CN113299415A - 一种用于核动力船舶的岸基换料系统 - Google Patents

一种用于核动力船舶的岸基换料系统 Download PDF

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董海防
陆游
朱刚
孙福江
余迎
郭翔
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Abstract

本发明涉及一种用于核动力船舶的岸基换料系统，其包括设于码头的吊车、堆顶结构存放箱、专设屏蔽设施、堆芯燃料操作设备、燃料转运设备和乏燃料水池，所述乏燃料水池上方设有乏燃料装卸机，乏燃料水池中设有乏燃料贮存格架。本发明岸基换料系统能够实现核动力船舶的堆芯换料，且操作安全、布置合理、操作方便、综合建造成本低以及有益于环境保护。

Description

一种用于核动力船舶的岸基换料系统
技术领域
本发明涉及海上浮动堆反应堆装卸料，具体地指一种用于核动力船舶的岸基换料系统，属于海洋核能技术领域。
背景技术
核动力船舶作为搭载有核反应堆的船舶平台类的装置，核反应堆在核燃料燃烧到设计燃耗后需要进行换料操作，由于目前国内没有水上核动力装置，相关海洋核动力装置的换料研究较少，没有一种成熟的可用于核动力船舶的换料系统。
在实现核动力船舶堆芯换料过程中，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，将换料系统布置在核动力船舶上较为困难。由于核动力船舶的可移动性，与陆地核电站反应堆装置始终固定不动的情况差距较大，现有成熟换料系统无法使用到核动力船舶堆芯换料过程中。同时一个反应堆装置均配置一套换料系统，换料系统的综合建造成本严重增高。
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用于核动力船舶的岸基换料系统，该岸基换料系统能够实现核动力船舶的堆芯换料，且操作安全、布置合理、操作方便、综合建造成本低以及有益于环境保护。
实现本发明目的采用的技术方案是一种用于核动力船舶的岸基换料系统，其包括设于码头的吊车、堆顶结构存放箱、专设屏蔽设施、堆芯燃料操作设备、燃料转运设备和乏燃料水池，所述乏燃料水池上方设有乏燃料装卸机，乏燃料水池中设有乏燃料贮存格架。
在上述技术方案中，所述专设屏蔽设施整体为筒状结构，所述专设屏蔽设施的内部设置有水下对中滑块、拆卸执行机构和堆内构件连接机构；所述水下对中滑块用于水下对中，保证准确与堆内构件连接；所述拆卸执行机构用于堆内构件拆卸动作，所述堆内构件连接机构用于专设屏蔽设施与堆内构件有效连接；所述专设屏蔽设施外部设置有屏蔽材料，用于有效进行辐射防护，保证反应堆构件转运及贮存期间的辐射防护安全。
在上述技术方案中，所述燃料转运设备设置有燃料组件夹紧装置、容器筒、燃料组件装载口和冷却水充排水装置；所述燃料组件夹紧装置用于对燃料转运设备内的燃料组件进行夹紧保护；所述容器筒用于内部冷却水盛装；所述燃料组件装载口作为燃料组件装载进入燃料运输容器的通道；所述冷却水充排水装置对冷却燃料组件的冷却水进行充排；所述燃料转运设备外部设置有屏蔽材料进行可靠的辐射防护。
在上述技术方案中，所述堆芯燃料操作设备包括回转台，所述回转台上安装一个偏心小回转台，所述偏心小回转台用于反应堆整个堆芯燃料组件的对中抓取；所述回转台侧部设置回转执行机构，顶部设置有屏蔽结构和顶部燃料组件吊装口；所述回转执行机构用于驱动回转台进行转动，所述屏蔽结构作为永久固定结构屏蔽材料实现辐射屏蔽，所述燃料组件吊装口用于燃料组件通过以及装载进入燃料转运设备。
进一步地，上述用于核动力船舶的岸基换料系统还包括设于核动力船舶停靠船坞内用于固定核动力船舶的船墩。
进一步地，所述核动力船舶设有吊装口，所述吊装口位于核动力船舶内核反应堆的上方。
在上述技术方案中，所述燃料转运设备至少为两个，实现分别在核动力船舶上和码头上同时进行燃料组件装入或卸出。
本发明用于核动力船舶的岸基换料系统能够实现多艘核动力船舶可以采用同一码头的岸基换料系统进行换料，换料系统操作安全、布置合理、操作方便、综合建造成本低且有益于环境保护。
附图说明
图1是本发明用于核动力船舶的岸基换料系统示意图；
图中：1-核动力船舶、2-船坞、3-船墩、4-码头、5-吊车、6-核反应堆、7-吊装口、8-堆顶结构存放箱、9-专设屏蔽设施、10-堆芯燃料操作设备、11-燃料转运容器、12-燃料组件、13-乏燃料水池、14-乏燃料装卸机、15-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所示，本发明用于核动力船舶的岸基换料系统包括设于码头4的吊车5、堆顶结构存放箱8、专设屏蔽设施9、堆芯燃料操作设备10、燃料转运设备11和乏燃料水池13，所述乏燃料水池13上方设有乏燃料装卸机14，乏燃料水池13中设有乏燃料贮存格架15。
核动力船舶1停靠的船坞2内还设有船墩3，利用船墩3将核动力船舶1进行固定，避免船舶的摇摆晃动，为换料高精细化操作提供有益环境。
核动力船舶1设有吊装口7，吊装口7位于核动力船舶内核反应堆6的上方。
上述发明用于核动力船舶的岸基换料系统中各部件的连接关系及功能说明如下：
船坞2旁边的码头4上设置有吊车5，各种形式吊车均可，用于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，吊车5设置在码头上始终处于静止状态，为换料高精细化操作提供有益条件。
专设屏蔽设施9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，设计为不同的结构形式。专设屏蔽设施9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。本实施例所用专设屏蔽设施9整体为筒状结构，专设屏蔽设施9的内部设置有水下对中滑块、拆卸执行机构和堆内构件连接机构，水下对中滑块用于水下对中，保证准确与堆内构件连接；拆卸执行机构用于堆内构件拆卸动作；堆内构件连接机构用于专设屏蔽设施与堆内构件有效连接，实现转运安全；所述设屏蔽设施外部设置有屏蔽材料，用于有效进行辐射防护，保证反应堆构件转运及贮存期间的辐射防护安全，堆内构件拆卸后进入专设屏蔽设施筒状结构内部，在吊运过程中通过外部屏蔽结构实现整个操作过程的辐射防护。相比较于陆地核电整个换料过程在水下进行，堆内构件拆卸、转运及贮存均在水下进行；本发明的专设屏蔽设施适用于船舶核动力装置，在有限的空间无法设置大尺寸水池，用于转运及贮存，专设屏蔽设施的设计可在反应堆内进行水下操作拆卸堆内构件，拆卸完成后通过吊车吊出水面在空中进行吊运至码头存放，由于堆内构件在反应堆内受长时间辐照，具有高放射性，专设屏蔽设施外设置有屏蔽材料进行辐射防护，保证反应堆构件转运及贮存期间的辐射防护安全。
堆顶结构存放箱8，进行存放换料过程拆卸下来的各种反应堆顶部结构部件，以及经过清洗维修设备进行清洗维修后的贮存，保护其不受损坏及污染。
堆芯燃料操作设备10用于在反应堆舱内进行装卸核反应堆堆芯的燃料组件，换料过程的堆芯操作期间在核反应堆上方进行燃料操作，非堆芯操作期间放置于码头存放待用。作为一种优选实施方式，本实施例所用堆芯操作设备10包括回转台，回转台上安装一个偏心小回转台，通过偏心回转实现反应堆整个堆芯燃料组件的对中抓取；回转台侧部设置回转执行机构，顶部设置屏蔽结构、顶部燃料组件吊装口，回转执行机构驱动回转台进行转动，屏蔽结构作为永久固定结构屏蔽材料实现辐射屏蔽。燃料组件吊装口可实现燃料组件通过，装载进入燃料转运设备，在转载完成后需要设置临时屏蔽，保证堆芯全过程的辐射防护。相比较于陆地核电是在反应堆顶部设置固定的水池，水池中的水进行堆芯的辐射防护，水池上方设置行车进行操作，本发明的堆芯操作设备适用于船舶核动力装置，在有限的空间无法设置大尺寸水池，并减少设备空间占用，其在非换料期间贮存于码头厂房，在换料期间通过吊车吊运至反应堆上方进行安装，堆芯操作设备设计具备堆芯剂量屏蔽功能，在反应堆上方安装后，可以同时实现堆芯剂量屏蔽及燃料组件操作。
燃料转运容器11用于装载燃料组件，燃料转运容器可装载一组或多组燃料组件，可实现将核动力船舶内核反应堆的燃料组件转运至岸基换料系统的乏燃料水池，以及实现码头上的燃料组件转运至核动力船舶内进行装料。燃料转运容器11设置两个及以上，可实现卸料及装料过程分别在核动力船舶上和码头上同时进行燃料组件装入或卸出燃料转运容器，有益于缩短换料过程装料和卸料时间，提高换料效率。燃料转运容器11能够保证转运过程燃料组件的结构、临界、屏蔽及热工安全。作为一种优选实施实施，本实施例所用燃料转运容器11整体结构为一个容器，其设置有燃料组件夹紧装置、容器筒、燃料组件装载口和冷却水充排水装置；燃料组件夹紧装置对燃料转运设备内的燃料组件进行夹紧保护，避免转运过程燃料组件受力损坏；容器筒作为主体结构，实现内部冷却水盛装；燃料组件装载口作为燃料组件装载进入燃料运输容器的通道，在转运过程中可封闭；冷却水充排水装置对冷却燃料组件的冷却水进行充排。燃料转运设备外部设置有屏蔽材料进行可靠的辐射防护。相比较于陆地核电整个换料过程在水下操作，燃料转运是通过连接安全壳与燃料厂房的转运通道进行转运，本发明的燃料转运设备适用于船舶核动力装置，在有限的空间无法设置大尺寸水池，通过容器转运，并减少设备设施空间占用。其在非换料期间贮存于码头厂房，在换料期间通过吊车吊运燃料转运设备，实现核动力船舶上的燃料组件转运至码头乏燃料水池内，燃料转运设备设施设计设置有中子吸收材料，保证乏燃料组件次临界安全，外部设置有屏蔽材料进行可靠的辐射防护，减少转运过程的辐照剂量，设置内部设置有冷却水及应急补水接口，保证燃料组件衰变热冷却及导出，保证燃料组件转运过程的安全。
码头4上设置的乏燃料水池13，用于贮存核反应堆堆芯的卸出燃料组件，乏燃料水池内有水，用于冷却燃料组件及辐射防护。
乏燃料装卸机14用于操作燃料组件，实现将燃料转运容器转运至乏燃料水池的燃料组件装入乏燃料贮存格架15中。乏燃料贮存格架15能够实现乏燃料组件的长期安全贮存。
通过本发明岸基换料系统实现核动力船舶堆芯换料过程如下：
当某一核动力船舶1需要换料时，将核动力船舶1行使或拖航进入船坞2内，隔离外部海洋环境的影响，同时船坞2内船墩3将核动力船舶1进行固定，避免船舶的摇摆晃动，为换料高精细化操作提供有益环境。
船坞2旁边的码头4上的吊车5，用于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，吊车5设置在码头4上始终处于静止状态，为换料高精细化操作提供有益条件。
在换料过程中，首先利用吊车5将核动力船舶1上核反应堆6正上方的吊装口7打开，使核反应堆6与换料系统设施及设备连通。利用专用工具及吊车5拆卸核反应堆6的堆顶结构部件，将堆顶结构部件贮存于码头4上设置的堆顶结构存放箱8，后续清洗维修过程中取出进行清洗维修，并在清洗维修后在装回核反应堆6之前仍需在堆顶结构存放箱8内存放，保护其不受损坏及沾污。利用吊车5将码头4上设置的专设屏蔽设施9吊运至核动力船舶1内进行拆卸核反应堆6具备放射性的结构部件，然后吊运回码头4，拆卸下的结构部件在换料期间一直存放于专设屏蔽设施9内，专设屏蔽设施9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9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。核反应堆6所有结构部件拆卸完成后，依次将码头4上的堆芯燃料操作设备10、燃料转运设备11吊运至核动力船舶1内的核反应堆6上方，堆芯燃料操作设备10和燃料转运设备11协调工作，将堆芯燃料组件12卸出并装入燃料转运设备11中，燃料转运容器11能够保证转运过程燃料组件12的结构、临界、屏蔽及热工安全。利用吊车5将燃料转运容器11从核动力船舶1转运至码头4上设置的乏燃料水池13，然后利用乏燃料水池13上方的乏燃料装卸机14将燃料转运容器11转运至乏燃料水池13的燃料组件12装入乏燃料水池13内的乏燃料贮存格架15中进行长期贮存。通过多个燃料转运容器11能够实现分别在核动力船舶上和码头上同时进行燃料组件装入或卸出燃料转运容器11，缩短换料过程装料和卸料时间，提高换料效率。在后续燃料组件12装堆过程与上述过程相反，此处不再赘述。
本发明岸基换料系统能够保证燃料组件操作过程处于次临界、有效辐射防护及衰变余热顺利导出。当不同种类的核动力船舶可在不同时间进入船坞内，只需一套本发明岸基换料系统即可实现不同种类核动力船舶的堆芯换料，核动力船舶建造过程无需配备换料相关系统及设施，降低综合建造成本。本发明岸基换料系统将不同种类核动力船舶的核燃料进行集中贮存，有利于避免分散贮存所带来的多处地方放射性污染，有益于环境保护。

Claims (7)

1.一种用于核动力船舶的岸基换料系统，其特征在于：包括设于码头的吊车、堆顶结构存放箱、专设屏蔽设施、堆芯燃料操作设备、燃料转运设备和乏燃料水池，所述乏燃料水池上方设有乏燃料装卸机，乏燃料水池中设有乏燃料贮存格架。
2.根据权利要求1所述用于核动力船舶的岸基换料系统，其特征在于：所述专设屏蔽设施整体为筒状结构，所述专设屏蔽设施的内部设置有水下对中滑块、拆卸执行机构和堆内构件连接机构；所述水下对中滑块用于水下对中，保证准确与堆内构件连接；所述拆卸执行机构用于堆内构件拆卸动作，所述堆内构件连接机构用于专设屏蔽设施与堆内构件有效连接；所述专设屏蔽设施外部设置有屏蔽材料。
3.根据权利要求1所述用于核动力船舶的岸基换料系统，其特征在于：所述燃料转运设备设置有燃料组件夹紧装置、容器筒、燃料组件装载口和冷却水充排水装置；所述燃料组件夹紧装置用于对燃料转运设备内的燃料组件进行夹紧保护；所述容器筒用于内部冷却水盛装；所述燃料组件装载口作为燃料组件装载进入燃料运输容器的通道；所述冷却水充排水装置对冷却燃料组件的冷却水进行充排；所述燃料转运设备外部设置有屏蔽材料进行可靠的辐射防护。
4.根据权利要求1所述用于核动力船舶的岸基换料系统，其特征在于：所述堆芯燃料操作设备包括回转台，所述回转台上安装一个偏心小回转台，所述偏心小回转台用于反应堆整个堆芯燃料组件的对中抓取；所述回转台侧部设置回转执行机构，顶部设置有屏蔽结构和顶部燃料组件吊装口；所述回转执行机构用于驱动回转台进行转动，所述屏蔽结构作为永久固定结构屏蔽材料实现辐射屏蔽，所述燃料组件吊装口用于燃料组件通过以及装载进入燃料转运设备。
5.根据权利要求1所述用于核动力船舶的岸基换料系统，其特征在于：还包括设于核动力船舶停靠船坞内用于固定核动力船舶的船墩。
6.根据权利要求1所述用于核动力船舶的岸基换料系统，其特征在于：所述核动力船舶设有吊装口，所述吊装口位于核动力船舶内核反应堆的上方。
7.根据权利要求1所述用于核动力船舶的岸基换料系统，其特征在于：所述燃料转运设备至少为两个，实现分别在核动力船舶上和码头上同时进行燃料组件装入或卸出。
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