CN113284639A - 一种海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统 - Google Patents

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董海防
孙福江
陆游
朱刚
余迎
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Abstract

本发明涉及一种海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，该系统包括核燃料装卸舱、乏燃料贮存舱和反应堆舱，乏燃料贮存舱和反应堆舱，乏燃料贮存舱和反应堆舱与核燃料装卸舱之间分别设有吊装口，所述吊装口设有垂直导轨；所述核燃料装卸舱内设置有转运吊车、新燃料贮存间、专设屏蔽设施、堆顶结构存放箱、堆芯燃料操作设备和多盒燃料转运容器；所述反应堆舱内设置有核反应堆；所述乏燃料贮存舱内设置有乏燃料装卸机和乏燃料水池，所述乏燃料贮存水池内设置有乏燃料贮存格架。该换料系统能够实现海洋核动力平台自主换料，提高换料过程燃料组件转运的操作效率，缩短换料时间，提升换料效率。

Description

一种海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统
技术领域
本发明涉及海上浮动堆换料，具体地指一种海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，属于海洋核能技术领域。
背景技术
海洋核动力平台作为搭载有核动力装置的焊接结构钢质船式浮动平台，长期系泊于指定作业海域，可根据用户需求提供电能和淡水。其反应堆经过一个周期的运行后需要更换核燃料组件。为保障用户持续能源供给，提高核动力装置负荷因子和海洋核动力平台的经济性，需在停堆后尽可能短的时间内完成核燃料更换，在不借助外部设施情况下进行海上自主换料操作，但目前尚无海上自主换料相关技术的实现。
在海上进行核燃料的装卸与贮存面临着诸多难题。海洋核动力平台长期作业于海上，处于倾斜、摇摆、震荡等动态工况下，保证燃料组件在装卸和贮存过程中不被破坏，确保换料过程的临界安全、辐射屏蔽安全和热工水力安全是非常关键的问题。同时海洋核动力平台可利用空间是有限制的，能用于换料操作的空间更为紧张，陆地核电站换料系统和设备的设计及布置方式对海洋核动力平台已不适用。现有核动力船舶均需进行船坞换料，大量时间花费在非换料操作上，严重降低了核动力装置的使用效率。且无论是陆地核电站还是核动力船舶均普遍采取单盒换料方式，每次从核反应堆芯拆卸一组燃料组件即进行转运至乏燃料水池中进行贮存，造成燃料组件转运效率较低。
在实现海洋核动力平台自主换料过程中，现有技术中至少存在如下问题：
目前陆地核电站换料系统和设备的设计及布置方式对空间要求较大，对海洋核动力平台已不适用。核动力船舶换料过程大量时间花费在往返作业海域以及进出船坞过程，核动力装置的使用效率低下。无论是陆地核电站还是核动力船舶均普遍采取单盒换料方式，燃料组件转运效率较低。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，该换料系统能够实现海洋核动力平台自主换料，提高换料过程燃料组件转运的操作效率，缩短换料时间，提升换料效率。
实现本发明目的采用的技术方案是一种海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，该换料系统包括核燃料装卸舱、乏燃料贮存舱和反应堆舱，乏燃料贮存舱和反应堆舱位于核燃料装卸舱的下方并且相邻布置，且乏燃料贮存舱和反应堆舱与核燃料装卸舱之间分别设有吊装口，所述吊装口设有垂向导轨；
所述核燃料装卸舱内设置有转运吊车、新燃料贮存间、专设屏蔽设施、堆顶结构存放箱、堆芯燃料操作设备和盒燃料转运容器；
所述反应堆舱内设置有核反应堆；
所述乏燃料贮存舱内设置有乏燃料装卸机和乏燃料水池，所述乏燃料贮存水池内设置有乏燃料贮存格架；所述新燃料组件贮存格架用于贮存准备装入核反应堆堆芯的燃料组件，保证燃料组件的结构、临界安全及洁净，所述乏燃料装卸机用于操作燃料组件，实现燃料组件从盒燃料转运容器中燃料组件装入乏燃料贮存格架中。
进一步地，所述新燃料贮存间内设置有新燃料贮存格架及新燃料组件检查装置，所述新燃料贮存间为单独房间，用于新燃料组件接受、检查及贮存，房间结构有益于对新燃料组件进行实体防护；所述新燃料组件检查装置用于接收及检查从外部运来的新燃料组件，以备装入反应堆堆芯。
进一步地，所述盒燃料转运容器至少为两个，用于卸料及装料过程分别在不同舱室同时进行燃料组件装入或卸出，多盒燃料转运容器有益于缩短换料过程装料和卸料时间，进一步提高换料效率。
进一步地，所述核燃料装卸舱内还设置有检修间，检修间用于换料系统设备及反应堆拆卸的结构部件的检查维修及清洗。
进一步地，所述核燃料装卸舱内还设置有平板车和水平扶持机构，所述平板车和水平扶持机构用于对被吊设备水平吊运进行导向。
进一步地，所述专设屏蔽设施至少为两个，分别用以转运大型反应堆构件和小型反应堆构件。专设屏蔽设施包括两个以上分别用以转运及存放大型反应堆构件和小型反应堆构件的专设屏蔽设施，针对拆卸下来的反应堆构件，设计为不同的尺寸的圆柱体和长方体。专设屏蔽设施外部设有足够厚度的铅层或其他屏蔽结构，确保专设屏蔽设施在内部存放从反应堆拆卸出的构件时外表面剂量率在要求的范围内。
本发明海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统结构紧凑、布置合理、操作方便、安全且高效，能够为实现海洋核动力平台自主换料，提高核动力装置使用效率，提高换料过程燃料组件转运效率及换料效率，具有的优点具体如下：
1、换料系统功能齐全，设备完整，能有效实现海洋核动力平台不借助外部设施进行自主换料的功能。
2、换料系统设置的设备及构筑物结构紧凑，为空间受限的海洋核动力装置提供有益的技术效果。
3、各舱室连接通道所设置的垂向导轨以及核燃料装卸舱内设置的水平扶持机构、平板车相互配合，用于对转运吊车吊运进行全程导向扶持，可使被吊设备运行轨迹准确可靠，且保证被吊设备结构完整，以适应摇摆晃动的海上工况。
附图说明
图1是本发明海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统示意图；
图2是核燃料装卸舱结构示意图；
图中：1-核燃料装卸舱；2-乏燃料贮存舱；3-反应堆舱；4-吊装口；5-垂向导轨；6-转运吊车；7-新燃料贮存间；8-检修间；9-平板车；10-水平扶持机构；11-专设屏蔽设施；12-堆顶结构存放箱；13-堆芯燃料操作设备；14-多盒燃料转运容器；15-核反应堆；16-燃料组件；17-新燃料贮存格架；18-新燃料组件检查装置；19-乏燃料装卸机；20-乏燃料水池；21-乏燃料贮存格架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统包括核燃料装卸舱1、乏燃料贮存舱2和反应堆舱3三个区域。乏燃料贮存舱2和反应堆舱3位于核燃料装卸舱1的下方并且相邻布置。乏燃料贮存舱2和反应堆舱3的上方均开有吊装口4，乏燃料贮存舱2和反应堆舱3分别通过吊装口4与核燃料装卸舱1连通，吊装口4上设置有垂向导轨5，垂向导轨5用于对被吊设备垂向吊运过程进行导向，保护吊运设备及舱室构筑物。
核燃料装卸舱1内设置有转运吊车6、新燃料贮存间7、检修间8、平板车9和水平扶持机构10。转运吊车6用于进行自主换料过程中各设备吊运及拆卸操作；新燃料贮存间7用于新燃料组件接受、检查及贮存；检修间8用于换料系统设备及反应堆拆卸的结构部件的检查维修及清洗；平板车9和水平扶持机构10用于对被吊设备水平吊运进行导向，与垂向导轨5配合使用，实现转运吊车6吊运过程的全程导向扶持，使被吊设备运行轨迹准确可靠，且保证被吊设备及舱室构筑物结构完整，以适应摇摆晃动的海上工况。转运吊车6吊运范围包括核燃料装卸舱1、乏燃料贮存舱2和反应堆舱3三个区域，进行换料过程中各换料操作设备及核反应堆结构部件的吊运及拆卸操作。新燃料贮存间7内设置有新燃料贮存格架17及新燃料组件检查装置18。新燃料组件贮存格架17用于贮存准备装入核反应堆15堆芯的燃料组件16，保证燃料组件16的结构、临界安全及洁净，新燃料组件检查装置18用于接收及检查从外部运来的新燃料组件，以备装入反应堆堆芯。
核燃料装卸舱1内还设置有用于存放专设屏蔽设施11、堆顶结构存放箱12、堆芯燃料操作设备13、多盒燃料转运容器14的区域，专设屏蔽设施11包括两个以上分别用以转运及存放大型反应堆构件和小型反应堆构件的屏蔽设施，针对拆卸下来的不同形状的反应堆构件，专设屏蔽设施11可以设计为不同的尺寸的圆柱体或长方体。专设屏蔽设施11固定于核燃料装卸舱1内，专设屏蔽设施11外部设有足够厚度的铅层或其他屏蔽结构，确保专设屏蔽设施11在内部存放从反应堆拆卸出的反应堆构件时外表面剂量率在要求的范围内。堆顶结构存放箱12用以存放换料过程拆卸下来的各种反应堆顶部结构部件，保护其不受损坏及沾污，此类结构部件无放射性可直接存放无需屏蔽。堆芯燃料操作设备13用于在反应堆舱3内进行装卸核反应堆15堆芯的燃料组件16，换料期间使用转运吊车6将堆芯燃料操作设备13吊运至反应堆舱3内核反应堆15上方进行燃料操作。多盒燃料转运容器14用于同时转运多盒燃料组件16，提高换料过程燃料组件转运效率。
乏燃料贮存舱2内设置有乏燃料装卸机19和乏燃料贮存水池20，乏燃料装卸机19安装于乏燃料贮存水池20上方，乏燃料贮存水池20内设置有乏燃料贮存格架21。乏燃料装卸机19用于操作燃料组件，实现将多盒燃料转运容器14中燃料组件16装入乏燃料贮存格架21中。乏燃料贮存格架21能够实现在摇摆晃动的海洋环境中对乏燃料组件16进行长期安全贮存；在保证乏燃料组件处于次临界、有效辐射防护及衰变余热顺利导出的前提下，保证正常情况下燃料组件在长期承受海洋环境载荷情况下不会发生破损。
核反应堆15卸料过程中，堆芯燃料操作设备13拆卸核反应堆15内的燃料组件16并装入多盒燃料转运容器14，多盒燃料转运容器14装满后，转运吊车6将多盒燃料转运容器14从反应堆舱3转运至乏燃料水池20内，该转运过程即从反应堆舱3进入核燃料装卸舱1，最后再进入乏燃料贮存舱2的乏燃料水池20中。然后使用乏燃料装卸机19将多盒燃料转运容器14内的燃料组件16卸出并装入乏燃料贮存格架21。优选的，多盒燃料组件可以设置两个及以上，可实现反应堆舱3内燃料组件的拆卸与乏燃料水池20内燃料组件装入乏燃料贮存格架21同时进行，缩短换料过程卸料时间，进一步提高换料效率。
装料过程中，新燃料贮存间7内新燃料贮存格架17所贮存的燃料组件装入多盒燃料转运容器14后，转运吊车6将多盒燃料转运容器14从新燃料贮存间7转运至反应堆舱3内，然后使用堆芯燃料操作设备13将多盒燃料转运容器14内的燃料组件16卸出并装入核反应堆15堆芯。多盒燃料组件设置有两个及以上，可实现新燃料贮存间7内燃料组件装入多盒燃料转运容器14的操作与反应堆舱3内燃料组件16装入核反应堆15的操作同时进行，缩短换料过程装料时间，进一步提高换料效率。

Claims (6)

1.一种海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，其特征在于：包括核燃料装卸舱、乏燃料贮存舱和反应堆舱，乏燃料贮存舱和反应堆舱位于核燃料装卸舱的下方并且相邻布置，且乏燃料贮存舱和反应堆舱与核燃料装卸舱之间分别设有吊装口，所述吊装口设有垂向导轨；
所述核燃料装卸舱内设置有转运吊车、新燃料贮存间、专设屏蔽设施、堆顶结构存放箱、堆芯燃料操作设备和盒燃料转运容器；
所述反应堆舱内设置有核反应堆；
所述乏燃料贮存舱内设置有乏燃料装卸机和乏燃料水池，所述乏燃料贮存水池内设置有乏燃料贮存格架。
2.根据权利要求1所述海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，其特征在于：所述新燃料贮存间内设置有新燃料贮存格架及新燃料组件检查装置。
3.根据权利要求1所述海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，其特征在于：所述盒燃料转运容器至少为两个，用于卸料及装料过程分别在不同舱室同时进行燃料组件装入或卸出。
4.根据权利要求1所述海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，其特征在于：所述核燃料装卸舱内还设置有检修间。
5.根据权利要求1所述海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，其特征在于：所述核燃料装卸舱内还设置有平板车和水平扶持机构，所述平板车和水平扶持机构用于对被吊设备水平吊运进行导向。
6.根据权利要求1-5任一所述海洋核动力平台多盒转运方式的换料系统，其特征在于：所述专设屏蔽设施至少为两个，分别用以转运大型反应堆构件和小型反应堆构件。
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