全文摘要
本实用新型公开了一种池式反应堆的换料系统，所述池式反应堆的换料系统包括：安全壳，所述安全壳内设有冷却水池和设于所述冷却水池上方的装卸料机；压力容器和堆芯，所述堆芯设在所述压力容器内；套筒，所述套筒固定安装于所述冷却水池内，所述压力容器安装于所述套筒内以在正常工作时与所述冷却水池隔离；乏燃料水池，所述乏燃料水池设于所述安全壳外，且与所述冷却水池之间设有可开闭的燃料转运通道。在反应堆正常运行期间，套筒可以起到保温的作用并为控制棒驱动机构及其它仪控设施提供了与水隔离的环境，且在装换料期间，降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险，能确保换料工艺操作的安全，以及厂房工作人员的安全。
主设计要求
1.一种池式反应堆的换料系统，其特征在于，包括：安全壳，所述安全壳内设有冷却水池和设于所述冷却水池上方的装卸料机；压力容器和堆芯，所述堆芯设在所述压力容器内；套筒，所述套筒固定安装于所述冷却水池内，所述压力容器安装于所述套筒内以在正常工作时与所述冷却水池隔离；乏燃料水池，所述乏燃料水池设于所述安全壳外，且与所述冷却水池之间设有可开闭的燃料转运通道。
设计方案
1.一种池式反应堆的换料系统，其特征在于，包括：
安全壳，所述安全壳内设有冷却水池和设于所述冷却水池上方的装卸料机；
压力容器和堆芯，所述堆芯设在所述压力容器内；
套筒，所述套筒固定安装于所述冷却水池内，所述压力容器安装于所述套筒内以在正常工作时与所述冷却水池隔离；
乏燃料水池，所述乏燃料水池设于所述安全壳外，且与所述冷却水池之间设有可开闭的燃料转运通道。
2.根据权利要求1所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述套筒包括与所述冷却水池的底壁固定连接的筒体下段和与所述筒体下段可拆卸地连接的筒体上段。
3.根据权利要求2所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述冷却水池设有堆内构件贮存架，所述堆内构件贮存架用于存放换料时拆卸的堆内构件。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述套筒浸没在所述冷却水池的液面以下，所述套筒包括筒体和与所述筒体可拆卸地连接的套筒顶盖。
5.根据权利要求4所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述套筒内设有保护气体。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述套筒的上端敞开，且所述冷却水池的液面位于所述套筒的上端以下。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述套筒设有可开闭的闸门，且在所述闸门开启时，所述冷却水池的水通过所述闸门注入所述套筒。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述安全壳内还设有用于吊取设备的环吊，所述环吊的安装位置高于所述装卸料机的安装位置。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述冷却水池内设有换料腔室，所述燃料转运通道设于所述换料腔室与所述乏燃料水池之间，所述换料腔室一侧设有用于开启所述燃料转运通道的闸阀。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的池式反应堆的换料系统，其特征在于，所述乏燃料水池设有燃料贮存架，所述乏燃料水池的上方设有燃料抓取机。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于核能技术领域，具体而言，涉及一种池式反应堆的换料系统。
背景技术
供热堆的换料操作涉及到燃料的吊取、运输、贮存、装载等操作，对于各种不同型号的堆芯，由于安全壳内的设备存在较大差异，各个设备的干涉等问题完全不同，需要设计与其对应的换料操作方案，以保证对应堆芯在换料过程中的临界安全、辐射屏蔽安全和热工水力安全。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
根据本实用新型实施例的池式反应堆的换料系统，包括：安全壳，所述安全壳内设有冷却水池和设于所述冷却水池上方的装卸料机；压力容器和堆芯，所述堆芯设在所述压力容器内；套筒，所述套筒固定安装于所述冷却水池内，所述压力容器安装于所述套筒内以在正常工作时与所述冷却水池隔离；乏燃料水池，所述乏燃料水池设于所述安全壳外，且与所述冷却水池之间设有可开闭的燃料转运通道。
根据本实用新型实施例的池式反应堆的换料系统，在压力容器外设置密闭的套筒，在反应堆正常运行期间，套筒可以起到保温的作用，减小冷却剂回路系统热损失，并为控制棒驱动机构及其它仪控设施提供了与水隔离的环境，且在装换料期间，通过调节冷却水池的水位，降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险，能确保换料工艺操作的安全，以及厂房工作人员的安全。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述套筒包括与所述冷却水池的底壁固定连接的筒体下段和与所述筒体下段可拆卸地连接的筒体上段。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述冷却水池设有堆内构件贮存架，所述堆内构件贮存架用于存放换料时拆卸的堆内构件。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述套筒浸没在所述冷却水池的液面以下，所述套筒包括筒体和与所述筒体可拆卸地连接的套筒顶盖。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述套筒内设有保护气体。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述套筒的上端敞开，且所述冷却水池的液面位于所述套筒的上端以下。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述筒体设有可开闭的闸门，且在所述闸门开启时，所述冷却水池的水通过所述闸门注入所述套筒。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述安全壳内还设有用于吊取设备的环吊，所述环吊的安装位置高于所述装卸料机的安装位置。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述冷却水池内设有换料腔室，所述燃料转运通道设于所述换料腔室与所述乏燃料水池之间，所述换料腔室一侧设有用于开启所述燃料转运通道的闸阀。
根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统，所述乏燃料水池设有燃料贮存架，所述乏燃料水池的上方设有燃料抓取机。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和\/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一种实施例的换料系统的结构示意图；
图2是根据本实用新型一种实施例的换料方法的流程示意图；
图3是根据本实用新型另一种实施例的换料系统的结构示意图。
附图标记：
压力容器1a，堆芯1b，套筒顶盖2a，筒体上段2b，筒体下段2c，冷却水池3，乏燃料水池4，燃料转运通道5，安全壳6，环吊7，装卸料机8，燃料贮存架9，堆内构件贮存架10，换料腔室11，燃料抓取机12。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面参考图1和图3描述根据本实用新型实施例的池式反应堆的换料系统，本实用新型实施例的池式反应堆可以为小型供热堆。
如图1所示，根据本实用新型一个实施例的池式反应堆的换料系统包括：安全壳6、压力容器1a、堆芯1b、套筒和乏燃料水池4。
其中，安全壳6内设有冷却水池3、装卸料机8、环吊7，装卸料机8设于冷却水池3的上方，装卸料机8用于卸除乏燃料和装载新的燃料组件，环吊7用于吊取设备，包括吊取套筒的套筒顶盖2a、压力容器一体化顶盖等，环吊7的安装位置高于装卸料机8的安装位置，环吊7可以安装在安全壳6的上部区域。
堆芯1b用于实现核裂变反应，如图1所示，堆芯1b设在压力容器1a内，压力容器1a可对堆芯1b内的运行设备起到保护作用，以使堆芯1b内部结构稳定，且压力容器1a提供一个用于容纳一回路冷却水的腔体，这样堆芯1b可以浸泡在压力容器1a的冷却水中，且冷却水可以保持不沸腾的状态。
压力容器1a安装于套筒内，套筒固定安装于冷却水池3内。
套筒可将压力容器1a与冷却水池3中的冷却水隔开，以提供一个干燥的工作环境，防止压力容器1a上安装的控制棒驱动机构等设备部件浸泡在冷却水中，保证控制棒驱动机构等设备部件安全运行，提高反应堆的安全性和稳定性。
如图1所示，正常运行时，压力容器1a安装于套筒内，以使压力容器1a与冷却水池3隔离，且压力容器1a的外壁和套筒的内壁隔开以有一定间距。需要说明的是，压力容器1a设有控制棒驱动机构，由此，通过套筒将压力容器1a的外部与水间隔开，可避免控制棒驱动机构长时间浸泡在水中，为控制棒驱动机构提供防水空间，保证控制棒驱动机构始终具有稳定、可靠的工作状态。
套筒与冷却水池3结合后，既能在压力容器1a外形成隔水的工作环境，特别适用于供热堆，能提高供热堆的能效，又能利用冷却水池3的屏蔽作用，在事故发生时迅速形成安全保护屏障。也就是说，套筒与冷却水池3的组合，可以提供正常工作和应急处理两种工况下的安全防护。
乏燃料水池4设于安全壳6外，乏燃料水池4可以与冷却水池3相邻布置，且乏燃料水池4与冷却水池3之间设有可开闭的燃料转运通道5，这样便于乏燃料的移出与新的燃料组件的转入。
池式反应堆在每个运行循环结束后都将进行一次堆芯1b换料操作，包括停堆后卸出达到卸料燃耗的指定燃料组件，按新的堆芯1b装载要求装入规定数量的新燃料组件，并调换留在堆芯1b内继续运行的已达燃耗深度的燃料组件的位置。
根据本实用新型实施例的池式反应堆的换料系统，在压力容器1a外设置套筒，在反应堆正常运行期间，套筒可以起到隔水的作用，减小冷却剂回路系统热损失，并为控制棒驱动机构及其它仪控设施提供了与水隔离的环境，且在装换料期间，通过调节冷却水池3的水位，降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险，能确保换料工艺操作的安全，以及厂房工作人员的安全。
在一些实施例中，套筒包括与冷却水池3的底壁固定连接的筒体下段2c和与筒体下段2c可拆卸地连接的筒体上段2b。
可以理解的是，设置分段式的套筒，这样在换料过程中，可以根据拆装的不同工序，逐步打开套筒，并逐步降低冷却水池3的水位，从而进一步降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险。
在如图1所示的实施例中，套筒浸没在冷却水池3的液面以下，以在正常工作时使压力容器1a与冷却水池3隔离，套筒包括筒体和套筒顶盖2a，筒体的顶端敞开，套筒顶盖2a与筒体可拆卸地连接。这样在换料时，可以先拆开套筒顶盖2a再进行换料，在换料的每个步骤中均给堆芯1b最多的冗余防护。筒体包括与冷却水池3的池底固定连接的筒体下段2c和与筒体下段2c可拆卸地连接的筒体上段2b。
套筒可对压力容器1a及堆芯1b起到保温的作用，以使压力容器1a内部温度稳定，运行环境保持在安全、稳定的状态，保证堆芯1b内的核反应正常进行，提高反应堆的安全性和稳定性。
其中，在反应堆正常运行期间，套筒内部充有保护气体，套筒内部维持一定的正压，以减少压力容器1a的热交换，减小冷却介质回路系统热损失，同时也为控制棒驱动机构及其它仪控设施提供与水隔离的环境。
在需要换料时，需要先降低冷却水池3的水位到套筒的套筒顶盖2a以下，拆卸套筒顶盖2a才能继续进行换料的操作步骤，具体的换料方法将在下面作进一步地描述。
在如图3所示的实施例中，套筒的上端敞开，且冷却水池3的液面位于套筒的上端以下。这样，套筒一样能提供隔水的工作环境，且套筒的上段保持敞开，在换料时便于从上方换料。
如图1和图3所示，冷却水池3设有堆内构件贮存架10，堆内构件贮存架10用于存放换料时拆卸的堆内构件。
筒体设有可开闭的闸门，且在闸门开启时，冷却水池3的水通过闸门注入套筒，这样当打开压力容器一体化顶盖时，可以同时通过开启闸门将冷却水池3的水引入套筒内，以淹没压力容器1a，防止燃料组件暴露在空气中。
如图1和图3所示，冷冷却水池3内限定出换料腔室11，燃料转运通道5设于换料腔室11与乏燃料水池4之间。这样，换料腔室11的水位可以保持在足够的高度，确保燃料组件转移过程中始终浸没在水中。
换料腔室11一侧设有用于开启燃料转运通道5的闸阀，也就是说，在需要将新的燃料组件从乏燃料水池4送入换料腔室11时或者将乏燃料从换料腔室11送入乏燃料水池4时，需要先开启闸阀，且设在安全壳6内的闸阀安全性更高，可以防止外部误开启。
如图1和图3所示，乏燃料水池4设有燃料贮存架9，乏燃料水池4的上方设有燃料抓取机12，燃料抓取机12用于抓取贮存在燃料贮存架9的新的燃料组件并送至燃料转运通道5。
综上所述，根据本实用新型实施例的池式反应堆的换料系统，在反应堆正常运行期间，可以减小冷却剂回路系统热损失，并为控制棒驱动机构及其它仪控设施提供与水隔离的环境，且在装换料期间，通过调节冷却水池3的水位，可以降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险，确保换料工艺操作的安全，以及厂房工作人员的安全。
本实用新型还公开了一种池式反应堆的换料方法。
如图1和图2所示，池式反应堆包括换料系统，换料系统的结构可以参考上述实施例的描述。
池式反应堆包括浸没在冷却水池3液面以下的套筒、设于套筒内的压力容器1a、设于压力容器1a内的堆芯1b，套筒包括筒体和套筒顶盖2a，筒体包括筒体上段2b和筒体下段2c。
如图2所示，本实用新型实施例的换料方法包括如下步骤：换料准备；反应堆拆卸；装换料操作；封装反应堆。
其中，步骤换料准备是为后期的反应堆拆卸等步骤提供安全保证，比如换料准备包括：反应堆停堆，停堆棒全部插入堆芯1b；检测安全壳6大厅内的辐射并作清洗，以便换料操作人员进入反应堆厂房；检查装卸料机8等相关换料设备。
步骤反应堆拆卸包括：卸除套筒顶盖2a、卸除筒体上段2b、卸除压力容器一体化顶盖和注水。需要说明的是，各个拆卸步骤需要配合对应的水位控制，以防止电控元器件进水或堆芯1b裸露，且降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险，能确保换料工艺操作的安全，以及厂房工作人员的安全。
步骤装换料操作，包括更换新燃料组件，在一些实施例中，装换料操作包括：从堆芯1b取出燃料组件，运至燃料运输小车，先放置乏燃料组件，后取新燃料组件，返回堆芯1b区域，储存从堆芯1b卸出的乏燃料，调换堆芯1b燃料组件位置，再次装入新的燃料组件。
步骤封装反应堆包括安装压力容器一体化顶盖和排水、安装筒体上段2b、安装套筒顶盖2a，步骤封装反应堆与步骤反应堆拆卸相类似，仅操作步骤顺序与反应堆拆卸阶段相反，以及增加了套筒的排水和干燥。
根据本实用新型实施例的换料方法，在装换料过程中，根据需要为冷却水池3充水、排水，调整控制冷却水池3的水位，降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险，能确保换料工艺操作的安全，以及厂房工作人员的安全。
在一些实施例中，步骤卸除套筒顶盖2a包括：将冷却水池3的液位降低到套筒顶盖2a以下，以防止拆卸套筒顶盖2a后水灌入套筒，使套筒压力与安全壳6的压力平衡，防止开盖危险，将套筒内部进行净化排气处理，防止内部的保护气体危害厂房内的工作人员，然后卸除套筒顶盖2a与筒体的连接件(套筒顶盖2a与筒体法兰之间的螺栓)。
在一些实施例中，步骤卸除套筒顶盖和步骤卸除筒体上段之间还包括步骤压力容器一体化顶盖的连接件，移开套筒顶盖2a。连接件包括一体化套筒顶盖2a上所有线缆、导管等。
步骤卸除筒体上段2b包括：将冷却水池3的液位降低至低于筒体上段2b与筒体下段2c的连接处，卸除筒体上段2b。这样可以防止卸除套筒上段时水灌入套筒。
步骤卸除压力容器一体化顶盖和注水包括：拆卸下压力容器1a的螺栓，将压力容器一体化顶盖吊起，将冷却水池3的水注入到套筒与压力容器1a之间，且随着套筒内水位的提高，同步提升压力容器一体化顶盖，保持水位在压力容器一体化顶盖以下，在套筒内的水位达到预设防护深度后，取走压力容器一体化顶盖，并放置于堆内构件贮存架10。
这样，通过逐步拆除套筒，逐步降低水位的方式，压力容器一体化顶盖在整个过程一直处于安全干燥的环境，且套筒外部一直有冷却水起屏蔽和应急冷却的作用。
步骤反应堆拆卸还包括在步骤卸除压力容器一体化顶盖和注水之后的步骤：将堆内构件从压力容器1a取出，放置于堆内构件贮存架10。
步骤安装压力容器一体化顶盖和排水包括：下降压力容器一体化顶盖，将套筒内的水位降低，将压力容器一体化顶盖安装于压力容器1a。
步骤安装筒体上段2b和安装套筒顶盖2a后，进行干燥处理。
下面描述根据本实用新型实施例的一种具体的实施例：
换料方法包括四个阶段：换料准备、反应堆拆卸、装换料操作、封装反应堆，这四个阶段分别据有如下步骤。
1)换料准备
反应堆停堆，停堆棒全部插入堆芯1b；反应堆厂房的安全壳6大厅内作辐射检测及清洗，以便换料操作人员进入反应堆厂房；检查装卸料机8等相关换料设备。
2)反应堆拆卸
冷却水池3水位降至低于套筒的套筒顶盖2a，将套筒压力降至与安全壳6平衡，将内部进行净化排气处理，拆除套筒顶盖2a；拆除反应堆压力容器一体化顶盖上所有线缆、导管等连接件；冷却水池3水位降至低于套筒上下部连接处，拆除筒体上段2b；检查水下照明、操作工具和燃料运输系统，卸下燃料转运通道5反应堆厂房侧的密封件；卸除反应堆压力容器1a的螺栓，利用环吊7将反应堆压力容器一体化顶盖吊起提离压力容器1a法兰，同时把冷却水池3里的水注入到套筒与反应堆压力容器1a之间的环腔中；随着环腔水位的提高，同步提升反应堆压力容器一体化顶盖，保持水位在反应堆压力容器一体化顶盖以下，在水位达到安全防护深度后，取走压力容器一体化顶盖并放置到堆内构件贮存架10上；把堆内构件从反应堆压力容器1a中取出，放置到冷却水池3堆内构件贮存架10。
3)装换料操作
燃料转运通道5位于换料腔室11与乏燃料水池4之间，通道燃料厂房侧的闸阀已打开。
此工艺流程环节按以下流程进行：
从堆芯1b中提出燃料组件，运至燃料运输小车，先放置乏燃料组件，后取新燃料组件，返回堆芯1b区域；储存从堆芯1b卸出的乏燃料，按照要求调换堆芯1b燃料组件位置，再次装入新的燃料组件。过程为：燃料运输小车将乏燃料带回燃料厂房，利用燃料抓取机12和乏燃料操作工具，放入预定的燃料贮存架9。新燃料组件的转存是由新燃料升降机及新燃料操作工具事先完成。与此同时，装卸料机8把留在堆芯1b的燃料组件按设计要求调换位置，再次把新燃料组件装入堆芯1b。
重复上述过程，直至堆芯1b装换料完毕。
4)封装反应堆
完成堆芯1b装换料操作以后，重新封装反应堆，期间操作过程与第二阶段的反应堆拆卸相类似，仅操作步骤顺序与第二阶段相反；以及增加了套筒的排水和干燥。先安装套筒，随着压力容器一体化顶盖下降，排水装置将水抽出到冷却水池3中，直至压力容器一体化顶盖安装完毕，将套筒内环腔内水完全抽出，再进行干燥处理。
综上所述根据本实用新型实施例的换料方法，在装换料过程中，根据需要为冷却水池3充水、排水，调整控制冷却水池3的水位，压力容器一体化顶盖在整个过程一直处于安全干燥的环境，且套筒外部一直有冷却水起屏蔽和应急冷却的作用，还能降低燃料组件从一处转移至另一处的过程中带来的风险，能确保换料工艺操作的安全，以及厂房工作人员的安全。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822275915.X
申请日:2018-12-29
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209487163U
授权时间:20191011
主分类号:G21C 19/20
专利分类号:G21C19/20
范畴分类:22F;
申请人:国家电投集团科学技术研究院有限公司
第一申请人:国家电投集团科学技术研究院有限公司
申请人地址:102209 北京市昌平区未来科技城国家电投集团科学技术研究院有限公司院内A座8层至11层
发明人:张曙明;陈耀东;孟召灿;孙灿辉;邢勉;郑罡;陈笑松;廖小涛;孙培栋;柳春源;谢凯;章艺林;李小生;张圣君;李玉全;常华健
第一发明人:张曙明
当前权利人:国家电投集团科学技术研究院有限公司
代理人:宋合成
代理机构:11201
代理机构编号:北京清亦华知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计