CN216562475U - 一种用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，反应堆的堆芯底部出口经激光测距表面成像装置与表面检测控制三通的第一个开口相连通，表面检测控制三通的第二个开口经第一燃料球发射器与汇流三通的第一个开口相连通，第一气力提升系统与第一燃料球发射器的入口相连通；表面检测控制三通的第二个开口与第二级燃料元件完整性检测装置的入口相连通，第二级燃料元件完整性检测装置的破碎燃料元件出口与破球储存系统相连通，第二级燃料元件完整性检测装置的完整燃料元件出口与汇流三通的第二个开口相连通，汇流三通的第三个开口与反应堆相连通，该系统能够对燃料球的完整性进行检测。
Description
技术领域
本实用新型属于核反应堆燃料检测的领域，涉及一种用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统。
背景技术
核燃料元件是为核反应堆提供裂变能量的核心部件，裂变过程中产生大量的裂变核素和感生放射性核素，其中绝大部分的放射性核素都被包络在反应堆核燃料元件内部，这一层包容壳层就是燃料元件包壳层，通常称为核电厂的第一道屏障，其完整性是核电站安全的重要保证。压水堆的核燃料元件完整性检测通过在线的放射性核素监测和卸料状态下的核燃料组件的完整性检测，具有成熟的经验和方法。高温气冷堆作为全球首台具备四代技术特征的核能发电机组，采用不停堆换料模式，使用60mm直径的球型燃料元件，核燃料在反应堆、装卸料系统、新燃料系统、乏燃料系统等系统的设备和管道间流动并发生碰撞，燃料元件会存在一定的破损，设计破损率为小于2×10-4。目前高温气冷堆设计的燃料破损监测系统检测方法单一，只能识别燃料元件大体积的破碎，不能识别小体积的破损(因为缺失的部分较少，不影响燃料球的流动)，在燃料检测中出现较大的出错几率。这种带有缺陷的燃料球如果在堆芯和系统中继续流动，将增加燃料球卡涩在管道(即卡球)的风险，破损的燃料球继续参加核裂变反应，放射性物质将会穿透破损的包壳层，增加一回路的放射性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，该系统能够对燃料球的完整性进行检测。
为达到上述目的，本实用新型所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统包括反应堆、破球储存系统、第一气力提升系统、汇流三通、第一级燃料元件完整性检测装置及第二级燃料元件完整性检测装置；第一级燃料元件完整性检测装置包括激光测距表面成像装置、表面检测控制器、表面检测控制三通及第一燃料球发射器；
反应堆的堆芯底部出口经激光测距表面成像装置与表面检测控制三通的第一个开口相连通，表面检测控制三通的第二个开口经第一燃料球发射器与汇流三通的第一个开口相连通，第一气力提升系统与第一燃料球发射器的入口相连通；
表面检测控制三通的第二个开口与第二级燃料元件完整性检测装置的入口相连通，第二级燃料元件完整性检测装置的破碎燃料元件出口与破球储存系统相连通，第二级燃料元件完整性检测装置的完整燃料元件出口与汇流三通的第二个开口相连通，汇流三通的第三个开口与反应堆相连通；
激光测距表面成像装置的输出端与表面检测控制器的输入端相连接，表面检测控制器的输出端与表面检测控制三通的控制端相连接。
第二级燃料元件完整性检测装置包括第二气力提升系统、超声波层析成像装置、X射线断层扫描分析装置、超声检测控制器、X射线检测控制器、破球控制三通、与门电路及第二燃料球发射器；
表面检测控制三通的第二个开口经超声波层析成像装置及X射线断层扫描分析装置与破球控制三通的第一个开口相连通，破球控制三通的第二个开口与破球储存系统相连通，破球控制三通的第三个开口与第二燃料球发射器的入口相连通，第二燃料球发射器的出口与汇流三通的第二个开口相连通，第二气力提升系统与第二燃料球发射器相连通。
第二级燃料元件完整性检测装置还包括超声检测控制器、X射线检测控制器及与门电路；
超声波层析成像装置的输出端与超声检测控制器的输入端相连接，X射线断层扫描分析装置的输出端与X射线检测控制器的输入端相连接，超声检测控制器的输出端及X射线检测控制器的输出端与或门电路的输入端相连接，或门电路的输出端与破球控制三通的控制端相连接。
还包括第一检测装置清洗输入系统及第一检测装置清洗回收系统；第一检测装置清洗输入系统的出口与激光测距表面成像装置的清洗入口相连通，激光测距表面成像装置的清洗出口与第一检测装置清洗回收系统相连通。
还包括第二检测装置清洗输入系统及第二检测装置清洗回收系统；第二检测装置清洗输入系统的出口与超声波层析成像装置的清洗入口相连通，超声波层析成像装置的清洗出口与第二检测装置清洗回收系统相连通。
还包括第三检测装置清洗输入系统及第三检测装置清洗回收系统；第三检测装置清洗输入系统的出口与X射线断层扫描分析装置的清洗入口相连通，X射线断层扫描分析装置的清洗出口与第三检测装置清洗回收系统相连通。
还包括燃耗测量系统、乏燃料控制三通及乏燃料系统；反应堆的堆芯底部出口与燃耗测量系统的入口相连通，燃耗测量系统的出口与乏燃料控制三通的第一个开口相连通，乏燃料控制三通的第二个开口与乏燃料系统相连通，乏燃料控制三通的第三个开口经激光测距表面成像装置与表面检测控制三通的第一个开口相连通。
还包括燃耗控制器；燃耗测量系统的输出端与燃耗控制器的输入端相连接，燃耗控制器的输出端与乏燃料控制三通的控制端相连接。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统在具体操作时，采用多级检测的原理，先通过激光测距表面成像装置及表面检测控制器初步判断燃料元件是否出现破损，当燃料元件未出现破损时，则直接送入反应堆中，当初步判断燃料元件出现破损时，则通入第二级燃料元件完整性检测装置中判断燃料元件是否出现破损，当第二级燃料元件完整性检测装置判断结果为燃料元件破损时，则直接送入破球储存系统，否则，则送入反应堆中，以实现对燃料球的完整性进行检测，有效兼顾检测的准确性及保守性，保证破损燃料元件不再进入堆芯，防止正常燃料元件未达到规定燃耗而误排出导致的浪费。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1为反应堆、2为燃耗测量系统、3为乏燃料控制三通、4为乏燃料系统、5为激光测距表面成像装置、6为超声波层析成像装置、7为X射线断层扫描分析装置、8为破球储存系统、9为表面检测控制器、10为燃耗控制器、11为表面检测控制三通、12为破球控制三通、13为超声检测控制器、14为X射线检测控制器、151为第一气力提升系统、152为第二气力提升系统、161为第一燃料球发射器、162为第二燃料球发射器、17为汇流三通、18为第一级燃料元件完整性检测装置、19为第二级燃料元件完整性检测装置、201为第一检测装置清洗输入系统、202为第二检测装置清洗输入系统、203为第三检测装置清洗输入系统、211为第一检测装置清洗回收系统、212为第二检测装置清洗回收系统、213为第三检测装置清洗回收系统。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本实用新型公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本实用新型公开的概念。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
在附图中示出了根据本实用新型公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本实用新型所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统包括反应堆1、燃耗测量系统2、乏燃料控制三通3、乏燃料系统4、破球储存系统8、燃耗控制器10、第一气力提升系统151、第二气力提升系统152、汇流三通17、第一级燃料元件完整性检测装置18、第二级燃料元件完整性检测装置19、第一检测装置清洗输入系统201、第二检测装置清洗输入系统202、第三检测装置清洗输入系统203、第一检测装置清洗回收系统211、第二检测装置清洗回收系统212及第三检测装置清洗回收系统213；
所述第一级燃料元件完整性检测装置18包括激光测距表面成像装置5、表面检测控制器9、表面检测控制三通11及第一燃料球发射器161；第二级燃料元件完整性检测装置19包括超声波层析成像装置6、X射线断层扫描分析装置7、超声检测控制器13、X射线检测控制器14、破球控制三通12、与门电路及第二燃料球发射器162；
反应堆1的堆芯底部出口与燃耗测量系统2的入口相连通，燃耗测量系统2的出口与乏燃料控制三通3的第一个开口相连通，乏燃料控制三通3的第二个开口与乏燃料系统4相连通，乏燃料控制三通3的第三个开口经激光测距表面成像装置5与表面检测控制三通11的第一个开口相连通，表面检测控制三通11的第二个开口经第一燃料球发射器161与汇流三通17的第一个开口相连通；
表面检测控制三通11的第二个开口经超声波层析成像装置6及X射线断层扫描分析装置7与破球控制三通12的第一个开口相连通，破球控制三通12的第二个开口与破球储存系统8相连通，破球控制三通12的第三个开口与第二燃料球发射器162的入口相连通，第二燃料球发射器162的出口与汇流三通17的第二个开口相连通，汇流三通17的第三个开口与反应堆1的堆芯相连通；
燃耗测量系统2的输出端与燃耗控制器10的输入端相连接，燃耗控制器10的输出端与乏燃料控制三通3的控制端相连接；
激光测距表面成像装置5的输出端与表面检测控制器9的输入端相连接，表面检测控制器9的输出端与表面检测控制三通11的控制端相连接；
超声波层析成像装置6的输出端与超声检测控制器13的输入端相连接，X射线断层扫描分析装置7的输出端与X射线检测控制器14的输入端相连接，超声检测控制器13的输出端及X射线检测控制器14的输出端与或门电路的输入端相连接，或门电路的输出端与破球控制三通12的控制端相连接；
第一气力提升系统151与第一燃料球发射器161的入口相连通，第二气力提升系统152与第二燃料球发射器162的入口相连通；
第一检测装置清洗输入系统201的出口与激光测距表面成像装置5的清洗入口相连通，激光测距表面成像装置5的清洗出口与第一检测装置清洗回收系统211相连通；
第二检测装置清洗输入系统202的出口与超声波层析成像装置6的清洗入口相连通，超声波层析成像装置6的清洗出口与第二检测装置清洗回收系统212相连通；
第三检测装置清洗输入系统203的出口与X射线断层扫描分析装置7的清洗入口相连通，X射线断层扫描分析装置7的清洗出口与第三检测装置清洗回收系统213相连通。
本实用新型的工作过程为：
从反应堆1堆芯底部循环出来的燃料元件经燃耗测量系统2测量燃耗信号，然后进入到乏燃料控制三通3中，其中，燃耗测量系统2测量得到的燃耗信号送入燃耗控制器10中，正常运行时，乏燃料控制三通3转向堆芯再循环方向，即与激光测距表面成像装置5相连接，当判断燃料元件达到卸料燃耗深度80000MWD/tU时，燃耗控制器10驱动乏燃料控制三通3导向乏燃料系统4，将燃料元件作为乏燃料贮存起来，不再进入堆芯循环。
燃料元件经激光测距表面成像装置5进行表面完整性检测及信号采集，然后输入到表面检测控制器9中进行数据分析、3D成像及信息储存，同时初步判断燃料元件表面是否破损，当燃料元件表面存在破损时，则通入超声波层析成像装置6中，当燃料元件表面不存在破损时，则经第一燃料球发射器161通入反应堆1中。
燃料元件依次经超声波层析成像装置6及X射线断层扫描分析装置7进行检测，当超声检测控制器13判断的结果为燃料元件破损或者X射线检测控制器14判断的结果为燃料元件破损时，则通过控制破球控制三通12，将燃料元件通入破球储存系统8，否则，则通过控制破球控制三通12，将燃料元件经第二燃料球发射器162送入反应堆1中。
另外，需要定期对激光测距表面成像装置5、超声波层析成像装置6及X射线断层扫描分析装置7进行清洗，以去除装置内石墨粉尘等杂质，避免激光测距表面成像装置5、超声波层析成像装置6及X射线断层扫描分析装置7内可能由于石墨粉尘的沉积影响检测信号的准确性。
需要说明的是，本实用新型既可以检测出燃料元件的表面缺陷，又可以对破损燃料元件的体积缺陷进行深度检查，实现数据的自动分析、判断控制及储存的功能，同时实现检测装置的定期清洗功能，去除检测装置管道及部件内的石墨粉尘杂质对检测产生的干扰，提高检测精确度。
Claims (8)
1.一种用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，包括反应堆(1)、破球储存系统(8)、第一气力提升系统(151)、汇流三通(17)、第一级燃料元件完整性检测装置(18)及第二级燃料元件完整性检测装置(19)；第一级燃料元件完整性检测装置(18)包括激光测距表面成像装置(5)、表面检测控制器(9)、表面检测控制三通(11)及第一燃料球发射器(161)；
反应堆(1)的堆芯底部出口经激光测距表面成像装置(5)与表面检测控制三通(11)的第一个开口相连通，表面检测控制三通(11)的第二个开口经第一燃料球发射器(161)与汇流三通(17)的第一个开口相连通，第一气力提升系统(151)与第一燃料球发射器(161)的入口相连通；
表面检测控制三通(11)的第二个开口与第二级燃料元件完整性检测装置(19)的入口相连通，第二级燃料元件完整性检测装置(19)的破碎燃料元件出口与破球储存系统(8)相连通，第二级燃料元件完整性检测装置(19)的完整燃料元件出口与汇流三通(17)的第二个开口相连通，汇流三通(17)的第三个开口与反应堆(1)相连通；
激光测距表面成像装置(5)的输出端与表面检测控制器(9)的输入端相连接，表面检测控制器(9)的输出端与表面检测控制三通(11)的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，第二级燃料元件完整性检测装置(19)包括第二气力提升系统(152)、超声波层析成像装置(6)、X射线断层扫描分析装置(7)、超声检测控制器(13)、X射线检测控制器(14)、破球控制三通(12)、与门电路及第二燃料球发射器(162)；
表面检测控制三通(11)的第二个开口经超声波层析成像装置(6)及X射线断层扫描分析装置(7)与破球控制三通(12)的第一个开口相连通，破球控制三通(12)的第二个开口与破球储存系统(8)相连通，破球控制三通(12)的第三个开口与第二燃料球发射器(162)的入口相连通，第二燃料球发射器(162)的出口与汇流三通(17)的第二个开口相连通，第二气力提升系统(152)与第二燃料球发射器(162)相连通。
3.根据权利要求2所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，第二级燃料元件完整性检测装置(19)还包括超声检测控制器(13)、X射线检测控制器(14)及与门电路；
超声波层析成像装置(6)的输出端与超声检测控制器(13)的输入端相连接，X射线断层扫描分析装置(7)的输出端与X射线检测控制器(14)的输入端相连接，超声检测控制器(13)的输出端及X射线检测控制器(14)的输出端与或门电路的输入端相连接，或门电路的输出端与破球控制三通(12)的控制端相连接。
4.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，还包括第一检测装置清洗输入系统(201)及第一检测装置清洗回收系统(211)；第一检测装置清洗输入系统(201)的出口与激光测距表面成像装置(5)的清洗入口相连通，激光测距表面成像装置(5)的清洗出口与第一检测装置清洗回收系统(211)相连通。
5.根据权利要求2所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，还包括第二检测装置清洗输入系统(202)及第二检测装置清洗回收系统(212)；第二检测装置清洗输入系统(202)的出口与超声波层析成像装置(6)的清洗入口相连通，超声波层析成像装置(6)的清洗出口与第二检测装置清洗回收系统(212)相连通。
6.根据权利要求2所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，还包括第三检测装置清洗输入系统(203)及第三检测装置清洗回收系统(213)；第三检测装置清洗输入系统(203)的出口与X射线断层扫描分析装置(7)的清洗入口相连通，X射线断层扫描分析装置(7)的清洗出口与第三检测装置清洗回收系统(213)相连通。
7.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，还包括燃耗测量系统(2)、乏燃料控制三通(3)及乏燃料系统(4)；反应堆(1)的堆芯底部出口与燃耗测量系统(2)的入口相连通，燃耗测量系统(2)的出口与乏燃料控制三通(3)的第一个开口相连通，乏燃料控制三通(3)的第二个开口与乏燃料系统(4)相连通，乏燃料控制三通(3)的第三个开口经激光测距表面成像装置(5)与表面检测控制三通(11)的第一个开口相连通。
8.根据权利要求7所述的用于高温气冷堆运行状态下燃料球完整性的检测系统，其特征在于，还包括燃耗控制器(10)；燃耗测量系统(2)的输出端与燃耗控制器(10)的输入端相连接，燃耗控制器(10)的输出端与乏燃料控制三通(3)的控制端相连接。
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