一种紧凑式核反应堆装换料工艺的制作方法

本发明涉及核反应堆工程，具体涉及一种紧凑式核反应堆装换料工艺。

背景技术：

一般发电功率小于30万Kw的核反应堆称作小堆。小堆在海水淡化、特殊偏远地区供电、城市供热等诸多方面有着广泛的应用前景。小型化是小堆的一大特点，相对传统的30万Kw以上级别的堆型，在关键构筑物、设备的结构、布置等方面均有显著差异和特别考虑。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种紧凑式核反应堆装换料工艺。

本发明提供一种紧凑式核反应堆装换料工艺，其使用厂区桥吊及反应堆厂房单轨吊车完成环吊的功能——对反应堆厂房内的重载物项进行吊装操作；采用顶置设备闸门，作为设备进出反应堆厂房的主要通道，停堆换料时，一体化堆顶组件IHP通过厂区桥吊吊运出反应堆厂房暂存在外部；整个厂区，燃料贮存区域及反应堆厂房相邻一字排开，取消燃料操作区域的乏燃料运输容器吊车，同样用厂区桥吊替代完成相关重载物项吊运的操作。

优选地，布置时，考虑各类物项的不同特性，进行分类布置，位于180°侧的辅助厂房区域为放射性物项区域，位于0°侧的辅助厂房区域为非放射性物项区域；其中，位于第II象限的辅助厂房区域为重载、放射性物项区域，布置有装载池和清洗池，乏燃料运输容器的进出厂房及吊装操作在次区域内完成；新燃料的开箱检查及贮存也在该区域；IHP及堆内构件吊具都存放在该区域；位于第III象限的辅助厂房区域为乏燃料贮存区域，与第II象限的重载、放射性区域之间间隔了燃料运输通道，该区域主要布置了乏燃料贮存水池，贮存大量的乏燃料组件，该区域避免重载物项经过上方或接近，以防止重物发生意外跌落造成放射性物质大量外泄的危险；位于第IV象限的辅助厂房区域主要存放拆卸下来的设备闸门盖。

优选地，反应堆厂房内重载物项的吊装通过外部的厂区桥吊完成，能够实施的前提是采用顶置设备闸门，打开设备闸门盖后，应确保所需操作的操作点都布置在闸门开口的竖直投影面中；通过优化堆芯与堆内构件存放架的位置和距离，使设备闸门开口定为直径8m，且与钢制安全壳轴线同心。

优选地，考虑将IHP存放到反应堆厂房外；每次停堆换料时，先打开设备闸门，由厂区桥吊吊装IHP；由于IHP转运路径较长且堆顶外露处有较强的辐照剂量，因此考虑对顶盖外露的活性区进行屏蔽罩屏蔽，在IHP提升初期，换料水池内水位随着IHP同步上升，但不超过压力容器顶盖法兰面；当水位上升到达最高位后，不再随IHP同步上升；压力容器顶盖法兰面离开水面后继续将IHP提升3米左右，然后将载着IHP屏蔽罩的移动平台移动至IHP正下方，再下降IHP使其与屏蔽罩连接合体；随后将IHP连同屏蔽罩一起吊出反应堆厂房，存放至IHP存放位；反应堆启动前的装堆，IHP吊装步骤相反。

优选地，堆内构件的吊装同样用厂区桥吊带着堆内构件吊具吊装，正常停堆换料时，上部堆内构件存放于堆内构件存放架上；当需要检修下部堆内构件时，通过上、下部堆内构件的倒换吊装操作，同样将下部堆内构件放置于堆内构件存放架上进行水下检查维修操作。

优选地，在大修时，需要将主泵转运出反应堆厂房，由于蒸汽发生器隔间的吊装口位置不落在设备闸门开口圆形内，以此无法直接用厂区桥吊吊装操作主泵；考虑在反应堆厂房内设置单轨吊车，来完成安全壳内的轻载物项吊装，将单轨吊的运行轨道设计为环形，且覆盖主泵的吊装区，同时也覆盖移动平台的可达区域；将主泵吊运至移动平台，然后通过移动平台运行至顶置设备闸门的开口下方，再用厂区桥吊将主泵吊运出反应堆厂房。

优选地，反应堆厂房内的燃料组件采用装卸料机操作，结构形式为传统的套筒式；燃料组件通过燃料运输设备在反应堆厂房与相邻的乏池之间转运；装卸料机停靠位在换料水池的180°方位，避开堆内构件存放架空间；燃料贮存区域的燃料组件由燃料抓取机进行操作；燃料抓取机的桥架运行轨道布置在乏池两侧，90°至270°方向，操作区域覆盖乏燃料格架、燃料运输设备倾翻篮、燃料装载池；燃料抓取机可采用套筒式设计，通过搭载燃料组件抓具、控制棒操作工具和阻力塞操作工具，能够操作位于水下的乏燃料组件并进行相关内插件的倒换。

优选地，新燃料组件的操作考虑使用运行在厂区桥吊主梁下方的2t单轨吊；该单轨吊的起升高度约为25m，通过连接新燃料操作工具对新燃料组件进行操作；燃料组件的操作包括从竖直的新燃料运输容器内转运至新燃料贮存格架，以及从新燃料贮存格架转运到新燃料升降机的燃料篮中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的紧凑式核反应堆装换料工艺，专门对厂房和系统的紧凑性进行了创新设计，可应用于小型反应堆中。通过一系列的创新布置和设计，实现了反应堆厂房及辅助配套设施的小型化、紧凑化。

2、本发明提供的紧凑式核反应堆装换料工艺，通过环吊外置，大大降低了安全壳的总高度。采用安全壳外的厂区桥吊代替传统的反应堆厂房内的环吊，功能更多样化，吊装厂区内的重载物项。通过安全壳设备闸门顶置，与厂区桥吊、反应堆厂房移动平台及反应堆厂房单轨吊车等配合使用，实现主要物项进出反应堆厂房的通道。通过换料时堆顶组件外置，减小了安全壳厂房的直径和高度，有利于堆型的紧凑化。

附图说明

图1符合本发明优选实施例的紧凑式反应堆装换料工艺布置的俯视图

图2符合本发明优选实施例的紧凑式反应堆装换料工艺布置的侧视图

图3符合本发明优选实施例的燃料操作区域布置的侧视图

图4符合本发明优选实施例的厂区桥吊2t辅助单轨吊吊装新燃料组件示意图

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为了减小安全壳的直径及高度尺寸，取消大堆中反应堆厂房内的环吊，使用厂区桥吊及反应堆厂房单轨吊车完成环吊的功能——对反应堆厂房内的重载物项进行吊装操作。采用顶置设备闸门，作为设备进出反应堆厂房的主要通道，停堆换料时，一体化堆顶组件(以下简称IHP)通过厂区桥吊吊运出反应堆厂房暂存在外部。整个厂区，燃料贮存区域及反应堆厂房相邻一字排开，取消燃料操作区域的乏燃料运输容器吊车，同样用厂区桥吊替代完成相关重载物项吊运的操作。

1、存放物项分区设计

布置时，考虑各类物项的不同特性，进行分类布置。如附图1所示，位于180°侧的辅助厂房区域为放射性物项区域，位于0°侧的辅助厂房区域为非放射性物项区域。其中，位于第II象限的辅助厂房区域为重载、放射性物项区域，布置有装载池和清洗池，乏燃料运输容器的进出厂房及吊装操作在次区域内完成；新燃料的开箱检查及贮存也在该区域；此外，IHP及堆内构件吊具都存放在该区域。位于第III象限的辅助厂房区域为乏燃料贮存区域，与第II象限的重载、放射性区域之间间隔了燃料运输通道，该区域主要布置了乏燃料贮存水池，贮存大量的乏燃料组件，该区域避免重载物项经过上方或接近，以防止重物发生意外跌落造成放射性物质大量外泄的危险。位于第IV象限的辅助厂房区域主要存放拆卸下来的设备闸门盖。

2、重载物项的吊装

反应堆厂房内重载物项的吊装主要通过外部的厂区桥吊完成，能够实施的前提是采用顶置设备闸门，打开设备闸门闸门盖后，应确保所需操作的操作点都布置在闸门开口的竖直投影面中。通过优化堆芯与堆内构件存放架的位置和距离，使设备闸门开口定为直径8m，且与钢制安全壳轴线同心。

以下，分不同主要物项进行展开介绍：

1)IHP

考虑将IHP存放到反应堆厂房外。每次停堆换料时，先打开设备闸门，由厂区桥吊吊装IHP。由于IHP转运路径较长且堆顶外露处有较强的辐照剂量，因此考虑对顶盖外露的活性区进行屏蔽罩屏蔽，在IHP提升初期，换料水池内水位随着IHP同步上升，但不超过压力容器顶盖法兰面。当水位上升到达最高位后，不再随IHP同步上升。压力容器顶盖法兰面离开水面后继续将IHP提升3米左右，然后将载着IHP屏蔽罩的移动平台移动至IHP正下方，再下降IHP使其与屏蔽罩连接合体。随后将IHP连同屏蔽罩一起吊出反应堆厂房，存放至IHP存放位。

反应堆启动前的装堆，IHP吊装步骤相反。

2)堆内构件

堆内构件的吊装同样用厂区桥吊带着堆内构件吊具吊装，正常停堆换料时，上部堆内构件存放于堆内构件存放架上；当需要检修下部堆内构件时，通过上、下部堆内构件的倒换吊装操作，同样将下部堆内构件放置于堆内构件存放架上进行水下检查维修等操作。

3)主泵等

在大修时，需要将主泵转运出反应堆厂房，由于蒸汽发生器隔间的吊装口位置不落在设备闸门开口圆形内，以此无法直接用厂区桥吊吊装操作主泵。考虑在反应堆厂房内设置单轨吊车，来完成安全壳内的轻载物项吊装，将单轨吊的运行轨道设计为环形，且覆盖主泵的吊装区，同时也覆盖移动平台的可达区域。如图2所示，将主泵吊运至移动平台，然后通过移动平台运行至顶置设备闸门的开口下方，再用厂区桥吊将主泵吊运出反应堆厂房。

其他在反应堆厂房内的小设备也都可以采用这种接力运输的方式进出反应堆厂房。

3、燃料组件的操作和贮存

反应堆厂房内的燃料组件主要采用装卸料机操作，结构形式为传统的套筒式。燃料组件通过燃料运输设备在反应堆厂房与相邻的乏池之间转运。装卸料机停靠位在换料水池的180°方位，避开堆内构件存放架空间，如图1所示。

燃料贮存区域的燃料组件主要由燃料抓取机进行操作。燃料抓取机的桥架运行轨道布置在乏池两侧，90°至270°方向，操作区域覆盖乏燃料格架、燃料运输设备倾翻篮、燃料装载池，如图3所示。燃料抓取机可采用套筒式设计，通过搭载燃料组件抓具、控制棒操作工具和阻力塞操作工具，能够操作位于水下的乏燃料组件并进行相关内插件的倒换。

新燃料组件的操作考虑使用运行在厂区桥吊主梁下方的2t单轨吊。如图4所示，该单轨吊的起升高度约为25m，通过连接新燃料操作工具对新燃料组件进行操作。燃料组件的操作包括从竖直的新燃料运输容器内转运至新燃料贮存格架，以及从新燃料贮存格架转运到新燃料升降机的燃料篮中。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

1、本发明提供的紧凑式核反应堆装换料工艺，专门对厂房和系统的紧凑性进行了创新设计，可应用于小型反应堆中。通过一系列的创新布置和设计，实现了反应堆厂房及辅助配套设施的小型化、紧凑化。

2、本发明提供的紧凑式核反应堆装换料工艺，通过环吊外置，大大降低了安全壳的总高度。采用安全壳外的厂区桥吊代替传统的反应堆厂房内的环吊，功能更多样化，吊装厂区内的重载物项。通过安全壳设备闸门顶置，与厂区桥吊、反应堆厂房移动平台及反应堆厂房单轨吊车等配合使用，实现主要物项进出反应堆厂房的通道。通过换料时堆顶组件外置，减小了安全壳厂房的直径和高度，有利于堆型的紧凑化。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。