CN114883019A - 一种高温气冷堆燃料装卸***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温气冷堆燃料装卸***，包括反应堆压力容器，所述反应堆压力容器的卸料管出口与第一碎球分选装置的入口连通，所述第一碎球分选装置的碎球出口与第一碎球罐连通，非碎球出口与循环燃料转运罐连通，所述循环燃料转运罐通过垂直运输机构运送到所述反应堆压力容器的进料口。本发明的高温气冷堆燃料装卸***，避免了燃料球提升过程中的高速撞击，燃料球提升运行可靠，提升速度可调，降低了碎球量，装置结构简单。本发明还公开了一种高温气冷堆燃料装卸方法。

Description

一种高温气冷堆燃料装卸***及方法

技术领域

本发明涉及核燃料装卸技术领域，特别涉及一种高温气冷堆燃料装卸***及方法。

背景技术

球床式高温气冷堆采用直径60mm的球形燃料元件作为反应堆的燃料。球形燃料元件为全陶瓷包覆的颗粒球形燃料元件。高温气冷堆示范工程单个反应堆的热功率为250MW，内置42万个球形燃料元件，球形燃料元件在反应堆内的循环次数为15次，循环动力为压缩氦气。

球形燃料元件(简称燃料球)通过卸料装置从堆芯下部卸出，达到燃耗的燃料球，输送到乏燃料罐，未达到燃耗的燃料球，重新提升至堆芯顶部进入堆芯，继续进行核反应。新燃料也通过提升装置从堆芯顶部进入堆芯。高温气冷堆示范工程采用氦气在提升管道中进行燃料球的提升，燃料球在提升管道内依靠氦气的气力提升，提升过程中受氦气气体特性影响，提升速度受到一定的限制，当速度过快时会产生振动，影响提升或造成燃料球的损坏，造成碎球量增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高温气冷堆燃料装卸***，避免了燃料球提升过程中的高速撞击，燃料球提升运行可靠，提升速度可调，降低了碎球量，装置结构简单。

本发明还提供了一种高温气冷堆燃料装卸方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高温气冷堆燃料装卸***，包括反应堆压力容器，所述反应堆压力容器的卸料管出口与第一碎球分选装置的入口连通，所述第一碎球分选装置的碎球出口与第一碎球罐连通，非碎球出口与循环燃料转运罐连通，所述循环燃料转运罐通过垂直运输机构运送到所述反应堆压力容器的进料口。

可选地，还包括燃料转运井，所述燃料转运井内设置有所述垂直运输机构，所述燃料转运井的井底入口与所述非碎球出口之间设置有第一水平运输机构，所述燃料转运井的井口与所述反应堆压力容器的进料口之间设置有第二水平运输机构。

可选地，所述非碎球出口与燃耗测量器的入口连通，所述燃耗测量器的第一出口与所述循环燃料转运罐连通，第二出口与乏燃料转运罐连通。

可选地，所述垂直运输机构包括设置于所述燃料转运井顶端的吊车，所述吊车的起吊端连接有钢丝绳，所述钢丝绳垂设于所述燃料转运井内，所述钢丝绳远离所述吊车的一端用于与所述循环燃料转运罐连接。

可选地，所述反应堆压力容器的进料口位置设置有抽吸泵，所述抽吸泵的一端通过进球管路与循环燃料转运罐的出球口连通，另一端通过出球管路与所述反应堆压力容器的进料口连通。

可选地，所述反应堆压力容器的进料口位置设置有装料装置，所述装料装置的入口端与所述抽吸泵的出球管路连通，所述装料装置的一个出口与第二碎球罐连通，另一个出口与所述反应堆压力容器的进料口连通。

可选地，所述装料装置与所述第二碎球罐连通的管路上设置有第一隔离阀，所述装料装置与所述反应堆压力容器的进料口的连通管路上设置有第二隔离阀，所述装料装置的进料口处设置有第三隔离阀。

可选地，所述反应堆压力容器的进料口包括新燃料装料口和循环燃料装料口，所述循环燃料装料口与所述循环燃料转运罐连通。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的高温气冷堆燃料装卸***，通过将筛选出的整球盛装在循环燃料转运罐，循环燃料转运罐通过垂直运输机构运送到反应堆压力容器的进料口，实现对循环燃料转运罐内盛装的燃料球的循环利用。本发明通过采用所述垂直运输机构提升循环燃料转运罐，从而实现对循环利用的燃料球的提升，相对于现有技术中采用氦气在提升管道中进行燃料球提升的运输方式，避免了燃料球提升过程中的高速撞击，从而避免了燃料球提升过程中挤压或磕碰造成的损伤，燃料球提升运行可靠，提升速度可调，降低了碎球量，装置结构简单，成本较低。

本发明还提供了一种高温气冷堆燃料装卸方法，使用上述的高温气冷堆燃料装卸***，第一碎球分选装置分选出的可以循环使用的燃料球盛装在循环燃料转运罐内，由垂直运输机构运送到反应堆压力容器的进料口进行循环使用。

可选地，所述循环燃料转运罐经由燃料转运井进行提升。

本发明的高温气冷堆燃料装卸方法使用了上述的高温气冷堆燃料装卸***，因此具有上述***的优点，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高温气冷堆燃料装卸***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的垂直运输机构的结构示意图。

其中：

1、反应堆压力容器，2、第一碎球分选装置，3、第一碎球罐，4、燃耗测量器，5、第四隔离阀，6、乏燃料转运罐，7、循环燃料转运罐，8、燃料转运井，9、吊车，10、燃料抽吸装置，11、装料装置，12、第五隔离阀，13、第三隔离阀，14、第一隔离阀，15、第二碎球罐，16、新燃料装料口，17、循环燃料装料口，18、第二隔离阀。

具体实施方式

本发明公开了一种高温气冷堆燃料装卸***，避免了燃料球提升过程中的高速撞击，燃料球提升运行可靠，提升速度可调，降低了碎球量，装置结构简单。

本发明还提供了一种高温气冷堆燃料装卸方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明的高温气冷堆燃料装卸***，包括反应堆压力容器1，反应堆压力容器1的卸料管出口与第一碎球分选装置2的入口连通，第一碎球分选装置2包括两个出口，具体为碎球出口和非碎球出口，所述碎球出口与第一碎球罐3连通，非碎球出口与循环燃料转运罐7连通，循环燃料转运罐7通过垂直运输机构运送到反应堆压力容器1的进料口。

其中，反应堆压力容器1内盛装有42万个球形燃料，第一碎球分选装置2用于对反应堆压力容器1排出的碎球进行分选。第一碎球罐3用于盛装第一碎球分选装置2筛选出的碎球，循环燃料转运罐7用于盛装第一碎球分选装置2筛选出的整球。第一碎球分选装置2为现有技术中常用的碎球分选装置，此处不做限定。

本发明的高温气冷堆燃料装卸***，通过将筛选出的整球盛装在循环燃料转运罐7，循环燃料转运罐7通过垂直运输机构运送到反应堆压力容器1的进料口，实现对循环燃料转运罐7内盛装的燃料球的循环利用。本发明通过采用所述垂直运输机构提升循环燃料转运罐7，从而实现对循环利用的燃料球的提升，相对于现有技术中采用氦气在提升管道中进行燃料球提升的运输方式，避免了燃料球提升过程中的高速撞击，从而避免了燃料球1提升过程中挤压或磕碰造成的损伤，提升运行可靠，提升速度可调，降低了碎球量，装置结构简单，成本较低。

进一步的，本发明的高温气冷堆燃料装卸***还包括燃料转运井8，燃料转运井8内设置有所述垂直运输机构，燃料转运井8的井底入口与所述非碎球出口之间设置有第一水平运输机构，燃料转运井8的井口与反应堆压力容器1的进料口之间设置有第二水平运输机构。所述垂直运输机构用于将位于燃料转运井8井底的循环燃料转运罐7提升到燃料转运井8的井口位置。所述第一水平运输机构用于将位于所述非碎球出口位置的循环燃料转运罐7输送到燃料转运井8的位置。所述第二水平运输机构用于将位于燃料转运井8的井口位置的循环燃料转运罐7输送到反应堆压力容器1处。所述第一水平运输机构和第二水平运输机构可以是水平输送机，也可以是本领域技术人员常用的其他水平输送装置。

其中，所述垂直运输机构包括设置于燃料转运井8顶端的吊车9，吊车9的起吊端连接有钢丝绳，所述钢丝绳垂设于燃料转运井8内，所述钢丝绳远离吊车9的一端用于与位于燃料转运井8内的循环燃料转运罐7连接。燃料运井8内通过通风***带走内部余热。为了便于剔除分选出的乏燃料球，第一碎球分选装置2的所述非碎球出口与燃耗测量器4的入口连通，燃耗测量器4的第一出口与循环燃料转运罐7连通，第二出口与乏燃料转运罐6连通。乏燃料转运罐6用于盛装达到燃耗的燃料球。燃耗测量器4与乏燃料转运罐6连通的管路上设置有第四隔离阀5，燃耗测量器4与循环燃料转运罐7连通的管路上设置有第五隔离阀12。

为了便于将循环燃料转运罐7内的燃料球输送到反应堆压力容器1的进料口，反应堆压力容器1的进料口位置设置有燃料抽吸装置10，具体的，燃料抽吸装置10为抽吸泵。所述抽吸泵的一端通过进球管路与循环燃料转运罐7的出球口连通，另一端通过出球管路与反应堆压力容器1的进料口连通，从而将循环燃料转运罐7内的燃料球运送到反应堆压力容器1的进料口。

进一步的，反应堆压力容器1的进料口位置设置有装料装置11，装料装置11的入口端与所述抽吸泵的出球管路连通，装料装置11的一个出口与第二碎球罐15连通，另一个出口与反应堆压力容器1的进料口连通。装料装置11包括设置于上端的存球罐和下端的第二碎球分选装置，所述存球罐用于暂存循环燃料和新燃料，所述存球罐的底端出口与所述第二碎球分选装置的入口连通，所述第二碎球分选装置分选出的碎球进入第二碎球罐15，好球进入反应堆压力容器1。

其中，装料装置11与第二碎球罐15连通的管路上设置有第一隔离阀14，装料装置11与反应堆压力容器1的进料口的连通管路上设置有第二隔离阀18，装料装置11的进料口处设置有第三隔离阀13。

为了适应不同的进料，反应堆压力容器1的进料口包括新燃料装料口16和循环燃料装料口17，循环燃料装料口17与循环燃料转运罐7连通，用于将循环使用的燃料球输送到反应堆压力容器1。

其中，燃耗测量器4与空的循环燃料转运罐7连通的管路上设置两个第五隔离阀12，通过设置两道阀门便于对空的循环燃料转运罐7及其部分连通管路进行气氛切换，对循环燃料转运罐7进行空气氦气的气氛切换。空的循环燃料转运罐7装回燃耗测量器4下部管道后，关闭此管路上部的第五隔离阀12，避免抽真空过程对燃耗测量器4的影响，打开下部的第五隔离阀12，对循环燃料转运罐7抽真空，之后打开上部的第五隔离阀12，使得此管路连通，保证燃耗测量器4的燃料球进入循环燃料转运罐7时是在氦气气氛下。

本发明的高温气冷堆燃料装卸***的运行过程如下：燃料球通过反应堆压力容器1底端的卸料管进入第一碎球分选装置2，通过分选后碎球进入第一碎球罐3，完整的燃料球进入燃耗测量器4后进行在线燃耗测量。达到燃耗的燃料球进入乏燃料转运罐6，未达到燃耗的燃料球进入循环燃料转运罐7。当乏燃料转运罐6达到乏燃料球暂存量后，关闭燃耗测量器4与乏燃料转运罐6之间的第四隔离阀5，乏燃料转运罐6内卸压后通过转动装置将乏燃料转运罐6运输到乏燃料库，进行乏燃料在核电厂的统一贮存。之后安装空的乏燃料转运罐6，此时燃耗测量器4与乏燃料转运罐6之间的两个第四隔离阀5还处于关闭状态，通过设置两个第四隔离阀5，便于对乏燃料转运罐6进行空气氦气的气氛切换，将空的乏燃料转运罐6的空气气氛切换为氦气气氛，具体过程参照上述的两个第五隔离阀12切换气氛的操作过程。打开两个第四隔离阀5，进行乏燃料的在线暂存。

经燃耗测量器4检测未达到燃耗的燃料球，需返回反应堆压力容器1继续进行裂变反应，未达到燃耗的燃料球将进入循环燃料转运罐7，当循环燃料转运罐7达到循环燃料球暂存量后，关闭燃耗测量器4与循环燃料转运罐7之间的第五隔离阀12，循环燃料转运罐7内卸压后通过第一水平运输机构运送到燃料转运井8，由吊车9提升至井口位置，再由第二水平运输机构运送到反应堆压力容器1的顶部舱室。循环燃料转运罐7内的循环燃料球通过燃料抽吸装置10，从循环燃料装料口17进入装料装置11。新燃料通过新燃料装料口16进入装料装置11。当循环燃料或新燃料装入装料装置11时，气氛为空气气氛，此时装料装置11与反应堆压力容器1连通管路上的第二隔离阀关闭。当装料装置11装满燃料后，关闭第三隔离阀13，之后进行气氛切换，将装料装置11内部气氛切换到氦气气氛后，打开第二隔离阀18。装料装置11工作时，进行燃料球的单一进球和分选，碎球进入第二碎球罐15，好球进入反应堆压力容器1，从而实现燃料的循环和新燃料的装料。

可以理解的，本发明的高温气冷堆燃料装卸***，与燃耗测量器4连通的循环燃料转运罐7为未装满燃料球的罐，位于燃料转运井8内的循环燃料转运罐7为装满燃料球的罐，与燃料抽吸装置10连通的循环燃料转运罐7为装满燃料球的罐。

本发明还提供了一种高温气冷堆燃料装卸方法，使用上述的高温气冷堆燃料装卸***，第一碎球分选装置2分选出的可以循环使用的燃料球盛装在循环燃料转运罐7内，由垂直运输机构运送到反应堆压力容器1的进料口进行循环使用，避免了燃料球提升过程中的挤压或磕碰。其中，循环燃料转运罐7经由燃料转运井8进行提升。

本发明的高温气冷堆燃料装卸方法，循环燃料球采用整体提升的方法，保证了燃料球的提升速度，避免了燃料球被撞坏。乏燃料采用整体暂存后，再转动到乏燃料库的方法，相对于现有技术中的靠燃料球重力和气力提升转运到乏燃料库，设备简单。

本发明的高温气冷堆燃料装卸***结构简单，燃料球提升速度可控，适用范围广泛，经济性好，可靠性高，可应用于球床模块式高温气冷堆的燃料装卸中。

在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“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设备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方案的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，包括反应堆压力容器，所述反应堆压力容器的卸料管出口与第一碎球分选装置的入口连通，所述第一碎球分选装置的碎球出口与第一碎球罐连通，非碎球出口与循环燃料转运罐连通，所述循环燃料转运罐通过垂直运输机构运送到所述反应堆压力容器的进料口。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，还包括燃料转运井，所述燃料转运井内设置有所述垂直运输机构，所述燃料转运井的井底入口与所述非碎球出口之间设置有第一水平运输机构，所述燃料转运井的井口与所述反应堆压力容器的进料口之间设置有第二水平运输机构。

3.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，所述非碎球出口与燃耗测量器的入口连通，所述燃耗测量器的第一出口与所述循环燃料转运罐连通，第二出口与乏燃料转运罐连通。

4.根据权利要求2所述的高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，所述垂直运输机构包括设置于所述燃料转运井顶端的吊车，所述吊车的起吊端连接有钢丝绳，所述钢丝绳垂设于所述燃料转运井内，所述钢丝绳远离所述吊车的一端用于与所述循环燃料转运罐连接。

5.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，所述反应堆压力容器的进料口位置设置有抽吸泵，所述抽吸泵的一端通过进球管路与循环燃料转运罐的出球口连通，另一端通过出球管路与所述反应堆压力容器的进料口连通。

6.根据权利要求5所述的高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，所述反应堆压力容器的进料口位置设置有装料装置，所述装料装置的入口端与所述抽吸泵的出球管路连通，所述装料装置的一个出口与第二碎球罐连通，另一个出口与所述反应堆压力容器的进料口连通。

7.根据权利要求6所述的高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，所述装料装置与所述第二碎球罐连通的管路上设置有第一隔离阀，所述装料装置与所述反应堆压力容器的进料口的连通管路上设置有第二隔离阀，所述装料装置的进料口处设置有第三隔离阀。

8.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料装卸***，其特征在于，所述反应堆压力容器的进料口包括新燃料装料口和循环燃料装料口，所述循环燃料装料口与所述循环燃料转运罐连通。

9.一种高温气冷堆燃料装卸方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一项所述的高温气冷堆燃料装卸***，第一碎球分选装置分选出的可以循环使用的燃料球盛装在循环燃料转运罐内，由垂直运输机构运送到反应堆压力容器的进料口进行循环使用。

10.根据权利要求9所述的高温气冷堆燃料装卸方法，其特征在于，所述循环燃料转运罐经由燃料转运井进行提升。

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