CN114300165A - 一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测方法及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测方法及检测系统，该检测方法包括检测一回路氦气中Kr‑88和Xe‑138含量水平及其变化，判断堆内燃料元件是否发生破损。当反应堆稳定运行时，记录Kr‑88、Xe‑138含量的稳定水平数据分别为K1、X1；检测时，记录Kr‑88和Xe‑138含量水平数据为K2、X2；当(K2‑K1)/K1≥20％，或者(X2‑X1)/X1≥20％，则判断堆内燃料元发生破损。本发明方法可单独用于检测，也可与现有监测方法同时使用，从而提高高温气冷堆堆内燃料元件破损检测结果的可靠性和及时性。
Description
技术领域
本发明涉及核电技术领域，涉及高温气冷堆燃料性能跟踪生产，具体涉及一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测方法及检测系统。
背景技术
在核电厂的运行过程中，反应堆内破损的燃料元件会导致裂变产物向反应堆冷却剂释放，进而影响到机组的安全正常运行，并增加对电厂工作人员的放射性危害及对环境的影响。越早发现燃料元件的破损故障，就越能及时为电厂运行决策提供参考，快速采取相应措施。
高温气冷堆采用氦气作为一回路冷却剂，堆芯入口和出口氦气温度分别为250℃和750℃，高温氦气(750℃)进入蒸汽发生器壳体内，经蒸汽发生器冷却后，高温氦气成为低温氦气(250℃)，再经过氦净化系统，再返回主回路作为冷却剂。
目前高温气冷堆对燃料元件破损的监测方式为：在一回路主管道外侧安装γ探测器，对一回路氦气冷却剂的总γ放射性水平进行监测，这样可以一定程度上定性反映一回路氦气放射性的总体活度水平，从而间接判断堆芯燃料元件是否发生破损。这种间接判断堆内燃料元件破损的监测方式判断方式较为单一，且灵敏度存疑。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测方法及检测系统，可单独用于检测，也可与现有监测方法同时使用，从而提高高温气冷堆堆内燃料元件破损检测结果的可靠性和及时性。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：
一种高温气冷堆堆内燃料元件破损的检测方法，该检测方法包括检测一回路氦气中氪-88(Kr-88)和氙-138(Xe-138)含量水平及其变化，判断堆内燃料元件是否发生破损。
在一些实施例中，该检测方法包括：当反应堆稳定运行时，记录Kr-88、Xe-138含量的稳定水平数据分别为K1、X1；检测时，记录Kr-88和Xe-138含量水平数据为K2、X2；当(K2-K1)/K1≥20％，或者(X2-X1)/X1≥20％，则判断堆内燃料元发生破损。
在一些实施例中，该检测方法还包括对一回路氦气的总γ放射性水平进行监测。通过对一回路氦气冷却剂的总γ放射性水平进行监测，反映一回路氦气放射性的总体活度水平，从而判断堆芯燃料元件是否发生破损。
本发明还提供了一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，包括：
氦气取样检测支路，氦气取样检测支路与高温气冷堆一回路冷却剂管道相连；
该氦气取样检测支路为两支路，包括氦气取样检测第一支路和氦气取样检测第二支路；所述氦气取样检测第一支路上设有Kr-88探测器；所述氦气取样检测第二支路上设有Xe-138探测器。
在一些实施例中，所述氦气取样检测第一支路上还依次设置有第一支路隔离阀、第一支路过滤器、第一支路截止阀、第一支路流量控制器和第一支路沉淀器；该第一支路沉淀器与Kr-88探测器相连；所述氦气取样检测第二支路上还依次设置有第二支路隔离阀、第二支路过滤器、第二支路截止阀、第二支路流量控制器和第二支路沉淀器；该第二支路沉淀器与Xe-138探测器相连。
在一些实施例中，所述Kr-88探测器与氦净化系统相连；所述Xe-138探测器与氦净化系统相连。
在一些实施例中，所述氦气取样检测支路位于高温气冷堆一回路的氦净化系统的入口处。
在一些实施例中，该高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，还包括γ监测系统，该γ监测系统与高温气冷堆一回路冷却剂管道相连；连接位置位于氦净化系统的入口处。
本发明方法所具有的有益效果：
(1)本发明提出的一种高温气冷堆堆内燃料元件破损的检测方法，通过新增氦气取样检测支路，检测一回路氦气中短半衰期的裂变产物核素Kr-88和Xe-138含量水平及其变化，判断堆内燃料元件是否发生破损，本发明方法更为直接，且灵敏度更高。该方法与现有的γ放射性监测方法同时使用，可提高高温气冷堆堆内燃料元件破损检测结果的可靠性和及时性。
(2)本发明检测方法与检测系统的设计与反应堆安全无关，可方便地进行回路改造。
附图说明
图1为现有技术中高温气冷堆的燃料元件破损的检测方式示意图；
图2为本发明高温气冷堆的燃料元件破损的检测系统的位置示意图。
图3为本发明高温气冷堆的燃料元件破损的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明一种高温气冷堆堆内燃料元件破损的检测方法，该检测方法包括检测一回路氦气中Kr-88和Xe-138含量水平及其变化，判断堆内燃料元件是否发生破损。燃料元件裂变产生的放射性核素包括半衰期较短的Kr-88和氙-138，Kr-88的半衰期为2.88小时，氙-138为14.1分钟。目前已有现成检测装置可用于检测Kr-88和Xe-138含量，将采样气体分别导入Kr-88和Xe-138探测器即可进行检测，得出Kr-88和Xe-138含量。
由于Kr-88和氙-138的半衰期较短，当反应堆稳定运行一段时间后(如100小时后)，Kr-88和Xe-138的含量将维持在一个恒定水平范围内。当前在世界范围内，高温气冷堆尚未有长期稳定的商业运行的记录，Kr-88和Xe-138的含量数据需要在实施过程中进行记录分析，无先验数据可供参考。
若燃料元件发生破损，氪-88和氙-138的含量将迅速升高到一个新的水平。当Kr-88和Xe-138任一核素含量水平数据超过稳定状态的20％，则可判断堆内燃料元发生破损。
即当反应堆稳定运行时，记录Kr-88、Xe-138含量的稳定水平数据分别为K1、X1；检测时，记录Kr-88和Xe-138含量水平数据为K2、X2；当(K2-K1)/K1≥20％，或者(X2-X1)/X1≥20％，则判断堆内燃料元发生破损。
在一些实施例中，该检测方法还包括对一回路氦气的总γ放射性水平进行监测。通过对一回路氦气冷却剂的总γ放射性水平进行监测，反映一回路氦气放射性的总体活度水平，从而判断堆芯燃料元件是否发生破损。
通过本发明新增氦气取样检测支路，检测一回路氦气中短半衰期的裂变产物核素Kr-88和Xe-138含量水平及其变化，判断堆内燃料元件是否发生破损。该方法与现有的γ放射性检测方法同时使用，可提高高温气冷堆堆内燃料元件破损检测结果的可靠性和及时性。
图1示出了现有技术中检测方式，高温气冷堆在主管道外侧安装2个γ监测仪，测点位于氦净化系统入口处，当γ放射性水平异常升高，可判断堆内燃料元件发生破损。
图2、3示出了本发明一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，该检测系统包括：
氦气取样检测支路3，氦气取样检测支路3与高温气冷堆一回路冷却剂管道相连；该氦气取样检测支路3为两支路，包括氦气取样检测第一支路和氦气取样检测第二支路；氦气取样检测第一支路上依次设置有第一支路隔离阀301、第一支路过滤器302、第一支路截止阀303、第一支路流量控制器304、第一支路沉淀器305、Kr-88探测器306，Kr-88探测器306与氦净化系统2相连；氦气取样检测第二支路上依次设置有第二支路隔离阀307、第二支路过滤器308、第二支路截止阀309、第二支路流量控制器310、第二支路沉淀器311、Xe-138探测器312，Xe-138探测器312与氦净化系统2相连。
在一些实施例中，氦气取样检测支路3位于高温气冷堆一回路的氦净化系统2的入口处。
氦气取样检测支路3设置在蒸汽发生器1与氦净化系统2的连接管路上，位于管路上第一个管路隔离阀5之后。
在一些实施例中，本发明一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，还包括γ监测系统4，该γ监测系统4与高温气冷堆一回路冷却剂管道相连；连接位置位于氦净化系统2的入口处，且在蒸汽发生器1与氦净化系统2的连接管路上的第一个管路隔离阀5之后。
该γ监测系统4包括γ监测仪，其与核电站数字化仪控系统(DCS)相连。
在一些实施例中，该γ监测系统4包含两支路，每一支路上分别设有γ监测仪。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种高温气冷堆堆内燃料元件破损的检测方法，其特征在于：该检测方法包括检测一回路氦气中Kr-88和Xe-138含量水平及其变化，判断堆内燃料元件是否发生破损。
2.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆堆内燃料元件破损的检测方法，其特征在于：该检测方法包括：当反应堆稳定运行时，记录Kr-88、Xe-138含量的稳定水平数据分别为K1、X1；检测时，记录Kr-88和Xe-138含量水平数据为K2、X2；当(K2-K1)/K1≥20％，或者(X2-X1)/X1≥20％，则判断堆内燃料元发生破损。
3.根据权利要求1或2所述的一种高温气冷堆堆内燃料元件破损的检测方法，其特征在于：该检测方法还包括对一回路氦气的总γ放射性水平进行监测。
4.一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，其特征在于：包括：
氦气取样检测支路，氦气取样检测支路与高温气冷堆一回路冷却剂管道相连；该氦气取样检测支路为两支路，包括氦气取样检测第一支路和氦气取样检测第二支路；所述氦气取样检测第一支路上设有Kr-88探测器；所述氦气取样检测第二支路上设有Xe-138探测器。
5.根据权利要求4所述一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，其特征在于：所述氦气取样检测第一支路上还依次设置有第一支路隔离阀、第一支路过滤器、第一支路截止阀、第一支路流量控制器和第一支路沉淀器；所述第一支路沉淀器与Kr-88探测器相连；所述氦气取样检测第二支路上还依次设置有第二支路隔离阀、第二支路过滤器、第二支路截止阀、第二支路流量控制器和第二支路沉淀器；所述第二支路沉淀器与Xe-138探测器相连。
6.根据权利要求4或5所述一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，其特征在于：所述Kr-88探测器与氦净化系统相连；所述Xe-138探测器与氦净化系统相连。
7.根据权利要求6所述一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，其特征在于：所述氦气取样检测支路位于高温气冷堆一回路的氦净化系统的入口处。
8.根据权利要求7所述一种高温气冷堆堆内燃料元件破损检测系统，其特征在于：还包括γ监测系统，该γ监测系统与高温气冷堆一回路冷却剂管道相连；连接位置位于氦净化系统的入口处。
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