CN109599198B - 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：筒体；顶盖，与筒体顶部固定连接，顶盖上设置有贯穿的第一排水孔和第一充气孔；屏蔽盖板，设置于筒体内部，并与顶盖对应设置，屏蔽盖板对应第一排水孔位置设置有贯穿的第二排水孔，对应第一充气孔位置设置有贯穿的第二充气孔；第一排水孔和第二排水孔内嵌套插入有排水组件，第一充气孔和第二充气孔内嵌套插入有充气组件，且排水组件和充气组件与筒体内表面固定；底板，固定在筒体的底部；燃料格架，设置于筒体内，并安置在底板上；以及导热金属块，设置于筒体内壁和燃料格架之间。相对于现有技术，本发明盖板安装定位、焊接密封和切割回取操作便利，加工制造简单，既可以水平存放，也可以竖直存放。

Description

核电厂乏燃料贮罐

技术领域

本发明属于核电领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂乏燃料贮罐。

背景技术

乏燃料贮罐是装载和贮存乏燃料的装置，能够满足核电厂乏燃料组件的长期存放。

现有技术中的核电厂乏燃料贮罐主要为卧式混凝土贮罐，虽然可以实现乏燃料组件装载功能，但在设备运行操作的便利性和安全性(辐射防护)，以及设备加工制造和设备存放方面仍存在一些问题，主要体现在：

(1)卧式乏燃料贮罐盖板水下安装定位困难

现有卧式乏燃料贮罐盖板包括屏蔽盖板、内层和外层盖板，由于充气排水孔组件与壳体完全焊接连接，导致屏蔽盖板和内层盖板必须采取异形盖板设计，异形部位存在安装定位困难和卡塞问题。

(2)卧式乏燃料贮罐切割回取操作复杂

在进行乏燃料组件回取时，需首先定位充气、排水孔位置，然后钻孔外层盖板，再对充气、排水口盖板焊缝进行切割使得充气、排水口快速接口裸露，之后通过快速接头进行充水排气和降温降压操作，最后分别切割内层、外层盖板焊缝实现组件回取,存在如下问题：

a)外层盖板已被打孔破坏，不利于部件复用；

b)切割贮罐顶盖需首先进行钻孔操作，额外增加切割回取操作时间和辐射剂量；

c)充气、排水孔盖板完全被盖板遮蔽，难以精准定位打孔；

d)内部盖板焊缝为非规则异形焊缝，需分别配置切割圆形焊缝和非规则异形焊缝的切割机器，操作复杂，增加辐射剂量水平。

(3)双层独立焊接盖板需多次吊卸焊接设备

现有卧式乏燃料贮罐采取了多层独立盖板设计，在完成内层盖板焊接操作后，需要首先将焊机拆卸下来，然后将外层盖板吊装至贮罐，然后再将焊机吊装至盖板顶端，存在多次拆卸焊接和再调试的问题。

有鉴于此，确有必要提供一种乏燃料装载工艺操作过程中盖板安装定位、焊接密封和切割回取操作便利，加工制造简单和可灵活存放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，提供一种乏燃料装载工艺操作过程中盖板安装定位、焊接密封和切割回取操作便利，加工制造简单和可灵活存放的核电厂乏燃料贮罐。

为了实现上述目的，本发明提供了一种核电厂乏燃料贮罐，包括：

筒体；

顶盖，与筒体顶部固定连接，顶盖上设置有贯穿的第一排水孔和第一充气孔；

屏蔽盖板，设置于筒体内部，并与顶盖对应设置，屏蔽盖板对应第一排水孔位置设置有贯穿的第二排水孔，对应第一充气孔位置设置有贯穿的第二充气孔；

第一排水孔和第二排水孔内嵌套插入有排水组件，第一充气孔和第二充气孔内嵌套插入有充气组件，且排水组件和充气组件与筒体内表面固定；

底板，固定在筒体的底部；

燃料格架，设置于筒体内，并安置在底板上；以及

导热金属块，设置于筒体内壁和燃料格架之间。

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屏蔽柱、排水快速接头、排水定位套管和排水管，所述排水屏蔽柱内设置有流道，所述排水快速接头位于排水屏蔽柱上部，并与排水屏蔽柱可拆卸固定连接，所述排水管位于排水屏蔽柱的下部，并与排水屏蔽柱可拆卸固定连接，所述排水管向底板延伸；所述排水定位套管套装在排水快速接头外侧，设置于排水屏蔽柱的上部，并与排水屏蔽柱固定连接。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述流道为

肘形迷宫式流道。

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屏蔽柱、充气快速接头和充气定位套管，所述充气屏蔽柱内设置有流道，所述充气快速接头位于充气屏蔽柱上部，并与充气屏蔽柱可拆卸固定连接，所述充气定位套管套装在充气快速接头外侧，设置于充气屏蔽柱的上部，并与充气屏蔽柱固定连接。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述流道为

肘形迷宫式流道。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述顶盖上表面圆周边设置有凹槽，凹槽内嵌套设置有密封环，密封环位于所述顶盖和所述筒体之间，且密封环的两侧分别与顶盖和筒体通过焊接连接。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述密封环为矩形金属密封环。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，

所述第一排水孔和所述第一充气孔为台阶结构，第一排水孔和第一充气孔内都设置有内层小盖板和外层小盖板，并分别与顶盖焊接密封。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述底板包括内层底板和外层底板，内层底板固定在外层底板上，所述筒体固定在外层底板上，内层底板嵌套于筒体内部，并与筒体焊接固定。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述外层底板上设置有贯穿的抓具适配孔，优选地，所述抓具适配孔断面为单层的“L”形台阶面结构，其中与内层底板接触面的孔直径大于底板面的孔直径。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述内层底板上设置有集水槽，所述排水管延伸至内层底板的集水槽内。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述集水槽为截面为倒梯形的圆台形凹槽。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述燃料格架包括格架内筒、格架外筒和C型围板，格架外筒套设在格架内筒外部，C型围板与格架外筒固定连接，格架内筒内部的空腔、格架外筒与格架内筒之间的空腔、以及格架外筒与C型围板之间的空腔通过设置中间隔板分隔成多个燃料贮存小室。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，每个所述燃料贮存小室内设置有中子吸收体板。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述燃料格架还设置有固定围板组件，所述固定围板组件与C型围板固定连接，优选地，所述固定围板组件包括连接板、紧固件、顶端螺杆和顶部限位板，连接板与所述C型围板固定连接，紧固件固定在连接板外表面，顶端螺杆固定在紧固件的顶端，顶部限位板设置有与顶端螺杆适配的固定孔。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述导热金属块包括第一导热金属块，所述第一导热金属块的一面设置有固定槽，顶部设置有延伸到固定槽的螺杆孔，其中，第一导热金属块的固定槽与固定在所述连接板上的紧固件适配，紧固件与第一导热金属块固定槽适配卡接，所述顶端螺杆穿过螺杆孔，并通过顶部限位板和螺母进行固定，将固定围板组件与C型围板固定。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述第一导热金属块上还设置有吊耳槽。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述紧固件为T型紧固件，所述固定槽为T型槽。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述导热金属块还包括第二导热金属块，所述第二导热金属块包括排水组件侧导热金属块和充气组件侧导热金属块，所述排水组件侧导热金属块顶部设置有排水屏蔽柱槽，侧面设置有排水管槽，所述排水屏蔽柱设置在排水屏蔽柱槽内，所述充气组件侧导热金属块顶部设置有充气屏蔽柱槽，所述充气屏蔽柱设置在充气屏蔽柱槽内。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述顶盖上表面设置有吊装孔。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述屏蔽盖板上表面设置有吊装孔。

作为本发明核电厂乏燃料贮罐的一种改进，所述筒体内侧上部设置有吊耳，所述屏蔽盖板下表面设置有卡槽，卡槽与吊耳适配。

相对于现有技术，本发明核电厂乏燃料贮罐具有以下有益技术效果：

1)操作便利、加工制造工艺简单、焊接和切割回取高效、辐射剂量低、设备存放便利，可同时作为立式和卧式乏燃料贮罐使用；

2)顶盖安装定位方面，规避了现有贮罐异形盖板设计带来的定位困难和设备卡塞损伤问题，通过采取标准圆形顶盖设计和辅助定位套管设计，顶盖安装定位简便、高效；

3)焊接操作方面，由于采取独立焊接顶盖、单层屏蔽盖板和圆形焊缝设计，避免了自动焊机多次拆卸，并显著降低焊接难度，提高焊接效率；

4)切割操作方面，由于充气、排水孔顶盖采取独立焊接密封的裸露式结构设计，可直接针对顶盖双层充气、排水孔盖板进行切割回取，定位简单，同时避免遮蔽式排水、充气孔结构设计带来的切割回取时需要对顶盖钻孔破坏结构的问题，从而实现顶盖的重复使用，此外，圆形焊缝切割回取操作时间更短，切割设备配置更加简易，同时辐射剂量低；

5)设备加工制造方面，燃料格架主体结构采取同心套筒和C型围板结构设计，对于导热金属块采取T型紧固件配套T型槽进行固定的结构设计，显著简化了燃料格架加工制造和安装难度；

6)设备存放方面，由于贮罐底部抓斗空腔采取内置隐藏式结构设计，确保贮罐底板为平底结构，因此可采取立式存放方式，有效降低占地面积，提高存放方式的灵活性。

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(前端)。

图2为本发明核电厂乏燃料贮罐的结构示意图(后端)。

图3为本发明核电厂乏燃料贮罐的剖视图(剖1/4)。

图4为本发明核电厂乏燃料贮罐的结构示意图(无顶盖和燃料格架)。

图5为本发明核电厂乏燃料贮罐顶盖断面的结构示意图。

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焊缝的结构示意图(第一排水孔侧)。

图8为本发明核电厂乏燃料贮罐顶盖焊缝的结构示意图(第一充气孔侧)。

图9为本发明核电厂乏燃料贮罐密封环的结构示意图。

图10为本发明核电厂乏燃料贮罐屏蔽盖板的结构示意图。

图11为本发明核电厂乏燃料贮罐的俯视图(去掉顶盖)。

图12为本发明核电厂乏燃料贮罐的剖视图(剖1/2)。

图13为本发明核电厂乏燃料贮罐排水组件的结构示意图。

图14为本发明核电厂乏燃料贮罐充气组件的结构示意图。

图15为本发明核电厂乏燃料贮罐内层底板的结构示意图。

图16为本发明核电厂乏燃料贮罐外层底板的结构示意图。

图17为本发明核电厂乏燃料贮罐燃料格架的结构示意图。

图18为本发明核电厂乏燃料贮罐中子吸收体格架的结构示意图。

图19为本发明核电厂乏燃料贮罐燃料格架卧式存放立面剖视图。

图20为本发明核电厂乏燃料贮罐燃料格架主体结构示意图。

图21为本发明核电厂乏燃料贮罐燃料格架主体结构装配示意图。

图22为本发明核电厂乏燃料贮罐燃料格架固定围板组件的结构示意图。

图23为本发明核电厂乏燃料贮罐第一导热金属块固定的结构示意图。

图24为本发明核电厂乏燃料贮罐第一导热金属块的结构示意图。

图25为本发明核电厂乏燃料贮罐第一导热金属块的剖视图。

图26为本发明核电厂乏燃料贮罐第一导热金属块固定槽结构示意图(贯穿段)。

图27为本发明核电厂乏燃料贮罐排水组件侧导热金属块和充气组件侧导热金属块的结构示意图。

附图标记：

10-筒体；102-吊耳；11-密封环；12-顶盖；122-第一排水孔；123-第一充气孔；124-凹槽；125-内层小盖板；126-外层小盖板；127-内层小盖板；128-外层小盖板；129-吊装孔；13-屏蔽盖板；132-第二排水孔；133-第二充气孔；134-卡槽；135-吊装螺纹孔；14-排水组件；141-排水屏蔽柱；142-排水快速接头；143-排水定位套管；144-排水管；15-充气组件；151-充气屏蔽柱；152-充气快速接头；153-充气定位套管；17-底板；171-内层底板；1712-集水槽；172-外层底板；1720-抓具适配孔；18-燃料格架；181-中子吸收体格架；1811-格架内筒；1812-格架外筒；1813-中间隔板；1814-C型围板；1815-中子吸收体板；182-固定围板组件；1821-连接板；1822-紧固件；1823-顶端螺杆；1824-顶部限位板；201-第一导热金属块；2012-固定槽；2013-顶部螺杆孔；2014-吊耳槽；2021-排水组件侧导热金属块；20212-排水屏蔽柱槽；20213-排水管槽；2022-充气组件侧导热金属块；20222-充气屏蔽柱槽；2023,2024-辅助导热金属块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、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27所示，本发明核电厂乏燃料贮罐，包括：

筒体10；

顶盖12，与筒体10顶部固定连接，顶盖12上设置有贯穿的第一排水孔122和第一充气孔123；

屏蔽盖板13，设置于筒体10内部，并与顶盖10对应设置，屏蔽盖板13对应第一排水孔122位置设置有贯穿的第二排水孔132，对应第一充气孔123位置设置有贯穿的第二充气孔133；

第一排水孔122和第二排水孔132内嵌套插入有排水组件14，第一充气孔123和第二充气孔133内嵌套插入有充气组件15，且排水组件14和充气组件15与筒体10内表面固定；

底板17，固定在筒体10的底部；

燃料格架18，设置于筒体10内，并安置在底板17上；以及

导热金属块，设置于筒体10内壁和燃料格架18之间。

请参阅图3和4所示，筒体10为环形结构的单层金属环板，当筒体10竖直放置时，坐落在底板17上，为了便于对筒体10进行吊装，在筒体10的内上部设置有吊耳102，在图示实施方式中，吊耳102为矩形开孔钢板，位于筒体10内侧上部区域且通过焊接连接，共有4个，同心90°均匀分布，主要作用为：

1)在装载乏燃料组件前，用于将乏燃料贮罐吊装至预定位置做好装载前准备；

2)在装载乏燃料组件后，用于固定和承载屏蔽盖板13。

在本发明的其他实施方式中，吊耳102的结构、位置和数量不做限定。

请参阅图3、图5至图9所示，顶盖12承担对乏燃料贮罐的第一道密封功能，同时也属于承压边界。顶盖12为圆形顶盖，其上设置有第一排水孔122和第一充气孔123，其中，第一排水孔122和第一充气孔123均为贯穿顶盖12的圆孔，两圆孔结构尺寸相同，优选地，第一排水孔122和第一充气孔123分别位于顶盖10的两侧，在本发明的其他实施方式中，第一排水孔122和第一充气孔123的位置可不做限定。为实现对第一排水孔122和第一充气孔123的双重冗余密封，在第一排水孔122和第一充气孔123上设有两层台阶面，每个台阶面上设置有一层独立小盖板，分别为第一排水孔内层小盖板125、第一排水孔外层小盖板126、第一充气孔内层小盖板127和第一充气孔外层小盖板128，每层小盖板与顶盖12均通过焊接连接。

具体地，以第一排水孔122为例，其下部台阶面用于承载第一排水孔内层小盖板125，其上部台阶面用于承载第一排水孔外层小盖板126，内层小盖板125和外层小盖板126分别与第一排水孔122通过焊接连接。

通过在第一排水孔122内设置内层小盖板125和外层小盖板126，在第一充气孔123内设置内层小盖板127和外层小盖板128，可实现独立冗余密封。由于第一排水孔122、第一充气孔123小盖板未被顶盖12和顶盖密封环11遮蔽直接裸露在外，在贮罐切割回取操作时可直接识别第一排水孔、第一充气孔小盖板位置进行焊缝切割，然后打开快速接头充水排气降温降压。

为了便于吊装顶盖12，顶盖12上还设置有吊装孔129，优选地，吊装孔129位于顶盖12上表面，共设有4个，同心90°均匀分布，用于顶盖12吊装安装使用。

顶盖12嵌套设置在筒体10的顶部，与筒体10之间通过焊接连接，为实现对顶盖12的冗余密封，顶盖12上表面的圆周边缘设置有凹槽124，凹槽124内配套嵌入设置有密封环11，使得密封环11位于顶盖12与筒体10之间，优选地，密封环11为端面为矩形的金属密封环，两端分别与顶盖12和筒体10通过焊接连接，实现对乏燃料贮罐的冗余密封功能。

请参阅图7和图8所示，分别为乏燃料贮罐第一排水孔122侧、第一充气孔123侧顶盖12焊缝结构示意图。具体的，与顶盖12相关的焊缝共有9个区域，分别是：

1)焊缝1：顶盖12与筒体10之间的环形焊缝；

2)焊缝2：第一排水孔122与排水组件14排水定位套管143之间的环形焊缝；

3)焊缝3：第一排水孔122与内层小盖板125之间的环形焊缝；

4)焊缝4：第一排水孔122与外层小盖板126之间的环形焊缝；

5)焊缝5：第一充气孔123与充气组件15充气定位套管153之间的环形焊缝；

6)焊缝6：第一充气孔123与内层小盖板127之间的环形焊缝；

7)焊缝7：第一充气孔123与外层小盖板128之间的环形焊缝；

8)焊缝8：顶盖12与密封环11内侧之间的环形焊缝；

9)焊缝9：筒体10密封环11外侧之间的环形焊缝。

请参阅图3和图10所示，屏蔽盖板13与顶盖12对应设置，为圆形结构，当筒体10竖直放置时，屏蔽盖板13位于顶盖12的下方，并嵌套设置在筒体10内，同时位于燃料格架18的上方。屏蔽盖板13对应顶盖12第一排水孔122位置设置有第二排水孔132、对应第一充气孔123位置设置有第二充气孔133。第二排水孔132和第二充气孔133均为贯穿屏蔽盖板13的圆孔，两圆孔结构、尺寸均相同。

为了便于对屏蔽盖板13进行固定，对应筒体10内部吊耳102位置设置有卡槽134，在图示实施方式中，卡槽134设置有4个，位于屏蔽盖板13下表面，同心90°均匀分布，每个卡槽134的位置正对于筒体10内部吊耳102。

为了便于吊装，在屏蔽盖板13上表面设置有吊装螺纹孔135，在图示实施方式中，设置有4个吊装螺纹孔135，同心90°均匀分布，用于屏蔽盖板吊装安装。

在本发明的其他实施方式中，卡槽134和吊装螺纹孔135的数量和位置不做限定，可根据实际情况进行调整。

屏蔽盖板13也可与顶盖12一体成型，作为顶盖12底部的一部分。

在运行过程中，通过吊装螺纹孔135对屏蔽盖板13进行吊装作业，在完成准确定位后缓慢降低屏蔽盖板13，之后排水组件14排水定位套管143穿过第二排水孔132，充气组件15充气定位套管153穿过第二充气孔133，最后屏蔽盖板13下表面4个卡槽134分别坐落在筒体10内侧上部四个吊耳102上，最终完成屏蔽盖板13定位安装，屏蔽盖板13仅用于辐射屏蔽保护，自由坐落在筒体10内部，与筒体10之间无结构固定连接。

在运行功能方面，当完成乏燃料组件装载后，将屏蔽盖板13吊装至乏燃料贮罐顶部完成水下安装就位，之后需要将乏燃料贮罐吊装离开水面再进行顶盖12的近距离安装就位，由于预先安装的屏蔽盖板13可承担对装载乏燃料组件的屏蔽功能，可有效降低乏燃料组件对操作人员辐射剂量。第二排水孔132位置对应于排水组件14排水定位套管143，第二充气孔133的位置对应于充气组件15充气定位套管153。

第一排水孔122的位置对应于排水组件14排水定位套管143，第一充气孔123的位置对应于充气组件15充气定位套管153。

请参阅图4、图7、图8、图11至图14所示，排水组件14和充气组件15相互独立，分别位于筒体10两侧，且均与筒体10通过焊接固定连接。

排水组件14嵌套插入第一排水孔122和第二排水孔132内，充气组件15嵌套插入第一充气孔123和第二充气孔133内。排水组件14和充气组件15内部配置有快速接头，便于快速完成对乏燃料贮罐的充气排水、抽真空干燥和填充氦气工艺操作。

具体地，排水组件14用于乏燃料组件水下装载完成后的贮罐内部排水操作，包括排水屏蔽柱141、排水快速接头142、排水定位套管143和排水管144。充气组件15用于乏燃料组件水下装载完成后的贮罐内部充气操作，包括充气屏蔽柱151、充气快速接头152和充气定位套管153。排水组件14和充气组件15主体结构尺寸相同，差异在于排水组件14增加了排水管144。以排水组件14为例，排水屏蔽柱141为圆柱形结构，与筒体10通过焊接固定连接，在排水屏蔽柱141内部设置有流道，优选地，流道为

肘形迷宫式流道，以便强化充气排水运行操作辐射屏蔽效果，排水快速接头142位于排水屏蔽柱141上部，二者之间通过螺纹固定连接，排水管144位于排水屏蔽柱141下部，二者之间也通过螺纹连接，排水管144末端一直延伸至底板17的集水槽内。

排水定位套管143为金属圆管，套装在排水快速接头142外侧，坐落在排水屏蔽柱141上表面并与排水屏蔽柱141通过焊接固定连接。排水快速接头142和排水定位套管143均固定在排水屏蔽柱141上表面，但与筒体10相互分离，无实体接触。如此设置，避免了排水组件14上端、下端完全与筒体10焊接后与圆形盖板(顶盖12和屏蔽盖板13)发生结构干涉，从而导致盖板必须采取异形结构设计并增加盖板安装、焊接和切割操作难度。

充气屏蔽柱151与排水屏蔽柱141形状结构相同，也为圆柱形结构(见图4虚线框)，并与筒体10之间通过焊接固定连接。充气屏蔽柱151内设置有流道，流道优选为

肘形迷宫式流道，充气快速接头152位于充气屏蔽柱151上部，并与充气屏蔽柱151通过螺纹固定连接，充气定位套管153为金属圆管，套装在充气快速接头152外侧，设置于充气屏蔽柱151的上表面，并与充气屏蔽柱151通过焊接固定连接。

充气快速接头152和充气定位套管153均固定在充气屏蔽柱151上表面，但与贮罐筒体10相互分离，无实体接触。通过采取该结构设计，避免了充气组件15上端、下端完全与筒体10焊接后与圆形盖板(顶盖12和屏蔽盖板13)发生结构干涉，从而导致盖板必须采取异形结构设计并增加盖板安装、焊接和切割操作难度。

排水定位套管143和充气定位套管153具有以下功能：

1)屏蔽盖板13吊装安装时起辅助定位功能，为便于屏蔽盖板13水下安装定位，排水定位套管143和充气定位套管153作为直观的参考点，提前判断调整屏蔽盖板13位置，使得第二排水孔132和第二充气孔133分别与排水定位套管143和充气定位套管153准确对中；特别的，也可分别在排水定位套管143和充气定位套管153内插入金属长杆作为参考点，可以更早的实现屏蔽盖板13对中定位；

2)顶盖12吊装安装时起辅助定位功能，定位原理同上；

3)承担对排水组件14排水快速接头142和充气组件15充气快速接头152的保护功能，防止屏蔽盖板13、顶盖12吊装安装过程中对排水快速接头142和充气快速接头152造成碰撞损伤；

4)作为乏燃料贮罐的密封和承压边界。如图7、图8所示，排水定位套管143与顶盖12的第一排水孔121焊接连接，充气定位套管153与顶盖第一充气孔122焊接连接。

在运行操作过程中，与充气组件14和排水组件15相关的具体工艺过程说明如下：

1)在排水组件14的排水定位套管143和充气组件15的充气定位套管153的辅助定位作用下，完成水下屏蔽盖板13安装；

2)将贮罐吊装离开水面至清洗井，在排水组件14的排水定位套管143和充气组件15的充气定位套管153的辅助定位作用下，完成顶盖12安装；

3)分别完成顶盖12和筒体10之间的焊接；排水组件14的排水定位套管143与顶盖12第一排水孔122的焊接；充气组件15的充气定位套管153与顶盖12第一充气孔123焊接；

4)将氦气罐连接充气快速接头152，将排水管144连通排水快速接头142；

5)分别打开排水快速接头142和充气快速接头152，氦气通过充气组件15的充气快速接头152进入充气屏蔽柱151内的肘形空气流道，最终进入贮罐内部，在氦气持续压力作用下，贮罐内部含硼水沿着排水管144进入排水屏蔽柱141和排水快速接头142后不断被排走，直至最终底板17上集水槽内残余少量含硼水；

6)将排水快速接头142和充气快速接头152与抽真空干燥装置分别连接，进行抽真空干燥，直至满足抽真空干燥验收准则；

7)关闭排水组件14的排水快速接头142，通过充气组件15的充气快速接头152向贮罐内部填充氦气至设计压力，关闭充气快速接头152。

请参阅图3、图4、图15和图16所示，底板17包括内层底板171和外层底板172，筒体10坐落在外层底板172上，并通过焊接固定连接，内层底板171嵌套在筒体10的内部，并坐落在外层底板172上，内层底板171与筒体10之间通过焊接固定连接。

内层底板171上设有对应于排水管144的集水槽1712，排水管144延伸至内层底板171的集水槽1712内，以便在装载完成乏燃料组件后，将贮罐内部含硼水通过排水管144全部排空。

当筒体10竖直放置时，内层底板171位于外层底板172的上部，内层底板为厚壁金属圆板，嵌套于筒体10内部。集水槽1712为截面为倒梯形的圆台形凹槽，由于将排水管144的末端深入集水槽1712内部，贮罐内部含硼水最终汇集至集水槽1712内被最大程度排空，尽可能降低抽真空干燥时间。

外层底板172为一厚壁金属环板，底面为平底结构，筒体10和内层底板171均坐落在外层底板172上，筒体10和内层底板171分别通过焊接方式与外层底板172固定连接。

请参阅图3和图16所示，外层底板172的中部设置有贯通的抓具适配孔1720，抓具适配孔1720的断面为“L”形台阶面结构，其中与内层底板171接触面的贯穿孔直径较大，贮罐底板面的贯穿孔直径较小，因此当外层底板172与内层底板171相互组合时，形成了内置隐蔽式的贮罐底板空腔。

工艺操作过程中，当将乏燃料贮罐推入卧式混凝土模块时，将液压缸的抓斗穿透抓具适配孔1720，进入底板17隐蔽式空腔，然后张开抓斗向周边扩展，从而外层底板172的“L”形台阶面实现咬合锁扣，然后伸长液压缸作用于内层底板171将贮罐推入卧式混凝土模块。反之，当需要将贮罐从卧式混凝土模块取出时，先伸长液压缸，使得抓斗伸入抓具适配孔1720，进入底板17隐蔽式空腔，然后张开抓斗向周边扩展，使得抓斗与外层底板172的“L”形台阶面实现咬合锁扣，然后通过抓斗作用于外层底板172的“L”形台阶面，将贮罐从卧式混凝土模块拉出。

请参阅图3、图11、图12、图17至图21所示，燃料格架18设置在筒体10内，并放置在底板17上，包括中子吸收体格架181，中子吸收体格架181包括格架内筒1811、格架外筒1812和C型围板1814，格架外筒1812套设在格架内筒1811外部，C型围板1814与格架外筒1812固定连接，格架内筒1811内部的空腔、格架外筒1812与格架内筒1811之间的空腔、以及格架外筒1812与C型围板1814之间的空腔通过设置中间隔板1813分隔成多个燃料贮存小室。

中子吸收体格架181用于装载乏燃料组件，在图示实施方式中，设有1个格架内筒1811、1个格架外筒1812、28块中间隔板1813、4个C型围板1814，格架内筒1811和格架外筒1812均为断面为正方形的金属筒，中间隔板1813为长方形金属板，C型围板1814由三面长方形钢板组成，左右两面钢板相互平行。

具体的，在制造装配时，可预先制造格架内筒1811、格架外筒1812和C型围板1814，然后将格架内筒1811与格架外筒1812空腔通过12块中间隔板1813进行焊接连接固定；4个C型围板1814分别焊接在格架外筒1812的四周，C型围板1814与格架外筒1812之间空腔同样通过12块中间隔板1813进行焊接连接固定；格架内筒1811内部空腔由4块中间隔板1813焊接组成，最终形成具有32个乏燃料贮存小室的燃料贮罐，每个小室存放一组乏燃料组件。

请参阅图19所示，为了便于吸收乏燃料组件释放的中子，在每个乏燃料贮存小室内设置有中子吸收体板1815，在图示实施方式中，每个乏燃料贮存小室内，设置有两块中子吸收体板1815，每个中子吸收体板1815由内部的中子吸收体材料和外部包覆焊接的钢板组成。由于每个乏燃料贮存小室内设置有中子吸收体材料，承担了对乏燃料组件裂变反应的临界控制功能。当处于水平贮存状态时，中子吸收体板1815分别位于乏燃料储存小室的侧面(左侧或右侧)和顶部，相应的，乏燃料组件存放于乏燃料贮存小室的底部。

在本发明的其他实施方式中，中间隔板1813的数量和乏燃料贮存小室的数量可根据需要进行调整。

请参阅图17、图22和图23所示，为了便于对导热金属块进行固定，燃料格架18还设置有固定围板组件182，具体地，固定围板组件182共有4个，分别固定在燃料格架18的前、后、左、右四面，用于固定导热金属块，强化对乏燃料组件衰变热的热传导作用。

进一步地，固定围板组件182包括连接板1821、紧固件1822、顶端螺杆1823和顶部限位板1824，连接板1821与C型围板固定连接，紧固件1822固定在连接板1821外表面，顶端螺杆1823固定在紧固件1822的顶端，顶部限位板1824设置有与顶端螺杆1823适配的固定孔。

请参阅图3、图11、图23至图27所示，导热金属块包括第一导热金属块201，第一导热金属块201共有4个，结构和尺寸均相同，均位于筒体10内壁和燃料格架18之间，同心环绕均匀分布，且均与燃料格架18相互固定连接。当乏燃料贮罐处于卧式贮存状态时，以水平方向为0°，则4个第一导热金属块201分别位于±0°和±90°位置。第一导热金属块201的一面设置有固定槽2012，顶部设置有延伸到固定槽2012的螺杆孔2013，其中，第一导热金属块201的固定槽2012与固定在连接板1821上的紧固件1822适配，紧固件1822与第一导热金属块201固定槽2012适配卡接，顶端螺杆1823穿过螺杆孔2013，并通过顶部限位板1824和螺母进行固定，将固定围板组件182与C型围板1814固定。

在图示实施方式中，连接板1821为长方形钢板，共有4块，分别与4块C型围板1814通过焊接连接。紧固件1822为T型紧固件，为断面呈“T”形状的金属部件，固定槽2012为T型固定槽，紧固件1822与第一导热金属块201上的固定槽2012相互适配卡接，实现第一导热金属块201的水平方向固定。每两个T型紧固件1822为一组，对称焊接固定在连接板1821外表面，且T型紧固件1822的底部与连接板1821齐平，T型紧固件1822的顶部距离连接板1821顶部有一定距离，用于设置顶端螺杆1823。

顶端螺杆1823焊接固定在T型紧固件1822的顶端，且顶端螺杆1823的顶部超出连接板1821的顶部，每个连接板1821上焊接设置有两个顶端螺杆1823。

顶部限位板1824为独立的小尺寸钢板，设有两个固定孔，与顶端螺杆1823相互配套使用。具体的，当顶端螺杆1823穿过第一导热金属块201顶部螺杆孔2013后，将顶部限位板1824的固定孔穿过顶端螺杆1823置于第一导热金属块201顶端，最后通过螺母固定，实现对第一导热金属块201的径向固定。最终通过T型紧固件1822、顶端螺杆1823和顶部限位板1824，实现对第一导热金属块201的全方位紧固，使得第一导热金属块201与乏燃料格架18紧密接触，强化对于乏燃料组件的热传导效果。

优选地，第一导热金属块201一侧为圆弧面结构、另一侧为平面结构，圆弧面与筒体10内侧相互适配，平面侧与连接板1821紧密接触。特别的，T型固定槽2012完全贯穿了第一导热金属块201底部区域，但并未完全贯穿第一导热金属块201顶部区域，如此设计，是在第一导热金属块201T型固定槽2012插入T型紧固件1822后，可以使得第一导热金属块201搭接在T型紧固件1822的顶端，由T型紧固件1822作为第一导热金属块201的承重部件进行支撑和固定。在第一导热金属块201T型固定槽2012未贯穿的区域内，设有两个贯穿的螺杆孔2013，主要功能是在顶端螺杆1823穿透螺杆孔2013后，配合顶部限位板1824和螺母实现对第一导热金属块201的全方位紧固，强化乏燃料组件的热传导效果。为了便于对第一导热金属块201进行吊装，在第一导热金属块201的上部设置有吊耳槽2014，吊耳槽2014位于第一导热金属块201圆弧面顶部中部区域，整体为长方体空腔结构，每个吊耳槽2014与筒体10内侧焊接的吊耳102一一对应，以便防止筒体10的吊耳102与第一导热金属块201发生碰撞和结构干涉。在本发明的其他实施方式中，紧固件1822和固定槽2012也可为其他形状，数量可不做限定。

请参阅图11和图27所示，导热金属块还包括第二导热金属块，第二导热金属块包括排水组件侧导热金属块2021、充气组件侧导热金属块2022、以及其他两个辅助导热金属块2023和2024，各导热金属块断面均为90°扇形。第二导热金属块位于筒体10和燃料格架18之间，同心环绕均匀分布，自由存放于筒体10内部，与筒体10和燃料格架18之间均无固定连接。当乏燃料贮罐处于卧式贮存状态时，以水平方向为0°，第二导热金属块分别位于±45°和±135°的位置。

排水组件侧导热金属块2021和充气组件侧导热金属块2022相对设置，另外两个辅助导热金属块2023和2024相对设置，排水组件侧导热金属块2021、充气组件侧导热金属块2022以及另外两个导热金属块2023和2024设置在燃料格架18的相邻两个C型围板1814形成的角上。

排水组件侧导热金属块2021顶部设置有排水屏蔽柱槽20212，扇形面设置有排水管槽20213。其中，排水屏蔽柱槽20212功能是预留与排水组件14排水屏蔽柱141配套的空间，防止排水屏蔽柱141与排水组件侧导热金属块2021发生实体干涉。排水管槽20213功能是预留与排水管144配套的空间，防止排水管144与排水组件侧导热金属块2021发生实体干涉，排水管槽20213从扇形面的顶部延伸到底部，排水管144底部一直延伸至排水管槽20213内。

充气组件侧导热金属块2022顶部设置有充气屏蔽柱槽20222，充气屏蔽柱槽20222功能是预留与充气组件15充气屏蔽柱151配套的空间，防止充气屏蔽柱151与充气组件侧导热金属块2022发生实体干涉。辅助导热金属块2023和2024结构、尺寸相同，断面为90°扇形，在此不做详细介绍。

需要说明的是，燃料格架18和导热金属块在筒体内部处于自由存放状态，与屏蔽盖板13、筒体10和底板17之间均无固定连接。

在图示实施方式中，第一导热金属块201、排水组件侧导热金属块2021、充气组件侧导热金属块2022、以及其他两个辅助导热金属块2023和2024均采用导热铝块。

与上述各设备部件相关的具体工艺操作方案说明如下：

1)将乏燃料贮罐竖直存放，内部填充满含硼水；

2)将乏燃料组件吊装至乏燃料贮罐内部燃料格架18；

3)吊装屏蔽盖板13，将屏蔽盖板13第二排水孔132和第二充气孔133分别对准排水组件14和充气组件15后缓慢下降，最终将屏蔽盖板13准确安装至筒体10内部；

4)将乏燃料贮罐从水池吊装至清洗井；

5)在清洗井内，吊装顶盖12至筒体10顶部，将顶盖12的第一排水孔122和第一充气孔123分别对准排水组件14和充气组件15后缓慢下降，最终完成顶盖12准确安装就位；

6)吊装自动焊机至乏燃料贮罐顶盖12顶部，并完成顶盖12与筒体10之间自动焊接；

7)完成排水组件14排水定位套管143与顶盖12第一排水孔122接触环隙之间的焊接操作；

8)完成充气组件15充气定位套管153与顶盖12第一充气孔123接触环隙之间的焊接操作；

9)分别打开排水组件14和充气组件15的快速接头，分别完成抽真空干燥操作和氦气填充操作，关闭快速接头；

10)分别完成顶盖12第一充气孔123和第一排水孔122的内层、外层小盖板的焊接；

11)将顶盖密封环11放置于顶盖12与筒体10之间；

12)完成顶盖密封环11与顶盖12之间的焊接操作；

13)完成顶盖密封环11与筒体10之间的焊接操作；

14)将乏燃料贮罐从竖直状态翻转至水平状态；

15)通过配套转运拖车，将贮罐运输至卧式混凝土模块存放区域，通过液压推拉装置，将抓斗深入贮罐底板17腔室后，将贮罐推入卧式混凝土模块。

虽然上述工艺操作最终将贮罐推入卧式混凝土模块作为卧式乏燃料贮罐使用，但本发明的乏燃料贮罐也可同时作为立式乏燃料贮罐使用，具体操作过程为取消上述步骤14)的翻转工作，直接将贮罐吊装至立式混凝土模块存放区域。

相对于现有技术，本发明核电厂乏燃料贮罐具有以下有益技术效果：

1)操作便利、加工制造工艺简单、焊接和切割回取高效、辐射剂量低、设备存放便利，可同时作为立式和卧式乏燃料贮罐使用；

2)乏燃料贮罐顶盖12安装定位方面，规避了现有贮罐异形盖板设计带来的定位困难和设备卡塞损伤问题，通过采取标准圆形顶盖12设计和辅助定位套管设计，顶盖安装定位简便、高效；

3)乏燃料贮罐焊接操作方面，由于采取独立焊接顶盖12、单层屏蔽盖13板和圆形焊缝设计，避免了自动焊机多次拆卸，并显著降低焊接难度，提高焊接效率；

4)切割操作方面，由于充气、排水孔顶盖12采取独立焊接密封的裸露式结构设计，可直接针对顶盖12双层充气、排水孔盖板进行切割回取，定位简单，同时避免遮蔽式排水、充气孔结构设计带来的切割回取时需要对顶盖钻孔破坏结构的问题，从而实现顶盖12的重复使用，此外，圆形焊缝切割回取操作时间更短，切割设备配置更加简易，同时辐射剂量低；

5)设备加工制造方面，燃料格架18主体结构采取同心套筒和C型围板结构设计，对于导热金属块采取T型紧固件配套T型槽进行固定的结构设计，显著简化了乏燃料贮罐格架加工制造和安装难度；

6)设备存放方面，由于贮罐底部抓斗空腔采取内置隐藏式结构设计，确保贮罐底板17为平底结构，因此可采取立式存放方式，有效降低占地面积，提高存放方式的灵活性。

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：

筒体；

顶盖，与筒体顶部固定连接，顶盖上设置有贯穿的第一排水孔和第一充气孔；

屏蔽盖板，设置于筒体内部，并与顶盖对应设置，屏蔽盖板对应第一排水孔位置设置有贯穿的第二排水孔，对应第一充气孔位置设置有贯穿的第二充气孔；第一排水孔和第二排水孔内嵌套插入有排水组件，第一充气孔和第二充气孔内嵌套插入有充气组件，且排水组件和充气组件与筒体内表面固定；

底板，固定在筒体的底部；

燃料格架，设置于筒体内，并安置在底板上；所述燃料格架包括格架内筒、格架外筒和C型围板，格架外筒套设在格架内筒外部，C型围板与格架外筒固定连接，格架内筒内部的空腔、格架外筒与格架内筒之间的空腔、以及格架外筒与C型围板之间的空腔通过设置中间隔板分隔成多个燃料贮存小室；以及

导热金属块，设置于筒体内壁和燃料格架之间。

2.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述排水组件包括排水屏蔽柱、排水快速接头、排水定位套管和排水管，所述排水屏蔽柱内设置有流道，所述排水快速接头位于排水屏蔽柱上部，并与排水屏蔽柱可拆卸固定连接，所述排水管位于排水屏蔽柱的下部，并与排水屏蔽柱可拆卸固定连接，所述排水管向底板延伸；所述排水定位套管套装在排水快速接头外侧，设置于排水屏蔽柱的上部，并与排水屏蔽柱固定连接。

3.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述充气组件包括充气屏蔽柱、充气快速接头和充气定位套管，所述充气屏蔽柱内设置有流道，所述充气快速接头位于充气屏蔽柱上部，并与充气屏蔽柱可拆卸固定连接，所述充气定位套管套装在充气快速接头外侧，设置于充气屏蔽柱的上部，并与充气屏蔽柱固定连接。

4.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述顶盖上表面圆周边设置有凹槽，凹槽内嵌套设置有密封环，密封环位于所述顶盖和所述筒体之间，且密封环的两侧分别与顶盖和筒体通过焊接连接。

5.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述第一排水孔和所述第一充气孔为台阶结构，第一排水孔和第一充气孔内都设置有内层小盖板和外层小盖板，并分别与顶盖焊接密封。

6.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述底板包括内层底板和外层底板，内层底板固定在外层底板上，所述筒体固定在外层底板上，内层底板嵌套于筒体内部，并与筒体焊接固定。

7.根据权利要求6所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述外层底板上设置有贯穿的抓具适配孔。

8.根据权利要求7所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述抓具适配孔断面为单层的“L”形台阶面结构，其中与内层底板接触面的孔直径大于底板面的孔直径。

9.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述燃料格架还设置有固定围板组件，所述固定围板组件与C型围板固定连接。

10.根据权利要求9所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述固定围板组件包括连接板、紧固件、顶端螺杆和顶部限位板，连接板与所述C型围板固定连接，紧固件固定在连接板外表面，顶端螺杆固定在紧固件的顶端，顶部限位板设置有与顶端螺杆适配的固定孔。

11.根据权利要求10所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述导热金属块包括第一导热金属块，所述第一导热金属块的一面设置有固定槽，顶部设置有延伸到固定槽的螺杆孔，其中，第一导热金属块的固定槽与固定在所述连接板上的紧固件适配，紧固件与第一导热金属块固定槽适配卡接，所述顶端螺杆穿过螺杆孔，并通过顶部限位板和螺母进行固定，将固定围板组件与C型围板固定。

12.根据权利要求11所述的核电厂乏燃料贮罐，其特征在于，所述导热金属块还包括第二导热金属块，所述第二导热金属块包括排水组件侧导热金属块和充气组件侧导热金属块，所述排水组件侧导热金属块顶部设置有排水屏蔽柱槽，侧面设置有排水管槽，所述排水组件的排水屏蔽柱设置在排水屏蔽柱槽内，所述充气组件侧导热金属块顶部设置有充气屏蔽柱槽，所述充气组件的充气屏蔽柱设置在充气屏蔽柱槽内。

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