CN107833644B - 海洋核动力平台的换料系统和换料方法 - Google Patents

海洋核动力平台的换料系统和换料方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海洋核动力平台的换料系统，包括转运吊车、核燃料装卸舱、乏燃料贮存舱和反应堆舱，其特征是乏燃料贮存舱和反应堆舱位于核燃料装卸舱的下方并且相邻布置，核燃料装卸舱内设置有新燃料贮存间、检修间、滑板车和水平扶持机构和存放专设屏蔽设施、屏蔽定位机构和换料机构的区域，乏燃料贮存舱内设置有乏燃料装卸机、乏燃料贮存水池和转运水池，用上述换料系统给海洋核动力平台换料的方法，包括如下步骤：新燃料组件接收和贮存；反应堆停堆及乏燃料组件拆卸、转运和贮存；新料组件安装，恢复反应堆并启堆；乏燃料组件外运。本发明结构紧凑、布置合理、操作方便并且使用安全。

Description

海洋核动力平台的换料系统和换料方法
技术领域
本发明涉及核燃料的装卸与贮存，具体而言是海洋核动力平台的换料系统和换料方法。
背景技术
海洋核动力平台是以核能作为一次能源的能源供应船/平台，能长期在指定地点进行作业或根据需要移动到另一地点进行作业，其反应堆经过一个周期的运行后需要更换核燃料组件。为保障用户持续能源供给，提高核动力装置负荷因子和海洋核动力平台的经济性，需在海上进行换料操作，但目前尚无海上换料相关技术的实现。
在海上进行核燃料的装卸与贮存面临着诸多难题。海洋核动力平台长期作业于海上，处于倾斜、摇摆、震荡等动态工况下，保证燃料组件在装卸和贮存过程中不被破坏，确保换料过程的临界安全、辐射屏蔽安全和热工水力安全是非常关键的问题。海洋核动力平台可利用空间是有限制的，能用于换料操作的空间更为紧张，陆地核电站换料系统和设备的设计及布置方式对海洋核动力平台已不适用，核动力船舶一般未设置乏燃料贮存设施，即使俄罗斯的KLT40s自身携带了乏燃料贮存装置，但依旧需进行船坞换料。
要实现真正意义上的海上换料，必须合理布置和规划换料工艺路线，重新设计换料操作的关键设备。为此，本发明提供一种结构紧凑、布置合理、操作方便并且使用安全的海洋核动力平台的换料系统和换料方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑、布置合理、操作方便并且使用安全的海洋核动力平台的换料系统和换料方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
海洋核动力平台的换料系统，包括转运吊车、核燃料装卸舱、乏燃料贮存舱和反应堆舱，其特征是乏燃料贮存舱和反应堆舱位于核燃料装卸舱的下方并且相邻布置，乏燃料贮存舱和反应堆舱分别通过密封盖板与核燃料装卸舱连接，乏燃料贮存舱和反应堆舱与核燃料装卸舱之间的通道上分别设置有垂向导轨，核燃料装卸舱内设置有新燃料贮存间、检修间、滑板车和水平扶持机构，核燃料装卸舱内还设置有用于存放专设屏蔽设施、屏蔽定位机构和换料机构的区域，专设屏蔽设施包括屏蔽存放箱和两个以上分别用以转运大型反应堆构件和小型反应堆构件的屏蔽周转箱，新燃料贮存间内设置有新燃料贮存格架，乏燃料贮存舱内设置有乏燃料装卸机、乏燃料贮存水池和转运水池，乏燃料贮存水池内设置有乏燃料贮存格架，转运水池内设置有接收筒，屏蔽定位机构工作时与反应堆压力容器相配合，换料机构工作时与屏蔽定位机构相配合。
用上述换料系统给海洋核动力平台换料的方法，包括如下步骤：
S1.新燃料组件接收和贮存：
新燃料接收和贮存系统将新燃料运输船上的新燃料组件转运至海洋核动力平台的新燃料贮存间内的新燃料贮存格架上贮存；
S2.反应堆停堆及乏燃料组件拆卸、转运和贮存：
S2.1.反应堆停堆，转运吊车将核燃料装卸舱与反应堆舱之间和核燃料装卸舱与乏燃料贮存舱之间的密封盖板分别吊运至核燃料装卸舱(2)内指定位置，为操作核燃料组件提供路径；
S2.2.转运吊车将反应堆位于乏燃料组件上方的反应堆构件吊离，显露乏燃料组件；
S2.3.将反应堆构件运至专设屏蔽设施内进行外表检查、清洗和临时存放，对于需要用仪器予以检查或者维修的部件，用转运吊车吊至检修间进行检查和维修；
S2.4.转运吊车将存放于核燃料装卸舱内的屏蔽定位机构吊运至反应堆压力容器的上方，并精准定位至指定的乏燃料组件正上方，准备卸乏燃料组件；
S2.5.转运吊车将存放于核燃料装卸舱内的换料机构吊运至屏蔽定位机构上，换料机构对中抓取乏燃料组件并从反应堆中取出直至乏燃料组件完全进入换料机构内；
S2.6.转运吊车先将装有乏燃料组件的换料机构垂直向上吊运至核燃料装卸舱，然后在核燃料装卸舱内水平移动至核燃料装卸舱与乏燃料贮存舱之间的密封孔正上方，再垂直向下吊运至转运水池上方，换料机构)将卸出的乏燃料组件放入转运水池内的接收筒内，为乏燃料组件的贮存做准备；
S2.7.若乏燃料组件未完全卸完，转运吊车将换料机构从转运水池吊运至屏蔽定位机构上，开始下一个乏燃料组件的拆卸；若乏燃料组件已完全卸完，转运吊车将换料机构吊运至新燃料贮存间的指定位置，为新燃料组件的对中抓取做准备；
S2.8.乏燃料装卸机将接收筒内的乏燃料组件拔出，并安装于乏燃料贮存水池内的乏燃料贮存格架中，完成乏燃料组件的贮存；
S3.新料组件安装，恢复反应堆并启堆：
3.1.换料机构将新燃料组件提升至完全进入换料机构内，完成新燃料的抓取动作；
3.2.压力容器上方的屏蔽定位机构精准定位至指定位置，为新燃料安装做准备；
3.3.转运吊车先将装有新燃料组件的换料机构水平吊运至反应堆舱与核燃料装卸舱之间的密封孔正上方，然后垂直向下吊至屏蔽定位机构上；
3.4.换料机构将已抓取的新燃料组件垂直向下装入反应堆，完成新燃料组件的安装；
3.5.若反应堆的新燃料组件未安装完全，转运吊车将换料机构吊至新燃料贮存间的指定位置，为下一个新燃料组件的对中抓取做准备；若反应堆的新燃料组件已安装完全，转运吊车将换料机构吊至核燃料装卸舱的指定位置存放；
3.6.转运吊车将临时存放于专设屏蔽设施内的反应堆构件吊运至反应堆压力容器上方并安装；
3.7.转运吊车将反应堆舱与核燃料装卸舱之间和核燃料装卸舱与乏燃料贮存舱之间的密封盖板吊运至相应的密封孔上并安装，启动反应堆；
S4.乏燃料组件外运
待乏燃料贮存水池内的乏燃料贮存格架存满乏燃料组件、海洋核动力平台回岸大修时，乏燃料发运系统将乏燃料贮存水池内的所有乏燃料组件转运至岸上。
本发明针对倾斜、摇摆和震荡海上工况，采取相应措施，取得有益的技术效果：
屏蔽定位机构工作时安装于压力容器上，与压力容器保持相对静止，尽量缩短了装新燃料组件和卸乏燃料组件自由端的长度，定位精准，即使在倾斜、摇摆、震荡工况下也能保证燃料组件的正常安装与拆卸。同时，还可对操作人员提供辐射防护。
换料机构内设置有专设机构用于抓取过程中在摇摆工况下对燃料组件进行固定和保护；换料机构内盛装足够体积的水，确保乏燃料组件在运输过程中的热工水力安全。换料机构外部敷设有足够厚度的铅层，保证换料机构在内部装有乏燃料组件时外表面的辐射剂量率在要求的范围内。
专设屏蔽设施针对拆卸下来的反应堆构件，设计为不同的尺寸的圆柱体和长方体。专设屏蔽设施固定于核燃料装卸舱内，专设屏蔽设施外部设有足够厚度的铅层，确保专设屏蔽设施在内部存放从反应堆拆卸出的构件时外表面剂量率在要求的范围内。
在反应堆舱和乏燃料贮存舱内均设置有垂向导轨，用于对被吊设备垂向吊运进行导向，在核燃料装卸舱内设置有水平扶持机构和滑板车，用于对被吊设备水平吊运进行导向。将被吊设备在吊运过程中进行全程导向，可使被吊设备运行轨迹准确可靠，且保证被吊设备结构完整。
本发明结构紧凑、布置合理、操作方便并且使用安全。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A向视图。
图中：1-转运吊车；2-核燃料装卸舱；3-乏燃料贮存舱；4-反应堆舱；5-垂向导轨；6-新燃料贮存间；7-检修间；8-滑板车；9-水平扶持机构；10-专设屏蔽设施；10.1-屏蔽存放箱；10.2-屏蔽周转筒；11-屏蔽定位机构；12-换料机构；13-新燃料贮存格架；14-乏燃料装卸机；15-乏燃料贮存水池；16-转运水池；17-乏燃料贮存格架；18-接收筒；19-反应堆压力容器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
海洋核动力平台的换料系统，包括转运吊车1、核燃料装卸舱2、乏燃料贮存舱3和反应堆舱4，乏燃料贮存舱3和反应堆舱4位于核燃料装卸舱2的下方并且相邻布置，乏燃料贮存舱3和反应堆舱4分别通过密封盖板与核燃料装卸舱2连接，乏燃料贮存舱3和反应堆舱4与核燃料装卸舱2之间的通道上分别设置有垂向导轨5，核燃料装卸舱2内设置有新燃料贮存间6、检修间7、滑板车8和水平扶持机构9，核燃料装卸舱2内还设置有用于存放专设屏蔽设施10、屏蔽定位机构11和换料机构12的区域，专设屏蔽设施10包括屏蔽存放箱10.1和两个以上分别用以转运大型反应堆构件和小型反应堆构件的屏蔽周转筒10.2，新燃料贮存间6内设置有新燃料贮存格架13，乏燃料贮存舱3内设置有乏燃料装卸机14、乏燃料贮存水池15和转运水池16，乏燃料贮存水池15内设置有乏燃料贮存格架17，转运水池16内设置有接收筒18，屏蔽定位机构11工作时与反应堆压力容器19相配合，换料机构12工作时与屏蔽定位机构11相配合。
用上述换料系统给海洋核动力平台换料的方法，包括如下步骤：
S1.新燃料组件接收和贮存：
新燃料接收和贮存系统将新燃料运输船上的新燃料组件转运至海洋核动力平台的新燃料贮存间6内的新燃料贮存格架13上贮存；
S2.反应堆停堆及乏燃料组件拆卸、转运和贮存：
S2.1.反应堆停堆，转运吊车1将核燃料装卸舱2与反应堆舱4之间和核燃料装卸舱2与乏燃料贮存舱3之间的密封盖板分别吊运至核燃料装卸舱2内指定位置，为操作核燃料组件提供路径；
S2.2.转运吊车1将反应堆位于乏燃料组件上方的反应堆构件吊离，显露乏燃料组件；
S2.3.将反应堆构件运至专设屏蔽设施内10进行外表检查、清洗和临时存放，对于需要用仪器予以检查或者维修的部件，用转运吊车1吊至检修间7进行检查和维修；
S2.4.转运吊车1将存放于核燃料装卸舱2内的屏蔽定位机构11吊运至反应堆压力容器19的上方，并精准定位至指定的乏燃料组件正上方，准备卸乏燃料组件；
S2.5.转运吊车1将存放于核燃料装卸舱2内的换料机构12吊运至屏蔽定位机构11上，换料机构12对中抓取乏燃料组件并从反应堆中取出直至乏燃料组件完全进入换料机构12内；
S2.6.转运吊车1先将装有乏燃料组件的换料机构12垂直向上吊运至核燃料装卸舱2，然后在核燃料装卸舱2内水平移动至核燃料装卸舱2与乏燃料贮存舱3之间的密封孔正上方，再垂直向下吊运至转运水池16上方，换料机构12将卸出的乏燃料组件放入转运水池16内的接收筒18内，为乏燃料组件的贮存做准备；
S2.7.若乏燃料组件未完全卸完，转运吊车1将换料机构12从转运水池16吊运至屏蔽定位机构11上，开始下一个乏燃料组件的拆卸；若乏燃料组件已完全卸完，转运吊车1将换料机构12吊运至新燃料贮存间2的指定位置，为新燃料组件的对中抓取做准备；
S2.8.乏燃料装卸机14将接收筒18内的乏燃料组件拔出，并安装于乏燃料贮存水池15内的乏燃料贮存格架17中，完成乏燃料组件的贮存；
S3.新料组件安装，恢复反应堆并启堆：
3.1.换料机构12将新燃料组件提升至完全进入换料机构12内，完成新燃料的抓取动作；
3.2.压力容器19上方的屏蔽定位机构11精准定位至指定位置，为新燃料安装做准备；
3.3.转运吊车1先将装有新燃料组件的换料机构12水平吊运至反应堆舱4与核燃料装卸舱2之间的密封孔正上方，然后垂直向下吊至屏蔽定位机构11上；
3.4.换料机构12将已抓取的新燃料组件垂直向下装入反应堆，完成新燃料组件的安装；
3.5.若反应堆的新燃料组件未安装完全，转运吊车1将换料机构12吊至新燃料贮存间6的指定位置，为下一个新燃料组件的对中抓取做准备；若反应堆的新燃料组件已安装完全，转运吊车1将换料机构12吊至核燃料装卸舱2的指定位置存放；
3.6.转运吊车1将临时存放于专设屏蔽设施10内的反应堆构件吊运至反应堆压力容器19上方并安装；
3.7.转运吊车1将反应堆舱4与核燃料装卸舱2之间和核燃料装卸舱2与乏燃料贮存舱3之间的密封盖板吊运至相应的密封孔上并安装，启动反应堆；
S4.乏燃料组件外运
待乏燃料贮存水池15内的乏燃料贮存格架17存满乏燃料组件、海洋核动力平台回岸大修时，乏燃料发运系统将乏燃料贮存水池15内的所有乏燃料组件转运至岸上。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1.海洋核动力平台的换料系统，包括转运吊车(1)、核燃料装卸舱(2)、乏燃料贮存舱(3)和反应堆舱(4)，其特征在于：乏燃料贮存舱(3)和反应堆舱(4)位于核燃料装卸舱(2)的下方并且相邻布置，乏燃料贮存舱(3)和反应堆舱(4)分别通过密封盖板与核燃料装卸舱(2)连接，乏燃料贮存舱(3)和反应堆舱(4)与核燃料装卸舱(2)之间的通道上分别设置有垂向导轨(5)，核燃料装卸舱(2)内设置有新燃料贮存间(6)、检修间(7)、滑板车(8)和水平扶持机构(9)，核燃料装卸舱(2)内还设置有用于存放专设屏蔽设施(10)、屏蔽定位机构(11)和换料机构(12)的区域，专设屏蔽设施(10)包括屏蔽存放箱(10.1)和两个以上分别用以转运大型反应堆构件和小型反应堆构件的屏蔽周转筒(10.2)，新燃料贮存间(6)内设置有新燃料贮存格架(13)，乏燃料贮存舱(3)内设置有乏燃料装卸机(14)、乏燃料贮存水池(15)和转运水池(16)，乏燃料贮存水池(15)内设置有乏燃料贮存格架(17)，转运水池(16)内设置有接收筒(18)，屏蔽定位机构(11)工作时与反应堆压力容器(19)相配合，换料机构(12)工作时与屏蔽定位机构(11)相配合。
2.用权利要求1所述换料系统给海洋核动力平台换料的方法，包括如下步骤：
S1.新燃料组件接收和贮存：
新燃料接收和贮存系统将新燃料运输船上的新燃料组件转运至海洋核动力平台的新燃料贮存间(6)内的新燃料贮存格架(13)上贮存；
S2.反应堆停堆及乏燃料组件拆卸、转运和贮存：
S2.1.反应堆停堆，转运吊车(1)将核燃料装卸舱(2)与反应堆舱(4)之间和核燃料装卸舱(2)与乏燃料贮存舱(3)之间的密封盖板分别吊运至核燃料装卸舱(2)内指定位置，为操作核燃料组件提供路径；
S2.2.转运吊车(1)将反应堆位于乏燃料组件上方的反应堆构件吊离，显露乏燃料组件；
S2.3.将反应堆构件运至专设屏蔽设施(10)内进行外表检查、清洗和临时存放，对于需要用仪器予以检查或者维修的部件，用转运吊车(1)吊至检修间(7)进行检查和维修；
S2.4.转运吊车(1)将存放于核燃料装卸舱(2)内的屏蔽定位机构(11)吊运至反应堆压力容器(19)的上方，并精准定位至指定的乏燃料组件正上方，准备卸乏燃料组件；
S2.5.转运吊车(1)将存放于核燃料装卸舱(2)内的换料机构(12)吊运至屏蔽定位机构(11)上，换料机构(12)对中抓取乏燃料组件并从反应堆中取出直至乏燃料组件完全进入换料机构(12)内；
S2.6.转运吊车(1)先将装有乏燃料组件的换料机构(12)垂直向上吊运至核燃料装卸舱(2)，然后在核燃料装卸舱(2)内水平移动至核燃料装卸舱(2)与乏燃料贮存舱(3)之间的密封孔正上方，再垂直向下吊运至转运水池(16)上方，换料机构(12)将卸出的乏燃料组件放入转运水池(16)内的接收筒(18)内，为乏燃料组件的贮存做准备；
S2.7.若乏燃料组件未完全卸完，转运吊车(1)将换料机构(12)从转运水池(16)吊运至屏蔽定位机构(11)上，开始下一个乏燃料组件的拆卸；若乏燃料组件已完全卸完，转运吊车(1)将换料机构(12)吊运至新燃料贮存间(6)的指定位置，为新燃料组件的对中抓取做准备；
S2.8.乏燃料装卸机(14)将接收筒(18)内的乏燃料组件拔出，并安装于乏燃料贮存水池(15)内的乏燃料贮存格架(17)中，完成乏燃料组件的贮存；
S3.新料组件安装，恢复反应堆并启堆：
3.1.换料机构(12)将新燃料组件提升至完全进入换料机构(12)内，完成新燃料的抓取动作；
3.2.压力容器(19)上方的屏蔽定位机构(11)精准定位至指定位置，为新燃料安装做准备；
3.3.转运吊车(1)先将装有新燃料组件的换料机构(12)水平吊运至反应堆舱(4)与核燃料装卸舱(2)之间的密封孔正上方，然后垂直向下吊至屏蔽定位机构(11)上；
3.4.换料机构(12)将已抓取的新燃料组件垂直向下装入反应堆，完成新燃料组件的安装；
3.5.若反应堆的新燃料组件未安装完全，转运吊车(1)将换料机构(12)吊至新燃料贮存间(6)的指定位置，为下一个新燃料组件的对中抓取做准备；若反应堆的新燃料组件已安装完全，转运吊车(1)将换料机构(12)吊至核燃料装卸舱(2)的指定位置存放；
3.6.转运吊车(1)将临时存放于专设屏蔽设施(10)内的反应堆构件吊运至反应堆压力容器(19)上方并安装；
3.7.转运吊车(1)将反应堆舱(4)与核燃料装卸舱(2)之间和核燃料装卸舱(2)与乏燃料贮存舱(3)之间的密封盖板吊运至相应的密封孔上并安装，启动反应堆；
S4.乏燃料组件外运
待乏燃料贮存水池(15)内的乏燃料贮存格架(17)存满乏燃料组件、海洋核动力平台回岸大修时，乏燃料发运系统将乏燃料贮存水池(15)内的所有乏燃料组件转运至岸上。
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