CN111489845A - 一种燃料相关组件水下立式缩容处置方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及乏燃料后处理技术领域，具体公开了一种适用于压水堆核电站的燃料相关组件水下立式缩容处置方法及装置。该装置中存储架设置在装罐井的底部，并在存储架上端面上设有夹紧装置，利用夹紧装置可对待剪切的燃料相关组件进行夹紧定位；在所述的存储架上设有剪切装置，所述的剪切装置可将燃料相关组件剪切成单棒和连接柄；所述的贮存容器设置在装罐井底部，并位于存储架附近；利用机械手可将燃料相关组件剪切分离出单棒和连接柄分类存放在不同的贮存容器中。该方法能够在竖直状态下对燃料相关组件进行水下无屑剪切分离，并将分离后的单棒和连接柄进行分类存储，最终存放在乏燃料水池格架内，达到缩小相关组件存储空间的目的。
Description
技术领域
本发明属于乏燃料后处理技术领域，具体涉及一种适用于压水堆核电站的燃料相关组件水下立式缩容处置方法及装置。
背景技术
燃料相关组件主要包括控制棒组件和可燃毒物组件等，其中控制棒组件用于控制反应堆反应性；可燃毒物组件用于减小初始堆芯剩余反应性，保证反应堆具有负的慢化剂温度系数；两者均用于保障反应堆运行的安全性。
因为乏燃料后处理厂并不接收废弃的相关组件，废弃的相关组件在核电厂退役前将一直存放在乏燃料水池乏燃料组件中或专用适配组件中，占用大量的乏燃料组件贮存格架。这不仅降低了乏燃料水池的存储能力，也在换料过程中需要多次倒换相关组件，影响换料效率。为此很有必要缩小燃料相关组件在乏燃料水池内存储容积，解决乏燃料水池格架存储能力不足的问题，实现乏燃料贮存格架的优化利用。
目前针对M310机组提出了一种卧式的缩容方法，使用专用的相关组件抓具将燃料相关组件抓取至装罐池内，并将其翻转至水平，再通过无屑剪切的方式剪切分离相关组件单棒和连接柄，将分离后的单棒和连接柄分类存放在专用的贮存容器中，最后将该贮存容器存放在乏燃料水池格架内。这种方式缩小了相关组件单棒之间的距离，以近10：1的缩容比缩小了废弃相关组件的存储空间，但该缩容方法在剪切分离前需将相关组件翻转至水平状态，存储过程中又将单棒翻转至竖直状态，工序相对复杂，不仅需要各种复杂的翻转设备，而且对缩容场地截面尺寸需求也比较大。
在类似田湾WWER机组，装罐井尺寸较小，无法在装罐井内将相关组件翻转至水平状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料相关组件水下立式缩容处置方法及装置，简化缩容流程，降低缩容过程中对场地的截面尺寸需求。
本发明的技术方案如下：一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，该装置包括装罐井、存储架、剪切装置、夹紧装置以及贮存容器，其中，存储架设置在装罐井的底部，并在存储架上端面上设有夹紧装置，利用夹紧装置可对待剪切的燃料相关组件进行夹紧定位；在所述的存储架上设有剪切装置，所述的剪切装置可将燃料相关组件剪切成单棒和连接柄；所述的贮存容器设置在装罐井底部，并位于存储架附件；利用机械手可将燃料相关组件剪切分离出单棒和连接柄分类存放在不同的贮存容器中。
所述的贮存容器以一定倾斜角度设置在装罐井底部。
所述的贮存容器与燃料组件具有一致的接口结构和尺寸，方便利用燃料组件抓具对贮存容器进行抓取和转移。
所述的贮存容器通过容器托架支撑固定在装罐井底部，并通过容器托架可对贮存容器进行姿态调整。
所述的剪切装置对燃料相关组件的剪切分离端口在燃料相关组件单棒上端塞范围内，并可对燃料相关组件单棒与连接柄进行冷变形无屑剪切分离。
所述的机械手设置在存储架上，所述的机械手末端可到达燃料相关组件各单棒的位置和贮存容器口的位置，且可夹取燃料相关组件上的单棒、连接柄和改变单棒姿态，将单棒和连接柄存放在贮存容器中。
所述的夹紧装置可将燃料相关组件垂直夹紧定位在存储架上，并在垂直方向上利用剪切装置对燃料相关组件中的单棒和连接柄进行分离。
一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、将燃料相关组件转移至待进行水下缩容的场所；
步骤2、将燃料相关组件进行垂直方向剪切分离；
步骤2.1、对燃料相关组件进行整理，使各棒束之间分离；
步骤2.2、将剪切装置相对于目标相关组件进行定位，使剪切刃口对准目标棒束；
步骤2.3、利用机械手夹持待剪切的目标棒束，避免分离后的棒束掉入池底；
步骤2.4、利用剪切装置对目标棒束与连接柄进行冷变形无屑剪切分离；
步骤2.5、重复步骤2.2～2.4，完成整个目标相关组件单棒与连接柄的分离；
步骤3、对分离后的目标燃料相关组件进行分类存储；
步骤4、将装载燃料相关组件分离部件的贮存容器进行转运。
步骤1-4都设有专用传感器或视频监控设备用于对缩容过程及状态进行监测。
所述的步骤3中对分离后的目标燃料相关组件进行分类存储具体包括：
步骤3.1、对燃料目标相关组件分离出的单棒进行集中存储；
步骤3.2、对燃料目标相关组件分离出的连接柄进行集中存储。
所述的步骤3.1中对燃料目标相关组件分离出的单棒进行集中存储的步骤为：
步骤3.1.1、将贮存容器安装在装罐井中存储架的附近；
利用燃料组件抓具将贮存容器安装在装罐井底部的容器托架中，并利用贮存容器托架将贮存容器调整至合适的姿态；
步骤3.1.2、将分离后的单棒调整姿态后，放入贮存容器中。
所述的步骤3.1.2中将分离后的单棒调整姿态后，放入贮存容器中的步骤为：
步骤3.1.2.1、将夹持分离出单棒的机械手退出存储架遮挡的范围；
步骤3.1.2.2、利用机械手将分离出的单棒移动至贮存容器的上方；
步骤3.1.2.3、利用机械手将分离出的单棒调整合适的姿态，并放入贮存容器中。
所述的步骤3.2中对燃料目标相关组件分离出的连接柄进行集中存储的具体步骤为：
步骤3.2.1、利用步骤3.1.1将另一个贮存容器安装在装罐井存储架的附近；
步骤3.2.2、将分离后的连接柄调整姿态后，放入贮存容器；
步骤3.2.2.1、利用机械手抓取松开后的被剪切分离后的连接柄；
步骤3.3.2.2、利用机械手将被剪切分离后的连接柄移动至存放连接柄的贮存容器口，并调整连接柄的姿态，将其放入贮存容器中。
所述的步骤4中将装载燃料相关组件分离部件的贮存容器进行转运的具体步骤为：
步骤4.1、将装满分离后连接柄或单棒的贮存容器端部关闭；
步骤4.2、利用贮存容器下端的容器托架调整贮存容器的姿态为竖直状态；
步骤4.3、利用燃料组件抓具将装满的贮存容器吊运至乏燃料水池格架中存放，完成缩容作业。
所述的步骤1中将燃料相关组件转移至待进行水下缩容的场所的具体步骤为：
步骤1.1、进行燃料相关组件缩容装置安装；
步骤1.1.1、将乏燃料水池旁边的装罐井内注水，使装罐井内的水面与乏燃料水池内的水面平齐；
步骤1.1.2、将贮存容器安装在装罐井中，并打开贮存容器盖；
步骤1.1.3、打开乏燃料水池与装罐井之间的水闸门，便于燃料相关组件转移；
步骤1.2、将燃料相关组件转移至水下缩容场所并固定。
所述的步骤1.2中将燃料相关组件转移至水下缩容场所并固定的具体步骤为：
步骤1.2.1、将装罐井底部上设置的存储架上的压紧装置打开，并利用燃料相关组件抓具从乏燃料水池格架内抓取目标相关组件；
步骤1.2.2、将目标相关组件转移至装罐井内，并将其垂直存放在存储架4上，并利用压紧装置夹紧目标相关组件。
所述的步骤1.1.2中贮存容器安装在装罐井中的步骤具体为：
将贮存容器安装在装罐井的底部，并使贮存容器以一定的倾斜角度面向存储架设置。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法及装置具有如下效果：(1)本发明技术方案能保证相关组件在竖直状态下对其进行水下无屑剪切分离，并将分离后的单棒和连接柄进行分类存储，最终存放在乏燃料水池格架内，达到缩小相关组件存储空间的目的；(2)本发明所述的燃料相关组件缩容方法操作流程简便，并尽可能借用现有的燃料操作工具，减少缩容设备的需求，降低相关组件缩容作业对场地的需求；(3)本发明提出的相关组件缩容方法安全性高，整个缩容过程中相关组件始终处于水下三米以下，有效降低作业人员的接受到的放射性剂量；缩容过程中不会引入异物污染水池水质，也能有效保证剪切分离后单棒的结构完整性，避免单棒内放射性物质泄露；(4)本发明提出的相关组件缩容方法，相关组件始终处于竖直状态，作业流程简单，且环境适应性高，在缩容过程中不影响机组的正常运行，无需对现有厂房结构进行改造。
附图说明
图1为本发明所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法流程图；
图2为本发明所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置结构示意图；
图3为图2的局部放大图；
图中：1、机械手；2、贮存容器；3、容器托架；4、存储架；5、剪切装置；6、夹紧装置。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2、图3所示，一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，包括装罐井、存储架4、剪切装置5、夹紧装置6以及贮存容器2，其中，装罐井设置在乏燃料水池的旁边，并通过装罐井与乏燃料水池之间的水闸门控制燃料相关组件的转移；在装罐井内注满水，使装罐井内的水面与乏燃料水池内的水面平齐，在装罐井内底部安装有存储架4，在存储架4上端面安装有夹紧装置6，燃料相关组件通过乏吊移动至装罐井中，并垂直放置于存储架4内部，并利用夹紧装置6将燃料相关组件夹紧固定，在存储架4上段内部安装有剪切装置5，且剪切装置5对燃料相关组件的剪切分离端口在燃料相关组件单棒上段塞范围内，通过夹紧装置6对燃料相关组件固定定位，实现对燃料相关组件单棒与连接柄的冷变形无屑剪切分离；剪切装置5具有自动对刀定位功能，并能够在燃料相关组件单棒可剪切的范围内对单棒进行剪切，同时，每个单棒剪切前对预剪切分离的单棒进行临时收集，避免剪切分离后的单棒；贮存容器2通过容器托架3安装在装罐井的底部，并通过容器托架3调整贮存容器2的姿态，使贮存容器2向存储架4倾斜一定的角度；在存储架4上安装有机械手1，利用机械手1可将剪切分离后的单棒和连接柄转移至贮存容器2中，并利用贮存容器2的倾斜，使存放在贮存容器2内的单棒能够自动排列整齐，并尽可能多的存放剪切分离后的单棒；该机械手1执行末端可到达燃料相关组件各单棒的位置和贮存容器口的位置，且可夹取单棒、连接柄和改变单棒姿态，将单棒和连接柄存放在贮存容器2中；贮存容器2与燃料组件具有一致的接口结构和尺寸，方便利用燃料组件抓具对贮存容器2的抓取和转移，并将其存放在乏燃料水池格架内。
如图1所示，一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、将燃料相关组件转移至待进行水下缩容的场所；
步骤1.1、进行燃料相关组件缩容装置安装；
步骤1.1.1、将乏燃料水池旁边的装罐井内注水，使装罐井内的水面与乏燃料水池内的水面平齐；
步骤1.1.2、将贮存容器安装在装罐井中，并打开贮存容器盖；
将贮存容器安装在装罐井的底部，并使贮存容器以一定的倾斜角度面向存储架设置；
步骤1.1.3、打开乏燃料水池与装罐井之间的水闸门，便于燃料相关组件转移；
步骤1.2、将燃料相关组件转移至水下缩容场所并固定；
步骤1.2.1、将装罐井底端上设置的存储架上的压紧装置打开，并利用燃料相关组件抓具从乏燃料水池格架内抓取目标相关组件；
步骤1.2.2、将目标相关组件转移至装罐井内，并将其垂直存放在存储架4上，并利用压紧装置夹紧目标相关组件；
步骤2、将燃料相关组件进行垂直方向剪切分离；
步骤2.1、对燃料相关组件进行整理，使各棒束之间分离；
步骤2.2、将剪切装置相对于目标相关组件进行定位，使剪切刃口对准目标棒束；
步骤2.3、利用机械手夹持待剪切的目标棒束，避免分离后的棒束掉入池底；
步骤2.4、利用剪切装置对目标棒束与连接柄进行冷变形无屑剪切分离；
步骤2.5、重复步骤2.2～2.4，完成整个目标相关组件单棒与连接柄的分离；
步骤3、对分离后的燃料目标相关组件进行分类存储；
步骤3.1、对燃料目标燃料相关组件分离出的单棒进行存储；
步骤3.1.1、将贮存容器安装在装罐井中存储架的附近；
利用燃料组件抓具将贮存容器安装在装罐井底部的容器托架中，并利用贮存容器托架将贮存容器调整至合适的姿态，例如，贮存容器面向存储架倾斜一定的角度，便于单棒在贮存容器内排放整齐；
步骤3.1.2、将分离后的单棒调整姿态后，放入贮存容器中；
步骤3.1.2.1、将夹持分离出单棒的机械手退出存储架遮挡的范围；
步骤3.1.2.2、利用机械手将分离出的单棒移动至贮存容器的上方；
步骤3.1.2.3、利用机械手将分离出的单棒调整合适的姿态，并放入贮存容器中；
步骤3.2、对燃料目标相关组件分离出的连接柄进行存储；
步骤3.2.1、利用步骤3.1.1将另一个贮存容器安装在装罐井存储架的附近；
步骤3.2.2、将分离后的连接板调整姿态后，放入贮存容器；
步骤3.2.2.1、利用机械手抓取松开后的被剪切分离后的连接柄；
步骤3.3.2.2、利用机械手将被剪切分离后的连接柄移动至存放连接柄的贮存容器口，并调整连接柄的姿态，将其放入贮存容器中；
步骤4、将装载燃料相关组件分离部件的贮存容器进行转运；
步骤4.1、将装满分离后连接柄或单棒的贮存容器端部关闭；
步骤4.2、利用贮存容器下端的容器托架调整贮存容器的姿态为竖直状态；
步骤4.3、利用燃料组件抓具将装满的贮存容器吊运至乏燃料水池格架中存放，完成缩容作业。
Claims (17)
1.一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，其特征在于：该装置包括装罐井、存储架(4)、剪切装置(5)、夹紧装置(6)以及贮存容器(2)，其中，存储架(4)设置在装罐井的底部，并在存储架(4)上端面上设有夹紧装置(6)，利用夹紧装置(6)可对待剪切的燃料相关组件进行夹紧定位；在所述的存储架(4)上设有剪切装置(5)，所述的剪切装置(5)可将燃料相关组件剪切成单棒和连接柄；所述的贮存容器(2)设置在装罐井底部，并位于存储架(4)附近；利用机械手(1)可将燃料相关组件剪切分离出单棒和连接柄分类存放在不同的贮存容器(2)中。
2.根据权利要求1所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，其特征在于：所述的贮存容器(2)以一定倾斜角度设置在装罐井底部。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，其特征在于：所述的贮存容器(2)与燃料组件具有一致的接口结构和尺寸，方便利用燃料组件抓具对贮存容器(2)进行抓取和转移。
4.根据权利要求1或2所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，其特征在于：所述的贮存容器(2)通过容器托架(3)支撑固定在装罐井底部，并通过容器托架(3)可对贮存容器(2)进行姿态调整。
5.根据权利要求1所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，其特征在于：所述的剪切装置(5)对燃料相关组件的剪切分离端口在燃料相关组件单棒上端塞范围内，并可对燃料相关组件单棒与连接柄进行冷变形无屑剪切分离。
6.根据权利要求1所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，其特征在于：所述的机械手(1)设置在存储架(4)上，所述的机械手(1)末端可到达燃料相关组件各单棒的位置和贮存容器口的位置，且可夹取燃料相关组件上的单棒、连接柄和改变单棒姿态，将单棒和连接柄存放在贮存容器(2)中。
7.根据权利要求1所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理装置，其特征在于：所述的夹紧装置(6)可将燃料相关组件垂直夹紧定位在存储架(4)上，并在垂直方向上利用剪切装置(5)对燃料相关组件中的单棒和连接柄进行分离。
8.一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：
步骤1、将燃料相关组件转移至待进行水下缩容的场所；
步骤2、将燃料相关组件进行垂直方向剪切分离；
步骤2.1、对燃料相关组件进行整理，使各棒束之间分离；
步骤2.2、将剪切装置相对于目标相关组件进行定位，使剪切刃口对准目标棒束；
步骤2.3、利用机械手夹持待剪切的目标棒束，避免分离后的棒束掉入池底；
步骤2.4、利用剪切装置对目标棒束与连接柄进行冷变形无屑剪切分离；
步骤2.5、重复步骤2.2～2.4，完成整个目标相关组件单棒与连接柄的分离；
步骤3、对分离后的目标燃料相关组件进行分类存储；
步骤4、将装载燃料相关组件分离部件的贮存容器进行转运。
9.根据权利要求8所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤1-4都设有专用传感器或视频监控设备用于对缩容过程及状态进行监测。
10.根据权利要求8所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤3中对分离后的目标燃料相关组件进行分类存储具体包括：
步骤3.1、对燃料目标相关组件分离出的单棒进行集中存储；
步骤3.2、对燃料目标相关组件分离出的连接柄进行集体存储。
11.根据权利要求9所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤3.1中对燃料目标相关组件分离出的单棒进行集中存储的步骤为：
步骤3.1.1、将贮存容器安装在装罐井中存储架的附近；
利用燃料组件抓具将贮存容器安装在装罐井底部的容器托架中，并利用贮存容器托架将贮存容器调整至合适的姿态；
步骤3.1.2、将分离后的单棒调整姿态后，放入贮存容器中。
12.根据权利要求10所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤3.1.2中将分离后的单棒调整姿态后，放入贮存容器中的步骤为：
步骤3.1.2.1、将夹持分离出单棒的机械手退出存储架遮挡的范围；
步骤3.1.2.2、利用机械手将分离出的单棒移动至贮存容器的上方；
步骤3.1.2.3、利用机械手将分离出的单棒调整合适的姿态，并放入贮存容器中。
13.根据权利要求10所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤3.2中对燃料目标相关组件分离出的连接柄进行集中存储的具体步骤为：
步骤3.2.1、利用步骤3.1.1将另一个贮存容器安装在装罐井存储架的附近；
步骤3.2.2、将分离后的连接柄调整姿态后，放入贮存容器；
步骤3.2.2.1、利用机械手抓取松开后的被剪切分离后的连接柄；
步骤3.3.2.2、利用机械手将被剪切分离后的连接柄移动至存放连接柄的贮存容器口，并调整连接柄的姿态，将其放入贮存容器中。
14.根据权利要求8所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤4中将装载燃料相关组件分离部件的贮存容器进行转运的具体步骤为：
步骤4.1、将装满分离后连接柄或单棒的贮存容器端部关闭；
步骤4.2、利用贮存容器下端的容器托架调整贮存容器的姿态为竖直状态；
步骤4.3、利用燃料组件抓具将装满的贮存容器吊运至乏燃料水池格架中存放，完成缩容作业。
15.根据权利要求8所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤1中将燃料相关组件转移至待进行水下缩容的场所的具体步骤为：
步骤1.1、进行燃料相关组件缩容装置安装；
步骤1.1.1、将乏燃料水池旁边的装罐井内注水，使装罐井内的水面与乏燃料水池内的水面平齐；
步骤1.1.2、将贮存容器安装在装罐井中，并打开贮存容器盖；
步骤1.1.3、打开乏燃料水池与装罐井之间的水闸门，便于燃料相关组件转移；
步骤1.2、将燃料相关组件转移至水下缩容场所并固定。
16.根据权利要求15所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤1.2中将燃料相关组件转移至水下缩容场所并固定的具体步骤为：
步骤1.2.1、将装罐井底部上设置的存储架上的压紧装置打开，并利用燃料相关组件抓具从乏燃料水池格架内抓取目标相关组件；
步骤1.2.2、将目标相关组件转移至装罐井内，并将其垂直存放在存储架4上，并利用压紧装置夹紧目标相关组件。
17.根据权利要求16所述的一种燃料相关组件水下立式缩容处理方法，其特征在于：所述的步骤1.1.2中贮存容器安装在装罐井中的步骤具体为：
将贮存容器安装在装罐井的底部，并使贮存容器以一定的倾斜角度面向存储架设置。
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