CN105155898B - 核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其包括顶盖、环形筒仓和底座，所述顶盖、环形筒仓和底座均包括钢制壳体和填充在钢制壳体内的混凝土；底座固定在环形筒仓的底部，顶盖可拆卸地固定在环形筒仓的顶部，顶盖、环形筒仓和底座共同围成用于贮存燃料贮罐的中空腔室。与现有技术相比，本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓利用钢板包覆混凝土，既满足了混凝土筒仓物理隔离和辐射屏蔽的功能要求，又可以实现对混凝土材料的保护，减少其退化、开裂等风险，有效提高了燃料贮罐长期贮存的安全可靠性。

Description

核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓

技术领域

本发明涉及核电厂乏燃料干式贮存领域，更具体地说，本发明涉及一种乏燃料干式贮存用混凝土筒仓。

背景技术

在核电厂中，混凝土筒仓的功能是用于贮存装载有乏燃料组件的燃料贮罐，对燃料贮罐进行物理隔离，并屏蔽燃料贮罐的辐射，另外还需要和燃料贮罐之间形成对流通道，以排出燃料贮罐的释热，使乏燃料组件的温度保持在安全温度值之下。

目前，国际上贮存乏燃料组件的混凝土筒仓一般为钢筋混凝土结构，该种结构的混凝土筒仓将钢筋浇筑在混凝土中，混凝土外侧则无包裹，直接裸露在大气环境中。但是，由于混凝土筒仓的设计寿命一般在40年以上，且一般在室外进行存放，上述结构的混凝土筒仓在长期贮存情况下，裸露的混凝土将和周边环境交互作用，受周边大气环境、雨水、风雪的影响，混凝土较易退化而在表面形成微裂缝，再加上混凝土和钢筋的膨胀系数的差异也可能引起二者之间形成缝隙，最终会使得混凝土筒仓的结构强度和屏蔽能力大大降低。另外，当出现地震时，由于混凝土外侧无包裹，极易出现局部破损、脱落等现象，以致间接影响了乏燃料组件贮存的安全可靠性。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构强度满足要求、且可以对混凝土材料进行良好保护的燃料干式贮存用混凝土筒仓，以实现燃料贮罐的安全可靠贮存。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其包括顶盖、环形筒仓和底座，所述顶盖、环形筒仓和底座均包括钢制壳体和填充在钢制壳体内的混凝土；底座固定在环形筒仓的底部，顶盖可拆卸地固定在环形筒仓的顶部，顶盖、环形筒仓和底座共同围成用于贮存燃料贮罐的中空腔室。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述混凝土筒仓还包括均布焊接在环形筒仓内壁的燃料贮罐支撑件，燃料贮罐支撑件用于对贮存在混凝土筒仓中的燃料贮罐进行限位，并在混凝土筒仓发生倾覆事故时缓解燃料贮罐的冲击载荷。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述燃料贮罐支撑件的横截面为“C”形。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述顶盖通过螺栓固定在环形筒仓的顶部。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述顶盖和底座的钢制壳体均包括底板、环板和盖板，盖板通过环板焊接固定在底板上方，盖板、环板与底板共同围成一个圆饼形的混凝土腔室，混凝土浇筑填充在混凝土腔室内而被完全包覆住。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述顶盖还包括镶块和封堵螺母；镶块收容在混凝土腔室内，并焊接固定在顶盖底板上；镶块顶部开有用于顶盖起吊操作的螺纹孔，封堵螺母紧固封堵在镶块的螺纹孔中。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述环形筒仓的钢制壳体包括内筒、外筒和封板；内筒和外筒同心套叠而围成环形空腔，两块封板分别焊接在环形空腔的顶部和底部；混凝土浇筑填充在环形筒仓的环形空腔内而被完全包覆住。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述环形筒仓的环形空腔顶部均布有多块提升筋板，提升筋板与内筒和外筒分别焊接连接；每一提升筋板的顶部均开设有用于与顶盖固定连接的螺纹孔；所述提升筋板的下端设置有加强筋板，加强筋板与内筒和外筒分别焊接连接。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述环形筒仓还包括焊接在环形空腔底部的进气通道和焊接在环形空腔顶部的排气通道，内筒和外筒的顶部和底部均开设有与排气通道和进气通道对应的通气缺口；混凝土筒仓的中空腔室通过进气通道和排气通道与外部大气连通，从而在内筒和燃料贮罐之间形成沿中空腔室轴向流动的非能动自然对流通道。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述排气通道和进气通道均为Z形通道。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述焊接在环形空腔顶部和底部的两块封板分别对应进气通道或出气通道开设缺口。

作为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的一种改进，所述底座通过钢制壳体的底板与环形筒仓焊接固定，底座的底板对应进气通道的位置开设缺口。

与现有技术相比，本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓利用钢板包覆混凝土，既满足了混凝土筒仓物理隔离和辐射屏蔽的功能要求，又可以实现对混凝土材料的保护，减少其退化、开裂等风险，有效提高了燃料贮罐长期贮存的安全可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓及其有益效果进行详细说明。

图1为本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓的部分剖视示意图。

图2为图1中顶盖的部分剖视示意图。

图3为图1中环形筒仓的部分剖视示意图。

图4为图1中环形筒仓去除外筒和顶部封板后的结构示意图。

图5为图4中进气通道/排气通道的结构示意图。

图6为图1中底座的部分剖视示意图。

图7为图1中燃料贮罐支撑件与环形筒仓的内筒组合后的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1，本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓为一中空的圆柱形筒体结构，其内部的中空腔室用于贮存燃料贮罐。该混凝土筒仓包括顶盖11、环形筒仓12、底座13和燃料贮罐支撑件14。顶盖11、环形筒仓12和底座13均包括钢制壳体和填充在钢制壳体内的混凝土。其中，底座13焊接固定在环形筒仓12的底部，燃料贮罐支撑件14焊接在环形筒仓12的内壁，顶盖11可拆卸地固定在环形筒仓12的顶部。

请参阅图2，顶盖11包括顶盖底板111、固定螺母112、顶盖混凝土113、顶盖环板114、顶盖盖板115、镶块116和封堵螺母117。顶盖底板111为厚度约50mm的厚壁圆板，其在靠近外边缘处均匀开设有一圈8个通孔，因此可以通过8个固定螺母112和螺栓的配合实现与环形筒仓12的固定连接。顶盖环板114的外径和顶盖盖板115的直径基本相同，且均小于顶盖底板111的直径。顶盖环板114以同心方式焊接固定在顶盖底板111的上表面中部，顶盖盖板115焊接固定在顶盖环板114的上方，使得顶盖环板114、顶盖盖板115与顶盖底板111共同围成一个圆饼形的混凝土腔室；顶盖混凝土113浇筑填充在混凝土腔室内。四个镶块116对称地收容在混凝土腔室内，并焊接固定在顶盖底板111上。每一镶块116顶部均开有用于顶盖11起吊操作的螺纹孔。在混凝土筒仓贮存燃料贮罐后，镶块116的螺纹孔由封堵螺母117紧固封堵。

请参阅图3、图4和图5，环形筒仓12包括内筒121、外筒122、封板123、排气通道124、进气通道125、提升筋板126、加强筋板127和筒仓混凝土。内筒121和外筒122同心套叠，从而在二者的中间围成环形空腔。排气通道124和进气通道125均为连接在内筒121和外筒122之间的Z形通道。8个排气通道124均布焊接在环形空腔的顶部；8个进气通道125均布焊接在环形空腔的底部，并且与排气通道124垂直对齐。内筒121和外筒122的顶部和底部均在与排气通道124和进气通道125对应位置处开设通气缺口，使得内筒121内的中空腔室通过进气通道125和排气通道124与环形筒仓12外部的大气连通，进气通道125和排气通道124设为Z形是为了保证燃料贮罐的射线不会直线溢出。8块提升筋板126均布在环形空腔的顶部，并与内筒121、外筒122分别焊接连接。每一提升筋板126的顶部均开设螺纹孔，以通过螺母112与顶盖11进行固定。8块加强筋板127对应设置在8块提升筋板126的下端，也和内筒121、外筒122分别焊接连接。两块封板123分别焊接在环形空腔的顶部和底部，封板123上分别对应进气通道125或出气通道124的位置开设矩形缺口。筒仓混凝土浇筑填充在环形筒仓12的环形空腔内。

请参阅图6，底座13包括底座底板131、底座环板132、底座盖板133和底座混凝土134。底座底板131在封板123下方和内筒121、外筒122焊接固定，其对应进气通道125的位置开设矩形缺口，矩形缺口可以用于混凝土筒仓在该处进行抬升。底座环板132的外径和底座盖板133的直径基本相同，且均小于底座底板131的直径。底座环板132以同心方式焊接固定在底座底板131的上表面中部，底座盖板133焊接固定在底座环板132的上方，使得底座环板132、底座盖板133与底座底板131共同围成一个圆饼形的混凝土腔室；底座混凝土134浇筑填充在混凝土腔室内。

请参阅图7，燃料贮罐支撑件14的横截面为“C”形，16个燃料贮罐支撑件14焊接在环形筒仓12的内筒121内壁上，并沿内壁的周向均匀分布，其中的8个燃料贮罐支撑件14与内筒121的通气缺口对齐。当燃料贮罐在混凝土筒仓贮存期间，燃料贮罐支撑件14用于对燃料贮罐进行限位，以便在倾覆事故工况下，对燃料贮罐起到缓冲作用。

使用本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓贮存燃料贮罐时，只需取下顶盖11，将燃料贮罐放入环形筒仓12中，然后利用固定螺母112和螺栓的配合将顶盖11可拆卸地固定在环形筒仓12的顶部即可。在燃料贮罐贮存期间，燃料贮罐的底部由底座13支撑，周壁则由燃料贮罐支撑件14进行限位；燃料贮罐的径向辐射由环形筒仓12屏蔽，轴向向上的辐射由顶盖11屏蔽，轴向向下的辐射则由底座13屏蔽。

由于混凝土筒仓的中空腔室通过进气通道125和排气通道124与外部大气连通，因此燃料贮罐释放的热量导致混凝土筒仓中的温度上升时，热空气将从环形筒仓12顶部的排气通道124排出，外部冷空气则会从环形筒仓12底部的进气通道125进入，从而在燃料贮罐和内筒121之间形成沿中空腔室轴向流动的非能动自然对流通道，将燃料贮罐释放的热量及时导出，实现乏燃料组件的长期、安全、可靠贮存。

与现有技术相比，本发明核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓至少具有以下优点：1)混凝土筒仓的屏蔽混凝土由钢板进行包覆，混凝土内无需配钢筋，有效减少了混凝土材料在外界大气、风、雨、雪等各种恶劣环境下的退化、开裂等风险，提高了混凝土筒仓的可靠性，实现了燃料贮罐的长期贮存；2)在燃料贮罐和内筒121之间形成非能动自然对流通道，使燃料贮罐的释热被及时带到周围环境中；3)当混凝土筒仓发生倾覆事故时，燃料贮罐支撑件14能够有效缓解燃料贮罐的冲击载荷。

易于理解的是，在其他实施方式中，上述混凝土筒仓的结构还可以进行以下一种或几种变化：1)进气通道125和排气通道124也可以设置为Z形以外的其他结构，如迷宫性通道等，只要不是直线通道，即可避免燃料贮罐射线的直线溢出；2)进气通道125和排气通道124的位置和数量可以根据实际情况进行增减，如分别减少到四个；3)燃料贮罐支撑件14的结构形式可以有所改变，如横截面为S形或其他具有一定变形能力的结构；4)燃料贮罐支撑件14的支撑位置也可以有所改变，如只支撑燃料贮罐的上端；5)顶盖11与环形筒仓12之间连接螺栓的数量、密度，以及顶盖11上镶块116的形式或数量等都可以根据实际情况进行调整。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，包括顶盖、环形筒仓和底座，其特征在于：所述顶盖、环形筒仓和底座均包括钢制壳体和填充在钢制壳体内的混凝土；底座固定在环形筒仓的底部，顶盖可拆卸地固定在环形筒仓的顶部，顶盖、环形筒仓和底座共同围成用于贮存燃料贮罐的中空腔室；

所述环形筒仓的钢制壳体包括内筒、外筒和封板；内筒和外筒同心套叠而围成环形空腔，两块封板分别焊接在环形空腔的顶部和底部；混凝土浇筑填充在环形筒仓的环形空腔内而被完全包覆住；

所述环形筒仓还包括焊接在环形空腔底部的进气通道和焊接在环形空腔顶部的排气通道，内筒和外筒的顶部和底部均开设有与排气通道和进气通道对应的通气缺口；混凝土筒仓的中空腔室通过进气通道和排气通道与外部大气连通，从而在内筒和燃料贮罐之间形成沿中空腔室轴向流动的非能动自然对流通道；

所述排气通道和进气通道均为Z形通道；

所述焊接在环形空腔顶部和底部的两块封板分别对应进气通道或出气通道开设缺口；所述底座通过钢制壳体的底板与环形筒仓焊接固定，底座的底板对应进气通道的位置开设缺口。

2.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其特征在于：所述混凝土筒仓还包括均布焊接在环形筒仓内壁的燃料贮罐支撑件，燃料贮罐支撑件用于对贮存在混凝土筒仓中的燃料贮罐进行限位，并在混凝土筒仓发生倾覆事故时缓解燃料贮罐的冲击载荷。

3.根据权利要求2所述的核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其特征在于：所述燃料贮罐支撑件的横截面为“C”形。

4.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其特征在于：所述顶盖通过螺栓固定在环形筒仓的顶部。

5.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其特征在于：所述顶盖和底座的钢制壳体均包括底板、环板和盖板，盖板通过环板焊接固定在底板上方，盖板、环板与底板共同围成一个圆饼形的混凝土腔室，混凝土浇筑填充在混凝土腔室内而被完全包覆住。

6.根据权利要求5所述的核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其特征在于：所述顶盖还包括镶块和封堵螺母；镶块收容在混凝土腔室内，并焊接固定在顶盖底板上；镶块顶部开有用于顶盖起吊操作的螺纹孔，封堵螺母紧固封堵在镶块的螺纹孔中。

7.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料干式贮存用混凝土筒仓，其特征在于：所述环形筒仓的环形空腔顶部均布有多块提升筋板，提升筋板与内筒和外筒分别焊接连接；每一提升筋板的顶部均开设有用于与顶盖固定连接的螺纹孔；所述提升筋板的下端设置有加强筋板，加强筋板与内筒和外筒分别焊接连接。