CN111128420B - 用于海上浮动核电站的燃料冷却系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海上浮动核电站的燃料冷却系统及方法，燃料冷却系统包括悬挂在吊车上的用于容置乏燃料组件的换料容器、安装在吊车上的冷却水箱、连接在所述换料容器和冷却水箱之间的进水管道和出水管道、设置在所述进水管道或出水管道上的水泵；所述换料容器、冷却水箱、进水管道和出水管道相连通形成一个冷却水循环回路，所述水泵提供动力驱使冷却水在所述冷却水循环回路中流动，导出乏燃料组件的衰变热。本发明的燃料冷却系统，用于海上浮动核电站上，以空中吊运方式实现乏燃料组件转移，节约空间；通过冷却水箱的冷却水以能动方式导出乏燃料组件的衰变热，减少换热器等电力部件的使用，提高安全性及经济性。

Description

用于海上浮动核电站的燃料冷却系统及方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种用于海上浮动核电站的燃料冷却系统及方法。

背景技术

常规二代压水堆核电站，通常在液态环境下输送乏燃料。二代压水核电站在燃料厂房中设置乏燃料水池，乏燃料水池包括燃料输送池、乏燃料贮存池、乏燃料运输灌装罐池以及燃料运输罐冲洗池。燃料输送池、乏燃料贮存池和乏燃料运输罐装罐池三个水池彼此相通，并用气密阀门隔离。燃料运输池在池底设计有一个连接燃料厂房和反应堆厂房堆内构件贮存池的传递通道，乏燃料由换料机从反应堆堆内吊出后，由运输小车将其穿过传递通道送入燃料输送池，在传递过程中反应堆水池和乏燃料水池冷却和处理系统的冷却循环泵进行循环，并设置冷却水热交换器与设备冷却水系统进行换热，最终由设备冷却水系统将热量导出。机组(如CPR1000)在换料时，反应堆水池充水，随后开启压力容器顶盖，此时通过换料机将乏燃料从压力容器中取出，经由反应堆压力容器隔室、堆内构件贮存室，通过燃料输送池底部传递通道运输至燃料输送池，并开启乏燃料贮存池与燃料输送池之间的气密闸门，最后贮存在乏燃料贮存池。

然而，常规核电站均建设在陆地上，有充足的空间设置和屏蔽条件将乏燃料通过液态环境传递至乏燃料贮存池中。而海上浮动核电站因空间以及辐射屏蔽的限制，无法像常规陆上核电站一样设置水道将反应堆厂房和燃料厂房连通，因此需采用空中吊运的方式运输乏燃料，而乏燃料在运输的过程中存在衰变热，因此，有必要设计一种冷却系统解决海上浮动核电站上乏燃料冷却运输过程中产生的衰变热。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于海上浮动核电站的燃料冷却系统及燃料冷却方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于海上浮动核电站的燃料冷却系统，包括悬挂在吊车上的用于容置乏燃料组件的换料容器、安装在吊车上的冷却水箱、连接在所述换料容器和冷却水箱之间的进水管道和出水管道、设置在所述进水管道或出水管道上的水泵；

所述换料容器、冷却水箱、进水管道和出水管道相连通形成一个冷却水循环回路，所述水泵提供动力驱使冷却水在所述冷却水循环回路中流动，导出乏燃料组件的衰变热。

优选地，所述进水管道连接在所述换料容器的进水口和所述冷却水箱的出水口之间；

所述出水管道连接在所述换料容器的出水口和所述冷却水箱的进水口之间。

优选地，所述换料容器的进水口位于换料容器的上端，所述换料容器的出水口位于换料容器的下端。

优选地，所述燃料冷却系统还包括设置在所述进水管道或出水管道上的过滤器。

优选地，所述水泵设置在所述进水管道上，所述过滤器设置在所述出水管道上。

优选地，所述进水管道上位于所述水泵的入口端和出口端处分别设有入口隔离阀和出口隔离阀；

所述出水管道上靠近所述换料容器处设有隔离阀。

优选地，所述燃料冷却系统还包括将乏燃料组件从压力容器取出并放置到所述换料容器内的抓取机构，所述抓取机构安装在所述换料容器的底部。

优选地，所述燃料冷却系统还包括安装在吊车上的升降装置，所述换料容器通过所述升降装置可上下移动悬挂在所述吊车上。

优选地，所述进水管道和出水管道为可伸缩软管。

本发明还提供一种用于海上浮动核电站的燃料冷却方法，用于乏燃料组件的转移冷却，所述燃料冷却方法包括以下步骤：

S1、吊车搭载以上任一项所述的燃料冷却系统至压力容器上方；

S2、将乏燃料组件从所述压力容器抓取并放置到所述燃料冷却系统的换料容器内；

S3、所述燃料冷却系统的水泵启动，驱使冷却水箱内的水通过进水管道进入所述换料容器内，浸没其中的乏燃料组件，冷却水再通过出水管道流回冷却水箱内导出乏燃料组件的衰变热；

S4、所述吊车搭载所述燃料冷却系统移动至乏燃料水池上方，将所述换料容器内的乏燃料组件送至所述乏燃料水池内。

本发明的有益效果：用于海上浮动核电站上，以空中吊运方式实现乏燃料组件转移，节约空间；通过冷却水箱的冷却水以能动方式导出乏燃料组件的衰变热，减少换热器等电力部件的使用，提高安全性及经济性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的燃料冷却系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例的燃料冷却系统的使用示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一实施例的用于海上浮动核电站的燃料冷却系统，包括换料容器10、冷却水箱20、进水管道30、出水管道40以及水泵50。

换料容器10悬挂在吊车1上，其内部的空间用于容置乏燃料组件以及冷却水，换料容器10的外壁为乏燃料组件提供放射性屏蔽，内部通入冷却水导出乏燃料组件的衰变热。冷却水箱20安装在吊车1上。进水管道30和出水管道40连接在换料容器10和冷却水箱50之间，使得换料容器10、冷却水箱20、进水管道30和出水管道40相连通形成一个冷却水循环回路，冷却水在该冷却水循环回路中流动，导出乏燃料组件的衰变热。水泵50设置在进水管道30或出水管道40上，提供动力驱使冷却水在冷却水循环回路中流动，导出乏燃料组件的衰变热。

其中，换料容器10上设有进水口和出水口，分别与进水管道30和出水管道40连接。冷却水箱20上也设有进水口和出水口，分别与出水管道40和进水管道30连接，从而进水管道30连接在冷却水箱20的出水口和换料容器10的进水口之间，出水管道40连接在冷却水箱20的进水口和换料容器10的出水口之间。

本实施例中，换料容器10的进水口位于其上端，出水口位于其下端，冷却水以上进下出的方式通过换料容器10，不断导出其中乏燃料组件的衰变热。

冷却水箱20的设置，较于换热器等电力部件的设置，减少电力的使用以及损坏的风险，更具安全性及经济性。冷却水箱20具有一定的容积以装取足量冷却水，提供所需冷却水，在换料容器10内部温度波动变化时消纳由温度造成的容积波动，将换料容器10内乏燃料组件维持在合理的温度内。冷却水箱20可再由本身的自然散热带走热量。

出水管道40上靠近换料容器10处设有隔离阀41，控制换料容器10和出水管道40之间的通断，可在非换料期间对换料容器10进行隔离。

水泵50的入口端和冷却水箱20的出水口之间具备高度差，以保证水泵50不发生汽蚀。

水泵50的入口端和出口端分别设有入口隔离阀51和出口隔离阀52，可用于水泵50的隔离，方便进行更换、检修等等。当水泵50设置在进水管道30上时，该入口隔离阀51和出口隔离阀52均设置在进水管道30上；当水泵50设置在出水管道40上，该入口隔离阀51和出口隔离阀52均设置在出水管道40上。

水泵50可直接固定在吊车1上；或者，水泵50通过固定板等与冷却水箱20相对固定，从而通过冷却水箱20固定在吊车1上。

进一步地，本发明的燃料冷却系统还包括设置在进水管道30或出水管道40上的过滤器60，用于滤去冷却水中的杂质等，防止杂质在冷却水中对乏燃料组件造成破坏等。

过滤器60和水泵50两者中，一者设置在进水管道30上，另一者则设置在出水管道40上。

如图1所示，在本实施例中，水泵50设置在进水管道30上，过滤器60设置在出水管道40上。

进一步地，本发明的燃料冷却系统还包括将乏燃料组件从压力容器2取出并放置到换料容器10内的抓取机构70、为换料容器10的提供纵向位移的升降装置80。

其中，抓取机构70安装在换料容器10的底部，从而抓取机构70将乏燃料组件从压力容器2中取出后，将乏燃料组件从换料容器10的底部置入其中并封闭在换料容器10中。抓取机构70可采用现有技术实现，如包括抓手等机构。

升降装置80安装在吊车1上，换料容器10通过升降装置80可上下移动悬挂在吊车1上，从而在转移乏燃料组件时根据压力容器2的位置调整换热容器10在其上方的高度。升降装置80包括气缸等，可采用现有技术实现。

对应换料容器10的可上下移动，进水管道30和出水管道40采用可伸缩软管，以满足换料容器10在移动过程有足够长度满足供水(冷却水)需求。

本发明的用于海上浮动核电站的燃料冷却方法，用于乏燃料组件的转移冷却，该燃料冷却方法可采用上述的燃料冷却系统实现。参考图2，本发明一实施例的燃料冷却方法可包括以下步骤：

S1、吊车1搭载燃料冷却系统至压力容器2上方。

S2、将乏燃料组件从压力容器2抓取并放置到燃料冷却系统的换料容器10内。

具体地，燃料冷却系统至压力容器2上方到达压力容器2上方后，换料容器10底部的抓取机构70动作，将乏燃料组件从压力容器2中取出并上移到换料容器10内，同时也将换料容器10底部封闭。

根据换料容器10和压力容器2之间的距离，可以通过升降装置80动作升高或降低换料容器10的高度，使其在压力容器2上方合适的位置，便于抓取机构70抓取乏燃料组件。

S3、水泵50启动，驱使冷却水箱20内的水通过进水管道30进入换料容器10内，浸没其中的乏燃料组件，冷却水再通过出水管道40流回冷却水箱20内导出乏燃料组件的衰变热。

在吊车1搭载燃料冷却系统至乏燃料水池3的过程中，冷却水不断在冷却水箱20和换料容器10之间循环，导出乏燃料组件的衰变热。

S4、吊车1搭载燃料冷却系统移动至乏燃料水池3上方，抓取机构70将换料容器10内的乏燃料组件送至乏燃料水池3内，从而实现乏燃料组件的冷却及转移。

当装有乏燃料组件的换料容器10转移到乏燃料水池3上方，根据换料容器10和乏燃料水池3之间的距离，可以通过升降装置80动作升高或降低换料容器10的高度，使其在乏燃料水池3上方合适的位置，便于抓取机构70将乏燃料组件放入乏燃料水池3内。

抓取机构70将换料容器10内的乏燃料组件抓取之前，将出口隔离阀53和隔离阀41关闭，以将冷却水箱20与换料容器10隔开，防止冷却水箱20内的水全部通过打开的换料容器10流至乏燃料水池3内。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于核动力船舶的燃料冷却系统，其特征在于，包括悬挂在吊车(1)上的用于容置乏燃料组件的换料容器(10)、安装在吊车(1)上的冷却水箱(20)、连接在所述换料容器(10)和冷却水箱(20)之间的进水管道(30)和出水管道(40)、设置在所述进水管道(30)或出水管道(40)上的水泵(50)；

所述换料容器(10)内部的空间用于容置乏燃料组件以及冷却水；所述换料容器(10)、冷却水箱(20)、进水管道(30)和出水管道(40)相连通形成一个冷却水循环回路，所述水泵(50)提供动力驱使冷却水在所述冷却水循环回路中流动，导出乏燃料组件的衰变热；

所述燃料冷却系统还包括设置在所述进水管道(30)或出水管道(40)上的过滤器(60)、安装在吊车(1)上的升降装置(80)；所述换料容器(10)通过所述升降装置(80)可上下移动悬挂在所述吊车(1)上；所述燃料冷却系统还包括将乏燃料组件从压力容器(2)取出并放置到所述换料容器(10)内的抓取机构(70)，所述抓取机构(70)安装在所述换料容器(10)的底部；

所述进水管道(30)和出水管道(40)为可伸缩软管。

2.根据权利要求1所述的燃料冷却系统，其特征在于，所述进水管道(30)连接在所述换料容器(10)的进水口和所述冷却水箱(20)的出水口之间；

所述出水管道(40)连接在所述换料容器(10)的出水口和所述冷却水箱(20)的进水口之间。

3.根据权利要求2所述的燃料冷却系统，其特征在于，所述换料容器(10)的进水口位于换料容器的上端，所述换料容器(10)的出水口位于换料容器的下端。

4.根据权利要求1所述的燃料冷却系统，其特征在于，所述水泵(50)设置在所述进水管道(30)上，所述过滤器(60)设置在所述出水管道(40)上。

5.根据权利要求4所述的燃料冷却系统，其特征在于，所述进水管道(30)上位于所述水泵(50)的入口端和出口端处分别设有入口隔离阀(51)和出口隔离阀(52)；

所述出水管道(40)上靠近所述换料容器(10)处设有隔离阀(41)。

6.一种用于核动力船舶的燃料冷却方法，其特征在于，用于乏燃料组件的转移冷却，所述燃料冷却方法包括以下步骤：

S1、吊车(1)搭载权利要求1-5任一项所述的燃料冷却系统至压力容器(2)上方；

S2、将乏燃料组件从所述压力容器(2)抓取并放置到所述燃料冷却系统的换料容器(10)内；

S3、所述燃料冷却系统的水泵(50)启动，驱使冷却水箱(20)内的水通过进水管道(30)进入所述换料容器(10)内，浸没其中的乏燃料组件，冷却水再通过出水管道(40)流回冷却水箱(20)内导出乏燃料组件的衰变热；

S4、所述吊车(1)搭载所述燃料冷却系统移动至乏燃料水池(3)上方，将所述换料容器(10)内的乏燃料组件送至所述乏燃料水池(3)内。