坎杜乏燃料干式中间贮存技术.pdf
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1、中国核科学技术进展报告? 第二卷? 核能动力分卷? 上? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?年? ?月 作者简介? 王忠辉? ? ? ? ? ? ? 男? 黑龙江? 哈尔滨工业大学? 高级工程师? 现主要从事坎杜机组燃料操作系统技术相关 工作 坎杜乏燃料干式中间贮存技术 王忠辉 ? 秦山第三核电有限公司? 浙江 海盐? ? ? ? ? ? 摘要? 坎杜是加拿大原子能有限公司? 以下简称? ? ? ? 开发的重水反应堆? 反应堆的特点是以天然铀为
2、燃料?反应堆 的寿期一般是? ?年? 由于采用天然铀燃料? 运行期间产生的乏燃料较多?用于贮存乏燃料的水池容量有限? 为了保证 反应堆长期运行? 需要考虑乏燃料中间贮存问题? ? ? ?早期采用乏燃料湿式中间贮存技术? 存在投入大? 产生额外 放射性废物等缺点? ?年代后? ? ? ?根据乏燃料棒束具有尺寸小? 重量轻? 燃耗浅? 没有临界危险等特点? 开发了乏 燃料干式中间贮存技术? 此后在多个坎杜运行电厂广泛使用?乏燃料中间干式贮存设施需要解决乏燃料意外临界? 衰 变热排出? 辐射防护和保持对放射性物质的包容等问题?通过介绍? 分析乏燃料中间干式贮存设施? 设备的设计特点? 得到乏燃料干式
3、贮存设施能够满足乏燃料干式贮存需求的结论? 关键词? 坎杜? 乏燃料干式中间贮存? ? ? ? ? ? ? ? ? ?模块 ? 前言 坎杜是加拿大原子能有限公司? 以下简称? ? ? ? 开发的重水反应堆?反应堆以天然铀作为燃 料? 采用重水慢化和重水冷却? 有? ? ?个燃料通道? 共装载? ? ? ?个燃料棒束?机组发电功率为 ? ? ? ?级? 设计寿命? ?年?重水堆燃料较压水堆尺寸小? 以秦山第三核电厂使用的燃料为例? 每个 燃料棒束长? ? ? ? 外径? ? ? ? ? 重? ? ? ? 其中含铀为? ? ? ? ? ? 全堆总装量约? ? ? ?铀?重 水堆机组采用不停堆换料方
4、式? 基本上每天都卸出乏燃料并补充新燃料? 单个反应堆每年产生乏燃料 棒束约为? ? ? ?个? 约? ? ? ? 远较压水堆要多? 坎杜产生的乏燃料? 卸出后存放在乏燃料贮存水池内进行贮存?由于乏燃料水池设计容量有限? 一般情况能贮存反应堆? ?年产生的乏燃料? 考虑到应急堆芯燃料存放和燃料运输通道等因素? 实际 的贮存能力只有?年?为了保证反应堆能够长期正常运行? 必须要解决后续新产生乏燃料的贮存 问题? ?坎杜乏燃料中间贮存技术的发展 乏燃料中间贮存设施分干法和湿法贮存两种?尽管干法和湿法贮存设施的各种设计不尽相同? 但它们都是由相对简单? 通常是非能动的系统组成的? 能在几十年内提供充
5、分的安全特性? 有关的转 运和贮存操作也相对简单? ? ?乏燃料湿式中间贮存 加拿大在早期是采用湿式中间贮存? 即在原乏燃料池旁再建一个新水池继续贮存乏燃料?但是 乏燃料的湿式贮存有以下几个缺点? 其一? 乏燃料池泄漏难以检查和维修? 其二? 是由于水质需净化? 每年会产生一定量的废树脂和过滤器的二次废物? 其三? 建造费用高? 需预留场地? 施工困难等?由于 重水堆乏燃料产生量较多? 在反应堆寿期内很难有足够的场地用于扩建建造乏燃料水池?另外? 对于 庞大的乏燃料水池燃料水下运输也会带来不小的困难? 给设备的运行? 维修保养带来挑战? ? ? ?乏燃料干式中间贮存 乏燃料干式中间贮存就是将乏
6、燃料池内经过一段时间贮存的乏燃料移出? 通过操作工艺流程放 入贮存容器内? 然后放置在混凝土设施内进行长时间贮存?由于乏燃料在水池内已经进行至少?年 的贮存? 乏燃料的放射性水平? 衰变热都有较大幅度降低? 贮存设施较易满足屏蔽和衰变热散出的要 求?根据坎杜乏燃料元件的特性? 尺寸小? 重量轻? 燃耗浅? 没有临界危险? 可以采用简单而紧密的贮 存方式? ? ? ?最早于? ? ? ?在? ? ? ? ? ? ? ? ?实验室开发了一种乏燃料干式中间贮存技术? 以替代乏燃 料的湿式贮存?建造的乏燃料干式贮存筒仓于? ? ? ?年首次投入运行? 随后相继在多个重水堆核电厂 建造了干式贮存设施?
7、使乏燃料都得到了安全? 可靠? 稳妥的中间贮存?此后? ? ? ?经过长期的试 验? 设计? 从起初的混凝土筒仓式至目前最新研发的? ? ? ? ? ?模块式空气冷却贮存技术?模块型 中间贮存设施具有贮存密度大? 适用性强? 环境安全? 操作简单? 建造费用低? 运行时不会产生新的污 染物等优点? ? ? ? ? ? ? ? ? ?模块型设施分别在加拿大? ? ?和罗马尼亚的? ? ? ? ? ? ? ? ?建造运行?最 新的? ? ? ? ? ? ? ? ? ?模块型设施较? ? ? ? ? ? ? ? ? ?贮存密度增加?倍? 更加具有经济性和较高的场 地利用率? 秦山第三核电厂建造的?
8、? ? ? ? ? ? ? ? ?模块已于? ? ? ? ? ? ? ?首先开始试运行? 是坎杜中第一个运 行的设施? 同时国内第一个乏燃料干式中间贮存设施?目前该设施运行情况良好? 各项指标满足设计 要求?下面以? ? ? ? ? ? ? ? ? ?模块型设施为例来介绍乏燃料干式贮存技术? ?乏燃料干式中间贮存性能要求 从反应堆卸出的乏燃料需要在乏燃料水池内贮存一段时间? 然后才转移到乏燃料中间贮存设施? 在初始贮存期间? 挥发性放射性核素的数量? 辐射场的强度和余热的产生量都有相当大的衰减? 从而 使乏燃料中间贮存设施内导致事故的各种条件形成过程相对变慢? 有足够时间采取纠正行动? 因而?
9、 乏燃料转运和贮存操作的安全无需依赖于复杂的自动保护系统? 根据加拿大核安全法规? ? ? ? ? ? ? ? ? ?要求? 乏燃料干式贮存设施的建设要考虑乏 燃料在整个中间贮存寿期内处于安全状态? 应具有下列性能目标? 即在寿期内使乏燃料防止意外临 界? 导出衰变热? 满足辐射防护的要求和保持对放射性物质的包容? ? ? 防止意外临界 在干式贮存各种操作和贮存的各种状态下应确保乏燃料始终保持次临界状态? 并留有适当的裕度? ? ? 排出衰变热 在乏燃料的装卸和贮存过程中? 应考虑乏燃料的余热排出? 避免燃料包壳? 贮存容器和贮存设施 过热出现燃料破损? 设施力学性能下降? 影响乏燃料的长期贮
10、存? ? ? 防止过量的照射 在放置乏燃料的场所周围应设置足够的屏蔽? 以保证在乏燃料的操作? 贮存? 检查和监测活动中 使运行人员所受到的辐射 剂量 不 得 超过 有 关标 准和 规 定 的 限 值? 且 应 保 持在 合 理 可 行尽 量 低 ? ? ? ? 的水平? ? ? 防止放射性物质的释放 在乏燃料的装卸和贮存过程中? 应防止乏燃料受到实体破坏? 以避免因乏燃料完整性破坏后可能 导致的放射性物质向邻近厂区或周围环境不可接受的释放? ? 图?不锈钢乏燃料贮存篮 ? 图?屏蔽运输容器 ?乏燃料贮存设施的主要部件 乏燃料干式贮存设施主要由以下几个部件如燃料篮? 屏蔽运输容器? 屏蔽工作箱
11、? 燃料操作工具? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?模块等组成? ? ?燃料篮 燃料篮是特殊设计的容器? 由奥氏体不锈钢的篮座组件和篮盖组件构成? 它可以垂直方向存放 ? ?个乏燃料棒束?当? ?个乏燃料棒束装入燃料篮后? 加盖并在屏蔽工作箱内干燥? 用自动焊机焊 接密封? ? ?屏蔽运输容器 在燃料篮从屏蔽工作箱到贮存模块区的运输期间? 屏蔽运输容器用于提供燃料篮的放射性屏蔽? 屏蔽运输容器由填充铅的钢板构成? 外表面贴附含硼聚乙烯板? 可容纳?个燃料篮?其筒体与燃 料篮外形匹配? 方形底座为移门提供门框?屏蔽运输容器设有环链葫芦并由气动抓具头操作燃料篮? 提升和平移门采用电动操作?
12、抓具头采用气动操作?屏蔽运输容器与内装一个燃料篮的总重量约 ? ? ? ? 屏蔽运输容器的屏蔽设计保证屏蔽容器外表面稳态的剂量率小于? ? ? ? ?在燃料篮装载和卸 载操作期间? 门边接触区域的剂量率可能在小于? ? ? ?内达到? ? ? ? ? ? ? ?屏蔽工作箱 屏蔽工作箱采用充铅的钢结构提供辐射屏蔽?设备安装于一个基板上并锚固到乏燃料水池操作 平面地面上? 一部分悬空延伸到水池上方? 延伸长度约? ? ?设备设有供气? 供电和控制信号操作台? 用以控制屏蔽工作箱内的操作?设备上设有一个电动环链葫芦和一个气动抓具头用于将燃料篮吊入 屏蔽工作箱? 通过输送机构运输到屏蔽工作箱的旋转台上
13、?干燥系统提供热空气使燃料棒束和燃料 篮表面干燥? 过滤排风系统维持屏蔽工作箱内的负压?屏蔽工作箱顶部开口用于安装屏蔽运输容器? 屏蔽运输容器上的电动葫芦将密封焊接好的燃料篮吊入屏蔽运输容器内? 随后运输到贮存模块区? 屏蔽工作箱的操作是在控制台上进行控制和监测的?通过? ? ? ?摄像机对焊接进行目测检查? 在屏蔽工作箱的前端设有屏蔽窗? 万一摄像机失效? 可通过此屏蔽窗进行观察?两道密封焊密封燃料 篮?一道密封焊位于燃料篮底部? 用于篮座部件的底板与篮盖部件的筒体之间的密封焊接?第二道 密封位于篮盖上? 是篮盖的顶板与蓝座部件的中心柱之间的密封焊接?焊接质量通过目测检查和焊 接参数来监测控
14、制?焊接参数采用连续在线监测? ? 图?屏蔽工作箱 ? ?乏燃料贮存模块 乏燃料干式贮存模块是坎杜乏燃料的中间干式贮存设施? 乏燃料在乏燃料水池内贮存至少? ?以 后转移到模块? 图? ? ? ? ? ? ? ?模块平面图 ? 图? ? ? ? ? ? ? ?模块剖面图 乏燃料干式贮存模块是一个采用钢筋混凝土建造的矩形整体结构?模块内装有? ?个钢结构贮 存筒? 排列为?行? ?列?每个贮存筒可存放? ?个燃料篮? 每个燃料篮装有? ?个棒束? 这样每个模块 可放置? ? ? ? ?个乏燃料棒束? 冷空气从模块下部的进风口进入到模块内部空间? 然后从靠近模块上部的出风口排出?乏燃料 产生的热量
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