CN113130106A - 高温气冷堆新燃料处理系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高温气冷堆新燃料处理系统与方法。处理系统包括：新燃料处理装置以及与新燃料处理装置连接的抽真空装置与充氦装置，抽真空装置用于对新燃料处理装置中装入堆芯前的燃料球进行抽真空处理至第一额定压力，并保持第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除；充氦装置用于对新燃料处理装置内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对杂质进行第二次去除。本发明通过设置抽真空装置与充氦装置，可有效对装入堆芯的燃料球吸附的空气和水份等杂质进行深度处理，以减少堆内一回路冷却剂中的杂质含量，降低氦净化系统的工作负荷，减少氦净化再生次数，从源头上降低放射性废物的产生量。

Description

高温气冷堆新燃料处理系统与方法
技术领域
本发明属于核电生产技术领域，具体涉及一种高温气冷堆新燃料处理系统以及一种高温气冷堆新燃料处理方法。
背景技术
高温气冷堆一回路冷却剂为氦气，正常运行时装入堆芯的氦气纯度要求大于99.999％，以尽可能减少一回路杂质的活化产物，从而减少放射性废物的产生量。在高温气冷堆热试阶段和装料后需要对堆内构件和首次装入的燃料元件进行除湿和除杂质处理，其目的就是为了减少放射性废物。
高温气冷堆燃料循环采用不停堆装卸料的方式，平衡堆芯正常运行时平均每天向堆芯内装入800个(单堆为400个)新燃料球，过渡堆芯时每天向堆内装入的燃料球达到数千个，而这些燃料球都是长期在空气气氛下存放，其进入堆芯后析出的空气和水份将全部成为一回路的杂质，最终被氦净化系统吸附，从汽水分离器或再生系统中分离出来，成为液态和气态的放射性废物。
然而，针对上述杂质，目前高温气冷堆现有的新燃料装料系统仅考虑了在装新燃料过程中不把一回路边界外的空气带入一回路系统，并没有考虑如何去除新燃料元件中吸附的大量水份和空气等杂质。因此，基于上述技术问题，本发明提出一种高温气冷堆新燃料处理系统及处理方法，以实现去除上述杂质，进一步减少堆内一回路冷却剂中的杂质含量，降低氦净化系统的工作负荷。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高温气冷堆新燃料处理系统与一种高温气冷堆新燃料处理方法。
本发明的一方面，提供一种高温气冷堆新燃料处理系统，包括：新燃料处理装置以及与所述新燃料处理装置连接的抽真空装置与充氦装置；其中，
所述抽真空装置，用于对所述新燃料处理装置中装入堆芯前的燃料球进行抽真空处理至第一额定压力，并保持第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除；
所述充氦装置，用于对所述新燃料处理装置内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对所述杂质进行第二次去除。
可选的，所述新燃料处理装置包括新燃料处理罐，所述新燃料处理罐的入料口分别与所述充氦装置以及所述抽真空装置连接；其中，
所述新燃料处理罐，用于容纳装入堆芯前的燃料球。
可选的，所述新燃料处理罐内容纳的燃料球个数范围为30000个～50000个。
可选的，所述新燃料处理装置还包括电加热器，所述电加热器设置在所述新燃料处理罐内；其中，
所述电加热器，用于在氦气气氛下对所述新燃料处理罐内的燃料球进行加热，以进一步除去杂质。
可选的，所述新燃料处理装置还包括冷却装置，所述冷却装置与所述新燃料处理罐连接；其中，
所述冷却装置，用于对所述新燃料处理罐内加热处理后的燃料球进行冷却处理。
本发明的另一方面，提供一种高温气冷堆新燃料处理方法，具体步骤包括：对装入堆芯前的燃料球在第一额定压力下进行抽真空处理第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除；
对第一次处理后的所述燃料球内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对杂质进行第二次去除。
可选的，所述对第一次处理后的所述燃料球内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对杂质进行第二次去除，还包括：
对第一次处理后的所述燃料球内充入氦气至第二额定压力，并在该第二额定压力的氦气气氛下进行加热处理，以对所述杂质进行第二次去除。
可选的，所述第一额定压力的范围为100Pa以下，以及所述第一预设时间段为7天以上；和/或，
所述第二额定压力范围为5MPa～9MPa，以及所述第二预设时间段为7天以上。
可选的，所述加热处理的温度范围为250℃以上。
可选的，所述在该第二额定压力的氦气气氛下进行加热处理，以对所述杂质进行第二次去除之后，还包括：
将加热处理后的燃料球冷却处理至室温。
本发明提供一种高温气冷堆新燃料处理系统，包括：新燃料处理装置以及与新燃料处理装置连接的抽真空装置与充氦装置；其中，抽真空装置，用于对新燃料处理装置中装入堆芯前的燃料球进行抽真空处理至第一额定压力，并保持第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除；充氦装置，用于对新燃料处理装置内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对杂质进行第二次去除。本发明通过在进入堆芯前的新燃料处理系统中设置抽真空装置与充氦装置，可有效对装入堆芯的新燃料元件内吸附的空气和水份等杂质进行深度处理，以减少堆内一回路冷却剂中的杂质含量，降低氦净化系统的工作负荷，减少氦净化再生次数，从源头上降低放射性废物的产生量。
附图说明
图1为本发明一实施例的高温气冷堆新燃料处理系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的高温气冷堆新燃料处理方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
除非另外具体说明，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等既不限定所提及的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，也不排除出现或加入一个或多个其他不同的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示技术特征的数量与顺序。
如图1所示，本发明的一方面，提供一种高温气冷堆新燃料处理系统100，包括：新燃料处理装置110以及与新燃料处理装置110连接的抽真空装置120与充氦装置130。其中，抽真空装置120，用于对新燃料处理装置110中装入堆芯前的燃料球进行抽真空处理处理至第一额定压力，并保持第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除。充氦装置130，用于对新燃料处理装置110内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对杂质进行第二次去除。
基于目前高温气冷堆燃料循环采用不停堆装卸料的方式，平衡堆芯正常运行时平均每天向堆芯内装入800个新燃料球，而这些新燃料球都是长期在空气气氛下存放，进入堆芯后析出的空气和水份成为杂质，最终被氦净化系统吸附。基于此，本发明人提出的处理系统不仅考虑了在装新燃料球过程中避免将外界的空气带入回路系统中，还同时设计了如何去除新燃料球中吸附的大量水份和空气等杂质。
本实施例通过在进入堆芯前的新燃料处理系统中设置抽真空装置与充氦装置，可有效对装入堆芯的新燃料元件内吸附的空气和水份等杂质进行深度处理，以减少堆内一回路冷却剂中的杂质含量，降低氦净化系统的工作负荷，减少氦净化再生次数，从源头上降低放射性废物的产生量。
需要说明的是，新燃料球在装入堆芯前先放置在新燃料处理罐中，第一额定压力设置为100Pa(a)以下，即抽真空至100Pa(a)以下，保持7天以上，进行初步的抽真空除湿除杂质，以实现真空环境下的初步净化。
进一步需要说明的是，在抽真空7天以后，对新燃料处理罐进行充氦至第二额定压力，保持7天以上，进行氦气气氛下的深层次除湿除杂质，以实现在额定压力氦气气氛下的深层净化。
本实施例的新燃料处理系统可以极大地降低进入堆芯的杂质和水份，同时还能有效降低气体废物和固体废物的产生量。
具体的，如图1所示，新燃料处理装置110包括新燃料处理罐111，该新燃料处理罐111的入料口分别与充氦装置130以及抽真空装置120连接。其中，新燃料处理罐111，用于容纳装入堆芯前的燃料球。也就是说，在装入堆芯前，先将燃料球装入在新燃料处理罐内，再对该新燃料处理罐内进行抽真空处理以及充氦处理预设时间段，以将新燃料处理罐内燃料球吸附的杂质有效去除。
需要说明的是，由于目前的燃料处理罐正常运行时平均每天向堆芯内装入800个新燃料球，最多也就能装入4000个燃料球，这样，燃料球在燃料处理罐内的存放时间较短，不能很好的将其吸附的杂质去除。基于此，本发明人经过多次试验发现，可以适当提高新燃料处理罐的容积，即本实施例的新燃料处理罐能容纳30000个～50000个燃料元件(例如，容纳40000个燃料球)，通过扩大新燃料处理罐的容积，以增加燃料球在处理罐内的存放天数，进一步增加杂质去除时间。
如图1所示，本实施例为了进一步去除杂质，新燃料处理装置110还包括电加热器112，该电加热器112设置在新燃料处理罐111内。其中，电加热器112，用于在氦气气氛下对新燃料处理罐111内的燃料球进行加热，例如，可以加热至250℃以上，以在高温状态下进一步除去杂质。
更进一步的，如图1所示，新燃料处理装置110还包括冷却装置113，该冷却装置113与新燃料处理罐111连接；其中，冷却装置113，用于对新燃料处理罐111内加热处理后的燃料球进行冷却处理。也就是说，将加热处理后的燃料球通过新燃料处理罐上设置的冷却水系统，将新燃料处理罐中的燃料球冷却至常温。
更进一步的，如图1所示，新燃料处理装置110还包括卸料装置114，该卸料装置114位于新燃料处理罐111的底部；其中，该卸料装置114，用于将冷却处理后的燃料球通过装料管线输送至堆芯。
需要说明的是，在一些实施例中，如图1所示，堆芯里面还包括燃料主循环装置210，这样，可以将冷却处理后的燃料球通过装料管线输送至燃料主循环装置210的阻流器前，再通过燃料主循环装置210装入堆芯。并且，燃料主循环装置210与卸料装置114之间的装料管线上设置有隔离阀组220，以在净化过程中处理系统和燃料主循环装置隔离开。这样，装入堆芯的燃料球不包含有水份和空气等杂质，有效降低放射性废物的产生量。
可选的，由于燃料球装入新燃料处理罐的过程中会产生粉尘。因此，在一些实施例中，如图1所示，新燃料处理装置110还包括粉尘罐115与检修隔离阀116，其中，粉尘罐115，用于在卸料时将粉尘收集在粉尘罐中，以及该检修隔离阀，用于将卸料装置与粉尘罐隔离开。
应当理解的是，还应当包括新燃料装料装置，以将新燃料球装入至新燃料处理罐中。具体的，如图1所示，新燃料装料装置230通过装料管线与新燃料处理罐111连接，并在装料管线上设置有隔离阀组240，其起到将新燃料处理罐与新燃料装料装置隔离开的作用。
由于本实施例设置的新燃料处理罐容积较大，这样会导致罐子高度较高，在将新燃料球装进去的时候会产生冲击力，进而导致对燃料球有损伤，因此，为了减少冲击力，减少对燃料元件的损坏。如图1所示，新燃料处理罐111的入料口处设置有装料缓冲装置140，也就是说，新燃料装料装置230通过装料管线与新燃料处理罐111入料口处的装料缓冲装置140连接，以减少对燃料球的冲击力。
需要说明的是，基于本实施例的处理系统，其具体处理过程如下：第一、通过新燃料装料管线将新燃料装入新燃料处理罐中。第二、通过抽真空装置给新燃料处理罐抽真空至100Pa(a)以下。第三、通过抽真空装置给新燃料处理罐持续抽真空，使新燃料处理罐内的压力维持在100Pa(a)，保持7天，在真空状态下除湿除杂质。第四、真空状态下处理完成后，通过充氦装置给新燃料处理罐充入纯氦(99.999％以上)至7MPa的额定压力。第五、在7MPa的额定氦气压力下保持7天以上，并通过电加热器加热至250℃以上，在高温状态下持续除湿除杂质。第六、通过新燃料处理罐上设置的冷却水系统，将新燃料罐冷却至常温。第七、充氦气以及加热、冷却处理后，还应当排气抽真空，具体的，将包含杂质的氦气排入氦辅助系统的排气系统回收再利用，并通过抽真空装置抽真空至100Pa以下。第八、再通过充氦装置给新燃料处理罐充入纯氦(99.999％以上)至7MPa的额定压力。第九、通过新燃料处理罐底部的单一化卸料装置，将处理过的燃料球通过装料管线送至燃料装卸主循环的阻流器前，再通过燃料装卸主循环装入堆芯。
如图2所示，本发明的另一方面，提供一种高温气冷堆新燃料处理方法S100，具体包括以下步骤S110～S120：
S110、对装入堆芯前的燃料球在第一额定压力下进行抽真空处理第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除。
具体的，基于前文记载的处理系统，本实施例的方法可利用抽真空装置对装入堆芯前的燃料球进行抽真空处理，以在真空条件下对杂质进行第一次去除。新燃料球在装入堆芯前先放置在新燃料处理罐中，抽真空至第一额定压力100Pa(a)以下，保持第一预设时间段7天以上，进行初步的抽真空除湿除杂质。
S120、对第一次处理后的燃料球内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在额定压力氦气气氛下对杂质进行第二次去除。
具体的，利用充氦装置在预处理后的燃料球内充入氦气，以在额定压力氦气气氛下对杂质进行第二次去除，以除去燃料球中的水份、空气等杂质。基于上述处理系统，抽真空7天以后，对新燃料处理罐进行充氦(纯度为99.999％以上)至第二额定压力7MPa，保持第二预设时间段7天以上，进行额定压力氦气气氛下的第二次除湿除杂质。
进一步的，对第一次处理后的燃料球内充入氦气，并在额定压力氦气气氛下进行加热处理至250℃以上，即在高温状态下持续除湿除杂质。
可选的，对燃料球进行加热处理之后，还包括：将加热处理后的燃料球冷却处理至室温。具体的，可通过新燃料处理罐上设置的冷却水系统，将新燃料罐冷却至常温。
可选的，将处理后的燃料球冷却处理至室温之后，还包括：对冷却处理后的燃料球通过装料管线输送堆芯。
基于前文记载的处理系统，在一些实施例中，还可以对冷却处理后的燃料球通过装料管线输送至燃料主循环装置的阻流器前，再通过燃料主循环装置装入堆芯。
应当理解的是，在冷却处理之后，卸料之前还应当包括排气抽真空以及充氦的步骤，具体的，可将包含杂质的氦气排入氦辅助系统的排气系统回收再利用，并通过抽真空装置抽真空至100Pa以下。以及，通过充氦装置给新燃料处理罐充入纯氦(99.999％以上)至7MPa的额定压力。
本发明提供一种高温气冷堆新燃料处理系统与方法，相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：通过在进入堆芯前的新燃料处理系统中设置抽真空装置、充氦装置以及电加热器，可有效对装入堆芯的新燃料元件内吸附的空气和水份等杂质进行深度处理，以减少堆内一回路冷却剂中的杂质含量，降低氦净化系统的工作负荷，减少氦净化再生次数，从源头上降低放射性废物的产生量。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温气冷堆新燃料处理系统，其特征在于，包括：新燃料处理装置以及与所述新燃料处理装置连接的抽真空装置与充氦装置；其中，
所述抽真空装置，用于对所述新燃料处理装置中装入堆芯前的燃料球进行抽真空处理至第一额定压力，并保持第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除；
所述充氦装置，用于对所述新燃料处理装置内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对所述杂质进行第二次去除。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆新燃料处理系统，其特征在于，所述新燃料处理装置包括新燃料处理罐，所述新燃料处理罐的入料口分别与所述充氦装置以及所述抽真空装置连接；其中，
所述新燃料处理罐，用于容纳装入堆芯前的燃料球。
3.根据权利要求2所述的高温气冷堆新燃料处理系统，其特征在于，所述新燃料处理罐内容纳的燃料球个数范围为30000个～50000个。
4.根据权利要求2所述的高温气冷堆新燃料处理系统，其特征在于，所述新燃料处理装置还包括电加热器，所述电加热器设置在所述新燃料处理罐内；其中，
所述电加热器，用于在氦气气氛下对所述新燃料处理罐内的燃料球进行加热，以进一步除去杂质。
5.根据权利要求4所述的高温气冷堆新燃料处理系统，其特征在于，所述新燃料处理装置还包括冷却装置，所述冷却装置与所述新燃料处理罐连接；其中，
所述冷却装置，用于对所述新燃料处理罐内加热处理后的燃料球进行冷却处理。
6.一种高温气冷堆新燃料处理方法，其特征在于，具体步骤包括：对装入堆芯前的燃料球在第一额定压力下进行抽真空处理第一预设时间段，以在真空条件下对杂质进行第一次去除；
对第一次处理后的所述燃料球内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对杂质进行第二次去除。
7.根据权利要求6所述的高温气冷堆新燃料处理方法，其特征在于，所述对第一次处理后的所述燃料球内充入氦气至第二额定压力，并保持第二预设时间段，以在氦气气氛下对杂质进行第二次去除，还包括：
对第一次处理后的所述燃料球内充入氦气至第二额定压力，并在该第二额定压力的氦气气氛下进行加热处理，以对所述杂质进行第二次去除。
8.根据权利要求7所述的高温气冷堆新燃料处理方法，其特征在于，所述第一额定压力的范围为100Pa以下，以及所述第一预设时间段为7天以上；和/或，
所述第二额定压力范围为5MPa～9MPa，以及所述第二预设时间段为7天以上。
9.根据权利要求7所述的高温气冷堆新燃料处理方法，其特征在于，所述加热处理的温度范围为250℃以上。
10.根据权利要求7所述的高温气冷堆新燃料处理方法，其特征在于，所述在该第二额定压力的氦气气氛下进行加热处理，以对所述杂质进行第二次去除之后，还包括：
将加热处理后的燃料球冷却处理至室温。
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