套管的方管段的各侧面顶涨出的半球窝。

上述乏燃料贮存套管的制造方法，包括以下步骤：

(1)制作里层钢管和外层钢管：将制作里层钢管和外层钢管的钢板下料，进行尺寸划线，然后分别上卷板机卷制成卷管，卷管的纵缝对焊连接，焊缝进行液体渗透检查，在外层钢管上预设用于氦气探漏检测的小孔；里层钢管和外层钢管焊接完成后，下述步骤(8)中需要对里层钢管和外层钢管焊接所形成的密封夹层结构进行氦气探漏检测，为方便抽真空、充氦气等步骤，需要在外管上钻孔，如果等焊完以后再钻，会损伤里层钢管，因此，在外层钢管卷焊完成后直接钻孔；

(2)将定位板焊接到里层钢管上；

(3)将镉板包裹在里层钢管上，镉板一端与所述定位板接触，镉板的两侧缘搭接，其搭接纵缝与里层钢管的对接纵缝错开布置，形成夹层镉管；

(4)待夹层镉管与里层钢管完全贴合后，将夹层镉管点焊固定；

(5)将外层钢管套入夹层镉管外部，外层钢管的对接纵缝与夹层镉管的搭接纵缝错开布置，外层钢管的对接纵缝与里层钢管的对接纵缝错开布置，形成三层套管；

(6)通过吊具将上述三层套管吊至涨方设备上装好，启动涨方设备，将圆管涨成横截面为矩形的方管；

(7)将方管的两端面上的外层钢管与里层钢管焊接，以进一步加固方管；这样，可以将夹层镉管的端部完全密封保护；

(8)对步骤(7)形成的方管的侧壁进行氦气探漏检验；

(9)将方管的进料端扩成方锥形口，在方锥形口下端的方管的侧面涨出所述的半球窝；

(10)在步骤(9)制成的方管的底端焊接底板，所述底板上设置有环绕状布置的第一通水口，对方管和底板的焊缝进行液体渗透检查；乏燃料贮存套管制作完成。

进一步，所述步骤(6)与步骤(7)、步骤(7)与步骤(8)之间还包括步骤：用套于方管外的模拟组件对方管进行插拔试验，以保证方管的内孔尺寸均匀，插拔过程模拟组件不得有卡滞现象。

优选的，夹层镉板的搭接纵缝与里层钢板的对接纵缝错开180度布置，外层钢管的对接纵缝分别与夹层镉管的搭接纵缝、里层钢管的对接纵缝错开90度布置。

本发明的技术构思在于：由于镉遇水会逐渐分解，并在分解过程中产生毒性，这样就不能保证镉泄露部位的中子被屏蔽，本发明贮存套管采用三层结构，通过将夹层镉管包裹在外层钢管与里层钢管之间，两端以连续焊缝密封，使得镉密封良好不易泄露，从而保证良好的屏蔽性能；再者，在贮存套管底部布置第一通水口，第一通水口与格架的贮存腔底部的第二通水口相通，使得乏燃料组件周围流经的冷却水可从贮存套管的底部流出，流动通畅的冷却水可以及时带走乏燃料组件的热量，冷却效果好；另外，贮存套管进料口外扩成带锥度的导向段，便于乏燃料的安全进料，避免出现乏燃料落于贮存装置上端或者水池与贮存装置之间等进料事故。

本发明的有益效果在于：(1)贮存套管采用三层结构，夹层镉管密封性好，不易泄露，中子屏蔽性能好；(2)冷却水流通顺畅，冷却效果好；(3)贮存套管进料口有导向段，可避免出现进料事故。

附图说明

图1是本发明乏燃料贮存套管实施例的结构示意图。

图2是图1的A部放大示意图。

图3是图1的B部放大示意图。

图4是图1的俯视图。

图5是乏燃料贮存套管与格架的装配示意图。

图6是图5的俯视图。

具体实施方式

参照图1-6：乏燃料贮存套管2，包括侧壁21与支承乏燃料组件的底壁22，所述侧壁21由起强度支撑作用的里层钢管211、起屏蔽作用的夹层镉管212、起保护作用的外层钢管213叠置构成，所述的夹层镉管212焊封于里层钢管211与外层钢管213之中，夹层镉管212的位置和长度可保证覆盖乏燃料组件的活性段；乏燃料贮存套管2的主体为方管段，贮存套管2的进料端扩成方锥形口的导向段23，所述贮存套管2的底部设有第一通水口12；所述贮存套管2上设置有与容纳贮存套管2的格架1匹配的定位件，贮存套管2布置在格架1的贮存腔内。所述的定位件为设置在贮存套管2的方管段的各侧面的第一凸台31，所述格架1的贮存腔内壁上设有与第一凸台31搭接匹配的第二凸台32。本实施例中，所述的第一凸台31为在贮存套管2的方管段的各侧面顶涨出的半球窝。

所述的外层钢管213和里层钢管211为对接焊管，夹层镉管212为搭接焊管，所述外层钢管213的对接纵缝、夹层镉管212的搭接纵缝、里层钢管211的对接纵缝错开布置。

所述的里层钢管211上布置有一圈用于定位夹层镉管212的定位板，所述夹层镉管212置于所述定位板上。

本实施例中，所述的第一通水口12为环绕状布置在贮存腔11底壁上的四个梯形孔，四个梯形孔中间为穿设螺套的第一中心孔15；第二通水口24为环绕状布置在贮存套管底壁上的四个梯形孔，四个梯形孔中间为第二中心孔25。环绕状布置相通的第一通水口12、第二通水口24是为了方便冷却水的均匀流通，有利于乏燃料组件的冷却。另外，当格架和贮存套管吊起检修时，格架和贮存套管内也不会存水。连接螺栓31穿越贮存套管2上的第一中心孔25和格架上的第二中心孔15，另一端通过螺母32紧固，将格架1与贮存套管2固定。

本实施例中，所述夹层镉板212的搭接纵缝与里层钢板211的对接纵缝错开180度布置，角度允许偏差±15°，外层钢管213的对接纵缝分别与夹层镉管212的搭接纵缝、里层钢管211的对接纵缝错开90度布置，同时，外层钢管213的对接纵缝也与里层钢管211的对接纵缝错开90度布置，当然，三层管的缝隙也可错开其它角度布置，但上述角度安全性最高足，目的是保证再经过涨方设备涨管后方管的密封性，否则水进入镉板中，镉溶解，会影响核屏蔽性能。

上述乏燃料贮存套管的制造方法，包括以下步骤：制作里层钢管211和外层钢管213：将制作里层钢管211和外层钢管213的钢板下料，进行尺寸划线，然后分别上卷板机卷制成卷管，卷管的纵缝对焊连接，焊缝进行100％液体渗透检查，以保证不存在裂纹；在外层钢管上预设用于下述步骤(9)中氦气探漏检测的小孔；里层钢管和外层钢管焊接完成后，下述步骤(9)中需要对里层钢管和外层钢管焊接所形成的密封夹层结构进行氦气探漏检测，为方便抽真空、充氦气等步骤，需要在外管上钻孔，如果等焊完以后再钻，会损伤内管，因此，在外层钢管卷焊完成后直接钻孔；

(1)在外层钢管上开设用于后续步骤中氦气探漏检测的焊接小孔；里层钢管和外层钢管焊接完成后，需要对里层钢管和外层钢管焊接所形成的密封夹层结构进行氦气探漏检测，为方便抽真空、充氦气等步骤，需要在外层钢管上钻一个φ3的小孔，如果等焊完以后再钻，会损伤里层钢管，因此，在外层钢管卷焊完成后直接钻孔；

(2)将定位板焊接到里层钢管211上；

(3)将镉板包裹在里层钢管211上，镉板一端与所述定位板接触，镉板的两侧缘搭接，其搭接纵缝与里层钢管211的对接纵缝错开180度布置，形成夹层镉管212；

(4)待夹层镉管212与里层钢管211贴合后，将夹层镉管212点焊固定，点焊前应做相应的焊接工艺评定；

(5)将外层钢管213套入夹层镉管212外部，外层钢管213的对接纵缝与夹层镉管212的搭接纵缝，外层钢管213的对接纵缝与里层钢管211的对接纵缝错开90度布置，形成三层套管；

(6)通过吊具将上述三层套管吊至涨方设备上装好，启动涨方设备，将圆管涨成横截面为矩形的方管；将圆管涨成方管的涨方设备作为本发明贮存套管制作的辅助工具，是已公开的现有技术，如ZL03216898.5液压推进二步方管制管机，就可实现该操作。本申请人之前申请的201010170770.2“一种涨方设备”，也可作为涨方设备的实施方式之一。

(7)用套于方管外的模拟组件对方管进行插拔试验，以保证方管的内径尺寸均匀，形状方正，整个试验过程模拟组件应该是可平稳插拔，不得有卡滞现象；

插拔试验具体操作：将方管垂直放置，调整好四面的垂直度并临时固定，吊运模拟组件至方管上口，缓缓地垂直下落，下落过程应平稳无阻碍，发现有阻碍时，测量出阻碍部位距管口的距离后，将模拟组件抽出，检查方管并处理，完后重新进行模拟组件抽查试验，直至模拟组件能顺利自由、无阻碍地完全***。

(8)将方管的两端面上的外层钢管213与里层钢管211焊接，以进一步加固方管，焊接时注意焊接部位变形状况的控制；

(9)对步骤(8)形成的方管的侧壁进行氦气探漏检验；

氦气探漏检验步骤：使用专门的工装，通过外层钢管213上的小孔从夹层镉管212所处的里层钢管和外层钢管焊接围合的密封夹层结构内抽真空，然后充氦气至1.05MPa，进行氦气泄漏检查，检查标准为：氦气泄漏率应≤1*10^-8mbar.l/s。

(10)将方管的进料端扩成方锥形口，在方锥形口下端的方管的侧面涨出所述的半球窝；半球窝作为第二凸台32与格架1的贮存腔内壁上的第一凸台31搭接匹配。

(11)在步骤(10)制成的方管的底端焊接底板，所述底板上设置有环绕状布置的第一通水口12，对方管和底板的焊缝进行液体透检查；乏燃料贮存套管制作完成。本步骤中，所述液体渗透检查为铂渗透检查。

本实施例的原理：由于镉遇水逐渐分解，并在分解过程中产生毒性，这样就不能保证镉泄露部位的中子被屏蔽，贮存套管2采用三层结构，通过将夹层镉管包裹在外层钢管与里层钢管之间，两端以连续焊缝密封，使得镉密封良好不易泄露，从而保证良好的屏蔽性能；再者，在贮存套管2底部布置第一通水口12，第一通水口12与格架1的贮存腔底部的第二通水口24相通，使得乏燃料组件周围流经的冷却水可从贮存套管2的底部流出，流动通畅的冷却水可以及时带走乏燃料组件的热量，冷却效果好；另外，贮存套管2进料口外扩成带锥度的导向段，便于乏燃料的安全进料，避免出现乏燃料落于贮存装置上端或者水池与贮存装置之间等进料事故。

上述实施例仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不仅限于上述实施例，本发明的保护范围可延伸至本领域技术人员依据本发明的技术构思所能想到的等同技术手段。

Claims

1.乏燃料贮存套管（2），包括侧壁（21）与支承乏燃料组件的底壁（22），其特征在于：所述侧壁（21）由起强度支撑作用的里层钢管（211）、起屏蔽作用的夹层镉管（212）、起保护作用的外层钢管（213）叠置构成，所述的夹层镉管（212）焊封于里层钢管（211）与外层钢管（213）之中，夹层镉管（212）的位置和长度可保证覆盖乏燃料组件的活性段；所述贮存套管（2）的进料端扩口成带锥度的导向段（23），贮存套管（2）的底部设有第一通水口（12）；所述贮存套管（2）上设置有与容纳贮存套管（2）的格架（1）匹配的定位件；所述贮存套管（2）的主体为方管段，贮存套管（2）的导向段（23）设置成方锥形口；其特征在于：所述的外层钢管（213）和里层钢管（211）为对接焊管，夹层镉管（212）为搭接焊管，所述外层钢管（213）的对接纵缝、夹层镉管（212）的搭接纵缝、里层钢管（211）的对接纵缝错开布置。

2.如权利要求1所述的乏燃料贮存套管，其特征在于：所述的定位件为设置在贮存套管（2）的方管段的各侧面的第一凸台（31）。

3.如权利要求2所述的乏燃料贮存套管，其特征在于：所述的第一通水口（12）有多个，环绕状布置在贮存套管（2）底壁（22）上。

4.如权利要求3所述的乏燃料贮存套管，其特征在于：所述的里层钢管（211）上布置有一圈用于定位夹层镉管（212）的定位板，所述夹层镉管（212）置于所述定位板上。

5.如权利要求4所述的乏燃料贮存套管，其特征在于：所述的第一凸台（31）为在贮存套管（2）的方管段的各侧面顶涨出的半球窝。

6.一种制造权利要求5所述乏燃料贮存套管（2）的制造方法,其特征在于：包括以下步骤：

（1）制作里层钢管（211）和外层钢管（213）：将制作里层钢管（211）和外层钢管（213）的钢板下料，进行尺寸划线，然后分别上卷板机卷制成卷管，卷管的纵缝对焊连接，焊缝进行液体渗透检查；在外层钢管上预设用于氦气探漏检测的小孔；

（2）将定位板焊接到里层钢管（211）上；

（3）用手将镉板包裹在里层钢管（211）上，镉板一端与所述定位板接触，镉板的两侧缘搭接，其搭接纵缝与里层钢管（211）的对接纵缝错开布置，形成夹层镉管（212）；

（4）待夹层镉管（212）与里层钢管（211）完全贴合后，将夹层镉管（212）点焊固定；

（5）将外层钢管（213）套入夹层镉管（212）外部，外层钢管（213）的对接纵缝与夹层镉管（212）的搭接纵缝错开布置，形成三层套管；

（6）通过吊具将上述三层套管吊至涨方设备上装好，启动涨方设备，将圆管涨成横截面为矩形的方管；

（7）将方管的两端面上的外层钢管（213）与里层钢管（211）焊接，以进一步加固方管；

（8）对步骤（7）形成的方管的侧壁进行氦气探漏检验；

（9）将方管的进料端扩成方锥形口，在方锥形口下端的方管的侧面涨出所述的半球窝；

（10）在步骤（9）制成的方管的底端焊接底板，所述底板上设置有环绕状布置的第一通水口（12），对方管和底板的焊缝进行液体渗透检查；乏燃料贮存套管制作完成。

7.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于：所述步骤（6）与步骤（7）之间还包括步骤：用套于方管外的模拟组件对方管进行插拔试验，以保证方管的内孔尺寸均匀，插拔过程模拟组件不得有卡滞现象。

8.如权利要求7所述的制造方法,其特征在于：所述夹层镉管（212）的搭接纵缝与里层钢管（211）的对接纵缝错开180度布置，外层钢管（213）的对接纵缝分别与夹层镉管（212）的搭接纵缝、里层钢管（211）的对接纵缝错开90度布置。