CN112735616A - 一种高温气冷堆燃料球的装卸装置及方法 - Google Patents

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张瑞祥
余俨
孙文钊
刘俊峰
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Abstract

本发明公开了一种高温气冷堆燃料球的装卸装置及方法，反应堆压力容器的底部出口与装料控制阀组的入口相连通，装料控制阀组的出口与燃耗测量装置的入口相连通，燃耗测量装置的出口与卸料控制阀组的入口相连通，卸料控制阀组的第一出口与燃料储存系统的入口及可旋转装料装置的入口相连通，卸料控制阀组的第二出口与燃料储存系统的入口相连通，可旋转装料装置的出口与反应堆压力容器的入口相连通，燃料储存系统的出口及新燃料罐的出口分别与装料控制阀组的入口相连通，该装置及方法能够展平堆芯中子通量分布，提高反应堆的安全性及经济性。

Description

一种高温气冷堆燃料球的装卸装置及方法
技术领域
本发明属于核反应堆燃料装卸的领域，涉及一种高温气冷堆燃料球的装卸装置及方法。
背景技术
球床式高温气冷堆的燃料球在正常运行期间要多次经过堆内和堆外的循环，当前的燃料装卸系统将燃料分为乏燃料球和再循环燃料球两类，未对不同燃耗深度的燃料进行区别，装料过程是对可再循环的燃料球和新装入的新燃料球直接再次传输回堆芯，随机落入球床内。
再循环燃料球只要燃耗深度小于80000MW/tU，都会再次循环进入反应堆堆芯，从0MW/tU燃耗的新燃料球到80000MW/tU再循环燃料球在经过燃料装卸系统后，随机的从反应堆装料口落入堆芯，这种无甄别的随机落球行为在机组日常运行过程中必然导致堆芯的径向功率成非对称分布状态，严重情况下可能导致严重的径向功率偏斜。另外，堆芯轴向功率分布也存在较大的随机性，如何实现展平堆芯中子通量分布，提高反应堆的安全性及经济性已成为本行业的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆燃料球的装卸装置及方法，该装置及方法能够展平堆芯中子通量分布，提高反应堆的安全性及经济性。
为达到上述目的，本发明所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置包括反应堆压力容器、装料控制阀组、燃耗测量装置、卸料控制阀组、燃料储存系统、可旋转装料装置、新燃料罐、装卸料控制系统以及用于测量反应堆压力容器中堆芯中子通量分布图的堆芯测量系统；
反应堆压力容器的底部出口与装料控制阀组的入口相连通，装料控制阀组的出口与燃耗测量装置的入口相连通，燃耗测量装置的出口与卸料控制阀组的入口相连通，卸料控制阀组的第一出口与燃料储存系统的入口及可旋转装料装置的入口相连通，卸料控制阀组的第二出口与燃料储存系统的入口相连通，可旋转装料装置的出口与反应堆压力容器的入口相连通，燃料储存系统的出口及新燃料罐的出口分别与装料控制阀组的入口相连通；
装卸料控制系统的输入端与堆芯测量系统的输出端及燃耗测量装置的输出端相连接，装卸料控制系统的输出端与卸料控制阀组的控制端及装料控制阀组的控制端相连接。
所述燃料储存系统包括若干导入储存罐及乏燃料罐，其中，导入储存罐的入口及乏燃料罐的入口分别与卸料控制阀组相连通，导入储存罐的出口及新燃料罐的出口分别与装料控制阀组的入口相连通。
导入储存罐的数目为三个。
所述可旋转装料装置包括可旋转装料管及可旋转磁场发生装置，其中，可旋转装料管上设置有永磁铁，可旋转装料管穿过可旋转磁场发生装置后插入于反应堆压力容器内，可旋转磁场发生装置的控制端与装卸料控制系统相连接。
装料控制阀组中装料控制阀的数目为四个，其中，一个装料控制阀对应一个导入储存罐或者一个新燃料罐。
卸料控制阀组中卸料控制阀的数目为四个，其中，一个卸料控制阀对应一个导入储存罐或者一个乏燃料罐。
第一个导入储存罐中装有燃耗小于20000MWd/tU的燃料球，第二个导入储存罐中装有燃耗为20000-50000MWd/tU的燃料球，第三个导入储存罐中装有燃耗为50000-80000MWd/tU的燃料球，乏燃料罐中装有燃耗大于80000MWd/tU的燃料球。
可旋转装料装置中装有沿周向均匀分布有四个磁场线圈。
一种高温气冷堆燃料球的装卸方法包括以下步骤：
装卸料控制系统通过堆芯测量系统测量堆芯中子通量的分布图，同时通过控制可旋转装料装置，将高燃耗的燃料球落入反应堆压力容器中中子通量峰值所在区域，将低燃耗的燃料球或者新燃料球落入反应堆压力容器中中子通量谷值所在区域。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置及方法在具体操作时，装卸料控制系统通过堆芯测量系统测量堆芯中子通量的分布图，同时通过控制可旋转装料装置，将高燃耗的燃料球落入中子通量峰值所在区域，将低燃耗的燃料球或者新燃料球落入中子通量谷值所在区域，以达到平均分布燃料球和展平中子通量分布的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中可旋转装料装置9的结构示意图。
其中，1为反应堆压力容器、2为燃料储存系统、3为燃耗测量装置、4为卸料控制阀组、5为装料控制阀组、6为装卸料控制系统、7为随机状态下的堆芯径向功率分布曲线、8为控制后的堆芯径向功率分布曲线8、9为可旋转装料装置、10为可旋转磁场发生装置、11为可旋转装料管、12为永磁铁、13为堆芯测量系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置包括反应堆压力容器1、装料控制阀组5、燃耗测量装置3、卸料控制阀组4、燃料储存系统2、可旋转装料装置9、新燃料罐23、装卸料控制系统6以及用于测量反应堆压力容器1中堆芯中子通量分布图的堆芯测量系统13；反应堆压力容器1的底部出口与装料控制阀组5的入口相连通，装料控制阀组5的出口与燃耗测量装置3的入口相连通，燃耗测量装置3的出口与卸料控制阀组4的入口相连通，卸料控制阀组4的第一出口与燃料储存系统2的入口及可旋转装料装置9的入口相连通，卸料控制阀组4的第二出口与燃料储存系统2的入口相连通，可旋转装料装置9的出口与反应堆压力容器1的入口相连通，燃料储存系统2的出口及新燃料罐23的出口分别与装料控制阀组5的入口相连通；装卸料控制系统6的输入端与堆芯测量系统13的输出端及燃耗测量装置3的输出端相连接，装卸料控制系统6的输出端与卸料控制阀组4的控制端及装料控制阀组5的控制端相连接。
所述燃料储存系统2包括若干导入储存罐21及乏燃料罐22，其中，导入储存罐21的入口及乏燃料罐22的入口分别与卸料控制阀组4相连通，导入储存罐21的出口及新燃料罐23的出口分别与装料控制阀组5的入口相连通。
导入储存罐21的数目为三个；装料控制阀组5中装料控制阀的数目为四个，其中，一个装料控制阀对应一个导入储存罐21或者一个新燃料罐23；卸料控制阀组4中卸料控制阀的数目为四个，其中，一个卸料控制阀对应一个导入储存罐21或者一个乏燃料罐22。
参考图2，所述可旋转装料装置9包括可旋转装料管11及可旋转磁场发生装置10，其中，可旋转装料管11上设置有永磁铁12，可旋转装料管11穿过可旋转磁场发生装置10后插入于反应堆压力容器1内，可旋转磁场发生装置10的控制端与装卸料控制系统6相连接，可旋转装料装置9中装有沿周向均匀分布有四个磁场线圈。
第一个导入储存罐21中装有燃耗小于20000MWd/tU的燃料球，第二个导入储存罐21中装有燃耗为20000-50000MWd/tU的燃料球，第三个导入储存罐21中装有燃耗为50000-80000MWd/tU的燃料球，乏燃料罐22中装有燃耗大于80000MWd/tU的燃料球。
本发明所述的高温气冷堆燃料球的装卸方法包括以下步骤：
装卸料控制系统6通过堆芯测量系统13测量堆芯中子通量的分布图7，优先选择将再循环燃料球立即送回堆芯，通过控制可旋转装料装置9将高燃耗的燃料球落入中子通量峰值所在区域，将低燃耗的燃料球或者新燃料球落入中子通量谷值所在区域，可旋转装料装置9可以控制磁场稳定在360°方向任意角度，因此可以将燃料球落入堆芯任意对应的落球区域，可达到平均分布燃料球和展平中子通量的作用。
当燃料球不立即装入堆芯需要暂存或作为乏燃料储存时，装卸料控制系统6通过调节卸料控制阀组4，分别将燃耗小于20000MWd/tU的燃料球、燃耗在20000-50000MWd/tU的燃料球及燃耗在50000-80000MWd/tU的燃料球分别第一导入储存罐21、第二导入储存罐21、第三导入储存罐21及乏燃料罐22中。当需要选取特定燃耗深度的燃料球或新燃料球时，装卸料控制系统6通过控制装料控制阀组5，分别将燃耗小于20000MWd/tU的燃料球、燃耗在20000-50000MWd/tU的燃料球、燃耗在50000-80000MWd/tU的燃料球及新燃料球从第一导入储存罐21、第二导入储存罐21、第三导入储存罐21和新燃料罐23中导入本系统中，通过对燃料球按燃耗暂存和再循环的方式，可以使堆芯轴向功率按照要求分布。
可旋转装料装置9包括带有永磁铁12的可旋转装料管11及可旋转磁场发生装置10，通过调节可旋转磁场发生装置10产生的磁场方向，以驱动可旋转装料管11旋转，实现不同位置的装料，具体的，在可旋转装料装置9的0°、90°、180°、270°方向各布置一个磁场线圈，其中，0°和180°为一对，90°和270°为一对，磁场线圈中电流的大小和方向通过装卸料控制系统6控制，例如图2，当需要生成135°方向的磁场，则在0°和90°通入正向电流，在180°和270°通入负向电流，使两对磁极磁场叠加生成一个135°方向的合成磁场，如果需要其他不同角度的磁场，也可以通过改变各磁场线圈的电流方向及大小，使叠加磁场按照要求方向旋转，永磁铁12受磁场力的作用，带动可旋转装料管11在360°任意旋转。

Claims (9)

1.一种高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，包括反应堆压力容器(1)、装料控制阀组(5)、燃耗测量装置(3)、卸料控制阀组(4)、燃料储存系统(2)、可旋转装料装置(9)、新燃料罐(23)、装卸料控制系统(6)以及用于测量反应堆压力容器(1)中堆芯中子通量分布图的堆芯测量系统(13)；
反应堆压力容器(1)的底部出口与装料控制阀组(5)的入口相连通，装料控制阀组(5)的出口与燃耗测量装置(3)的入口相连通，燃耗测量装置(3)的出口与卸料控制阀组(4)的入口相连通，卸料控制阀组(4)的第一出口与燃料储存系统(2)的入口及可旋转装料装置(9)的入口相连通，卸料控制阀组(4)的第二出口与燃料储存系统(2)的入口相连通，可旋转装料装置(9)的出口与反应堆压力容器(1)的入口相连通，燃料储存系统(2)的出口及新燃料罐(23)的出口分别与装料控制阀组(5)的入口相连通；
装卸料控制系统(6)的输入端与堆芯测量系统(13)的输出端及燃耗测量装置(3)的输出端相连接，装卸料控制系统(6)的输出端与卸料控制阀组(4)的控制端及装料控制阀组(5)的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，所述燃料储存系统(2)包括若干导入储存罐(21)及乏燃料罐(22)，其中，导入储存罐(21)的入口及乏燃料罐(22)的入口分别与卸料控制阀组(4)相连通，导入储存罐(21)的出口及新燃料罐(23)的出口分别与装料控制阀组(5)的入口相连通。
3.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，导入储存罐(21)的数目为三个。
4.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，所述可旋转装料装置(9)包括可旋转装料管(11)及可旋转磁场发生装置(10)，其中，可旋转装料管(11)上设置有永磁铁(12)，可旋转装料管(11)穿过可旋转磁场发生装置(10)后插入于反应堆压力容器(1)内，可旋转磁场发生装置(10)的控制端与装卸料控制系统(6)相连接。
5.根据权利要求3所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，装料控制阀组(5)中装料控制阀的数目为四个，其中，一个装料控制阀对应一个导入储存罐(21)或者一个新燃料罐(23)。
6.根据权利要求3所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，卸料控制阀组(4)中卸料控制阀的数目为四个，其中，一个卸料控制阀对应一个导入储存罐(21)或者一个乏燃料罐(22)。
7.根据权利要求3所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，第一个导入储存罐(21)中装有燃耗小于20000MWd/tU的燃料球，第二个导入储存罐(21)中装有燃耗为20000-50000MWd/tU的燃料球，第三个导入储存罐(21)中装有燃耗为50000-80000MWd/tU的燃料球，乏燃料罐(22)中装有燃耗大于80000MWd/tU的燃料球。
8.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，其特征在于，可旋转装料装置(9)中装有沿周向均匀分布有四个磁场线圈。
9.一种高温气冷堆燃料球的装卸方法，其特征在于，基于权利要求1所述的高温气冷堆燃料球的装卸装置，包括以下步骤：
装卸料控制系统(6)通过堆芯测量系统(13)测量堆芯中子通量的分布图，同时通过控制可旋转装料装置(9)，将高燃耗的燃料球落入反应堆压力容器(1)中中子通量峰值所在区域，将低燃耗的燃料球或者新燃料球落入反应堆压力容器(1)中中子通量谷值所在区域。
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