一種破損燃料棒水下封裝裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核能安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種破損燃料棒水下封裝裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電是一種先進(jìn)、環(huán)保的能源，目前全世界共有400多臺(tái)核電機(jī)組在運(yùn)行，總裝機(jī)容量超過370，000兆瓦，在當(dāng)今社會(huì)發(fā)揮著非常重要的作用。核電站使用高放射性核燃料，一旦發(fā)生安全事故后果將非常嚴(yán)重，因此核電站的安全對(duì)其周邊大面積區(qū)域意義重大。
[0003]作為核電站反應(yīng)堆的核心部件，燃料元件(也稱燃料棒，下同)的完好對(duì)于核電站的安全至關(guān)重要。燃料棒(以目前最為廣泛應(yīng)用的壓水堆為例)是由鋯質(zhì)的包殼管5和上端塞8、下端塞1并配合上端環(huán)形焊縫7和下端環(huán)形焊縫2以及密封焊點(diǎn)9 一起組成，內(nèi)部包括若干塊U02芯塊4、設(shè)置在兩端的隔熱塊3以及彈簧6(見圖1)，燃料棒外徑約10毫米，總體長度接近4米。
[0004]燃料元件在反應(yīng)堆內(nèi)服役時(shí)長期處于高溫高壓的水環(huán)境中，還要經(jīng)受核輻射，月艮役條件極為苛刻，對(duì)于燃料元件的性能要求極高，個(gè)別元件由于材料缺陷、工藝失誤、異物磨蝕等原因會(huì)產(chǎn)生破損。破損后的燃料棒要盡快從反應(yīng)堆中取出，進(jìn)行失效原因分析或者妥善處置。根據(jù)IAEA (國際原子能機(jī)構(gòu))在2009年發(fā)布的《MANAGEMENT OF DAMAGED SPENTNUCLEAR FUEL))(破損乏核燃料的管理)，國際上對(duì)于破損燃料棒的最終處置還沒有確定性指導(dǎo)方案，對(duì)于破損燃料棒的中短期處置，一般是將破損棒封裝后暫存，或者封裝后運(yùn)到專門做輻照后檢驗(yàn)處理的核設(shè)施進(jìn)行處置。
[0005]從核電站反應(yīng)堆中取出的燃料棒，具有很高的放射性，只能在核電站乏燃料廠房的水池中，在有足夠水屏蔽的情況下，通過專用工具對(duì)其進(jìn)行水下封裝操作。乏燃料廠房及水池的輻射安全、工業(yè)安全、質(zhì)量控制等要求極為嚴(yán)格，操作空間有限，封裝破損燃料棒的設(shè)備以及操作工程必須安全、可靠和盡可能簡單。
[0006]早期破損棒封運(yùn)暫存技術(shù)，主要是直接將棒放在專用密封屏蔽容器中，比如法國Robatel公司在70年代設(shè)計(jì)制造的R52容器(該容器及配套設(shè)備后來先后被賣給德國和中國，在歐洲和中國有大量的使用經(jīng)驗(yàn)，至2015年仍然在使用中)。
[0007]后來在監(jiān)管部門的要求下，安全標(biāo)準(zhǔn)被進(jìn)一步提高。雖然專用密封屏蔽容器本身具有足夠的屏蔽和密封能力，破損燃料棒依然被要求封裝后才允許裝入容器中運(yùn)輸或暫存，目的是讓破損棒受到的保護(hù)程度不低于完整棒。
[0008]目前國際上通常采用的破損棒封裝技術(shù)，是將燃料棒裝入金屬保護(hù)管中，然后用壓縮空氣將管內(nèi)的水排出，再將保護(hù)管連同破損燃料棒一起放入專用密封屏蔽容器封運(yùn)或暫存。比如法國Robatel公司的R72容器及配套設(shè)備和德國NCS公司的N45容器及配套設(shè)備，在封運(yùn)破損燃料棒之前，都是采用這種技術(shù)。
[0009]Robatel公司和NCS公司的技術(shù)從專業(yè)設(shè)計(jì)上講可以完成破損燃料棒的封裝，但仍至少有三點(diǎn)值得改進(jìn):首先，他們的技術(shù)封裝燃料棒時(shí)是所有破損燃料棒封裝在一起，這意味著一旦密封被破壞，所有破損棒都不再受密封保護(hù)，嚴(yán)格來講，這意味著破損棒受到的密封保護(hù)比未破損的完整棒要少；其次，他們把燃料棒在水下裝入容器后，在容器出水后才對(duì)保護(hù)套管進(jìn)行排水，實(shí)際上并不是在水下完成全部封裝操作，這相當(dāng)于增加了放射性在空氣中暴露量；再次，對(duì)于監(jiān)管部門“如何確保封裝破損棒后的保護(hù)管中沒有水”的疑問，他們的技術(shù)沒能給出滿意答復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)目前的現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種破損燃料棒水下封裝裝置及方法。該裝置及方法可以保證每一根破損的燃料棒單獨(dú)封裝，在水下完成封裝，并且封裝了破損燃料棒的裝置內(nèi)沒有殘存水分。
[0011 ] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種破損燃料棒水下封裝裝置，包括能夠開啟、封裝的燃料棒封裝體，能夠與所述燃料棒封裝體連接的封裝操作工具，能夠與所述封裝操作工具連接的壓力控制及過濾系統(tǒng)；
[0012]所述燃料棒封裝體能夠容納核反應(yīng)堆的燃料棒；
[0013]所述封裝操作工具用于對(duì)所述燃料棒封裝體進(jìn)行封裝、排水、抽真空操作；
[0014]所述壓力控制及過濾系統(tǒng)用于通過所述封裝操作工具對(duì)所述燃料棒封裝體進(jìn)行排水、抽真空操作，并對(duì)所述燃料棒封裝體中抽離的氣體進(jìn)行過濾。
[0015]進(jìn)一步，所述燃料棒封裝體包括一根能夠容納燃料棒的不銹鋼套管，所述不銹鋼套管的上端設(shè)置能夠拆裝的密封塞，所述不銹鋼套管的下端設(shè)置能夠排水排氣的下彈簧塞。
[0016]進(jìn)一步，所述密封塞包括設(shè)置在所述密封塞頂部的設(shè)有第一密封圈的操作孔，設(shè)置在所述密封塞中部空腔中的設(shè)有第二密封圈的上彈簧塞，所述上彈簧塞能夠密封操作孔，設(shè)置在所述密封塞底部的第一通孔，當(dāng)所述上彈簧塞被向下擠壓時(shí)，氣體可以通過第一通孔，所述密封塞通過底部外圍設(shè)有第三密封圈的螺紋與所述不銹鋼套管連接。
[0017]進(jìn)一步，所述封裝操作工具包括一根中空的工具管，連接在所述工具管的底端開口附近的氣管，所述工具管內(nèi)高于所述氣管連接處的位置設(shè)置密封隔斷，所述工具管的底端低于所述氣管連接處的管壁上設(shè)置若干第二排氣排水孔，所述工具管的底端能夠通過插入所述密封塞頂部的所述操作孔與所述密封塞連接并將所述密封塞封裝在所述不銹鋼套管的上端，所述工具管的底端能夠向下擠壓所述上彈簧塞。
[0018]更進(jìn)一步，當(dāng)所述工具管的底端向下擠壓所述上彈簧塞時(shí)，所述氣管中的氣流可以通過所述第二排氣排水孔進(jìn)入并通過所述第一通孔。
[0019]進(jìn)一步，所述下彈簧塞設(shè)置在所述不銹鋼套管下端的空腔中，所述空腔頂部的隔斷上設(shè)置若干與所述不銹鋼套管內(nèi)部空間連通的第一排氣排水孔，在所述空腔底部設(shè)置第二通孔，所述下彈簧塞上設(shè)有第四密封圈，所述下彈簧塞能夠密封所述第一排氣排水孔，當(dāng)所述不銹鋼套管內(nèi)部的液體或者氣體通過所述第一排氣排水孔向下擠壓所述下彈簧塞時(shí)，所述不銹鋼套管內(nèi)部的液體或者氣體能夠從所述第二通孔排出所述不銹鋼套管之外。
[0020]進(jìn)一步，所述壓力控制及過濾系統(tǒng)包括通過管道依次連接的空氣壓縮栗、第一閥門、第二閥門、過濾系統(tǒng)、活性炭液氮冷阱、真空栗，所述氣管連接在所述第一閥門、第二閥門之間的管道上。
[0021]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明還公開了一種用于以上所述裝置的破損燃料棒水下封裝方法，包括以下步驟:
[0022](S1)將開啟的燃料棒封裝體開口朝上豎直放入乏燃料棒水池中；
[0023](S2)將需要封裝的破損燃料棒在水池內(nèi)吊裝放入所述燃料棒封裝體中；
[0024](S3)使用封裝操作工具對(duì)所述燃料棒封裝體進(jìn)行封裝；
[0025](S4)使用壓力控制及過濾系統(tǒng)，通過所述封裝操作工具對(duì)所述燃料棒封裝體進(jìn)行排水操作；
[0026](S5)使用壓力控制及過濾系統(tǒng)，通過所述封裝操作工具對(duì)所述燃料棒封裝體進(jìn)行抽真空操作，并對(duì)所述燃料棒封裝體中抽離的氣體進(jìn)行過濾；
[0027](S6)關(guān)閉所述壓力控制及過濾系統(tǒng)，解除所述封裝操作工具同所述燃料棒封裝體的連接。
[0028]進(jìn)一步，所述燃料棒封裝體包括一根不銹鋼套管，所述不銹鋼套管的上端設(shè)置能夠拆裝的密封塞，所述密封塞頂部設(shè)有操作孔，所述密封塞中部空腔中設(shè)有上彈簧塞；所述封裝操作工具包括一根中空的工具管，所述工具管的底端能夠通過插入所述密封塞頂部的操作孔與所述密封塞連接并將所述密封塞封裝在所述不銹鋼套管的上端，所述工具管的底端能夠向下擠壓所述上彈簧塞；在步驟(S3)中通過所述工具管將所述密封塞封裝在所述不銹鋼套管的上端，所述工具管的底端向下擠壓所述上彈簧塞。
[0029]進(jìn)一步，所述封裝操作工具包括一根中空的工具管，連接在所述工具管的底端開口附近的氣管；所述壓力控制及過濾系統(tǒng)包括通過管道依次連接的空氣壓縮栗、第一閥門、第二閥門、過濾系統(tǒng)、活性炭液氮冷阱、真空栗，所述氣管連接在所述第一閥門、第二閥門之間的管道上；
[0030]在步驟(S4)中關(guān)閉第二閥門，打開第一閥門，開啟空氣壓縮栗，對(duì)所述燃料棒封裝體進(jìn)行排水操作；
[0031]在步驟(S5)中關(guān)閉第一閥門，打開第二閥門啟動(dòng)真空栗，對(duì)所述燃料棒封裝體進(jìn)行抽真空操作，并對(duì)所述燃料棒封裝體中抽離的氣體進(jìn)行過濾。
[0032]本發(fā)明的有益效果在于:
[0033]1.每根破損燃料棒單獨(dú)封裝，確保每根破損燃料棒受到的保護(hù)程度都