CN108305697A - 核电厂乏燃料贮罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂乏燃料贮罐，其包括顶盖、筒体、上隔板、下隔板和支撑底座，顶盖包括椭圆形上封头，筒体包括环形壳体和底部椭圆形下封头，上隔板固定在筒体内部上端，下隔板设置于筒体的内下部，顶盖上设置有具有排水孔的排水组件和具有充气孔的充气组件，支撑底座固定连接在筒体的底部，顶盖固定连接在筒体的顶部。相对于现有技术，本发明核电厂乏燃料贮罐可承受中高压环境、对流换热效果好，同时可实现双重冗余密封，保证结构和密封安全。

Description

核电厂乏燃料贮罐

技术领域

本发明属于核电厂乏燃料干式贮存领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂乏燃料贮罐。

背景技术

目前国际上广泛应用的混凝土式乏燃料干式贮存设备可分为卧式、立式贮存两种方案，主要由两个独立子设备组成，一个是位于内部装载乏燃料的单层薄壁金属贮罐，另一个是置于燃料贮罐外部承担结构、屏蔽保护功能的混凝土环形壳体，两个子设备之间形成空气流道，通过自然通风实现衰变热非能动导出。

乏燃料贮罐的主要功能是：1)提供密封，包容放射性物质，防止正常、异常和事故工况下放射性物质泄漏；2)为乏燃料组件提供结构支撑，保证燃料贮罐不发生塑性变形和破损，使得贮罐内乏燃料组件可回取；3)提供屏蔽功能，满足操作运行辐射防护要求。

但是，现有乏燃料贮罐的上端和下端顶盖均采用平底设计，正常工况下，贮罐内部设计压力限值仅为1bar-7bar，由于贮罐可承受压力较低，在事故工况乏燃料组件温度过高导致贮罐内部压力超过设计限值时，乏燃料贮罐可能出现破损并导致放射性气体泄漏，直接影响电厂运行人员和周边公众安全；此外，乏燃料内部贮存格架与贮罐底板间距较小，贮罐外部与混凝土环形壳体之间间距较小，导致贮罐内、外气体流流通阻力大，进而影响乏燃料贮存系统热工安全。

有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的核电厂乏燃料贮罐。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种可承受中高压环境、对流换热效果好、结构和密封安全的核电厂乏燃料贮罐。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂乏燃料贮罐，包括顶盖、筒体、上隔板、下隔板和支撑底座，所述顶盖包括椭圆形上封头，所述筒体包括环形壳体和底部椭圆形下封头，所述上隔板固定在筒体内部上端，所述下隔板设置于筒体的内下部，所述顶盖上设置有具有排水孔的排水组件和具有充气孔的充气组件，所述支撑底座固定连接在筒体的底部，所述顶盖固定连接在筒体的顶部。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述顶盖下部设置有向内侧倾斜的坡口，所述筒体的上部设置有向外倾斜的坡口，所述顶盖固定在筒体上后，筒体上部的坡口与顶盖下部的坡口相结合共同形成了水平方向的环向焊接V形坡口，并通过焊接将顶盖与筒体固定连接。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述核电厂乏燃料贮罐还包括竖向密封环，所述竖向密封环嵌套于顶盖和筒体之间的环向焊接V形坡口焊材区外侧，同时在竖直方向上，竖向密封环的上下两端分别与顶盖下端和筒体上端焊接连接，从而实现顶盖与筒体之间的双重冗余密封。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述顶盖内侧下端设置有固定套环，所述固定套环嵌套于筒体内部，并坐落在上隔板上，优选地，所述固定套环下端外侧设置有30°～60°倒圆角。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述上隔板的下部设置有卡槽，所述筒体内部上端设置有支撑上隔板的吊耳，所述上隔板通过卡槽卡塞在筒体的吊耳上。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述上隔板上还设置有通风孔。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述筒体内壁设置有下隔板固定卡板，所述下隔板设置有卡槽和吊耳缺口，下隔板通过卡槽卡塞在下隔板固定卡板上。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述下隔板还设置有通风孔。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述排水组件包括排水主套管、排水快速接头、排水内部套管、排水外层盖板和排水内层盖板，所述排水主套管内部设置有贯通的排水孔，所述排水孔为台阶结构，所述排水外层盖板、排水内层盖板、排水快速接头和排水内部套管从上至下分别固定在排水主套管内部排水孔的台阶结构上，所述排水外层盖板和排水内层盖板位于排水主套管的顶部，用于对排水主套管内部排水孔进行双重冗余密封。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述排水组件连接有排水管，所述排水管为形结构，包括竖向上端子管、水平横向子管和竖向下端子管，所述上端子管的顶部插入排水组件排水内部套管的底部，与排水组件构成了相互联通的排水管路，所述横向子管位于下隔板的下端，所述筒体底部设置有集水坑，所述下端子管底部延伸至筒体底部的集水坑。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述充气组件包括充气主套管、充气快速接头、充气外层盖板和充气内层盖板，所述充气主套管内部设置有贯通的充气孔，所述充气孔为台阶结构，所述充气外层盖板、充气内层盖板和充气快速接头从上至下分别固定在充气主套管内部充气孔的台阶结构上，所述充气外层盖板和充气内层盖板位于充气主套管的顶部，用于对充气主套管内部充气孔进行双重冗余密封。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述支撑底座包括支撑肋板和底板，支撑肋板的上端为椭圆形，与筒体下端的椭圆形下封头形状吻合，并与筒体通过焊接连接

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述筒体内壁上还设置有固定基板，所述固定基板设置有固定孔，所述排水管插入设置在固定基板的固定孔中。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述筒体内部还设置有下隔板支撑环，所述下隔板外边缘搭接在下隔板支撑环上。

相对于现有技术，本发明核电厂乏燃料贮罐具有以下技术效果：

1)结构安全方面，通过采用双端椭圆形封头结构设计，使得乏燃料贮罐事故工况下可承受压力显著提升，防止贮罐自身结构破损导致放射性物质泄漏，同时增加贮罐自身安全裕度，使得事故工况下非人为干预时间变长，事故应急缓解准备时间更为充裕；

2)密封安全方面，乏燃料贮罐顶盖与筒体、充气和排水组件采取了相互独立的双重冗余焊接密封，保证乏燃料贮罐密封安全；

3)热工安全方面，通过采用双端椭圆形封头和筒体内上下隔板多孔对流通风结构设计，贮罐内腔空气对流空间显著增大，同时，椭圆形的流线型结构使得内腔上下端实现了低阻力流线型对流循环，此外，对于乏燃料贮罐外部而言，流线型的双端结构设计同样可以降低乏燃料贮罐与混凝土环形壳体之间的空气流通阻力，有效提升乏燃料贮罐的通风换热效率和热工安全裕度；

4)运行操作方面，由于筒体底部为椭圆形封头结构，可保证在最短时间内排空贮罐滞留水，缩短排水和抽真空干燥操作时间，避免长周期真空干燥带来的乏燃料组件温度高和运行效率低的问题；

5)本发明核电厂乏燃料贮罐与配套燃料吊篮相互独立，无结构连接，可灵活搭配使用不同结构形式的燃料吊篮。

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贮罐进行详细说明，其中：

图1为本发明核电厂乏燃料贮罐的结构示意图。

图2为本发明核电厂乏燃料贮罐的俯视图。

图3为本发明核电厂乏燃料贮罐的部分剖视示意图。

图4为本发明核电厂乏燃料贮罐移除顶盖后的俯视图。

图5为本发明核电厂乏燃料贮罐移除顶盖和上隔板后的俯视图。

图6为本发明核电厂乏燃料贮罐顶盖的结构示意图。

图7为本发明核电厂乏燃料贮罐顶盖的部分剖视示意图。

图8为本发明核电厂乏燃料贮罐固定套环安装就位示意图。

图9为本发明核电厂乏燃料贮罐排水组件的结构示意图。

图10为本发明核电厂乏燃料贮罐排水组件排水主套管的剖视图。

图11为本发明核电厂乏燃料贮罐排水组件排水内部套管的结构示意图。

图12为本发明核电厂乏燃料贮罐充气组件的结构示意图。

图13为本发明核电厂乏燃料贮罐筒体剖开1/4的结构示意图。

图14为本发明核电厂乏燃料贮罐筒体剖开1/2的结构示意图。

图15为本发明核电厂乏燃料贮罐筒体底部结构示意图。

图16为本发明核电厂乏燃料贮罐密封环的结构示意图。

图17为本发明核电厂乏燃料贮罐密封环焊接结构示意图。

图18为本发明核电厂乏燃料贮罐上隔板的结构示意图。

图19为本发明核电厂乏燃料贮罐上隔板通风孔布置结构示意图。

图20为本发明核电厂乏燃料贮罐下隔板的结构示意图。

图21为本发明核电厂乏燃料贮罐下隔板的仰视图。

图22为本发明核电厂乏燃料贮罐排水管的结构示意图。

图23为本发明核电厂乏燃料贮罐支撑底座的结构示意图。

图24为本发明核电厂乏燃料贮罐支撑底座的俯视图。

图25为本发明核电厂乏燃料贮罐内部空气对流循环示意图。

附图标记：

10-顶盖；100-上封头；106-固定套环；108-吊耳；12-排水组件；121-排水主套管；122-排水内部套管；123-排水快速接头；124-排水内层盖板；125-排水外层盖板；1210-一级台阶；1211-二级台阶；1212-三级台阶；1213-四级台阶；13-充气组件；131-充气主套管；132-充气快速接头；133-充气内层盖板；134-充气外层盖板；14-排水管；140-上端子管；142-横向子管；144-下端子管；146-弯头；15-竖向密封环；151-第一密封环；152-第二密封环；20-筒体；200-环形壳体；202-下封头；204-吊耳；206-固定基板；208-下隔板支撑环；210-下隔板固定卡板；212-集水坑；30-上隔板；300-卡槽；302-乏燃料组件通风孔；304-边缘通风孔；306-吊耳；40-下隔板；400-乏燃料组件通风孔；402-套管通风孔；404-卡槽；406-吊耳缺口；50-支撑底座；500-支撑肋板；502-底板；60-燃料吊篮。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，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至图25所示，本发明核电厂乏燃料贮罐包括顶盖10、筒体20、上隔板30、下隔板40和支撑底座50，顶盖10包括椭圆形上封头100，筒体20包括环形壳体200和底部椭圆形下封头202，上隔板30固定在筒体20内部上端，下隔板40设置于筒体20的内下部，顶盖10上设置有具有排水孔(图未标号)的排水组件12和具有充气孔(图未标号)的充气组件13，支撑底座50固定连接在筒体20的底部，顶盖10固定连接在筒体20的顶部。

请参阅图1至图4所示，顶盖10与筒体20相互独立，上封头100的曲面半径可根据实际需要进行变动，顶盖10上对称设置有两个圆孔，分别嵌套插入充气组件13和排水组件12，并通过焊接连接固定。

顶盖10上还设置有吊耳108，吊耳108与椭圆形上封头100通过焊接连接，在图示实施方式中，共焊接设置有4个吊耳108，并沿轴心环绕均匀分布，用于对顶盖10以及整个乏燃料贮罐的吊装。

请参阅图6至图9所示，进一步地，为便于顶盖10与筒体20之间牢固焊接，在顶盖10环形过渡段底部设置有向内侧倾斜的坡口。

请参阅图6至图9和图12所示，作为本发明优选的一种实施方式，更进一步地，顶盖10内侧的最下端还设置有固定套环106，固定套环106与椭圆形上封头100通过焊接连接，并嵌套于筒体10的内部，用于方便顶盖10与筒体20之间的安装和固定，当完成顶盖10与筒体20之间固定连接后，固定套环106直接坐落在上隔板30上端，实现对上隔板30的固定约束，防止上隔板30产生竖向大范围震动。

请继续参阅图6至图9和图12所示，为减少顶盖10与筒体20之间安装就位可能的碰撞卡塞，在固定套环106下端外侧棱角处设置有30°～60°的倒圆角，优选45°度倒圆角。

请参阅图1至图3、图6、图7、图9至图11所示，排水组件12用于完成乏燃料装载过程中的排水操作以及抽真空干燥操作，排水组件12贯穿固定在椭圆形上封头100上，并与椭圆形上封头100外侧和内侧的两道交接边界均通过焊接形成双重冗余密封边界。排水组件12包括排水主套管121、排水内部套管122、排水快速接头123、排水内层盖板124和排水外层盖板125。排水主套管121内部设置有贯通的排水孔(图未标号)，排水孔为台阶结构，排水外层盖板125、排水内层盖板124、排水快速接头123和排水内部套管122从上至下分别固定在排水主套管121内部排水孔的台阶结构上。

具体地，排水内层盖板124和排水外层盖板125位于排水主套管121顶部，并通过焊接连接，用于对排水主套管121内部排水孔(图未标号)进行双重冗余密封。排水快速接头123位于排水主套管121内部，用于完成排水管线和抽真空管线的快速连接和断开操作。排水内部套管122位于排水主套管121内部下端，作为中间过渡连接段，用于将排水组件12与固定在筒体20内的竖直安装的排水管14互相连接形成完整的排水管路，以便完成对整个贮罐的排水操作。

请参阅图9和图10所示，排水主套管121内部排水孔(图未标号)为台阶结构，在图示实施方式中，从上至下设置有直径逐渐减小的4级台阶结构，分别为一级台阶1210、二级台阶1211、三级台阶1212和四级台阶1213，一级台阶1210用于固定放置排水外层盖板125，二级台阶1211用于固定放置排水内层盖板124，以确保对排水孔形成双重冗余密封，三级台阶1212用于放置排水快速接头123，排水快速接头123与三级台阶1212所在位置的孔洞之间通过螺纹固定连接，四级台阶1213用于放置排水内部套管122，排水内部套管122上端与四级台阶1213处的孔洞之间通过螺纹旋转固定连接，排水内部套管122下部插入排水管14中，并通过螺纹旋转固定连接。

相应的，排水组件12的具体工艺操作顺序为：

1)当完成乏燃料组件装载和顶盖10焊接密封后，首先将排水内部套管122插入排水主套管121内部排水孔；

2)排水内部套管122通过排水主套管121内部排水孔插入排水管14；

3)不断旋转排水内部套管122，直至排水内部套管122上端完全与排水主套管121内部排水孔下端的四级台阶1213完全接触；

4)将排水快速接头123下端螺纹接合段插入排水主套管121内部排水孔的三级台阶1212处所在位置；

5)不断旋转排水快速接头123，直至完全固定在三级台阶1212面；

6)同步完成充气组件13的部件安装后，通过排水组件12连接排水管14将贮罐内含硼水排空；

7)通过充气组件13完成抽真空干燥和填充氦气后，断开排水管14，焊接排水内层盖板124和排水外层盖板125。

请参阅图1和图12所示，充气组件13用于完成乏燃料装载过程中的填充氦气操作以及抽真空干燥操作。充气组件13同样贯穿于顶盖10并通过焊接固定在顶盖10上，充气组件13与排水组件12呈轴心对称设置，充气组件13与排水组件12的尺寸和主体结构基本相同，具体的，充气组件13包括充气主套管131、充气快速接头132、充气内层盖板133和充气外层盖板134。充气主套管131内部设置有贯通的充气孔(图未标号)，充气孔为台阶结构，充气外层盖板134、充气内层盖板133和充气快速接头132从上至下分别固定在充气主套管131内部充气孔的台阶结构上。具体地，充气孔从上至下设置有直径逐渐减小的3级台阶结构，分别为第一级台阶(图未示出)、第二级台阶(图未示出)和第三级台阶(图未示出)。充气外层盖板134和充气内层盖板133位于充气主套管131的顶部，并通过焊接连接，用于对充气主套管131内部充气孔进行双重冗余密封。

相应的，充气组件13的具体工艺操作顺序为：

1)将充气快速接头132下端螺纹接合段插入充气主套管131内部第三级台阶(图未示出)处所在孔洞；

2)不断旋转充气快速接头132，直至完全固定在充气主套管131内部第三级台阶面；

3)同步完成通过排水组件12安装和排空贮罐内部含硼水后，连接充气组件13管线完成抽真空干燥；

4)然后通过充气组件13管线向贮罐内部填充氦气；

5)断开充气管线，将充气内层盖板133焊接在第二级台阶(图未示出)上，将充气外层盖板134焊接在第一级台阶(图未示出)上，实现双重冗余密封。

请参阅图1、图3、图13和图14所示，筒体20为不锈钢材料组成的结构，在完成乏燃料组件装载焊接密封前，筒体20与顶盖10互相分离，当完成乏燃料组件装载焊接密封后，筒体20与顶盖10焊接成为一体化结构。筒体20包括环形壳体200和设置在环形壳体200底部的椭圆形下封头202，筒体20可通过一体成型，也可通过环形壳体200与下封头202焊接成型。

进一步地，环形壳体200的内部上端焊接有吊耳204，环形壳体200的内壁上沿竖直方向焊接有固定基板206。更进一步地，筒体20内壁下端设置有下隔板固定卡板210和下隔板支撑环208，筒体20底部椭圆形下封头202的中心位置设置有集水坑212。其中，下隔板固定卡板210与下隔板支撑环208分别与底部下封头202通过焊接连接。

请参阅图8和图17所示，进一步地，环形壳体200的最上端设有向外倾斜的坡口，以便与顶盖10下端向内侧倾斜的坡口结合后，共同形成水平方向的环向焊接V形坡口，并通过焊接将顶盖10与筒体20固定连接，作为顶盖10与筒体20的焊材积聚区域，使得顶盖10与筒体20焊接后牢固连接成为一体化容器。

在图示实施方式中，吊耳204共设计4个，分别焊接在环形壳体200内部上端区域，围绕圆心均匀对称分布。吊耳204主要用于乏燃料贮罐的吊装操作和用于支撑上隔板30，同时通过上隔板30下部的卡槽300，实现对上隔板30的固定卡塞，防止上隔板30水平方向大范围运动碰撞。

固定基板206为小尺寸钢板，在图示实施方式中，设置有3个固定基板206，分别沿竖直方向焊接在环形壳体200的内壁上，每个固定基板206上设有固定孔(图未示出)，用于将排水管14插入固定孔并焊接固定，防止排水管14在贮罐内部发生移动碰撞。

下隔板固定卡板210共计4个，围绕圆心均匀对称分布。主要功能是将下隔板40安装在筒体20内部后，由于下隔板40下部设有配套的卡槽404，可以通过下隔板固定卡板210实现对下隔板40的固定卡塞作用，防止下隔板40在水平方向产生剧烈运动和碰撞。

下隔板支撑环208顶端为水平，下端为椭圆面形状的异形环状结构部件。当完成乏燃料组件装载时，乏燃料组件和燃料吊篮重量由下隔板40承载，下隔板40圆周外边缘区域直接搭接在下隔板支撑环208上端平面上，下隔板支撑环208作为重量支撑结构，承载了所有乏燃料组件、乏燃料吊篮以及下隔板40的重量。

集水坑212为小尺寸圆形孔，位于筒体20底部椭圆形下封头202正中心位置。排水管14底部插入集水坑212，但与集水坑212底部避免接触。当完成乏燃料组件装载后，为满足抽真空干燥需要，首先通过排水管14逐步排空贮罐内部含硼水，由于椭圆形下封头202自身带有一定的排水坡度，因此可以快速将含硼水排向集水坑212，大幅减少贮罐内部含硼水的积聚残留，避免传统平面底板滞留残存水带来的抽真空干燥效率低和抽真空时间过长的问题。

请参阅图3、图5和图8所示，进一步地，在顶盖10与筒体20形成的V形坡口焊缝外，增设有竖向密封环15进行焊接。具体地，竖向密封环15嵌套于顶盖10和筒体20之间的环向焊接V形坡口焊材区外侧，同时在竖直方向上，竖向密封环15的上下两端分别与顶盖10下端和筒体20上端焊接连接，从而实现顶盖10与筒体20之间的双重冗余密封。优选地，为方便焊接，竖向密封环15由半圆形第一密封环151和半圆形第二密封环152拼焊而成。

请参阅图3、图4、图8和图18和图19所示，上隔板30承担对装载乏燃料组件的竖向固定、上部通风散热和辐射屏蔽功能。上隔板30上设置有通风孔、卡槽300和吊耳306，通风孔包括中心区域的乏燃料组件通风孔302和/或四周边缘区域的边缘通风孔304，上隔板30为圆形钢板，吊耳306直接焊接于上隔板30的上表面，用于乏燃料组件完成装载后，方便吊装安装在乏燃料组件上端。乏燃料组件通风孔302为贯穿上隔板30的长方体孔洞结构，共有52个，每个孔洞正对于装载乏燃料组件的相邻区域，孔洞之间实体区域正对于乏燃料组件上方。边缘通风孔304共有4个，一边为圆弧，一边为直线，贯穿并中心环绕均匀分布于上隔板30，并正对于燃料吊篮60固定套管的上方。卡槽300位于上隔板30的下部，共有4个，与筒体20上部的吊耳204结构和尺寸对应，当上隔板30上设置有吊耳306时，卡槽300位于4个吊耳306的正下方，当安装上隔板30时，卡槽300直接坐落在筒体20内壁的4个吊耳204上，以便对上隔板30进行固定。

请参阅图3、图5、图19和图20所示，下隔板40的作用主要有：1)对乏燃料组件和燃料吊篮起支撑作用；2)对乏燃料组件下端的通风散热作用；3)对乏燃料组件下端的部分辐射屏蔽功能。下隔板40设置有乏燃料组件通风孔400、套管通风孔402、卡槽404和吊耳缺口406。下隔板40为圆形厚钢板，乏燃料组件通风孔400为贯穿下隔板40的正方形孔洞，共有32个，每个孔洞正对于装载乏燃料组件底端，孔洞四周实体区域则用以承载乏燃料组件和燃料吊篮。套管通风孔402共有4个，一边为圆弧，一边为直线，贯穿并中心环绕均匀分布于下隔板40，其位置特征是正对燃料吊篮固定套管的下方。卡槽404共有4个，位于下隔板40的下端，具体位置位于套管通风孔402和吊耳缺口406之间。当安装下隔板40时，卡槽404直接坐落在筒体20内壁的4个下隔板固定卡板210上，以便对下隔板40进行固定。吊耳缺口406共有4个，贯穿并中心环绕均匀分布于下隔板40，主要功能是在对下隔板40进行竖向吊装安装时，避免与筒体20的吊耳204发生干涉和碰撞，同时考虑到后续乏燃料贮罐退役后，方便对下隔板40进行竖向吊装回取。

请参阅图13至图15和图21所示，排水管14包括上端子管140、横向子管142、下端子管144和两个90°弯头146。排水管14通过配套的固定基板206固定焊接在环形壳体200内壁。上端子管140为竖向金属管，在对乏燃料贮罐进行排水操作时，上端子管140的顶部插入排水内部套管122的底部，与排水组件12构成了相互联通的排水管路。横向子管142位于下隔板40的下端，横向子管142为水平方向金属管，两端分别通过90°弯头146与上端子管140和下端子管144相互连接。下端子管144为竖向金属管，其底部直接延伸至筒体20底部集水坑212。组装时，排水管14的最上端与排水组件12互相连接，最下端延伸至筒体20底部中心集水坑212，通过使用配套水泵，将乏燃料贮罐内部的含硼水通过排水管14持续不断的排空。

请参阅图22至图25所示，支撑底座50包括支撑肋板500和圆环底板502。支撑肋板500共计6个，圆心环绕均匀分布，全部与圆环底板502通过焊接连接，每个支撑肋板500的上端为椭圆形，与筒体20下端的椭圆形下封头202形状吻合，并与筒体20通过焊接连接。圆环底板502为金属环形钢板，用于焊接固定支撑肋板500，通过圆环底板502的支撑作用，使得整个乏燃料贮罐构成了平底支撑结构，确保乏燃料贮罐保持稳定贮存状态。

请参阅图25所示，为本发明核电厂乏燃料贮罐内部空气对流循环示意图。燃料吊篮60和乏燃料组件(位于燃料吊篮内部)坐落于下隔板40上，燃料吊篮60和乏燃料组件上部为上隔板30。由于下隔板40和上隔板30上均开有贯穿型孔洞，使得乏燃料贮罐顶盖10内部椭圆形空腔、环形壳体200和筒体20底部椭圆形空腔相互联通。在乏燃料贮罐外部，自然空气从底部进入，在经过乏燃料组件衰变热加热后转变为热空气，密度减小，从顶部流出。相应的，在乏燃料贮罐筒体20内部，空气对流路径说明如下：

1)由于筒体20底部椭圆形空腔内填充氦气平均温度相对较低，经乏燃料组件加热后，燃料吊篮60内氦气温度逐步升高，并沿着竖直方向首先穿过下隔板40的通风孔洞；

2)在乏燃料组件衰变热持续导出作用下，燃料吊篮60内部氦气不断向上流动，穿过上隔板30的通风孔洞，成为高温氦气；

3)高温氦气进入顶盖10内部椭圆形空腔，沿着椭圆内壁折转流动方向，调整180°竖直向下流动，进入上隔板30边缘区域的通风孔洞；

4)由于乏燃料组件衰变热不断被外部空气从顶部带走，高温氦气沿着燃料吊篮60周边与环形壳体200内壁之间的空腔区域竖直向下流动，成为相对低温氦气，进入下隔板40边缘区域通风孔洞；

5)低温氦气再进入筒体底部椭圆形空腔，沿着椭圆内壁折转流动方向，调整180°竖直向上流动；

6)重复步骤1)内容，形成持续的内部对流循环。

请继续参阅图1至图25所示，相应的，本发明核电厂乏燃料贮罐各部件相关工艺方案说明如下：

1)首先将乏燃料贮罐(仅包括筒体20、排水管14、下隔板40和支撑底座50)放入配套转运容器内，然后吊装至核电厂燃料厂房装载井，进行充水操作；

2)然后将转运容器吊装至核电厂燃料厂房装载井完成乏燃料组件装载；

3)然后吊装上隔板30安装至筒体20上部区域，并坐落于筒体20内部的吊耳204上进行固定；

4)将转运容器从核电厂燃料厂房装载井吊装至核电厂燃料厂房清洗井；

5)将设置有充气组件13和排水组件12的顶盖10吊装安装在筒体20上方，使用自动焊接机将顶盖10与筒体20进行焊接连接；

6)使用密封环15覆盖顶盖10与筒体20之间的环形焊缝，再次进行焊接，实现顶盖10与筒体20之间双重冗余焊接，并进行密封检查；

7)打开排水组件12将贮罐内部含硼水全部排空，然后连接充气组件13、排水组件12进行抽真空干燥；

8)关闭排水组件12，通过充气组件13向贮罐内填充氦气；

9)分别焊接充气组件13、排水组件12中的双层密封盖板，并进行泄漏检查。

相对于现有技术，本发明核电厂乏燃料贮罐具有以下技术效果：

1)结构安全方面，通过采用双端椭圆形封头结构设计，使得乏燃料贮罐事故工况下可承受压力显著提升，防止贮罐自身结构破损导致放射性物质泄漏，同时增加贮罐自身安全裕度，使得事故工况下非人为干预时间变长，事故应急缓解准备时间更为充裕；

2)密封安全方面，乏燃料贮罐顶盖与筒体、充气和排水组件采取了相互独立的双重冗余焊接密封，保证乏燃料贮罐密封安全；

3)热工安全方面，通过采用双端椭圆形封头和筒体内上下隔板多孔对流通风结构设计，贮罐内腔空气对流空间显著增大，同时，椭圆形的流线型结构使得内腔上下端实现了低阻力流线型对流循环，此外，对于乏燃料贮罐外部而言，流线型的双端结构设计同样可以降低乏燃料贮罐与混凝土环形壳体之间的空气流通阻力，有效提升乏燃料贮罐的通风换热效率和热工安全裕度；

4)运行操作方面，由于筒体底部为椭圆形封头结构，可保证在最短时间内排空贮罐滞留水，缩短排水和抽真空干燥操作时间，避免长周期真空干燥带来的乏燃料组件温度高和运行效率低的问题；

5)本发明核电厂乏燃料贮罐与配套燃料吊篮相互独立，无结构连接，可灵活搭配使用不同结构形式的燃料吊篮。

根据上述原理，本发明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 (12)

1.一种核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，包括顶盖、筒体、上隔板、下隔板和支撑底座，所述顶盖包括椭圆形上封头，所述筒体包括环形壳体和底部椭圆形下封头，所述上隔板固定在筒体内部上端，所述下隔板设置于筒体的内下部，所述顶盖上设置有具有排水孔的排水组件和具有充气孔的充气组件，所述支撑底座固定连接在筒体的底部，所述顶盖固定连接在筒体的顶部。

2.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述顶盖下部设置有向内侧倾斜的坡口，所述筒体的上部设置有向外倾斜的坡口，所述顶盖固定在筒体上后，筒体上部的坡口与顶盖下部的坡口相结合共同形成了水平方向的环向焊接V形坡口，并通过焊接将顶盖与筒体固定连接。

3.根据权利要求2所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述核电厂乏燃料贮罐还包括竖向密封环，所述竖向密封环嵌套于顶盖和筒体之间的环向焊接V形坡口焊材区外侧，同时在竖直方向上，竖向密封环的上下两端分别与顶盖下端和筒体上端焊接连接，从而实现顶盖与筒体之间的双重冗余密封。

4.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述顶盖内侧下端设置有固定套环，所述固定套环嵌套于筒体内部，并坐落在上隔板上，优选地，所述固定套环下端外侧设置有30°～60°倒圆角。

5.根据权利要求4所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述上隔板的下部设置有卡槽，所述筒体内部上端设置有支撑上隔板的吊耳，所述上隔板通过卡槽卡塞在筒体的吊耳上。

6.根据权利要求5所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述上隔板上还设置有通风孔。

7.根据权利要求5所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述筒体内壁设置有下隔板固定卡板，所述下隔板设置有卡槽和吊耳缺口，下隔板通过卡槽卡塞在下隔板固定卡板上。

8.根据权利要求7所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述下隔板还设置有通风孔。

9.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述排水组件包括排水主套管、排水快速接头、排水内部套管、排水外层盖板和排水内层盖板，所述排水主套管内部设置有贯通的排水孔，所述排水孔为台阶结构，所述排水外层盖板、排水内层盖板、排水快速接头和排水内部套管从上至下分别固定在排水主套管内部排水孔的台阶结构上，所述排水外层盖板和排水内层盖板位于排水主套管的顶部，用于对排水主套管内部排水孔进行双重冗余密封。

10.根据权利要求9所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述排水组件连接有排水管，所述排水管为形结构，包括竖向上端子管、水平横向子管和竖向下端子管，所述上端子管的顶部插入排水组件排水内部套管的底部，与排水组件构成了相互联通的排水管路，所述横向子管位于下隔板的下端，所述筒体底部设置有集水坑，所述下端子管底部延伸至筒体底部的集水坑。

11.据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述充气组件包括充气主套管、充气快速接头、充气外层盖板和充气内层盖板，所述充气主套管内部设置有贯通的充气孔，所述充气孔为台阶结构，所述充气外层盖板、充气内层盖板和充气快速接头从上至下分别固定在充气主套管内部充气孔的台阶结构上，所述充气外层盖板和充气内层盖板位于充气主套管的顶部，用于对充气主套管内部充气孔进行双重冗余密封。

12.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述支撑底座包括支撑肋板和底板，支撑肋板的上端为椭圆形，与筒体下端的椭圆形下封头形状吻合，并与筒体通过焊接连接。