TWI450277B - 用於處理燃料組合的裝置 - Google Patents

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Description

用於處理燃料組合的裝置
本發明大體上關於用於核能電廠之燃料組合及與關閉及維護核能電廠相關之對燃料組合之處理。本發明尤其關於根據申請專利範圍第1項前言之用於處理燃料組合之裝置，及根據申請專利範圍第14項前言之用於處理燃料組合之方法。本發明尤其係關於輕水式反應器，且詳言之係關於鍋爐水反應器(boiling water reactor,BWR)。
在此等反應器中，目的是在核能電廠中的核反應器中當做冷卻劑及緩和劑的水係進行循環。將水保持清潔無碎片是非常重要的。若允許碎片顆粒伴隨著水到反應器核心中的話，則此等顆粒可能會對燃料棒的包層造成缺陷，其可導致核燃料(亦即鈾)漏出到水中之缺陷。碎片顆粒當然亦可能造成核能電廠中其他例如泵的組件的缺陷。
碎片顆粒在此申請案中應理解為不同顆粒：例如像是與工廠零件之各種修理相關而形成的金屬屑片、金屬線或可能自外部進入工廠的其他外來顆粒，諸如螺母、螺桿、較小工具等物件。尤其有害的碎片顆粒為具有狹長形狀之顆粒，亦即，長度低至約7至8 mm之細線或碎片。此等碎片顆粒傾向於在燃料組合中附著於較高處，例如在間隔板中。該等顆粒在冷卻劑流中振動，且可能會磨損燃料棒之包層，從而出現孔洞。
為解決此問題，已知在燃料組合之下部提供某種碎片過濾器，該等燃料組合下部包含多個燃料棒且形成反應器之核心。此種碎片過濾器之實施例揭示於WO 02/058075中。在工廠運作期間循環通過反應器的水係從下面向上通過燃料組合的這個下部。可能的碎片顆粒因此可能被一個此碎片過濾器所截獲。由於水流過碎片過濾器，可至少在一定程度上防止碎片顆粒自碎片過濾器釋放並輸送回到水。碎片過濾器通常亦經設計以允許較小的碎片顆粒通過，且以此方式降低了堵塞之風險。在正常操作期間通過燃料組合下部之流量為約2 m/s，但在降低之功率下可減小至約1 m/s。
與關閉反應器相結合，由於存在於燃料組合中的餘熱，至少在初始時維持水流。亦有可能的是，在修測(revision)初始階段期間用足以維持水流穿過燃料組合的相對較低功率操作工廠之主循環泵。每個燃料組合都直立於底座內，且在正常操作期間經由密封件引導水進入燃料組合中。然而，當要從反應器移除及起吊燃料組合時，視燃料組合向上起吊之速度，水之流動將減少且其甚至可反轉。此起吊速度在正常關閉期間可達約1 m/s。此意謂由水流產生且將碎片顆粒保持於碎片過濾器中或緊鄰碎片過濾器下之作用力係減小或終止，且碎片顆粒可能會掉出碎片過濾器。因此，增加了顆粒釋放且落回反應器容器之傾向。此意謂不再有任何機制來從反應器及主系統移除碎片顆粒，而會有愈來愈多碎片顆粒累積於反應器容器中。
US－A－5,383,226揭示一種用於處理燃料組合之裝置，該燃料組合包含在燃料組合之下部與上部之間延伸的一些燃料棒及圍繞燃料棒之護殼。該裝置包含起吊裝置，其經配置以在起吊操作期間接合位反應器容器中之燃料組合並將燃料組合自反應器容器向上吊起而離開反應器容器。一管道構件連接至燃料組合上部，且一泵係配置成用以產生通過燃料組合及管道構件到達偵測設備之液體流動。該偵測設備經調適以偵測水中之分裂產物，分裂產物可以指示一個或數個燃料棒有缺陷。
本發明之目標為減少碎片顆粒在反應器容器中之累積。
此目標藉由在一開始界定之裝置達成，其特徵在於泵經配置以提供具有以下大小的流動：使得容納於碎片過濾器中且緊鄰碎片過濾器下方的可能碎片顆粒在起吊操作期間至少保持於碎片過濾器中及/或緊鄰碎片過濾器下方。
借助於此種裝置，可從而確保在起吊操作期間釋放的碎片顆粒量非常少。在反應器容器中累積的碎片顆粒量因此得以減少。申請人在實驗期間已總結出，碎片顆粒之漂浮速度，亦即，其在水中下沉之速度，達約0.1至0.3 m/s。此意謂著在燃料組合入口處所產生之通過燃料組合的水流速度應達至少0.5 m/s，以便能夠確保碎片顆粒不會自碎片過濾器掉下。接著考量所使用之起吊速度，見上文。燃料組合之入口為其最細的區段，且因此決定了碎片顆粒是否可掉出。
根據本發明之實例，裝置經配置成以在整個起吊操作期間維持該流之方式來控制泵。有利地，裝置亦可經配置成以一旦開始進行起吊操作就起始該流之方式來控制泵。
根據本發明另一實例，起吊裝置包含狹長夾持元件，其經配置以浸入反應器容器中且接合燃料組合，其中泵係設於該夾持元件上。此種夾持元件在目前大多數核能電廠中均可獲得，且亦經良好調適以承載所界定之泵。有利地，該泵可被裝設為鄰近於燃料組合上部。
根據本發明另一實例，管道構件經配置以將水流輸送至燃料組合外之位置。因為碎片顆粒保持於碎片過濾器中，水流可由此被輸送回至反應器容器中之水。
根據本發明另一實例，裝置包含收集構件，該收集構件被連接至管道構件且經配置以收集伴隨著通過燃料組合的水流的碎片顆粒。借助於此種可裝設於泵上游或下游的收集構件，在起始起吊操作時由於任何原因而存在於燃料組合之流道中的碎片顆粒或穿過碎片過濾器的碎片顆粒被截獲並收集。此收集在水流被運回至反應器容器的情況下尤其有利。收集構件可有利地包含過濾器及/或容器。
根據本發明另一實例，管道構件包含一罩蓋，該罩蓋經配置而設於燃料組合上部上且界定用於該流之過道。該罩蓋適宜地具有使其能夠密封地封住燃料組合之尺寸，使得通過燃料組合之整個流能運入且穿過管道構件。
根據本發明另一實例，碎片過濾器係以使得流入流道中之所有的水能夠流過碎片過濾器之方式而裝設。
根據本發明另一實例，起吊裝置經配置以將起吊之燃料組合運輸至距反應器容器一定距離處之水池，其中該裝置經配置成以在整個此運輸期間維持該流之方式來控制泵。以此方式，可防止碎片顆粒亦在此運輸期間掉出燃料組合掉落及污染運輸路徑。有利地，該裝置可經配置成以例如在完成運輸時，通過燃料組合之水流在碎片顆粒可沈積之位置反轉之方式來控制泵。因此，可容許保持於碎片過濾器中及/或緊鄰碎片過濾器下方的碎片顆粒之至少一部分落下且在任何適當時機被收集起來及移除。
該目標亦藉由在一開始界定的方法來達成，其特徵在於流之大小係使得包含於碎片過濾器中及/或緊鄰碎片過濾器下方的可能碎片顆粒在起吊操作期間至少保持於碎片過濾器中及/或緊鄰碎片過濾器下方。
在申請專利範圍附屬項第15項至第20項中界定了該方法之有利的進一步發展。
現在將藉由對各種實例之描述且參考附圖而更詳細地描述本發明。
圖1示意性地揭示具有鍋爐水反應器(BWR)之核能電廠。該核能電廠包含具有由燃料組合3構成之核心2的反應器容器1。燃料組合3示意地揭示於圖2中。核心2中的每個燃料組合3都包含一些延伸於燃料組合3之下部與上部之間的燃料棒4。護殼5圍繞著燃料棒4且形成燃料棒4位於其中之流道6。碎片過濾器7裝設於燃料組合3之下部中燃料組合3之入口8處。碎片過濾器7係以使得流過入口8進入流道6中的所有水皆流過碎片過濾器7之方式而裝設。把手9裝設於燃料組合3上部處。
圖1中揭示之核能電廠已關閉且反應器容器1之罩蓋已移除。反應器容器1因而在頂部打開。此外，該核能電廠包含水池11，其設於距反應器容器1一定距離處。運輸路徑12延伸於反應器容器1與水池11之間。反應器容器1、運輸路徑12及水池11在關閉狀態下形成一共用空間，其填充有水達到一水面。
此外，核能電廠包含用於處理燃料組合之裝置。此裝置包含起吊裝置15，其設於在反應器容器1、運輸路徑12及水池11上延伸的水平導軌裝置16上。起吊裝置15包含可在導軌裝置16上且沿導軌裝置16移位之載架17。在載架17上，懸垂有一夾持元件18，該夾持元件18經設計為伸縮管且因此可伸長及縮短。在夾持元件18下端有一夾持工具19，夾持工具19經配置以接合燃料組合3之把手9。借助於起吊裝置15，可在起吊操作期間於把手9中接合燃料組合且將燃料組合從核心2及反應器容器1向上升起。當燃料組合3已到達一仍位於水面下方的上部位置時，起吊裝置15可沿導軌裝置16而移位，其中燃料組合3在水下從反應器容器1經由運輸路徑12運輸至水池11。在水池11中，燃料組合3可浸沒且置於在水池11底部的適當裝置(未揭示)中。
用於處理燃料組合3之裝置亦包含管道構件31，管道構件31可連接至燃料組合3之上部及一泵32，該泵32係在接近夾持工具19及燃料組合3之上部處附著至夾持元件18。泵32係裝設於管道構件31上且經配置以容許將水流泵汲通過管道構件31及燃料組合3。在所揭示的實例中，管道構件31經配置以將水流輸送至燃料組合外側且接近燃料組合3之位置。此意謂著當燃料組合3位於反應器容器中或緊接反應器容器之上時，所泵汲之水將被運回至反應器容器1。以相同方式，當燃料組合3沿運輸路徑12定位或位於水池11中時，所泵汲之水將分別被運回至運輸路徑12及水池11。
此外，該裝置可包含收集構件33，收集構件33連接至管道構件31且經配置以收集伴隨著通過燃料組合3之水流中的碎片顆粒。在所揭示的實例中，收集構件33裝設於泵32下游，但亦有可能將收集構件33裝設於泵32上游。在所揭示的實例中，收集構件33包含截獲水流中之可能碎片顆粒的過濾器34。此外，收集構件33可包含容器35，容器35可裝設於過濾器34之上游及/或下游，且經配置以收集由過濾器34所截獲之碎片顆粒。可以許多不同方式設計收集構件33，例如設計為借助於離心力來截獲碎片顆粒的旋風器(cyclone)。
此外，管道構件31包含一罩蓋36，罩蓋36經配置以附著至燃料組合3上部且界定用於進入管道構件31之水流之過道。罩蓋36係用以下方式加以調適：其密封地封住燃料組合3上部且防止在管道構件31與燃料組合3之上部之間水流入。
此外，該裝置包含連接至泵32且經配置以控制泵32的控制單元40。借助於控制單元40，泵32可經控制以使得其在上述起吊操作期間產生水流。向上穿過碎片過濾器7及燃料組合3之水流在起吊操作期間應具有某一大小，使得包含於碎片過濾器7中及/或緊鄰碎片過濾器7下方的可能碎片顆粒至少保持於碎片過濾器7中及/或緊鄰碎片過濾器7下方。此意謂在燃料組合3入口處在碎片過濾器7下方的向上流動應具有至少0.4 m/s，較佳至少0.5 m/s之流速。有利地，以在整個起吊操作期間維持該流之方式及一旦開始起吊操作就起始該流之方式來控制泵32。此外，泵32可以用以下方式加以控制：在從反應器容器1經由運輸路徑12至碎片顆粒可沈積之位置(諸如在所揭示的水池11中)的整個運輸期間維持該流。
當燃料組合3已運到水池11時，泵32可經控制以使得通過燃料組合3的水流反轉。以此方式，容納於碎片過濾器7中的至少一部分碎片顆粒可藉著沖出碎片過濾器7之外且落下到水池11中而得以沈積。
應注意，有可能將泵32設在距燃料組合3一定距離處，例如在夾持元件18之較高處或在由反應器容器1、運輸路徑12及水池11形成的共同空間之壁部處。然而，有利的是，泵32可浸入水中且位於水面下，這是因為經由泵32運輸之可能碎片顆粒可能已被輻射污染。
亦應注意，有可能將水自泵32輸送至任何其他地點，而非輸送回至反應器容器，例如輸送至在反應器容器1之外的任何收集容器。在此收集容器中的水可經淨化及/或過濾，且之後再循環至反應器容器1或從工廠排放。
本發明並不限於所描述及揭示之實例，而是可在以下申請專利範圍之範疇內加以改變及修改。
1．．．反應器容器
2．．．核心
3．．．燃料組合
4．．．燃料棒
5．．．護殼
6．．．流道
7．．．碎片過濾器
8．．．入口
9．．．把手
11．．．水池
12．．．運輸路徑
15．．．起吊裝置
16．．．水平導軌裝置
17．．．載架
18．．．夾持元件
19．．．夾持工具
31．．．管道構件
32．．．泵
33．．．收集構件
34．．．過濾器
35．．．容器
36．．．罩蓋
40．．．控制單元
圖1示意地揭示根據本發明之用於處理燃料組合之裝置之實例的視圖。
圖2示意地揭示燃料組合及圖1中裝置之一部分的視圖。
1．．．反應器容器
2．．．核心
3．．．燃料組合
11．．．水池
12．．．運輸路徑
15．．．起吊裝置
16．．．水平導軌裝置
17．．．載架
18．．．夾持元件
19．．．夾持工具
32．．．泵
40．．．控制單元

Claims (18)

  1. 一種設備，其包含一燃料組合(3)，該燃料組合(3)包含：一些燃料棒(4)，其等係延伸於該燃料組合(3)之一下部與一上部之間；一護殼(5)，其係圍繞且形成該等燃料棒(4)係位於其中之一流道(6)；一碎片過濾器(7)，其位於該燃料組合(3)之該下部中，以及一用於處理該燃料組合的裝置，其中該裝置包含：一起吊裝置(15)，其在一起吊操作中係接合位於一反應器容器(1)中之該燃料組合(3)，且將該燃料組合(3)自該反應器容器(1)向上舉起且離開該反應器容器(1)，一管道構件(31)，其被連接至該燃料組合(3)之該上部，該管道構件(31)包含一罩蓋(36)，該罩蓋(36)裝設於該燃料組合(3)之該上部上且界定一用於該流之過道，及一泵(32)，其經配置以在該起吊操作期間產生一通過該管道構件(31)及該燃料組合(3)之水流，其特徵在於，該罩蓋(36)密封地封住該燃料組合(3)的上部，用以防止水在該罩蓋(36)與該燃料組合(3)的上部之間流入，該泵(32)經配置以提供一具有某大小之流，該大小使得容納於該碎片過濾器(7)中及/或緊鄰該碎片過濾器(7)下方的可能碎片顆粒在該起吊操作期間至少保持於該碎片 過濾器(7)中及/或緊鄰該碎片過濾器(7)下方，且該裝置包含一收集構件(33)，該收集構件(33)連接至該管道構件(31)且經配置以收集伴隨著在通過該燃料組合(3)的水流中的該等碎片顆粒。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該設備經配置成以一在該整個起吊操作期間維持該流之方式來控制該泵(32)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之設備，其特徵在於該設備經配置成以一種一旦開始進行該起吊操作就起始該流之方式來控制該泵(32)。
  4. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該起吊裝置(15)包含一狹長夾持元件(18)，該夾持元件(18)經配置以浸入該反應器容器(1)中且接合該燃料組合(3)，其中該泵(32)係裝設於該夾持元件(18)上。
  5. 如申請專利範圍第4項之設備，其特徵在於該泵(32)係裝設為鄰近於該燃料組合(3)之該上部。
  6. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該管道構件(31)經配置以將該流輸送至一在該燃料組合(3)之外之位置。
  7. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該收集構件(33)包含一過濾器(34)。
  8. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該收集構件(33)包含一容器(35)。
  9. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該碎片過 濾器(7)係以一種使得流入該流道(6)之所有水皆流過該碎片過濾器(7)之方式而裝設。
  10. 如申請專利範圍第1項之設備，其特徵在於該起吊裝置(15)經配置以將該所吊起之燃料組合(3)運輸至一距該反應器容器(1)一定距離處之水池(11)，其中該裝置經配置成以一種在此整個運輸期間維持該流之方式來控制該泵(32)。
  11. 如申請專利範圍第10項之設備，其特徵在於該裝置經配置成以一使得該穿過該燃料組合(3)之水流在該等碎片顆粒可沈積之一位置反轉之方式來控制該泵(32)。
  12. 一種用於操作如申請專利範圍第1項之設備之方法，其中該方法包含以下步驟：接合一位於一反應器容器中之燃料組合，將一管道構件連接至該燃料組合之該上部，在一起吊操作期間將該燃料組合自該反應器容器向上舉起且離開該反應器容器，在該起吊操作期間產生一通過該管道構件及該燃料組合之水流，其特徵在於該流之大小使得容納於該碎片過濾器中及/或緊鄰該碎片過濾器下方的可能碎片顆粒在該起吊操作期間至少保持於該碎片過濾器中及/或緊鄰該碎片過濾器下方。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其特徵在於在該整個起吊操作期間維持該流。
  14. 如申請專利範圍第12及13項中任一項之方法，其特徵在於一旦已經開始進行該起吊操作就起始該流。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，其特徵在於將該水流輸送至一在該燃料組合之外之位置。
  16. 如申請專利範圍第12項之方法，其特徵在於伴隨著該通過該燃料組合之水流中的該等碎片顆粒係被收集起來。
  17. 如申請專利範圍第12項之方法，其特徵在於將該所吊起之燃料組合運輸至一距該反應器容器一定距離之水池，且在此整個運輸期間維持該流。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其特徵在於在該等碎片顆粒可沈積之一位置使穿過該燃料組合之該水流反轉。
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