CN109545412B - 压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置 - Google Patents

压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，包括燃料组件、上缓冲容器、流量调节阀、循环泵、裂变气体吸附装置、氦气供气装置、下缓冲容器；所述燃料组件上部连接上缓冲容器，上缓冲容器连接流量调节阀，流量调节阀连接循环泵，循环泵连接裂变气体吸附装置，裂变气体吸附装置连接下缓冲容器，在裂变气体吸附装置和下缓冲容器之间接有氦气供气装置，下缓冲容器与燃料组件底部相连。本发明在压水堆运行过程中，在线脱除燃料组件中生成的裂变气体，提高包壳间隙中的热导率，减少反应堆运行过程中的中子毒物，提升反应堆的经济性。

Description

压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置
技术领域
本发明涉及压水堆燃料组件，具体地，涉及一种压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置。
背景技术
燃料组件是反应堆堆芯的组成部分。在反应堆运行过程中，构成燃料组件的燃料棒内产生大量的裂变产物，这些裂变产物主要包括惰性气体、挥发性的碘和铯以及少量的半挥发和难挥发性核素。燃料组件内的裂变气体对燃料组件的导热性能有较大的影响，裂变产生的氪和氙的导热率远小于燃料组件内预充的氦的导热率，从而导致燃料棒的传热性能恶化。燃料棒传热性能的恶化会导致燃料芯块中心温度的上升，增大事故工况下堆芯融化的风险。此外，裂变气体中的135Xe具有较大的热中子吸收截面。在反应堆运行过程中，不断积累的135Xe消耗掉大量本可以用于裂变反应的热中子。如果能够及时除掉燃料组件积累的135Xe，可以极大的提高中子经济性，使反应堆运行到更深的燃耗。
目前，压水堆运行时燃料组件产生的裂变气体积累在燃料棒包壳间隙中，直至寿期末燃料组件从反应堆中卸出。为提高压水堆运行的安全性和经济性，提出一种在运行过程中脱除裂变气体的装置是有必要的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置。
根据本发明提供的一种压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，包括：上缓冲容器、流量调节阀、回路循环泵、裂变气体吸附装置以及下缓冲容器；
上缓冲容器、下缓冲容器用于在燃料组件的两端缓冲裂变气体；
上缓冲容器与下缓冲容器之间管路上设置有流量调节阀、回路循环泵、裂变气体吸附装置；
流量调节阀控制上缓冲容器与回路循环泵之间裂变气体的流量；裂变气体吸附装置吸附裂变气体；
在所述回路循环泵的驱动下，所述裂变气体从燃料组件的燃料棒的包壳间隙中被驱动通过管路进入裂变气体吸附装置，经裂变气体吸附装置分离后回到燃料棒的包壳间隙中。
优选地，裂变气体在燃料棒上部通过导管进入上缓冲容器，在所述上缓冲容器中，裂变气体的温度降低，放射性核素衰变，降低辐射对回路循环泵、裂变气体吸附装置的损伤。
优选地，回路循环泵的流量小于1L/min，回路循环泵4的电气装置能够承受1×106n/cm2s的中子注量率。
优选地，连接上缓冲容器和回路循环泵之间的导管具有倾斜角度，使得挥发性的裂变产物在管道中沉降的时候不会堵塞管道。
优选地，回路循环泵进口处设置有过滤网，其中，所述过滤网用于过滤掉挥发性裂变产物冷凝以后形成的放射性气溶胶颗粒。
优选地，裂变气体吸附装置内部含有硅胶床以吸附裂变产物，并允许氦气通过硅胶床，进入燃料棒中循环利用；当反应堆停堆时，硅胶床通过加热扫气清除裂变气体后能够循环使用。
优选地，还包括燃料组件；
所述燃料组件上部、下部通过焊接分别与上缓冲容器、下缓冲容器相连；
燃料组件的燃料棒的上端塞与上缓冲容器底部的接管通过焊接连接，上缓冲容器底部接管的内径大于燃料棒的内径；上缓冲容器与燃料组件中轴线的位置偏置，以避免挡住控制棒的行程。
优选地，还包括氦气供气装置；
氦气供气装置设置在裂变气体吸附装置与下缓冲容器之间；
氦气供气装置通过氦气流量调节阀控制氦气供气的流量，在氦气供气装置的出口设置气体流量计监控氦气供气流量，在氦气流量调节阀前后分别布置第二压力传感器、第三压力传感器，监测氦气流量调节阀进出口的压力。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明解决压水堆运行过程中燃料组件内裂变气体积存的问题。
2、本发明能够在线脱除燃料包壳间隙中的裂变气体，提高燃料组件的热导率，从而提高反应堆发电的效率。
3、本发明能够减少燃料包壳间隙中的中子毒物，提高中子经济性，实现反应堆更高的燃耗深度，在相同发电功率下，减少反应堆运行成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置的系统示意图；
图2为本发明中燃料组件以及上下缓冲容器的结构示意图；
图3为本发明中燃料组件以及上下缓冲容器的放大示意图；
图中：
Figure BDA0001827270940000031
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，包括燃料组件1、上缓冲容器2、流量调节阀3、回路循环泵4、裂变气体吸附装置5、氦气供气装置6以及下缓冲容器7；
所述燃料组件1上部通过焊接与上缓冲容器2相连，上缓冲容器2外部布置散热肋片201，上缓冲容器2的出口与第一高压法兰202连接，第一高压法兰202与流量调节阀3连接，流量调节阀3与回路循环泵4连接，回路循环泵4与裂变气体吸附装置5相连，裂变气体吸附装置5与下缓冲容器7通过第二高压法兰701相连，在下缓冲容器7和裂变气体吸附装置5之间连接有氦气供应装置6，氦气供应装置6用来补充燃料组件1的燃料棒中的氦气，氦气的流量通过氦气流量调节阀603控制。
如图1所示，燃料组件1上部与上缓冲容器通过焊接方式相连；燃料组件1中的燃料棒顶端应有一段延伸，便于焊接。
燃料组件1顶端与上缓冲容器2之间的连接设置一段90°弯管，注意避免阻挡反应堆控制棒的行程。
上缓冲容器2的上部和下部设置散热肋片201，散热肋片201的高度50mm，间距10mm。
上缓冲容器2通过第一高压法兰202与流量调节阀3连接，第一高压法兰202与上缓冲容器2连接的管径为DN50，第一高压法兰202与流量调节阀3连接的管径为DN20。
流量调节阀3的工作压力上限为15.5MPa。
流量调节阀3与上缓冲容器2之间设置温度传感器301，其温度测量范围为300K到1000K。
回路循环泵4与流量调节阀3连接，回路循环泵4的工作压力下限为2MPa，上限为15.5MPa，额定流量为1L/min，回路循环泵4的入口处安装有400目的不锈钢滤网。
裂变气体吸附装置5与回路循环泵4连接，裂变气体吸附装置5中的吸附材料选择硅胶颗粒，硅胶的粒度小于1mm，比表面积大于700m2/g，裂变气体和氦气混合物进入裂变气体吸附装置5的温度的不超过500K。
裂变气体吸附装置5与回路循环泵4之间布置一个温度压力传感器，可包括第一压力传感器401，其温度测量范围300K到1000K，压力测量范围0到20MPa。
裂变气体吸附装置5与下缓冲容器7连接，管路中第二高压法兰701将管径从DN20变为DN50。
在裂变气体吸附装置5与下缓冲容器7中间，连接有氦气供气装置6，氦气供气装置通过氦气流量调节阀603控制氦气供气的流量，在氦气供气装置6的出口设置气体流量计监控氦气供气流量，在氦气流量调节阀603前后分别布置两个第二压力传感器602和第三压力传感器604这两者，两者的量程均为0到20MPa，用于监测氦气流量调节阀603进出口的压力。
在更为优选的实施例或者变化例中，流量调节阀3的阀门通过电动机构自动调节循环的流量，使之不超过1L/min，保证净化的效率。上缓冲容器2和回路循环泵4之间的导管有2°/m的倾斜。回路循环泵4与裂变气体吸附装置5前安装400目的不锈钢滤网，回路循环泵4使用蠕动泵形式，回路循环泵4的泵头使用铝材质，回路循环泵4的工作压力范围从2MPa到16MPa，回路循环泵4流量上限为1L/min。裂变气体吸附装置使用硅胶作为吸附材料，硅胶的粒度小于1mm，硅胶的比表面积大于700m2/g。
本发明提供的一种压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，能够在压水堆运行过程中，在不停堆的条件下脱除生成的裂变气体，提高燃料包壳间隙的热导率，减少燃料包壳间隙中的中子毒物，提高反应堆的经济型，具有广阔的应用前景。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，其特征在于，包括：上缓冲容器(2)、流量调节阀(3)、回路循环泵(4)、裂变气体吸附装置(5)以及下缓冲容器(7)；
上缓冲容器(2)、下缓冲容器(7)用于在燃料组件(1)的两端缓冲裂变气体；
上缓冲容器(2)与下缓冲容器(7)之间管路上设置有流量调节阀(3)、回路循环泵(4)、裂变气体吸附装置(5)；
流量调节阀(3)控制上缓冲容器(2)与回路循环泵(4)之间裂变气体的流量；裂变气体吸附装置(5)吸附裂变气体；
在所述回路循环泵(4)的驱动下，所述裂变气体从燃料组件(1)的燃料棒的包壳间隙中被驱动通过管路进入裂变气体吸附装置(5)，经裂变气体吸附装置(5)分离后回到燃料棒的包壳间隙中；
裂变气体在燃料棒上部通过导管进入上缓冲容器(2)，在所述上缓冲容器(2)中，裂变气体的温度降低，放射性核素衰变，降低辐射对回路循环泵(4)、裂变气体吸附装置(5)的损伤；
连接上缓冲容器(2)和回路循环泵(4)之间的导管具有倾斜角度，使得挥发性的裂变产物在管道中沉降的时候不会堵塞管道；
还包括燃料组件(1)；
所述燃料组件(1)上部、下部通过焊接分别与上缓冲容器(2)、下缓冲容器(7)相连；
燃料组件(1)的燃料棒的上端塞与上缓冲容器(2)底部的接管通过焊接连接，上缓冲容器(2)底部接管的内径大于燃料棒的内径；上缓冲容器(2)与燃料组件(1)中轴线的位置偏置，以避免挡住控制棒的行程；
还包括氦气供气装置(6)；
氦气供气装置(6)设置在裂变气体吸附装置(5)与下缓冲容器(7)之间；
氦气供气装置(6)通过氦气流量调节阀(603)控制氦气供气的流量，在氦气供气装置(6)的出口设置气体流量计监控氦气供气流量，在氦气流量调节阀(603)前后分别布置第二压力传感器(602)、第三压力传感器(604)，监测氦气流量调节阀(603)进出口的压力。
2.根据权利要求1所述的压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，其特征在于，回路循环泵(4)的流量小于1L/min，回路循环泵(4)的电气装置能够承受1×106n/cm2s的中子注量率。
3.根据权利要求1所述的压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，其特征在于，回路循环泵(4)进口处设置有过滤网，其中，所述过滤网用于过滤掉挥发性裂变产物冷凝以后形成的放射性气溶胶颗粒。
4.根据权利要求1所述的压水堆燃料组件裂变气体在线脱除装置，其特征在于，裂变气体吸附装置(5)内部含有硅胶床以吸附裂变产物，并允许氦气通过硅胶床，进入燃料棒中循环利用；当反应堆停堆时，硅胶床通过加热扫气清除裂变气体后能够循环使用。
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