[发明专利]球床模块式高温气冷堆燃料装卸系统

说明书

技术领域

本发明属于反应堆工程技术领域，特别地涉及一种球床模块式高温气冷堆燃料装卸系统。

背景技术

球床模块式高温堆利用球形燃料元件有利的几何特性，依靠元件重力和管道带压气体，采用元件多次通过堆芯的方式运行，使燃料元件链式反应更加充分，展平了堆芯功率，从而提高了反应堆的可利用率和电站负荷因子。

球床模块式高温堆商用电站中，燃料装卸系统在程序及逻辑控制下，全自动执行堆芯燃料元件的循环、装卸、燃耗测量、定向输送与暂存，以及卸乏燃料和补充新燃料等操作，实现燃料元件的不停堆连续循环与换料。由于燃料装卸系统与反应堆一回路相连，其大量运动部件工作在高温、高压、高放射性环境中，除执行上述燃料元件的操作功能外，燃料装卸系统还必须执行反应堆压力边界的冷却剂隔离与断管保护等安全功能，并确保系统及设备部件的运行可靠性与维修安全性。

中国发明专利CN1451165A公开了一种双区堆芯的单堆高温气冷堆核电站，以及针对燃料元件与减速剂元件两种元件的运送系统。在堆芯卸料并经元件识别和燃耗测量后，通过换向阀实现减速剂元件、乏燃料元件和未达目标燃耗燃料元件的分流，在减速剂元件和未达目标燃耗燃料元件入堆之前，后者利用由球收集器和球分配器组成的压力边界第二阀站，实现由两路提升向堆芯外环燃料区九路装料的切换。此外，该运送系统还公开了新燃料贮存系统、减速剂球贮存系统、乏燃料贮存系统和临时燃料贮存系统的流程。

中国发明专利CN200710117805.4公开了一种球床高温气冷堆在线换料系统。该在线换料系统适用于双反应堆高温气冷堆核电站，针对两座反应堆各设置了一个堆芯卸料装置和一个独立的燃料循环回路。该在线换料系统还公开了双堆公用的新燃料贮存系统、乏燃料贮存系统、堆芯排空和重新装料的流程。球形元件的定向输送和暂存通过各汇聚器和分配器完成。

专利CN1451165A的运送系统，在反应堆底部压力边界上一对球运送机出口的两个球流管路上，均设置了一道手动操作阀和一道自动控制阀，这两道阀门显然属于安全级隔离阀。专利CN200710117805.4虽未述及压力边界的安全级阀门，但该在线换料系统与堆芯的隔离阀也必然位于其第一卸料装置的出口管路上。一旦安全级隔离阀前的过球管段断裂，将发生不可隔离的安全事故。另一方面，安全级隔离阀后的过球管路以及大于DN15的气体管路一旦断裂，将喷射出超过400oC的高热氦气，对舱室内大量设备的非金属材料、电气部件和承重钢结构可能造成不可估量的损毁。

专利CN1451165A的运送系统采用一对球运送机两路独立卸料，适用于燃料元件10次以上通过堆芯的方式运行，作为运行参数和工况最为严酷的球输送机，一旦其中一个发生故障，受元件识别和燃耗测量时间限制，堆芯卸料速度和效率将减半，长时间运行可靠性受到影响；此外，该运送系统利用取自堆芯冷却剂的气流载带减速剂元件和未达目标燃耗燃料元件返回堆芯，输送稳定性与反应堆压力波动关系密切，运行可靠性影响因素复杂。

专利CN200710117805.4的第一卸料装置由两套取料单一器和碎球分离器对称布置，两套按100%互为备用，适用于燃料元件6次通过堆芯的方式运行。但该在线换料系统的新燃料装料和乏燃料卸料管路中均设置了约200个元件的暂存管路系统，通过气氛切换系统实现补充新燃料和卸出乏燃料的操作，第一至第四隔离阀以及相关气路上的阀门压力波动和变化大，开关动作频繁，运行可靠性受到挑战；此外，循环燃料元件和新燃料元件均通过专用的氦气压缩机送入堆芯，氦气压缩机、气流管路、球提升管路及其进气口与出气口等构成反应堆一回路之外的球形元件气力输送回路，专利说明书并未述及气力输送系统的细节，其运行可靠性也是影响反应堆运行可靠性的重要因素。

在上述两项专利中，卸料装置均包含了碎球分离器，且安全级隔离阀均位于卸料装置下游，一旦碎球分离器发生故障，就必须停止反应堆运行，并在泄压后进行维修。由于碎球分离器结构复杂，并一般采用卧式结构，维修拆卸时必须手动拆卸轴系路径上的法兰、屏蔽、滚筒等零部件，且受舱室空间限制，维修过程中，承压边界内放射性气氛的隔离和检修人员的防护非常困难。

上述两项发明专利从流程及布局两方面，分别公开了适用于双区单堆10次通过堆芯的燃料运送系统，以及适用于单区双堆6次通过堆芯的在线换料系统，但是没有解决商用核电站必须面对的安全隔离与断管保护、运行可靠性和维修安全性等问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题