CN205449911U - 一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃料棒内冷空间当量水含量测量技术领域，具体涉及一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置。该装置连接件通过第一透明管与燃料棒第一连接器连接，燃料棒第一连接器上端通过管路与燃料棒第二连接器连接，管式电炉夹持并加热燃料棒，燃料棒上、下端分别塞套在第一透明管和第二透明管内；燃料棒第二连接器通过第二透明管与断棒器连接，断棒器依次与储样器和还原炉连接，还原炉将载气载带的水分还原为氢气，气相色谱仪通过以测量氢气的方式测量燃料棒内当量水含量。本实用新型能更好的吹扫装置各部件吸附水，空白稳定时间大大缩短，空白绝对值明显下降，减小了操作过程中空气水分的干扰，提高了装置承压能力及操作便捷性，提高了检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃料棒内冷空间当量水含量测量技术领域，具体涉及一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置。
背景技术
近年来，随着燃料组件在堆内运行情况的问题反馈可知，燃料棒破损仍是燃料组件堆内可靠运行的主要问题之一，燃料棒破损原因分析研究一直是业界十分关注的课题，其中燃料棒内氢和水含量过高能引起燃料棒包壳管的氢化破损是主要研究问题之一。
燃料棒内冷空间当量水含量直接反映燃料棒内总水量(包括燃料棒内各部件的水及由氢换算出的水，燃料棒内的部件包括包壳管内壁、UO2芯块、包壳管内充氦气)，要保证燃料棒内总水当量在限值内，必须要建立相应的检测方法,最初建立的是质谱计测量燃料棒内总当量水分，即核行业标准EJ/T894—94《燃料棒内总当量水量的测定》，现已废除。
如图1所示，现有燃料棒内冷空间当量水测量过程，在燃料棒两端各车一个环形槽，在密闭系统内断开燃料棒试样。在载气载带下，依次将燃料棒内氦气和棒内壁中水、氢气载带经高温铀丝，水转化为氢气，经收集装置富集后进入气相色谱仪以测量氢气的方式测量出各部分中总当量水量；取出测量系统中的芯块，按GB/T13698检测总氢，并换算出芯块中总当量水量。最后将燃料棒内各部分中当量水量之和除以自由冷空间体积得出燃料棒内冷空间当量水含量。
现有燃料棒内冷空间当量水测量装置存在以下不足：
1)装置系统空白波动大、很难稳定；一些部件吸附水释放时间较长、承载压力低，一些部件气路吹扫不畅，系统空白较大且稳定时间长，每次分析前均要长时间烘烤装置并使用大流量载气(高纯氦气)吹扫1～2天才能使系统稳定，检验成本较高，分析效率低。
2)断棒机构操作不方便，燃料棒与装置的密封是橡胶管直接套到燃料棒两端，使用铁丝捆绑密封，特别是燃料棒上端，需要先断开上端塞才密封装入橡胶管，操作时要特别迅速才能减少空气中水分的干扰，操作难度较高。
3)现有技术装置只能检测一种规格燃料棒，无法检测其他型号的燃料棒，适用范围较小。
4)现有技术装置的管式电阻炉也是针对特种规格燃料棒设计加工的，不能满足其他规格燃料棒检测，且炉体为整体式的，检测棒内壁水分时必须先将棒穿过管式炉再密封入测量装置，空气水分干扰较大。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要提供一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，用以解决现有技术中检测成本高，检测效率低，检测操作难度大等问题。
为了解决上述技术问题，本发明一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，包括连接件，第一透明管，燃料棒第一连接器，管式电炉，燃料棒第二连接器，第二注射口，第二透明管，断棒器，储样器，还原炉，金属铀丝，石英管，收集装置和气相色谱仪；
连接件左端设置载气入口，连接件下端设置第一注射口，连接件右端与第一透明管左端连接，第一透明管右端与燃料棒第一连接器连接，燃料棒第一连接器上端设置载气出口，载气出口通过管路与燃料棒第二连接器上端设置的开口连接，在燃料棒第一连接器和燃料棒第二连接器之间设置管式电炉，管式电炉夹持燃料棒并对燃料棒加热；燃料棒第二连接器下端设置第二注射口，燃料棒第二连接器右端与第二透明管左端连接；燃料棒上端穿过燃料棒第一连接器塞套在第一透明管内，燃料棒下端穿过燃料棒第二连接器塞套在第二透明管内；第二透明管右端与断棒器连接，断棒器与储样器连接，储样器底部设置出口，储样器的出口通过管路与还原炉的入口连接，还原炉将载气载带的水分还原为氢气，还原炉的出口与收集装置入口连接，收集装置通过液氮富集的方式浓缩还原炉还原的氢气，收集装置出口与气相色谱仪连接，气相色谱仪通过以测量氢气的方式测量燃料棒内当量水含量。
进一步所述还原炉包括石英管和金属铀丝；还原炉内设置石英管，储样器的出口通过管路与石英管入口连接，石英管内装有金属铀丝，还原炉加热金属铀丝到规定温度，将载气载带的水分还原为氢气，石英管的出口与收集装置入口连接。
进一步所述管路为卫生级不锈钢管道，所述第一透明管和第二透明管为真空橡胶管。
进一步所述燃料棒第一连接器右端通过聚四氟卡套将燃料棒上端密封进检测装置，所述燃料棒第二连接器左端通过聚四氟卡套将燃料棒下端密封进检测装置。
进一步所述第一透明管与燃料棒第一连接器连接处、燃料棒第二连接器与第二透明管连接处密封为螺母锁紧式结构。
进一步所述管式电炉为半开式管式炉，所述管式电炉匹配不同规格的燃料棒。
进一步所述储样器的密封圈为氟橡胶圈。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置的气路的优化能更好的吹扫装置各部件吸附水，系统空白稳定时间大大缩短，空白绝对值也下降明显，减小了测量操作过程中空气水分的干扰，提高了装置承压能力及操作便捷性，提高了检测效率。
本发明一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置通过更换变径部件能满足不同管径规格燃料棒当量水含量的测定。
1)本发明满足外径6～10mm燃料棒内当量水含量的检测，装置承压能力大于0.4MPa。
2)本发明空白下降到稳定水平时间由1～2天减少到3～5小时，稳定空白降到(30～150)ugH2O，提高分析效率。
3)本发明检测下限由100μgH2O降低到50μgH2O。
4)本发明测量1000μgH2O的相对标准偏差为优于5％，对水的回收率在(90～120)％范围内。
附图说明
图1为现有技术一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置示意图；
图2为本发明一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置示意图；
图中：01-氦气源，02-冷阱，03-左断棒器，09-右断棒器，04-左软管，06-右软管，05-管式电阻炉，07-进样口，08-截止阀，010-聚氯乙烯透明真空软管，011-石英管，012-还原炉，013-金属铀丝，014-球阀，015-储样瓶，016-收集装置，1-载气入口，2-第一注射口，3-连接件，4-第一透明管，5-燃料棒上端，6-燃料棒第一连接器，7-管式电炉，8-燃料棒第二连接器，9-截止阀，10-第二注射口，11-燃料棒下端，12-第二透明管，13-断棒器，14-储样器，15-还原炉，16-金属铀丝，17-石英管，18-收集装置，19-气相色谱仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
燃料棒内当量水测定本质上是测量燃料棒内各部件的吸附水、氢，其中主要为吸附水，水在环境中无处不在，并且，一般燃料棒内含水量为几百到几千微克，相比于环境中存在的水量来说是很小的，环境湿度对测量都有一定影响，因此要确保燃料棒当量水含量测量数据准确可靠，需最大限度地减小检测装置各部件水分和空气中水分的干扰。
检测装置部件材料本身性质(包括密度、吸水性、透气性、渗水性等)是导致水分干扰的关键因素。
不锈钢材料密度约8.7g/cm3，内部结构密实，内部孔隙率接近于零(材料的孔隙率直接影响材料的吸水性、透气性及渗水性等)，相比于橡胶材料(密度约0.8～1.5g/cm3，孔隙率根据本身分子结构有所不同)优势显著，检测装置应尽可能使用不锈钢管替代橡胶管；但检测装置由于断棒机构需要透明橡胶软管及储样瓶部分需要橡胶密封圈，所以选择吸水量小，透气性和渗水性均小的橡胶材料才能减少水分的干扰。
橡胶的种类较多，常用的有天然橡胶、真空橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶等，关于橡胶材料透气性、渗水性、拉伸强度及耐温性等相关研究较多，通过分析各种橡胶的相关特性及考虑本装置测量要求，本发明选择真空橡胶管(相比于其它橡胶材料，其拉伸强度最大，渗水性最小，含水量最小)作为断棒机构处部件，氟橡胶圈(相比于其它橡胶材料，其拉伸强度较大，透气性较小，含水量较低，耐受温度最高)作为储样瓶处密封圈。
如图2所示，本发明一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，包括载气入口1，第一注射口2，连接件3，第一透明管4，燃料棒上端5，燃料棒第一连接器6，管式电炉7，燃料棒第二连接器8，截止阀9，第二注射口10，燃料棒下端11，第二透明管12，断棒器13，储样器14，还原炉15，金属铀丝16，石英管17，收集装置18和气相色谱仪19；
连接件3左端设置载气入口1，连接件3下端设置第一注射口2，连接件3右端与第一透明管4左端连接，第一透明管4右端与燃料棒第一连接器6连接，燃料棒第一连接器6上端设置载气出口，载气出口通过管路与燃料棒第二连接器8上端设置的开口连接，该管路上设置截止阀9，在燃料棒第一连接器6和燃料棒第二连接器8之间设置管式电炉7，燃料棒夹持在管式电炉7内，管式电炉7对燃料棒加热，使棒内壁吸附水分快速释放出来；燃料棒第二连接器8下端设置第二注射口10，燃料棒第二连接器8右端与第二透明管12左端连接，燃料棒上端5穿过燃料棒第一连接器6塞套在第一透明管4内，燃料棒下端11穿过燃料棒第二连接器8塞套在第二透明管12内；第二透明管12右端与断棒器13连接，断棒器13与储样器14连接，储样器14底部设置出口，还原炉15内设置石英管17，该出口通过管路与还原炉15的石英管17入口连接，石英管内装有金属铀丝16，还原炉15加热金属铀丝16到规定温度，载气载带水分通过高温金属铀丝16时将水分还原为氢气，石英管17的出口与收集装置18入口连接，收集装置18通过液氮富集的方式浓缩还原炉15还原的氢气，收集装置18出口与气相色谱仪19连接，气相色谱仪19通过以测量氢气的方式测量燃料棒内当量水含量。
如图1和图2所示，现有技术中设置冷阱02，采用冷阱02的作用为用液氮低温富集去除载气、气瓶减压阀及连接管道中水分干扰，现有技术冷阱02的作用有时对系统空白影响较大，特别是刚更换载气或长时间不用后再使用时，往往要大流量吹扫很长时间，加上冷阱02能明显减少吹扫时间及空白值大小，但液氮容易挥发，分析过程中需不停的补充，且有安全隐患，不注意操作会冻伤。系统空白波动产生的原因，可能为载气气瓶到冷阱02部分气路较长，暴露空气或长时间不用后冷阱02吸附的水分不容易释放出来，且普通减压阀内部空间较大，载气要将减压阀里的水分吹扫干净也比较慢。
本发明去除了现有技术中冷阱02装置，精简了载气气瓶到冷阱02之间的管路，并且在载气入口位置设置高纯气体减压阀，并将管路材料更换为卫生级不锈钢管道减少了进气端管路水分干扰，大大缩短了空白稳定时间。
连接件3和燃料棒第一连接器6的作用为将燃料棒上端5密封到检测装置内，燃料棒上端5塞置于第一透明管4处以便于断棒；相比于现有技术，本发明将气路出口设置在燃料棒第一连接器6位置处，以便于更好的吹扫第一透明管4的吸附水，减少空白稳定时间。
现有技术为左软管04套在左断棒器03塔形头上用铁丝绑紧密封，且燃料棒上端必须先断开再密封进左软管04里用铁丝绑紧密封，这就要求操作必须要快捷，以能尽可能减小空气水分的干扰；
本发明的连接件3和燃料棒第一连接器6与载气管道连接接口统一为卡套硬密封，燃料棒第一连接器6右端通过聚四氟卡套将燃料棒上端密封进检测装置，第一透明管4与燃料棒第一连接器6连接端密封改为螺母锁紧式结构，密封更好，可操作性好，且增设了第一注射口2，能从燃料棒上端5验证整个装置的回收率。
燃料棒第二连接器8的作用为将燃料棒下端11密封入检测装置内，载气通过燃料棒第二连接器8吹扫更顺畅。燃料棒第二连接器8一端为螺母锁紧式结构与断棒器13一端的第二透明管12相连，另一端为聚四氟卡套将燃料棒下端密封进检测装置，提高了密封性及可操作性；增加燃料棒第二连接器8后，载气气路吹扫第二透明管12中吸附水更快捷，提高了检测效率。
断棒器13和储样器14的作用为在第二透明管12处燃料棒下端11处通过断棒器13断棒，将燃料棒内芯块倒入储样器14内。现有技术此处设计参照了质谱法测量水当量装置，透明的真空软管利于观察倒芯块时状态，预防卡样时能够直观观察到问题位置，但在使用过程中发现真空软管吸附水很难释放，是影响系统空白稳定时间及空白值大小的主要因素之一，球阀014和储样瓶015部分管路设计也导致在分析过程中水分释放缓慢，严重影响空白稳定时间及检测效率的原因。本发明去除了现有技术中真空软管及球阀014，断棒器13直接与储样器14连接，将气路出口设置在储样器14靠近底部位置，极大缩小了检测装置的空腔，降低了橡胶软管吸附水后不容易释放导致系统空白稳定时间长的问题，避免了现有技术储样瓶015部分气路吹扫不畅的问题，提高了检测效率及检测装置的可操作性。
管式电炉7的作用为加热燃料棒使棒内壁吸附水分快速释放出来。本发明依据不同规格的燃料棒，加工相匹配的半开式管式炉，再进行检测前就可以将燃料棒上下端都密封入测量装置，解决现有技术必须要分析完棒内氦气将棒内芯块倒入储样瓶015后，才能将燃料棒上端5密封入检测装置的问题，减少了检测过程中密封燃料棒上端5时空气水分的干扰。
为了能使本发明检测装置可以检测不同型号的燃料棒，本发明针对不同型号的燃料棒，更换不同规格的燃料棒第一连接器6，燃料棒第二连接器8和断棒器13，可以满足不同型号燃料棒的当量水含量测量，拓展检测装置的应用范围。
Claims (7)
1.一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，其特征在于，该装置包括连接件，第一透明管，燃料棒第一连接器，管式电炉，燃料棒第二连接器，第二注射口，第二透明管，断棒器，储样器，还原炉，收集装置和气相色谱仪；
连接件左端设置载气入口，连接件下端设置第一注射口，连接件右端与第一透明管左端连接，第一透明管右端与燃料棒第一连接器连接，燃料棒第一连接器上端设置载气出口，载气出口通过管路与燃料棒第二连接器上端设置的开口连接，在燃料棒第一连接器和燃料棒第二连接器之间设置管式电炉，管式电炉夹持燃料棒并对燃料棒加热；燃料棒第二连接器下端设置第二注射口，燃料棒第二连接器右端与第二透明管左端连接；燃料棒上端穿过燃料棒第一连接器塞套在第一透明管内，燃料棒下端穿过燃料棒第二连接器塞套在第二透明管内；第二透明管右端与断棒器连接，断棒器与储样器连接，储样器底部设置出口，储样器的出口通过管路与还原炉的入口连接，还原炉将载气载带的水分还原为氢气，还原炉的出口与收集装置入口连接，收集装置通过液氮富集的方式浓缩还原炉还原的氢气，收集装置出口与气相色谱仪连接，气相色谱仪通过以测量氢气的方式测量燃料棒内当量水含量。
2.根据权利要求1所述的一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，其特征在于，所述还原炉包括石英管和金属铀丝；还原炉内设置石英管，储样器的出口通过管路与石英管入口连接，石英管内装有金属铀丝，还原炉加热金属铀丝到规定温度，将载气载带的水分还原为氢气，石英管的出口与收集装置入口连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，其特征在于，所述管路为卫生级不锈钢管道，所述第一透明管和第二透明管为真空橡胶管。
4.根据权利要求1所述的一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，其特征在于，所述燃料棒第一连接器右端通过聚四氟卡套将燃料棒上端密封进检测装置，所述燃料棒第二连接器左端通过聚四氟卡套将燃料棒下端密封进检测装置。
5.根据权利要求1所述的一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，其特征在于，所述第一透明管与燃料棒第一连接器连接处、燃料棒第二连接器与第二透明管连接处密封为螺母锁紧式结构。
6.根据权利要求1所述的一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，其特征在于，所述管式电炉为半开式管式炉，所述管式电炉7匹配不同规格的燃料棒。
7.根据权利要求1所述的一种燃料棒内冷空间当量水含量测量装置，其特征在于，所述储样器的密封圈为氟橡胶圈。
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