CN101542225A - 基于露点温度测量使高放废物脱水的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于干燥装载有高放废物(“HLW”)的腔室的系统和方法。本发明采用一种基于监测循环通过腔室的不活泼气体的露点温度的非侵入式程序。一方面，本发明是一种方法，该方法包括：a)使不活泼气体流动通过腔室；b)反复测量从腔室排出的不活泼气体的露点温度；c)当从腔室排出的不活泼气体的露点温度达到并保持在预定露点温度下一段预定时间时，中断不活泼气体的流动并且密封腔室。另一方面，本发明是一种设计为实施该方法的系统。

Description

基于露点温度测量使高放废物脱水的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及存储高放废物(high level waste)(“HLW”)的领域，具体地涉及干燥HLW以便在“干燥状态”下存储和/或运输的领域。
背景技术
存储、操作和转移诸如乏核燃料之类的HLW需要特别细心和程序性防护措施。在核反应堆的操作中，称为燃料组件的填充有浓缩铀的中空吉尔卡洛伊锆锡管(zircaloy tubes)在核反应堆堆芯内燃尽。通常在这些燃料组件的能量耗至预定水平之后，从反应堆移出这些燃料组件。在耗散以及随后的移出时，这种乏核燃料(“SNF”)仍旧是高放射性的并产生相当多的热量，需要在随后的封装、运送和存储过程中格外小心。具体地，SNF放射出极其危险的中子和伽马光子。非常重要的是，在从反应堆堆芯移出之后，这些中子和伽马光子必需一直以防泄漏方式封藏。
在从核反应堆取出核燃料时，通常是从反应堆移出SNF并将SNF置于水下，即通常称为乏燃料存储池或乏燃料存储水池。池水有利于冷却SNF并提供足够的辐射屏蔽。SNF在存储池内存储足够长的时间以便使热量和辐射衰减至足够低的水平，从而使SNF能够被安全地运输。但是，由于考虑到安全、空间和经济，所以当需要将SNF存储相当长时间时，单独使用存储池并不能获得令人满意的结果。因此，当需要长期存储SNF时，核工业领域的标准做法是，在乏核燃料存储池内短期存储之后便在干燥状态下存储SNF，即在封装于提供足够辐射屏蔽的结构内的干燥惰性气体环境中存储SNF。一种用于在干燥状态下长期存储SNF的典型结构是存储屏蔽罐。
存储屏蔽罐具有合适地限定尺寸以容纳SNF的废料罐的腔室，并且设计为由钢、铅、混凝土以及适合环境的含氢材料制成的大的重型结构。通常，存储屏蔽罐的重量大约是150吨，并且其具有高于15英尺的高度。与存储屏蔽罐相关联的常见问题是它们太沉重以至于大部分核电站的起重机无法将其提起。另一常见问题是存储屏蔽罐通常太大以至于不能放置于乏燃料存储池内。因此，为了在存储池内冷却之后将SNF存储于存储屏蔽罐内，SNF必须从存储池中移出、在集结区域准备、并运送到存储屏蔽罐。在这种转移程序的所有阶段中需要足够的辐射屏蔽。
由于需要将SNF从乏燃料存储池中移出并运送到存储屏蔽罐内，所以将SNF从反应堆堆芯移出之前，通常将敞开的废料罐浸入乏燃料存储池内。然后，在浸没在水下的同时将SNF直接置入敞开的废料罐内。但是，即使密封之后，单独依靠废料罐并不能充分防止SNF的辐射向外泄漏。已装载的废料罐在无附加辐射屏蔽的情况下不能从乏燃料存储池移出或运输。因此，已经开发出在运送SNF过程中提供附加辐射屏蔽的装置和方法。通常通过在浸没于存储池中的同时将废料罐定位于称为转移屏蔽罐的大的圆筒形容器内来实现附加的辐射屏蔽。与存储屏蔽罐相似，转移屏蔽罐具有尺寸合适限定以容纳废料罐的腔室并且设计成保护环境不受其内SNF放射出的辐射作用。
在利用转移屏蔽罐运输已装载的废料罐的设施中，首先将空废料罐置于敞开的转移屏蔽罐的腔室内。然后将该废料罐和转移屏蔽罐浸没于乏燃料存储池内。之前从反应堆排出并定位于潮湿存储场所内的SNF移入浸没的废料罐(该废料罐位于转移屏蔽罐内并填充有水)内。然后，给已装载的废料罐装配上盖，从而将SNF和来自于存储池的水封装于废料罐内。然后，已装载的废料罐和转移屏蔽罐通过起重机移出存储池，并放置到集结区域内从而准备已装载SNF的废料罐以便在干燥条件下存储或运输。为了适当地准备已装载SNF的废料罐以便干燥存储或运输，美国Nuclear Regulatory Commission(“NRC”)要求在废料罐密封和转移到存储屏蔽罐之前，SNF和废料罐的内部必须足够干燥。具体地，NRC的规定要求在废料罐用惰性气体回填和密封之前，废料罐内的蒸汽压力(“vP”)必须是3托或更低(1托＝1毫米汞柱)。蒸汽压力是平衡状态时蒸汽相对于液体的压力，其中平衡状态定义为当分子从气相转变成液相时，相等数量的分子从液相转变成气相的状态。要求3托或更低的低vP确保了废料罐内部空间足够干燥从而适于SNF的长期存储或运输。
当前，核设施通过执行真空干燥工艺来满足NRC的3托或更低的vP要求。在执行这种工艺时，首先将废料罐内的大量水排出废料罐。一旦排出大部分液体水，真空系统便耦联到废料罐并被起动以便在废料罐内产生负压(sub-atmospheric pressure)状况。废料罐内的负压状况有利于蒸发余留液体，同时真空有助于除去水蒸汽。废料罐内的vP通过真空-保持程序(vacuum-and-hold procedure)根据经验确定。如果必要，重复真空-保持程序，直到在预定测试持续时间(30分钟)内压力升高被限制于3托内。一旦真空干燥通过验收测试，则用惰性气体回填废料罐并将该废料罐密封。然后将转移屏蔽罐(其内具有废料罐)运送到存储屏蔽罐上方的位置，并将已装载SNF的废料罐转移到存储屏蔽罐内以便长期存储。
满足NRC的3托或更低的vP要求的当前方法是耗费时间的、人工密集的并易于因管线和阀泄漏而出差错。每当必须亲身接近废料罐以便进行真空监测和干燥度测试时，总是存在使工作人员暴露于高辐射下的风险。此外，在废料罐内产生负压状况需要昂贵的真空设备并能够引起复杂的设备问题。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种用于干燥装载有HLW的废料罐的方法和系统。
本发明的另一目的是提供一种在无需实际接触废料罐所含物质的情况下就能干燥装载有HLW的废料罐从而确保废料罐内达到能够接受的干燥度的方法和系统。
本发明的再一目的是提供一种在无需使废料罐内部经受负压条件的情况下就能干燥装载有HLW的废料罐的方法和系统。
本发明的又一目的是提供一种在无需使用昂贵的真空设备的情况下就能干燥装载有HLW的废料罐的方法和系统。
本发明的进一步的目的是提供一种准备用于干燥存储的装载有SNF的废料罐的方法和系统，其易于实施并且/或者节省时间。
本发明的再进一步的目的是提供一种以更节省成本的方式准备用于干燥存储的装载有HLW的废料罐的方法和系统。
这些目的以及其他目的由本发明来实现，一方面，本发明是一种干燥装载有“HLW”的腔室的方法，该方法包括：a)使不活泼气体流动通过所述腔室；b)反复测量从所述腔室排出的不活泼气体的露点温度；c)当测量出从所述腔室排出的不活泼气体的露点温度在等于或低于预定露点温度的状态下持续预定时间后，中断所述不活泼气体的流动并且密封所述腔室。
通过确保从腔室排出的不活泼气体在等于或低于预定露点温度的状态下持续预定时间，从而得以确保所述腔室足够干燥(即腔室内的不活泼气体的vP低于预期水平，而无需实际测量其内的vP)。
在某些实施方式中，选定预定露点温度，从而在腔室内获得诸如3托或更低的预期蒸汽压力。
不活泼气体通过腔室的流量决定特定干燥度(即预定露点温度)的预定时间。用于任意大小腔室容积的废料罐的预定露点温度和预定时间能够通过试验或模拟来确定。
在某些实施方式中，该创造性方法可进一步包括以下步骤：d)在测得露点温度之后，干燥从所述腔室排出的不活泼气体；以及e)使经过干燥的不活泼气体重新循环通过所述腔室。能够通过使不活泼气体接触干燥剂或冷却不活泼气体来执行该干燥步骤。
在某些实施方式中，不活泼气体将以预定流量循环通过所述腔室。能够选定该预定流量，从而使得在预定时间段内腔室的容积被流过25至50次。
在某些实施方式中，所述预定露点温度能够介于大约20至26°F的范围内，并且所述预定时间介于大约25至35分钟的范围内。在一种实施方式中，优选的是，所述预定露点温度是大约22.9°F，并且所述预定时间是大约30分钟。
合适的不活泼气体包括但不限于氮气、二氧化碳、轻质烃气、或者选自由氦气、氩气、氖气、氡气、氪气、氙气组成的集合的稀有气体。
另一方面，本发明能够是一种用于干燥装载有“HLW”的腔室的系统，包括：形成所述腔室的废料罐，所述腔室具有入口和出口；不活泼气体源；用于使所述不活泼气体从不活泼气体源流动通过腔室的装置；以及用于反复测量从所述腔室排出的不活泼气体的露点温度的装置。露点温度测量装置能够是任何类型的直接水汽感测装置，例如湿度计，或者其他装置，例如气相色谱分析仪、质谱仪等。
在某些实施方式中，该系统能够进一步包括用于干燥不活泼气体的装置。合适的干燥方法包括使用冷却器、冷冻器和/或冷凝器，或者使用干燥剂。在此种实施方式中，干燥装置将位于露点温度测量装置的下游。该系统的包括干燥装置的实施方式还能够包括用于使所述不活泼气体从干燥装置重新循环回不活泼气体源的装置。这能够通过采用再循环管线来实现。
在某些实施方式中，该系统能够是自动化的，并将进一步包括控制器，所述控制器以可操作方式耦联到露点温度测量装置。在此种实施方式中，露点温度测量装置优选地适于产生指示所测得的不活泼气体的露点温度的信号并将所述信号传输到控制器。所述控制器适于分析所述信号，并且在判定出所述信号表明所测得的露点温度在等于或低于预定露点温度的状态下持续预定时间时，所述控制器进一步适于(i)使所述不活泼气体通过腔室的流动停止；并且/或者(2)起动用于指示所述腔室已干燥完毕的装置。
在一种实施方式中，该系统进一步包括乏核燃料屏蔽罐。在此种实施方式中，废料罐将定位于所述屏蔽罐内并在所述屏蔽罐内被干燥。
最后，优选的是，该腔室具有顶部和底部，并且入口位于腔室的底部或底部附近以便将不活泼气体供应到腔室内，用于使潮湿的不活泼气体从腔室排出的出口位于腔室的顶部或顶部附近。
附图说明
图1是能够结合本发明使用的敞开废料罐的实施方式的立体图，所述废料罐以局部剖面图示出并且处于空置状态。
图2是以局部剖面图示出的转移屏蔽罐的立体图，图1的废料罐密封并定位于转移屏蔽罐内。
图3是根据本发明的闭环系统的示意图。
图4是根据本发明并采用图3的系统干燥装载有SNF的废料罐的方法的第一实施方式的流程图。
图5是根据本发明实施方式绘出氦气的露点温度和蒸汽压力之间对应关系的图表，该图表能够用于确定目标露点温度。
图6是根据本发明实施方式绘出在受到氦气流作用时废料罐内的露点温度和时间之间对应关系的图表。
具体实施方式
图1示出适于与本发明一起使用的废料罐20。本发明不限于特定废料罐的几何形状、结构或尺寸，并且能够应用于任何类型的用于运输、存储或保存放射性物质的封闭容器。尽管将从用于干燥乏核燃料(“SNF”)的废料罐方面来描述本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员能够理解的是，本文所述的系统和方法能够根据需要用于干燥其它形式的以及位于各种不同的容置结构中的放射性废物。
废料罐20包括底板22和形成腔室21的圆筒形壁24。如本文所用的，废料罐20的离底板22最近的端部25将称作废料罐20的底部，而废料罐20的离底板22最远的端部26将称作废料罐20的顶部。腔室21具有定位于其内的蜂窝状栅格23。蜂窝状栅格23包括多个适于容纳乏核燃料(“SNF”)棒的矩形箱体。本发明不限于具有蜂窝状栅格的形式。
废料罐20进一步包括定位于废料罐20的底部或底部附近的具有开口端部的排水管(未图示)，该排水管提供从废料罐20的外侧至腔室21内部的可密封通道。如果需要，排水口能够定位在底板22中或废料罐壁的底部附近。排水管能够被打开或者通过常规插塞、排水阀或焊接程序密封。
如图1所示，废料罐20是空的(即腔室21中没有置于蜂窝状栅格23内的SNF棒)，并且废料罐20的顶部26是敞开的。在利用废料罐20运输和存储SNF棒时，将废料罐20置于转移屏蔽罐10内(图2)，同时废料罐20敞开并且是空的。然后，将保持敞开废料罐20的敞开的转移屏蔽罐10浸没于乏燃料存储池内，从而导致腔室21的容积内充满水。然后，将从核反应堆移出的SNF棒在水下从乏燃料存储池移动并置于废料罐20的腔室21内。优选地，单捆SNF棒被置于蜂窝状栅格23的每个矩形箱体中。一旦腔室21装载满SNF棒，废料罐盖27(图2)便被定位于废料罐20的顶部。废料罐盖27具有多个可密封盖孔28，打开时可密封盖孔28形成从废料罐20的外侧到腔室21内的通道。然后，通过起重机将转移屏蔽罐10(其内容置有已装载的废料罐20)从乏燃料存储池提起并竖直地置于集结区域(如图2所示)内，从而使废料罐20能够被适当地准备以便干燥存储。这种干燥存储准备包括干燥废料罐20的内部并将盖27密封到废料罐20。
现在专门参阅图2，当位于集结区域内时，废料罐20(容置有SNF棒和池水)位于转移屏蔽罐10内。废料罐20和转移屏蔽罐10都位于竖直位置。一旦位于集结区域内，附接到废料罐盖27并且具有位于废料罐20的底部25处或其附近的底部开口的排水管(未图示)便用来通过吹送气体(通常是氦气或氮气)排出存于腔室21内的大量水。尽管从腔室21排出大量水，但残留的水汽保留在腔室21内和SNF棒上。然而，在废料罐20能够被永久性密封并运送到存储屏蔽罐以便长期干燥存储或运输之前，必须确保腔室21和容置在其中的SNF棒足够干燥。因为容器内的低蒸汽压力(“vP”)表示存在低水平的水汽，所以美国Nuclear Regulatory Commission(“NRC”)要求容置有HLW的屏蔽罐的腔室21内满足3托或更低的蒸汽压力(“vP”)要求。
图3是闭环干燥系统300的实施方式的示意图，闭环干燥系统300能够在无需以侵入方式测量腔室21内的干燥后的vP的情况下将腔室21干燥到合格的NRC水平。一旦保持废料罐20的转移屏蔽罐10定位于集结区域内并且从腔室21排出大量水时，干燥系统300便连接到废料罐20的入口28和出口29从而形成闭环系统。更具体地，供气管线325以流体方式连接到废料罐20的入口28，同时排气管线326以流体方式连接到废料罐20的出口29。废料罐的入口28和出口29仅仅是废料罐20上的孔。如果需要，合适的端口连接装置、密封件、和/或阀能够结合到入口28和出口29内。
干燥系统300包括：不活泼气体贮存器310；供给泵320；流量阀321；露点温度湿度计330；冷却器340；再循环泵360以及控制系统350，控制系统350包括适当编程的微处理器351、计算机存储介质352、计时器353以及报警器370。尽管干燥系统300的所示实施方式借助控制系统350自动操作，但是本发明的方法和系统都不限于此。如果需要，在某些情况下，控制系统350所执行的功能能够人工地执行和/或省略。
氦气贮存器320、废料罐20以及冷却器340以流体方式连接，从而使得诸如氦气之类的不活泼气体能够流动通过闭环干燥系统300，而不会泄漏到外部环境。更具体地，供气管线325将氦气贮存器310以流体方式连接到废料罐20，排气管线326将废料罐20以流体方式连接到冷却器340，并且再循环管线345将冷却器340以流体方式连接到氦气贮存器310，因此形成闭环气体循环路径。所有的气体管线325、326和345都能够由合适的管道或管材形成。管材和管道都能够由挠性或非挠性导管制成。所述导管能够由诸如金属、合金、塑料、橡胶之类的任何合适材料形成。所有密封连接都能够通过使用螺纹连接器、密封件、环形夹和/或垫圈来形成。
氦气贮存器310用于存储氦气。尽管氦气是用于本发明中的优选不活泼气体，但是任何不活泼气体均可结合系统300及其操作一起使用。例如，其它合适的不活泼气体包括但不限于氮气、二氧化碳、诸如甲烷之类的轻质烃气、或者任何惰性气体(inert gas)，所述惰性气体包括但不限于稀有气体(氦、氩、氖、氡、氪以及氙)。
供给泵320以可操作方式耦联到供气管线325。当起动时，供给泵320从氦气贮存器310抽吸氦气，并经由供气管线325迫压氦气进入废料罐20的腔室21。氦气继续流动通过废料罐20并经由排气管线326进入冷却器340。再循环泵360以可操作方式耦联到再循环管线345。当起动时，再循环泵360从冷却器340抽吸已经去过水分的氦气并迫压干燥的氦气回流到氦气贮存器310内以便进一步循环通过废料罐20。尽管图示是将两个泵320、360结合到干燥系统300中，但本发明并不限于此，并且能够使用任何数量的泵。考虑到诸如流量要求、系统内的压降、系统的尺寸和/或系统中组件的数量，泵的确切数量将视具体设计而定。氦气流动通过系统300的方向由流体线路上的箭头标示。
流量阀321以可操作方式耦联到位于供给泵320下游的供气管线。阀321用于控制流入/过废料罐20的腔室21以及整个干燥系统300中的氦气流量。阀321能够是可调节流量的阀。在本发明的其它实施方式中，通过干燥系统300的氦气流量能够可替代地通过在系统中结合质量流量控制器进行控制。和泵一样，任何数量的阀能够根据需要结合到整个系统300中。此外，本发明不限于阀或泵沿闭环流动回路的任何特定位置设置。
露点温度湿度计330以可操作方式耦联到排气管线326，从而使得能够对从废料罐20的腔室排出的氦气的露点温度进行测量。用于露点温度测量的合适装置包括诸如湿度计之类的水汽直接感测装置以及诸如气相色谱分析仪、质谱分析仪之类的其它装置。在某些实施方式中，湿度计330优选地包括数字信号。露点温度湿度计330反复测量从腔室21排出的氦气的露点温度。关于反复测量的取样率没有要求。例如，露点温度湿度计330能够每秒多次或每几分钟仅一次地测量氦气的露点温度。在某些实施方式中，反复测量之间的时间间隔非常小，以至于实际测量看似基本上是连续的。考虑到诸如系统的功能要求以及氦气的流量之类的因素，时间间隔将视具体设计而定。
冷却器340的入口342耦联到排气管线326，同时出口343以流体方式耦联到再循环管线345。设置冷却器340用于使从废料罐20的腔室21排出的湿氦气充分地脱水，从而使得所述氦气能够重新循环回氦气贮存器320内以便进一步用于干燥腔室21。通过对从废料罐20的腔室21排出的湿氦气进行充分地冷却，氦气中的水蒸汽将在冷却器340内从所述氦气冷凝出来，并且经由排放装置341以液体形式排出。湿氦气将被冷却到何种温度取决于所需的干燥度。所需的干燥度越大，温度越低。在本发明的一种实施方式中，可能需要将湿氦气冷却到25°F或更低。一旦在冷却器340内脱水，干燥氦气将重新循环回贮存器310内以便进一步使用。
尽管在干燥系统300的所示实施方式中利用冷却器340对湿氦气进行脱水，但是如果需要的话，也能够采用其它脱水装置及方法来代替冷却器340或者同时采用冷却器340和其它脱水装置及方法。例如，可使用冷凝器或冷冻器。在另一实施方式中，湿氦气可暴露于诸如硅胶之类的合适的干燥剂，所述干燥剂将吸收湿氦气流中的水蒸汽。根据需要，所述干燥剂能够通过加热、UV照射或其它传统干燥方法进行干燥，然后再重新使用。
在本发明的不重新循环氦气的实施方式中，将不需要对湿氦气进行脱水。同样，冷却器340或其它干燥模块便可以省略。
干燥系统300进一步包括自动化系统350。自动化系统350包括CPU351、计算机存储介质352、计时器353以及报警器370。CPU 351是基于合适微处理器的可编程逻辑控制器、个人计算机等。计算机存储介质352能够是硬盘驱动器，硬盘驱动器包括足量存储空间以便存储所有必需的计算机编码、算法、以及为操作和运行干燥系统300所必需的数据，例如预定时间、预定露点温度、预期冷却温度、流量等。计时器353是标准的数字化或内部计算机计时机构。报警器370能够是警笛、信号灯、LED、显示器模块、扬声器或其它能够产生音频和/或视频激励的装置。尽管对报警器370进行了图示和描述，但是通知操作者干燥系统300已完成干燥过程的任何仪器、设备或装置均能够使用。例如，计算机显示屏能够通过文本或图像简单地指示废料罐已干燥完毕。
CPU 351包括各种输入/输出端口，这些输入/输出端口用于提供到干燥系统300的需要被控制和/或与其通讯的各种组件320、321、330、340、360、370、352、353的连接。CPU 351以可操作方式借助电线、光纤线、同轴电缆或其它数据传输线耦联到这些组件。这些连接在图3中以虚线标示。CPU 351能够与干燥系统300的各种组件中任何一个或全部进行通讯，CPU 351以可操作方式与所述组件连接以便控制干燥系统300，例如：(1)起动或停用泵320、360；(2)打开、关闭和/或调节流量阀321；(3)起动或停用冷却器340；以及(3)起动或停用报警器370。
CPU 351(和/或存储器352)也以合适的算法被编程以便接收来自露点湿度计330的数据信号、分析所接收的数据信号、将所接收的数据信号代表的值与所存储的值和范围进行比较、以及记录所接收的数据信号代表的值保持在等于所存储的值或低于所存储的值的状态下的时间。所用CPU的类型取决于CPU结合于其中的系统的确切需要。
参见图4，图中示出根据本发明实施方式的干燥装载有SNF的腔室的方法的实施方式的流程图。为了易于描述和理解，将联系图3的干燥系统300描述该方法。但是，该方法不限于任何特定结构或系统，并且能够由其它系统和/或装置实施。
在步骤400中，容置有已装载SNF的废料罐20的屏蔽罐10在从冷却池/水池移出之后定位于集结区域内。如上所述，此时废料罐20的腔室21中填充有池水。大量水借助适当定位的排水装置从废料罐20的腔室21排出，因此完成步骤400。
尽管从废料罐20的腔室21排出大量水，但是腔室21的内部和SNF仍旧充满水汽并需要进一步脱水以便长期存储。为了进一步干燥腔室21和SNF，采用干燥系统300。在干燥操作过程中，废料罐20保留于屏蔽罐10中。在步骤410中，供气管线325以流体方式耦联到废料罐20的入口28，同时排气管线326以流体方式耦联到废料罐20的出口29。因而，形成闭环流体回路，其中废料罐20的腔室21形成该流体回路的一部分。
一旦干燥系统300适当地联接到废料罐20，判定块420的答案便是“是”并且操作者起动干燥系统300。干燥系统300能够通过扳动设备上的开关而人工起动或者由CPU 351以自动方式起动。当以自动方式起动时，操作者将通过向以可操作方式耦联到CPU 351的诸如键盘、计算机、开关、按钮之类的用户输入装置(未图示)输入系统起动指令而起动干燥系统300。当收到来自用户输入装置的相关的系统起动信号时，CPU 351便将合适的起动信号发送给泵320和360、冷却器340、湿度计330以及流量阀321。
起动供给泵320和再循环泵360导致氦气从氦气贮存器310抽出并流动通过闭环流体回路(该流体回路包括供气管线325、废料罐20、排气管线326、冷却器340以及再循环管线345)。通过干燥系统300的氦气流量由流量阀321控制，流量阀321优选地是可调阀。在本发明的一种实施方式中，CPU 351打开流量阀，从而使氦气以大约400磅/小时(400lb/hr)的流量流动通过废料罐20。但是，本发明不限于此，也能够采用其它流量。考虑到诸如废料罐腔室的开启容积、废料罐腔室内的目标干燥度、废料罐腔室内的最初水汽含量、保留在贮存器内的氦气的水汽含量、预期的废料罐每小时被流过的次数等，用于任何特定干燥操作中的确切流量视具体设计而定。
冷却器340也由CPU 351起动，从而使从废料罐20排出的湿氦气能够在重新循环回氦气贮存器310之前被脱水。在一种实施方式中，CPU351起动冷却器340，从而使氦气被冷却到25°F或更低的温度。但是，冷却器340能够用于将氦气冷却到使氦气适当脱水的任何预期温度。如上所述，在本发明的某些实施方式中，诸如采用干燥剂的其它脱水装置能够代替冷却器340用来干燥湿氦气。
当被起动时，供给泵320从氦气贮存器310抽吸干燥的氦气并使干燥的氦气经由入口28流入废料罐20的潮湿的腔室21内。当进入腔室21时，干燥的氦气从SNF和腔室21的内表面吸收呈水蒸汽形式的水。然后，充满水汽的氦气经由出口29排出腔室21。当湿氦气从腔室21排出时，湿度计330反复测量其露点温度。当湿度计330测得湿氦气的露点温度时，它生成指示所测得露点温度值的数据信号，并经由电连接装置将这些数据信号传输到CPU 351，因此完成步骤440。
当收到指示所测得露点温度值的数据信号时，CPU 351将该测得值与存储在存储介质352内的预定露点温度值进行比较。因此，完成步骤450。选定预定露点温度，以便表明腔室21的内部和SNF足够干燥因而适于长期存储。在一种实施方式中，所选定的预定露点温度对应于腔室21内指示合格干燥度的蒸汽压力，例如3托或更低。在此种实施方式中，能够通过经验或模拟对应关系选定预定露点温度。
现在参见图5，下面将描述怎样选择预定露点温度的示例性实施方式。从图5所示曲线中能够看出，诸如氦气之类的气体的水蒸汽压力与露点温度相关。因此，一旦已知目标蒸汽压力，则能够通过该曲线确定预定露点温度。例如，如果目标蒸汽压力是3托，这就对应大约22.9°F的露点温度。该位置由曲线上的点A标示。目标蒸汽压力能够由政府或其它管理组织规定并且能够做大的改变。在某些实施方式中，优选的是，预定露点温度介于大约20-26°F范围内，最优选为大约22.9°F。但是，本发明不限于任何特定露点值。考虑到诸如政府规定、安全因素要求、所存储的HLW类型、存储期间等因素，对应于腔室21内的足够干燥的状态的湿氦气的确切露点温度将视具体情况而定。
返回参见图4，在CPU 351将所测得露点温度与预定露点温度比较之后，CPU 351判定所测得露点温度是否低于或等于预定露点温度，因此执行判定块460。对于CPU 351所接收的每个信号均执行这种比较。
如果判定从废料罐排出的湿氦气的露点温度高于预定露点温度，则判定块460处的答案是“否”，并且CPU 351将继续运行至判定块490。在判定块490处，CPU 351判定计时器353是否已被起动(该操作在步骤470中执行)。如果计时器353被起动，则判定块490处的答案是“是”，并且CPU 351停用计时器353并回到步骤440。如果计时器353未被起动，则判定块490处的答案是“否”，并且CPU 351直接回到步骤440。另一途径是，如果判定从废料罐排出的湿氦气的露点温度高于预定露点温度，则干燥系统300继续使干燥的氦气循环进入并通过废料罐20的腔室21。
但是，如果判定从废料罐排出的湿氦气的露点温度等于或低于预定露点温度，则判定块460处的答案是“是”，并且CPU 351将继续步骤470。在步骤470中，CPU 351起动/启动计时器353。计时器470被编程为运行预定时间。以下将对预定时间的选择和目的进行更详细地讨论。
一旦在步骤470起动计时器，CPU 351便继续运行至判定块480以便判定计时器353是否停止(即，是否已经过预定时间)。如果判定块480处的答案是“否”，则CPU 351回到步骤440，并且干燥系统300继续使氦气循环通过废料罐20的腔室21并且重复步骤440-470的操作直到经过预定时间为止。换句话说，干燥过程持续进行，直到所测得的从废料罐排出的湿氦气的露点温度降至预定露点温度以下(或等于预定露点温度)并且在此状态下保持预定时间(没有随后升至预定露点温度以上)。
通过要求所测得的从废料罐排出的湿氦气的露点温度不仅达到预定露点温度，而且在预定露点温度下或在低于预定露点温度的温度下保持预定时间，确保腔室21和其内的SNF被充分地干燥到合格的安全因数内。现在将参照图6对此以及用于选择预定时间的方式进行描述。
参见图6，图中示出随着时间的过去使氦气持续流动通过废料罐20对露点温度的影响。假定干燥氦气流量为400磅/小时、压力为50磅/平方英寸、干燥氦气内的水分含量为1毫米汞柱、废料罐的氦气容纳量为10磅，以及废料罐的初始水分含量为100毫米汞柱，在上述假定条件下模拟出曲线图中的数据。从曲线图中能够看出，在时间(“t”)＝0.1小时(即6分钟)时，能够估计出腔室21内的露点温度为大约22.9°F(从图5中可知，其对应于大约3托的蒸汽压力)，其在曲线图上标示为点B。当氦气随时间的变化持续流过腔室1时，露点温度将继续下降，直至达到平衡蒸汽压力为止，该时间点在所绘出的示例中为大约t＝0.36小时(即约22分钟)，在曲线图上标示为点C。如果需要，氦气能够进一步继续流动通过腔室，但不会导致腔室21内的露点温度进一步显著地下降。
取点B和点C作为参照点，该示例的预定时间为大约16分钟(即，从6分钟到22分钟)。但是，如果需要，对该示例来说预定时间可小于或大于16分钟。考虑到敞开废料罐的容积、流量、腔室内的预期干燥度、预期或规定的安全因数等，任何情形下的确切预定时间将视具体设计而定。在本发明的某些实施方式中，预定时间将优选地介于20至40分钟的范围内，更优选地介于25至35分钟的范围内，并且最优选为大约30分钟。
返回参见图4，一旦预定时间终止、并且所测得的露点温度在预定露点温度下或在低于预定露点温度的温度下维持了整个预定时间，则CPU 351再次到达判定块480。但是，该答案现在为“是”，并且CPU 351继续至步骤510。在步骤510处，CPU 351生成停机信号，该停机信号传输到泵320、360。当接收到停机信号时，泵320、360被停用，并且通过干燥系统的氦气停止流动。可替代地，CPU 351能够通过关闭阀321来终止氦气流动。
一旦泵320、360被停用，CPU 351便生成起动信号并将该起动信号传输给报警器370，因此完成步骤520。当接收到起动信号时，起动报警器370。根据用作报警器370的装置的类型，报警器370对起动信号做出的响应能够非常不同。但是，优选的是，报警器370的响应是通知操作者废料罐20已经干燥完毕的某种类型的声频和/或视频激励。例如，报警器370的起动能够产生声音、在计算机屏上显示视频图像、使LED或其它光源发光等。
当报警器370通知废料罐20的腔室21和SNF足够干燥时，操作者将干燥系统与废料罐20断开并且密封废料罐20以便存储，因此完成步骤530。
前述讨论仅公开并描述了本发明的示例性实施方式。如本领域技术人员能够理解的，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可具有其它具体形式的实施方式。
具体而言，在某些实施方式中，本发明的干燥方法能够以人工方式实施。在此种实施方式中，泵和其它所有设备将以人工方式起动/控制。湿度计的读数能够由操作者通过视觉观察得到，并且计时顺序操作能够以人工方式执行。

Claims (22)

1.一种干燥装载有高放废物的腔室的方法，包括：
a)使不活泼气体流动通过所述腔室；
b)反复测量从所述腔室排出的不活泼气体的露点温度；
c)当测量出从所述腔室排出的不活泼气体的露点温度在等于或低于预定露点温度的状态下持续预定时间时，中断所述不活泼气体的流动并且密封所述腔室。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括使所述不活泼气体以预定流量流动通过所述腔室。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述腔室具有一定容积，并且选定所述预定流量从而使所述腔室的容积每小时内被流过25至50次。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定露点温度被选择成对应于所述腔室内的预期蒸汽压力。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定露点温度介于大约20至26°F的范围内，并且所述预定时间介于大约25至35分钟的范围内。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述预定露点温度是大约22.9°F，并且所述预定时间是大约30分钟。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
d)在测得所述露点温度之后，干燥从所述腔室排出的不活泼气体；以及
e)使所述经过干燥的不活泼气体重新循环通过所述腔室。
8.如权利要求7所述的方法，其中，步骤d)包括用干燥剂干燥所述不活泼气体。
9.如权利要求7所述的方法，其中，步骤d)包括通过冷却所述不活泼气体来干燥所述不活泼气体。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述不活泼气体是氮气、二氧化碳、轻质烃气、或者选自由氦气、氩气、氖气、氡气、氪气以及氙气组成的集合的稀有气体。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定露点温度被选择成对应于所述腔室内的3托或更低的蒸汽压力。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
d)在测得所述露点温度之后，干燥从所述腔室排出的不活泼气体；
e)使所述经过干燥的不活泼气体重新循环通过所述腔室；
其中，所述预定露点温度被选择成对应于所述腔室内的3托或更低的蒸汽压力；
并且步骤a)包括使所述不活泼气体以预定流量流动通过所述腔室，从而导致所述腔室的容积每小时内被流过25至50次；
并且所述不活泼气体是氦气；
并且所述腔室由废料罐形成并装载有乏核燃料，所述废料罐定位于屏蔽罐内。
13.一种用于干燥装载有高放废物的腔室的系统，包括：
形成所述腔室的废料罐，所述腔室具有入口和出口；
不活泼气体源；
用于使所述不活泼气体从所述不活泼气体源流动通过所述腔室的装置；以及
用于反复测量从所述腔室排出的不活泼气体的露点温度的装置。
14.如权利要求13所述的系统，进一步包括用于干燥所述不活泼气体的装置，所述干燥装置位于所述露点温度测量装置的下游。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述干燥装置包括冷却器。
16.如权利要求14所述的系统，其中，所述干燥装置包括干燥剂。
17.如权利要求14所述的系统，进一步包括用于使所述不活泼气体从所述干燥装置重新循环回所述不活泼气体源内的装置。
18.如权利要求13所述的系统，进一步包括：
控制器，所述控制器以可操作方式耦联到所述露点温度测量装置；
其中，所述露点温度测量装置适于生成指示测得的所述不活泼气体的露点温度的信号并将所述信号传输到所述控制器；并且
所述控制器适于分析所述信号，并且在判定出所述信号表明所述测得的露点温度在等于或低于预定露点温度的状态下持续了预定时间时，所述控制器进一步适于(i)使所述不活泼气体通过所述腔室的流动停止；并且/或者(2)起动用于指示所述腔室已干燥完毕的装置。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述预定露点温度介于大约20至26°F的范围内，所述预定时间介于大约25至35分钟的范围内，并且所述流动装置使所述不活泼气体以预定流量流动通过所述腔室，从而导致所述腔室的容积在所述预定时间内被流过25至50次。
20.如权利要求13所述的系统，其中，所述露点温度测量装置包括湿度计。
21.如权利要求13所述的系统，进一步包括屏蔽罐，所述废料罐定位于所述屏蔽罐内。
22.如权利要求13所述的系统，进一步包括：
屏蔽罐，所述废料罐定位于所述屏蔽罐内；
用于干燥所述不活泼气体的装置，所述干燥装置位于所述露点温度测量装置的下游；
用于使所述不活泼气体从所述干燥装置重新循环回所述不活泼气体源内因而形成闭环系统的装置；
控制器，所述控制器以可操作方式耦联到所述露点温度测量装置；
其中，所述露点温度测量装置适于生成指示测得的所述不活泼气体的露点温度的信号并将所述信号传输到所述控制器；并且
所述控制器适于分析所述信号，并且在判定出所述信号与所述测得的露点温度在等于或低于预定露点温度的状态下持续了预定时间相对应时，所述控制器进一步适于(i)使所述不活泼气体通过所述腔室的流动停止；并且/或者(2)起动用于指示所述腔室已干燥完毕的装置；
并且所述预定露点温度介于大约20至26°F的范围内，所述预定时间介于大约25至35分钟的范围内，并且所述流动装置使所述不活泼气体以预定流量流动通过所述腔室，从而导致所述腔室的容积每小时内被流过25至50次；
并且所述露点温度测量装置包括湿度计。
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