CN114550958A - 一种溶解器的临界控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种溶解器的临界安全控制方法，采用本发明所提供的临界安全控制方法和流程，可以根据待处理乏燃料组件的初始富集度、燃耗深度、冷却时间等信息，结合溶解器的可处理的新燃料的最高初始富集度值、不同冷却时间下初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图、不同初始富集度下燃耗深度对应质量限值曲线图、不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数确定和调整溶解器的处理参数，使得溶解器可处理任意初始富集度的乏燃料组件。

Description

一种溶解器的临界控制方法
技术领域
本发明属于乏燃料后处理技术，具体涉及一种溶解器的临界控制方法。
背景技术
我国核燃料循环的政策采取闭合的核燃料循环方式，对于从堆内卸出的乏燃料送入后处理厂，将铀、钚从乏燃料中分离再利用。乏燃料的后处理是闭合核燃料循环的重要阶段，后处理工艺过程主要包括首端处理、化学分离和铀、钚尾端处理过程，其中首端处理主要是对乏燃料组件进行切割、溶解、过滤、调料、为化学分离做准备，易裂变材料比较集中的部位，且乏燃料与溶解液形成了一种固液双重不均匀的系统，是需要重点关注临界安全的设备，也是限制后处理厂的处理能力的关键设备。
早期溶解器通常仅采用几何控制的方式，从临界安全的角度乏燃料组件也被看成新燃料组件进行处理，这些临界安全的控制手段和设计假设无法适应大型后处理厂对于处理能力提升的要求，为此，通常需要结合其他的临界安全控制方法来提升设备的处理能力，例如中子毒物控制、质量控制、燃耗信用制技术的应用等。现有技术主要设计了一些不同的几何构型和中子毒物布置来优化临界安全的控制方法从而提升溶解器的处理能力。
发明内容
本发明的目的是提供了一种溶解器的临界控制方法，从而保证溶解器在满足临界安全的要求下实现溶解高初始富集度的乏燃料组件。
本发明的技术方案如下：一种溶解器的临界控制方法，包括如下步骤：
(1)针对溶解器的设计，确定可处理的新燃料的最高初始富集度的值E-limit、不同冷却时间下初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图、不同初始富集度下燃耗深度对应质量限值曲线图、不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数；
(2)获取乏燃料组件的信息，包括：初始富集度E，乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)，冷却时间C(t)；
(3)判断乏燃料组件的初始富集度E是否小于所述最高初始富集度E-limit值，如果小于等于E-limit值，则所述乏燃料组件直接进入溶解器处理，若初始富集度E大于E-limit值，则进入步骤(4)；
(4)判断是否可以对乏燃料组件进行燃耗测量，若无燃耗测量则根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；否则对乏燃料组件进行燃耗测量得到乏燃料组件的平均燃耗测量值Bu-ave(E)；
(5)将乏燃料组件的平均燃耗测量值Bu-ave(E)与乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)对比，并判断其差值是否小于一个预设的标准Δi；
(6)对于差值大于Δi的乏燃料组件，认为其燃耗值不可信，将其看成新燃料组件处理，根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；对于差值小于等于Δi的乏燃料组件，可置信其燃耗，根据乏燃料组件的冷却时间C(t)选择对应冷却时间的初始富集度-燃耗限值曲线，得到乏燃料组件的初始富集度所对应的燃耗深度限值Bu-limit；
(7)判断是否可测量得到末端燃耗测量值Bu-node(E)，若末端燃耗可测，则根据末端燃耗测量值Bu-node(E)与燃耗深度限值Bu-limit的大小关系，确定乏燃料组件的处理方法；若末端燃耗不可测，则使用乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)以及不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数确定末端燃耗记录值Bu-node(C)，根据末端燃耗记录值Bu-node(C)与燃耗深度限值Bu-limit的大小关系，确定乏燃料组件的处理方法。
进一步，如上所述的溶解器的临界控制方法，步骤(7)中，若末端燃耗可测，判断末端燃耗测量值Bu-node(E)与燃耗深度限值Bu-limit的大小，若Bu-node(E)大于等于Bu-limit，则该乏燃料组件可以正常处理；若Bu-node(E)小于Bu-limit，则根据工厂的实际情况可以选择两种方式处理：其一为根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；其二为根据不同初始富集度下的不同燃耗深度对应的可处理质量限值曲线确定处理质量M。
进一步，如上所述的溶解器的临界控制方法，步骤(7)中，若末端燃耗不可测，判断末端燃耗记录值Bu-node(C)与燃耗深度限值Bu-limit的大小，若Bu-node(C)大于等于Bu-limit，则该乏燃料组件可以正常处理；若Bu-node(C)小于Bu-limit，则根据工厂的实际情况可以选择两种方式处理：其一为根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；其二为根据不同初始富集度下的不同燃耗深度对应的可处理质量限值曲线确定处理质量M。
本发明的有益效果如下：本发明充分利用了乏燃料的反应性随着燃耗和冷却时间下降的效应，融合了富集度、燃耗深度、冷却时间和溶解质量等多种参数的控制方法，确定了一种控制流程来保证溶解器可以处理较高初始富集度的乏燃料组件仍然满足临界安全要求。采用本发明所提供的临界安全控制方法，可以根据待处理乏燃料组件的初始富集度、燃耗深度、冷却时间等信息确定和调整溶解器的处理参数，使得溶解器可处理任意初始富集度的乏燃料组件。
附图说明
图1为本发明实施方式中溶解器临界安全的控制方法流程图。
图2为本发明实施方式中不同冷却时间下初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图。
图3为本发明实施方式中不同初始富集度下的不同燃耗深度对应的可处理质量曲线图。
图4为本发明实施方式中冷却5年时不同初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图。
图5为本发明实施方式中冷却5年时不同初始富集度处理减半质量的燃耗深度曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种临界安全的控制手段来保证溶解器在满足临界安全要求的情况下实现溶解高初始富集度的乏燃料组件。
如图1所示，本发明提供的一种溶解器的临界控制方法，包括如下步骤：
(1)针对溶解器的设计，确定可处理的新燃料的最高初始富集度的值E-limit、不同冷却时间下初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图(图2)、不同初始富集度下燃耗深度对应质量限值曲线图(图3)、不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数。其中，不同冷却时间下初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图，可以通过进行不同冷却时间下各初始富集度燃料的变化燃耗深度的溶解器临界安全计算，根据临界安全限值得到最低燃耗深度限值，并对不同冷却时间拟合出曲线得到；不同初始富集度下燃耗深度对应质量限值曲线图，可以通过进行各初始富集度燃料在不同燃耗深度下，变化处理质量的溶解器临界安全计算，根据临界安全限值得到最大处理质量限值，并对不同富集度拟合出曲线；不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数可以通过统计大量实际卸出的乏燃料组件的平均燃耗和轴向不同段燃耗值或者通过组件计算程序计算典型辐照历史的乏燃料组件的平均燃耗和末端燃耗值得到。这里所述的“新燃料”是指未经辐照的燃料，即在进行溶解器设计时，不考虑乏燃料辐照后燃料成分的变化，也就是不考虑实际乏燃料的反应性的下降，从而可以包络乏燃料的各种情况，使计算简单且保守。
(2)获取乏燃料组件的信息，包括：初始富集度E，乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)，冷却时间C(t)；
(3)判断乏燃料组件的初始富集度E是否小于所述最高初始富集度E-limit值，如果小于等于E-limit值，则所述乏燃料组件直接进入溶解器处理，若初始富集度E大于E-limit值，则进入步骤(4)；
(4)判断是否可以对乏燃料组件进行燃耗测量，若无燃耗测量则根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；否则对乏燃料组件进行燃耗测量得到乏燃料组件的平均燃耗测量值Bu-ave(E)；所需要的钆浓度值是根据燃料的初始富集度预先进行计算；
(5)将乏燃料组件的平均燃耗测量值Bu-ave(E)与乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)对比，并判断其差值是否小于一个预设的标准Δi；
(6)对于差值大于Δi的乏燃料组件，认为其燃耗值不可信，将其看成新燃料组件处理，根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；对于差值小于等于Δi的乏燃料组件，可置信其燃耗，根据乏燃料组件的冷却时间C(t)选择图2对应冷却时间的初始富集度-燃耗限值曲线，得到乏燃料组件的初始富集度所对应的燃耗深度限值Bu-limit；
(7)判断是否可测量得到末端燃耗测量值Bu-node(E)，若末端燃耗可测则进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；
(8)判断末端燃耗测量值Bu-node(E)与燃耗深度限值Bu-limit的大小，若Bu-node(E)大于等于Bu-limit，则该乏燃料组件可以正常处理；若Bu-node(E)小于Bu-limit，则根据工厂的实际情况可以选择两种方式处理：其一为根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；其二为根据图3不同初始富集度下的不同燃耗深度对应的可处理质量限值曲线确定处理质量M；
(9)使用乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)以及不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数确定末端燃耗记录值Bu-node(C)；
(10)判断末端燃耗记录值Bu-node(C)与燃耗深度限值Bu-limit的大小，若Bu-node(C)大于等于Bu-limit，则该乏燃料组件可以正常处理；若Bu-node(C)小于Bu-limit，则根据工厂的实际情况可以选择两种方式处理：其一为根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；其二为根据图3不同初始富集度下的不同燃耗深度对应的可处理质量限值曲线确定处理质量M。
实施例
本实施例为一种转轮式的连续溶解器，设计为可以溶解最高初始富集度为2.6％的新燃料组件。正常处理时单个戽斗中的可溶解的乏燃料的质量约为三分之一的芯块质量。对该连续溶解器建立了图2所示的初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图，如图4所示给出了5年冷却时间的曲线，图5给出了5年冷却时间下，不同初始富集度下处理减半质量时对应的燃耗深度限值。表1给出了不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数。
现需处理三根组件：
1)组件1：初始富集度4.95％，卸料燃耗深度记录值为40000MWd/tU，冷却时间为5年的乏燃料组件
2)组件2：初始富集度4.95％，卸料燃耗深度记录值为30000MWd/tU，冷却时间为5年的乏燃料组件
3)组件3：初始富集度4.95％，卸料燃耗深度记录值为25000MWd/tU，冷却时间为5年的乏燃料组件。
假设测量只能得到乏燃料组件的平均燃耗值Bu-ave(E)不能得到末端燃耗，且该测量值Bu-ave(E)与记录值Bu-ave(C)的差值小于20％(一般的预设值)。通过表1进行平均燃耗和末端燃耗的转换，得到的末端燃耗值分别为35544MWd/tU、25788MWd/tU、20775MWd/tU。由于初始富集度4.95％大于零冷却时间零燃耗对应的富集度限值2.6％，因此根据图4，初始富集度4.95％的燃料组件燃耗深度需要大于26500MWd/tU才能满足处理要求，因此此时组件1可以直接进行处理，组件2和组件3不满足要求，根据图5，若进行质量减半的处理，初始富集度4.95％的燃料组件燃耗深度需要大于25500MWd/tU才能满足处理要求，因此，对于组件2可以进行质量减半的溶解处理。对于组件3的处理，可以根据添加可溶钆的分析结果进行处理，对于处理初始富集度4.95％的燃料组件，溶解时加入0.3g/L的可溶钆可以满足临界安全的要求。
表1转换系数
燃耗区间 转换系数
<6GWd/tU 0.8336
6–10GWd/tU 0.7798
10–14GWd/tU 0.808
14–18GWd/tU 0.675
18–22GWd/tU 0.8242
22–26GWd/tU 0.831
26–30GWd/tU 0.8412
30–34GWd/tU 0.8596
34–38GWd/tU 0.8548
38–42GWd/tU 0.8886
42–46GWd/tU 0.8844
>46GWd/tU 0.8910
对于本领域技术人员而言，显然本发明的结构不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种溶解器的临界控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)针对溶解器的设计，确定可处理的新燃料的最高初始富集度的值E-limit、不同冷却时间下初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图、不同初始富集度下燃耗深度对应质量限值曲线图、不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数；
(2)获取乏燃料组件的信息，包括：初始富集度E，乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)，冷却时间C(t)；
(3)判断乏燃料组件的初始富集度E是否小于所述最高初始富集度E-limit值，如果小于等于E-limit值，则所述乏燃料组件直接进入溶解器处理，若初始富集度E大于E-limit值，则进入步骤(4)；
(4)判断是否可以对乏燃料组件进行燃耗测量，若无燃耗测量则根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；否则对乏燃料组件进行燃耗测量得到乏燃料组件的平均燃耗测量值Bu-ave(E)；
(5)将乏燃料组件的平均燃耗测量值Bu-ave(E)与乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)对比，并判断其差值是否小于一个预设的标准Δi；
(6)对于差值大于Δi的乏燃料组件，认为其燃耗值不可信，将其看成新燃料组件处理，根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；对于差值小于等于Δi的乏燃料组件，可置信其燃耗，根据乏燃料组件的冷却时间C(t)选择对应冷却时间的初始富集度-燃耗限值曲线，得到乏燃料组件的初始富集度所对应的燃耗深度限值Bu-limit；
(7)判断是否可测量得到末端燃耗测量值Bu-node(E)，若末端燃耗可测，则根据末端燃耗测量值Bu-node(E)与燃耗深度限值Bu-limit的大小关系，确定乏燃料组件的处理方法；若末端燃耗不可测，则使用乏燃料组件平均燃耗记录值Bu-ave(C)以及不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数确定末端燃耗记录值Bu-node(C)，根据末端燃耗记录值Bu-node(C)与燃耗深度限值Bu-limit的大小关系，确定乏燃料组件的处理方法。
2.如权利要求1所述的溶解器的临界控制方法，其特征在于，步骤(7)中，若末端燃耗可测，判断末端燃耗测量值Bu-node(E)与燃耗深度限值Bu-limit的大小，若Bu-node(E)大于等于Bu-limit，则该乏燃料组件可以正常处理；若Bu-node(E)小于Bu-limit，则根据工厂的实际情况可以选择两种方式处理：其一为根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；其二为根据不同初始富集度下的不同燃耗深度对应的可处理质量限值曲线确定处理质量M。
3.如权利要求1所述的溶解器的临界控制方法，其特征在于，步骤(7)中，若末端燃耗不可测，判断末端燃耗记录值Bu-node(C)与燃耗深度限值Bu-limit的大小，若Bu-node(C)大于等于Bu-limit，则该乏燃料组件可以正常处理；若Bu-node(C)小于Bu-limit，则根据工厂的实际情况可以选择两种方式处理：其一为根据预先计算的所需要钆浓度值添加可溶钆进行处理；其二为根据不同初始富集度下的不同燃耗深度对应的可处理质量限值曲线确定处理质量M。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的溶解器的临界控制方法，其特征在于，步骤(5)中所述预设的标准Δi为20％。
5.如权利要求1-3中任意一项所述的溶解器的临界控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述不同冷却时间下初始富集度对应的燃耗深度限值曲线图是通过进行不同冷却时间下各初始富集度燃料的变化燃耗深度的溶解器临界安全计算，根据临界安全限值得到最低燃耗深度限值，并对不同冷却时间拟合出曲线得到；所述不同初始富集度下燃耗深度对应质量限值曲线图是通过进行各初始富集度燃料在不同燃耗深度下，变化处理质量的溶解器临界安全计算，根据临界安全限值得到最大处理质量限值，并对不同富集度拟合出曲线得到；所述不同燃耗区间的组件末端平均燃耗和组件平均燃耗的转换系数是通过统计实际卸出的乏燃料组件的平均燃耗和轴向不同段燃耗值或者通过组件计算程序计算典型辐照历史的乏燃料组件的平均燃耗和末端燃耗值得到。
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