CN102855951A

CN102855951A - 球床高温堆的新燃料装料暂存装置

Info

Publication number: CN102855951A
Application number: CN2012103663553A
Authority: CN
Inventors: 张海泉; 李红克; 张作义; 王鑫; 聂君锋; 刘继国; 董玉杰
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: CHINERGY Co.,Ltd.
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: CN102855951B

Abstract

本发明涉及一种球床高温堆的新燃料装料暂存装置，所述新燃料装料暂存装置由上至下依次设有上封头组件、筒体组件和底面法兰组件，所述筒体组件内设有料仓组件，在所述底隔板下设有输送单一器，该输送单一器底部与所述底面法兰组件穿装。本发明采用料仓组件的设计，可以暂存双堆芯每天产生的约800个新燃料，使得新燃料装料过程中气氛切换次数由原来的4次减少到1次，保证了燃料装卸系统中卸料过程的可靠性，确保了核反应堆的可利用性。

Description

球床高温堆的新燃料装料暂存装置

技术领域

本发明涉及一种球床高温堆的新燃料装料暂存装置，特别涉及一种用于球床模块式高温气冷堆核电站燃料装卸系统的新燃料装料缓冲暂存装置。

背景技术

球床高温气冷堆采用球形元件多次通过堆芯的方式实现不停堆连续运行，每天从堆芯卸出一定数量的乏燃料后必须向堆内补充相同数量的新燃料，以保证稳定的反应堆功率。新燃料装料过程中，需要经历从常压空气到中压氦气的气氛切换流程，一方面保证燃料装卸系统的氦气纯洁性，另一方面避免带放射性粉尘的污染氦气进入新燃料装料间，危及装料操作人员安全。在HTR-10高温气冷实验堆（10兆瓦）上，每天需要向堆内补充约25个新燃料，利用3个各大于1.5m长的缓冲管段，配合管路系统中的设备，以满足暂存和气氛切换的功能要求。

在HTR-PM（球床模块式高温气冷堆核电站）高温气冷堆示范工程中，双堆每天从堆芯卸出约800个乏燃料球，相应地需要向双堆芯补充约800个新燃料。中国发明专利200710117805.4申请公开了一种高温气冷堆在线换料系统，采用了与HTR-10相同的新燃料装料流程，该模式下新燃料装料流程简要描述如下：

新燃料装料管段由3节缓冲管段组成，从上游至下游的缓冲管段1-3分别称为装料入口管段、装料缓冲管段和装料暂存管段，各可容纳约200个新燃料元件。HTR-PM平均每天装入双堆芯的800个新燃料元件分4批各约200个，经过新燃料装料气氛切换后，由装料暂存管段向堆芯输送。主循环管路中为7.0MPa的氦气，供应新燃料的管段中则为常压空气。在装料操作时，通过对两道隔离阀开启和关闭以及对抽真空系统、充入纯净氦气系统中部件开启和关闭的逻辑控制实现新燃料装料气氛切换。同时管段上两道隔离阀电气上联锁，实现系统与大气气氛隔离和气氛切换，防止放射性气体外逸。新燃料装料的气氛切换流程由放气→进球→抽真空→充气→排球→放气→充气等顺序执行的过程组成。为确保HTR-PM新燃料装料的安全性和可靠性，如果按照上述3个缓冲管段运行模式，采取方螺旋空间布局，至少需要总长超过40米的装料暂存管段，从而引发以下三个方面的技术难点：

一是占用空间大，方螺旋管路系统布局在一个近11m高的钢结构支架上，占地面积超过25m²；二是管路安装技术要求高，方螺旋管路中有十多台设备和数十个弯头管件，并有严格的错边量、椭圆度和管段倾角要求，组对、施焊和焊缝检测难度大；三是管路阀门动作频率高，在全寿期内气氛切换球路隔离阀运行次数超过6万次，而相关的气路阀门动作次数更是超过12万次，如此高的动作频率，对于阀门的密封和电动装置都是及其严酷的考验，如果按常规核电阀门的填料、波纹管和电动装置的寿命（通常在2,000～5,000次）考虑，则几乎每年都必须进行一次系统停运甚至停堆检修，针对30多个相关阀门的进行维修和密封件更换，不仅在放射性舱室环境中进行维护和检修工作是很不现实的，而且球床高温堆不停堆连续运行的优点也难以充分利用；另一方面，如果必须满足核电站3～5设备维修的运行可靠性要求，则必须提高球路阀门和气路相关阀门的的填料、波纹管和电动装置的寿命达到6,000～12,000次以上，以目前的阀门结构和零配件的技术水平而言，如此长的寿命要求几乎是不可能实现的。

为解决上述问题，本发明急需提供一种新的球床高温堆的新燃料装料暂存装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种球床高温堆的新燃料装料暂存装置，该暂存装置内设有料仓组件和输送单一器，可实现在不增加阀门特殊技术要求的前提下，优化暂存装置的结构，简化工作过程。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种球床高温堆的新燃料装料暂存装置，所述新燃料装料暂存装置由上至下依次设有上封头组件、筒体组件和底面法兰组件，所述筒体组件底部设有内支座，在所述筒体组件内设有料仓组件，所述料仓组件上、下两端分别设有顶隔板和底隔板，所述料仓组件上端通过顶隔板与所述筒体组件安装，下端通过底隔板与所述内支座安装，在所述底隔板下设有输送单一器，该输送单一器底部与所述底面法兰组件穿装。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用料仓组件的设计，可以暂存双堆芯每天产生的约800个新燃料，使得新燃料装料过程中气氛切换次数由原来的4次减少到1次，因而该装置前后球路上的隔离阀每天仅需动作一次，气路上的相关阀门的动作也由8次减少到2次，从而使核电站全寿期内的新燃料装料球路上隔离阀的总动作次数由60000多次减少到15000多次左右，完全满足常规阀门3～5年维修期的要求，气路阀门也由120000多次减少到30000多次，也可以满足核级阀门3年维修期的要求，在未增加新燃料装料阀门特殊指标的条件下，保证了燃料装卸系统中卸料过程的可靠性，确保了核反应堆的可利用性。

2、本发明采用料仓组件的设计，可使原来复杂的方螺旋空间管路简化为所述料仓组件中环形阵列的存球管管路，减小了暂存装置整体体积，本发明的暂存装置外径约1.3m，从上封头组件到底面法兰组件的总高度约4.5m，总占用空间不到方螺旋缓冲管道结构布局的1/4，本装置的新燃料装料气氛切换管路系统、装置内整体布局和各部件及管路支承都得以大幅度简化，从而节省了安装空间，可以大大缩短现场安装工作时间，并且显著降低了现场安装、检验和设备维修的技术难度，进一步增加了系统可靠性。

3、本发明采用输送单一器的设计，本发明的暂存装置仅有输送单一器一套能动部件，整体结构紧凑、简单，制造难度小。新燃料球的存球管在料仓组件中有规则地倾斜布置，新燃料球的重力由倾斜管分担，减小了取料盘承受的燃料球重力负载，相对于现有的乏燃料暂存装置的料筒转子组件，取料盘的自重和转动惯量小得多，其寿命和可靠性进一步增强。此外，综合考虑系统结构和布局简化，新燃料装料子流程的造价也由较大幅度的下降。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；（B-B剖视图）

图2为本发明的结构示意图；（A-A剖视图）

图3为本发明中所述底隔板的结构示意图。

图中标号，1为上封头组件；2为筒体组件；3为料仓组件；4为输送单一器；5为底面法兰组件；6为第一带颈法兰；7为导流板；8为顶隔板；9为内封头；10为外封头；11为进球管；12为阻流块；13为第一密封件；14为第一组紧固件；15为第二带颈法兰；16为筒节；17为第一气流管；18为底隔板；19为取料口；20为支承盘；21为内支座；22为第三带颈法兰；23为第二组紧固件；24为第二密封件；25为第一出球接管；26为出球通孔；27为第二出球接管；28为第三密封件；29为第三组紧固件；30为驱动部件；31为转轴；32为取料盘；33为轴承座；34为支承盘气流孔；35为减重槽；36为取料盘气流孔；37为底隔板气流孔；38为停球孔；39为新燃料球；40为第二承插口；41为外部支座；42为存球管；43为测压管，44为通气槽；45为第一承插口；46为进料口；47为轴承；48为第二气流管；49为盲板位。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例的一种球床高温堆的新燃料装料暂存装置，所述新燃料装料暂存装置由上至下依次设有上封头组件1、筒体组件2和底面法兰组件5，所述筒体组件底部设有内支座21，在所述筒体组件内设有料仓组件3，所述料仓组件上、下两端分别设有顶隔板8和底隔板18，所述料仓组件上端通过顶隔板与所述筒体组件安装，下端通过底隔板与所述内支座安装，在所述底隔板下设有输送单一器4，该输送单一器底部与所述底面法兰组件穿装。本实施例中所述上封头组件、筒体组件和底面法兰组件及其相关接管构成承压机械设备的压力边界。

本实施例中所述料仓组件有一个内封头9，该内封头安装在所述顶隔板上，在所述内封头外设有多个导流板7；在所述顶隔板上设有多个进料口46，该进料口沿顶隔板圆周排布并设置在所述各导流板的间隔位置内，在所述底隔板上设有多个沿底隔板圆周排布的停球孔38，所述各进料口分别与各停球孔对应设置；在所述进料口与停球孔之间连接有存球管42；所述多个存球管在所述顶隔板与底隔板之间呈倾斜的圆形阵列布置，本实施例中所述存球管数量为16根，相应的进料口和停球孔也是16个，而与所述进料口间隔设置的导流板为15个；所述存球管上设有通气槽44；在所述底隔板上还设有多个底隔板气流孔37；在所述导流板间设有阻流块12；在所述底隔板上设有盲板位49；所述存球管上端通过第一承插口45与所述进料口连接，所述存球管下端通过第二承插口40与所述停球孔连接。本实施例中所述顶隔板和所述底隔板实际对应有17个间隔，其中16个间隔是存球管安放位，而第17个间隔是不存球的盲位；在所述顶隔板的16个进料口之间设有15个导流板，所述顶隔板的第17个间隔及其两侧由阻流块占据，相应的所述底隔板上的盲板位也占据一个间隔，并且与阻流块位置对应；当来自所述进球管的新燃料球到达内封头顶部正中后，利用其有利的外形随机沿内封头外壁滚动，在所述导流板和阻流块的导向下依次进入各存球管。本实施例中所述存球管在料仓组件内呈倾斜的阵列布置，所述进料口在所述顶隔板上所形成的圆形直径为 800毫米，所述停球孔在底隔板上所形成的圆形直径为500毫米。存球管内的50个新燃料的重量部分依靠倾斜管壁支承，减小了直接作用于取料盘的负荷，有利于改善输送单一器的运行工况。另外，存球管采用倾斜放置后，降低了设备总体高度，有利于管路系统及其他设备的布置和安装。

本实施例中所述导流板和阻流块均设计为具有立面、斜面或圆滑曲面结构的板体或块体，以保证新燃料球不会滞留在顶隔板、内封头和外封头所形成的腔室内，从而确保所有进入该空间内的新燃料均能进入各存球管，即使发生暂时滞留，也可以在输送单一器取料和排球过程中顺利进入各存球管。本实施例中所述的存球管均为规格为DN65或DN62，长为3米的直管，该存球管刚好可以单列容纳50个直径60毫米的新燃料球，16根存球管总共可容纳800个新燃料，当进行燃料装卸系统运行时，在料仓组件装满新燃料球后，每天只需要进行一次气氛切换就可以满足堆芯装料要求；而原来200个新燃料为一批进行一次气氛切，采用本装置后每天只需要进行一次乏燃料气氛切换，从而上下游球路隔离阀和气路系统相关阀门在核电站寿命期内的动作次数减少到原来的25%，大大提高了系统的可靠性。本实施例中所述存球管上设有深度约20毫米的通气槽，一方面可以保证新燃料球限制在存球管内流动，另一方面，可以为气氛切换过程中的充气、放气及抽真空提供气流通孔，保证装料气氛切换操作的顺利进行。

本发明采用料仓组件的设计，可以暂存双堆芯每天产生的约800个新燃料，使得新燃料装料过程中气氛切换次数由原来的4次减少到1次，因而该装置前后球路上的隔离阀每天仅需动作一次，气路上的相关阀门的动作也由8次减少到2次，从而使核电站全寿期内的新燃料装料球路上隔离阀的总动作次数由60000多次减少到15000多次左右，完全满足常规阀门3～5年维修期的要求，气路阀门也由120000多次减少到30000多次，也可以满足核级阀门3年维修期的要求，在未增加新燃料装料阀门特殊指标的条件下，保证了燃料装卸系统中卸料过程的可靠性，确保了核反应堆的可利用性。本发明的采用料仓组件，可使原来复杂的方螺旋空间管路简化为所述料仓组件中环形阵列的存球管管路，减小了暂存装置整体体积，本发明的暂存装置外径约1.3m，从上封头组件到底面法兰组件的总高度约4.5m，总占用空间不到方螺旋缓冲管道结构布局的1/4，本装置的新燃料装料气氛切换管路系统、装置内整体布局和各部件及管路支承都得以大幅度简化，从而节省了安装空间，可以大大缩短现场安装工作时间，并且显著降低了现场安装、检验和设备维修的技术难度，进一步增加了系统可靠性。

本实施例中所述输送单一器包括取料盘32、转轴31和驱动部件30组成；所述取料盘设置在所述支承盘与底隔板之间，所述转轴穿过内支座与所述取料盘中心垂直安装，所述转轴底端穿过所述底面法兰组件并通过所述驱动部件与所述底面法兰组件安装。所述取料盘上设有一个取料口19和多个取料盘气流孔36；所述取料口与所述底隔板上盲板位的位置对应；所述取料盘气流孔与所述底隔板气流孔位置对应。在所述取料盘上设有减重槽35；该减重槽可以减小自重，从而减轻输送单一器的运动负荷。本实施例中所述输送单一器的驱动部件采用专利名称为高温气冷堆氦气空间的密封传动装置及其驱动装置的中国专利（公开号：CN201010103351.7）中公开的密封传动装置及其驱动装置，该装置包括伺服电机、减速机、微型膜片联轴器和磁耦合联轴器结构实现氦气密闭空间的磁力传动，可以避免放射性污染氦气向环境的泄露，并实现对所述取料盘角位移的精确控制，该驱动部件为现有技术，此处不再过多赘述。本发明采用输送单一器的设计，本发明的暂存装置仅有输送单一器一套能动部件，整体结构紧凑、简单，制造难度小。新燃料球的存球管在料仓组件中有规则地倾斜布置，新燃料球的重力由倾斜管分担，减小了取料盘承受的燃料球重力负载，相对于现有的乏燃料暂存装置的料筒转子组件，取料盘的自重和转动惯量小得多，其寿命和可靠性进一步增强。此外，综合考虑系统结构和布局简化，新燃料装料子流程的造价也由较大幅度的下降。

本实施例中所述筒体组件的内支座上设有支承盘20，在该支承盘上设有轴承座33，所述取料盘通过轴承47与所述轴承座安装。在该支承盘上设有多个支承盘气流孔34，该支承盘气流孔与所述取料盘气流孔位置对应。所述筒体组件包括一个筒节16，在该筒节上端设有第二带颈法兰15，在该筒节下端设有第三带颈法兰22。在所述筒节上设有第一气流管17和测压管43。在所述筒节外壁上设有外部支座41。本实施例中所述的第二带颈法兰、筒节和第三带颈法兰通过焊接连为一个整体，用作承压容器的主要承压件。本实施例中所述气流孔，作为气氛切换充气、排气抽真空提供气流通道，减少气体流动阻力。本实施例中所述第一气流管用于气氛切换过程中纯净氦气的充装和污染氦气的排放，所述测压管则用于安装压力仪表，检测承压容器内的压力变化。

本实施例中所述上封头组件有一个外封头10，在该外封头上穿装有进球管11。在该外封头底端设有第一带颈法兰6，所述第一带颈法兰通过第一组紧固件14与所述筒节上端的第二带颈法兰安装。所述进球管与所述外封头中心轴线垂直；用以确保新燃料球39从该新燃料装料暂存装置的顶部正中进入承压容器内。在所述第一带颈法兰与第二带颈法兰之间安装有第一密封件13。

本实施例中所述底面法兰组件有一个平板法兰，在该平板法兰上设有接球通管，该接球通管与所述支承盘穿装，该接球通管的上端口与所述取料口位置对应。在所述平板法兰上垂直设有第二气流管48；该第二气流管主要用于气氛切换抽真空。所述接球通管由上至下依次设有呈同轴等径设置的第一出球接管25、出球通孔26和第二出球接管27；当所述取料盘从所述料仓组件取到一个新燃料球并旋转至第一出球接管正上方工位时，新燃料球经由第一出球接管、出球通孔（26）和第二出球接管排出本发明的新燃料装料暂存装置，在配套氦气气力提升子系统（为已有技术，图中未显示）作用下向球床高温堆的堆芯（为已有技术，图中未显示）输送。所述平板法兰通过第二组紧固件23与所述筒节下端的第三带颈法兰安装。在所述平板法兰与第三带颈法兰之间安装有第二密封件24。所述输送单一器上的驱动部件30通过第三组紧固件29与所述平板法兰底端安装。在所述驱动部件与平板法兰之间安装有第三密封件28。

本实施例中所述取料口处的壁厚在60～65毫米之间。所述的存球管采用长度为3米，外径为76毫米的直管。该存球管是开放缺口，当取料口位于存球管下方时，可保证刚好只有1个新燃料球进入取料口内。本实施例中所述内支座上的支承盘内壁可作为护栏面，可使取料盘直径更小，从而减轻重量和减小其转动惯量；在需要排球时，取料盘旋转使其取料口运动到邻近的存球管位下方，取得新燃料后，再回复到排球位，即底隔板的盲板位下方及底面法兰组件的第一出球接管正上方，从而使新燃料球经由第一出球接管、出球通孔和第二出球接管排出本新燃料装料暂存装置；当邻近存球管内新燃料球全部排空后，取料盘旋转至下一个球位，即下一个邻近存球管的下方，在取球位和排球位之间来回摆动执行取球和排球操作。

本实施例中所述的第一组紧固件、第二组紧固件和第三组紧固件均采用多个沿圆周顺序排列的螺栓结构设置，所述第一密封件、第二密封件和第三密封件均采用橡胶密封圈结构设置。

Claims

1.一种球床高温堆的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述新燃料装料暂存装置由上至下依次设有上封头组件（1）、筒体组件（2）和底面法兰组件（5），所述筒体组件底部设有内支座（21），在所述筒体组件内设有料仓组件（3），所述料仓组件上、下两端分别设有顶隔板（8）和底隔板（18），所述料仓组件上端通过顶隔板与所述筒体组件安装，下端通过底隔板与所述内支座安装，在所述底隔板下设有输送单一器（4），该输送单一器底部与所述底面法兰组件穿装。

2.如权利要求1所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述料仓组件有一个内封头（9），该内封头安装在所述顶隔板上，在所述内封头外设有多个导流板（7）；在所述顶隔板上设有多个进料口（46），该进料口设置在所述各导流板的间隔位置内，在所述底隔板上设有多个与所述进料口位置对应的停球孔（38），在所述进料口与停球孔之间连接有存球管（42）。

3.如权利要求2所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，在所述底隔板上还设有底隔板气流孔（37）；

4.如权利要求3所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述输送单一器包括取料盘（32）、转轴（31）和驱动部件（30）组成；所述取料盘设置在所述内支座与底隔板之间，所述转轴穿过内支座与所述取料盘中心垂直安装，所述转轴底端穿过所述底面法兰组件并通过所述驱动部件与所述底面法兰组件安装。

5.如权利要求4所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述取料盘上设有一个取料口（19）和多个取料盘气流孔（36）；所述取料口与所述停球孔位置对应；所述取料盘气流孔与所述底隔板气流孔位置对应。

6.如权利要求5所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述筒体组件的内支座上设有支承盘（20），在该支承盘上设有支承盘气流孔（34），该支承盘气流孔与所述取料盘气流孔位置对应。

7.如权利要求6所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述筒体组件包括一个筒节（16），在所述筒节上设有第一气流管（17）。

8.如权利要求7所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述上封头组件有一个外封头（10），在该外封头上穿装有进球管（11）。

9.如权利要求8所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，所述底面法兰组件有一个平板法兰，在该平板法兰上设有接球通管，该接球通管与所述支承盘穿装，该接球通管的上端口与所述取料口位置对应。

10.如权利要求9所述的新燃料装料暂存装置，其特征在于，在所述平板法兰上设有第二气流管（48）。