熔盐加料系统

1.本实用新型涉及一种熔盐加料系统。


背景技术：

2.熔盐堆的研究始于上世纪40年代末的美国。1960年，美国橡树岭国家实验室(ornl)建成了功率为7.2mwth的msre(molten salt reactor experiment)。msre成功运行了近5年，证明了液态燃料熔盐堆运行的稳定性和安全性。msre的燃料盐装卸系统包括用于堆外熔盐储存、混合和加载的熔盐储罐以及配套取样设备、电热设备和气路。msre加料方式与一般的固体燃料反应堆不同，其采用气压和胶囊加料相结合的方式，实现反应堆的装料和卸料。大批量加料时，在堆外通过气压装卸装置将经过预处理后的添加盐分多次加入基盐中，混合均匀形成燃料盐，然后通过气压装卸装置将燃料盐装载进入堆本体。少量加料时，通过胶囊取样-加料装置向堆内逐次定量添加添加盐。
3.上述胶囊取样-加料装置采用胶囊型容器，通过钢丝绳收放机构使胶囊型容器进出熔盐堆主容器。加料时，胶囊型容器装有固态添加盐，取样时，胶囊型容器是空容器。不管取样还是加料，都需要机械手臂把胶囊型容器挂在钢丝上。同时，在取样-加料时，存在熔盐堆主容器中的放射性气体与外界的空气交换，存在放射性物质泄漏的危险。且系统结构复杂，操作繁琐、时间长，无法实现在熔盐堆满功率运行时，进行在线加料。
4.理论上，熔盐堆可用于停堆的方式较多，除控制棒外，真正在工程上能采用的方式很少。特别是在快速停堆、停堆后能再启动等方面很难在工程上实现。
5.在线加料，是熔盐堆特有的优势。《核电厂设计安全规定》规定，进行停堆的操作系统必须由两个不同的系统组成。实现在线加料，同时满足停堆要求，成了熔盐堆设计的重点和难点。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中熔盐加料系统复杂且难以智能化，反应堆运行存在辐射风险和安全隐患，以及无法快速停堆或停堆后再启动的缺陷，而提供一种熔盐加料系统。本实用新型根据堆芯对反应性的需求，可通过燃料盐的添加来增加反应性，也可通过更换添加物来使得熔盐堆快速且长期停堆；此外，本实用新型通过自动控制实现了在线的智能化加料，减少了反应性控制设计的复杂性，大大简化加料系统，同时也减少了辐射的风险，提高了反应堆的运行安全，可达到快速停堆或停堆后再启动的效果。
7.本实用新型通过下述技术方案来解决上述技术问题。
8.本实用新型提供了一种熔盐加料系统，其包括加料模块、投料模块和投料控制模块；
9.所述加料模块包括存料仓、与所述存料仓连接的投料管道，所述投料管道上设有吹扫气装置和压力变送器；所述投料模块包括投料篮；所述投料篮的底部设于熔盐堆的熔
盐液面之下；自所述投料管道朝向与所述投料篮的连接处还依次设有检测开关和安全阀；
10.所述投料控制模块与所述检测开关、所述安全阀、所述吹扫装置和所述压力变送器均控制式连接，用于控制投料。
11.本实用新型中，所述存料仓可包括燃料盐仓和中子毒物仓；所述燃料盐仓和所述中子毒物仓与所述投料管道的连接优选为可转动的切换管道连接。当添加物为燃料盐时，所述可转动的切换管道通过转动与所述燃料盐仓连通；当添加物为中子毒物时，所述可转动的切换管道通过转动与所述中子毒物仓连通。
12.本实用新型中，所述的投料篮的半径优选至少为添加物的半径的3倍；所述投料篮底面和侧壁均可设有小孔，所述小孔的半径优选小于所述添加物的半径，防止添加物直接落入到熔盐堆堆芯中；所述投料管道的半径优选大于所述添加物的半径。
13.其中，所述投料篮的半径优选为5.0cm，所述投料篮的高度优选为5.0cm，所述小孔的半径优选为1mm。
14.其中，所述投料管道的半径优选为1.1cm。
15.其中，所述添加物可为燃料盐或中子毒物。
16.其中，所述燃料盐优选为lif-uf4或lif-bef
2-uf4，进一步优选为lif-uf4；所述中子毒物优选为lif-thf4或lif-bef
2-zrf4，进一步优选为lif-thf4。
17.其中，所述添加物可为球状。
18.其中，所述添加物的半径优选为1.0cm。
19.本实用新型中，所述投料控制模块可为手动控制模式或自动控制模式；所述手动控制模式可为所述投料控制模块是通过手动启动机械控制实现；所述自动控制模式可为所述投料控制模块是芯片集成控制器控制实现。
20.本实用新型中，所述投料模块可反馈体系内的气压和添加物的信息，例如检测开关可反馈添加物是否顺利添加进入反应堆系统的信号信息，也可反馈不再有添加物通过的信号信息。
21.本实用新型中，所述投料控制模块根据指令协调其他模块的工作，可根据堆芯反应性的变化，发出加料指令；也可根据体系内气压和检测开关的信号，发出吹扫信号。
22.本实用新型中，为了使所述投料控制模块不受熔盐堆辐射和高温的影响，优选将所述投料控制模块设置在熔盐堆反应器的屏蔽层外，并用吹扫气，吹走部分热量和放射性气体。
23.本实用新型中，所述投料篮起到缓冲作用，使添加物不至于直接进入堆芯活性区，可缓冲添加物对堆芯反应性的直接影响。而在连续加料时，投料篮装满中子毒物后，添加物直接进入堆芯活性区，引入负反应性，从而保证反应堆及时停堆。
24.本实用新型中，所述的熔盐加料系统不包括取样系统，也不应用于取样系统。根据熔盐堆运行的需要，加料操作可根据需要每天进行，加入的燃料盐放射性小；而取样操作可数月一次，由于要考虑熔盐堆与外界燃料盐的传递，必须通过容器才能把高放射性的熔盐从堆芯取出。因此，将熔盐加料系统和取样系统分开设置，不仅可以大大简化加料系统，还降低了辐射的风险。
25.本实用新型中，采用上述的熔盐加料系统进行熔盐加料的方法，包括如下步骤：
26.s1：根据加料指令，开启所述存料仓；
27.s2：开启所述吹扫气装置和所述安全阀；
28.s3：启动投料，所述存料仓的添加物由所述投料管道进入所述投料篮；
29.s4：关闭所述安全阀和所述吹扫气装置。
30.s1中，所述加料指令可包括加燃料盐指令、加中子毒物指令或重新启动反应堆指令。
31.s2中，所述吹扫气装置的压头一般大于熔盐堆覆盖气的压力，也防止熔盐堆覆盖气溢出；所述吹扫气装置用于吹扫和疏通所述投料管。
32.其中，所述吹扫气装置的压头优选为0.1mpa，所述熔盐堆覆盖气的压力优选为0.05mpa。一般来讲，所述熔盐堆覆盖气位于熔盐液面的上方。
33.s3中，所述添加物的加料量根据添加物的种类确定。当添加物为燃料盐时，所述添加物的加料量为熔盐堆所需补偿的反应性量除以一个添加物引入的反应性量；当添加物为中子毒物时，所述添加物的加料量为熔盐堆停堆所需引入的反应性量除以一个毒物引入的反应性量。
34.s4中，所述关闭的操作较佳地在检测开关反馈不再有所述添加物通过的信号后进行。
35.s4中，所述关闭的操作顺序较佳地为所述安全阀和所述吹扫气装置。
36.一较佳的实施例中，当熔盐堆的功率为2.0mw，熔盐的种类为lif-bef
2-zrf
4-uf4，熔盐的体积为2.133m3时，为实现满功率运行，即熔盐堆功率为2.0mw。所述添加物为燃料盐lif-uf4，所述燃料盐的加入量为2个/天，以单个加料的方式投料。通过向熔盐堆中加入所述燃料盐，增加了堆芯熔盐中的核燃料浓度，即增加了堆芯的剩余反应性，使熔盐堆继续运行。
37.另一较佳的实施例中，当熔盐堆的功率为2.0mw，熔盐的种类为lif-bef
2-zrf
4-uf4，熔盐的体积为2.133m3时，为实现快速停堆，采用连续式投料，一次性引入1000pcm负反应性，所述添加物为球状的中子毒物lif-thf4，所述中子毒物的加入量为3000个。通过向熔盐堆中加所述中子毒物或者减少堆芯熔盐中的核燃料浓度的熔盐，堆芯引入负反应性，使熔盐堆快速停堆。
38.另一较佳的实施例中，当熔盐的体积为2.133m3时，为实现停堆后重新启动反应堆，采用连续式投料，一次性引入1000pcm正反应性，所述添加物为球状的燃料盐lif-uf4，所述燃料盐的加入量较佳地为20000个。
39.其中，所述熔盐加料的方法可为间歇加料或连续加料。其中，所述间歇加料为所述添加物在所述投料篮中由反应堆中的熔盐慢慢融化，混入熔盐中，使得堆芯反应性变化缓慢；所述连续加料可为一次性加入添加物，使添加物漫过投料篮，直接进入熔盐堆中，起到快速引入负反应性的作用，使堆芯迅速停堆。
40.其中，当熔盐堆堆芯反应性偏低时，控制模块发出所述加燃料盐指令，所述熔盐加料系统开启所述吹扫气装置以提供气压，再开启所述安全阀，接着开启所述投料模块进行单个添加物投料；当检测开关反馈不再有添加物通过的信号后，按顺序依次关闭所述安全阀和所述吹扫气装置。
41.其中，当熔盐堆发出紧急停堆信号时，控制模块发出所述加中子毒物指令，所述熔盐加料系统开启所述吹扫气装置以提供气压，开启所述安全阀，并开启所述投料模块进行
连续投料，直到投料模块中的添加物投放完毕后，按顺序依次关闭所述安全阀和所述吹扫气装置。
42.其中，所述停堆后，为了实现所述反应堆重新启动，以所述燃料盐为所述添加物进行投料。
43.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
44.本实用新型所用试剂和原料均市售可得。
45.本实用新型的积极进步效果在于：
46.1、本实用新型的熔盐加料系统，根据堆芯反应性的需求，可智能地添加燃料盐，实现四代堆在线加料功能；也可通过更换添加物来使得熔盐堆快速且长期停堆，同时具有再启动能力。
47.2、本实用新型的熔盐加料系统通过“不加料时关闭安全阀”和“加料时添加物只进不出；使用吹扫气保证气体只进不出”的方式来防止放射性物质泄漏；并且，本实用新型的加料系统是一个密闭的环境，在加料时，若主容器的覆盖气泄漏，可以紧急关闭安全阀，即使有放射性物质外泄，也只是到加料系统中，不会泄漏到环境中。
48.3、本实用新型的熔盐加料系统通过自动控制实现了在线的智能化加料，减少了反应性控制设计的复杂性，大大简化加料系统，同时也减少了辐射的风险，提高了反应堆的运行安全。
附图说明
49.图1为本实用新型实施例1熔盐加料系统图。
50.图2为本实用新型实施例1熔盐加料系统的控制逻辑示意图。
51.附图标记说明：
52.1、存料仓；2、吹扫气装置；31、投料管道；32、压力变送器；33、检测开关；34、安全阀；35、投料篮；36、添加物；4、熔盐堆反应器；41、覆盖气；42、熔盐。
具体实施方式
53.下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
54.实施例1
55.图1为本实施例的熔盐加料系统图，包括加料模块、投料模块和投料控制模块；加料模块包括存料仓1、与存料仓1连接的投料管道31，投料管道31上设有吹扫气装置2和压力变送器32；投料模块包括投料篮35；投料篮35的底部设于熔盐堆的熔盐42液面之下；自投料管道31朝向与投料篮35的连接处还依次设有检测开关33和安全阀34；投料控制模块与检测开关33、安全阀34、吹扫气装置2和压力变送器32均控制式连接，用于控制投料。
56.其中，存料仓1包括燃料盐仓和中子毒物仓；燃料盐仓和中子毒物仓与投料管道31的连接为转动切换管道连接。投料篮35的半径至少为添加物36的半径的3倍；投料篮35底面和侧壁均设有小孔，小孔的半径小于添加物36的半径；投料管道31的半径大于添加物36的
半径。投料控制模块为手动控制模式或自动控制模式；手动控制模式为投料控制模块是通过手动启动机械控制实现；自动控制模式为投料控制模块是芯片集成控制器控制实现。
57.图2为本实施例的熔盐加料系统的控制逻辑示意图，投料控制模块接收到熔盐堆信号后，开启吹扫气装置2和安全阀34，并投放添加物36，待检测开关33发出不再有添加物36通过的信号后，依次关闭安全阀34、投料模块和吹扫气装置2，其中，熔盐堆信号包括调节棒位置信号和紧急停堆信号。
58.实施例2
59.采用实施例1的熔盐加料系统，其中，投料篮35的半径为5.0cm，投料篮35的高度为5.0cm，小孔的半径为1mm，投料管道31的半径为1.1cm，添加物36为球状的燃料盐lif-uf4，其半径为1.0cm。
60.采用上述熔盐加料系统，对功率为2.0mw，体积为2.133m3，熔盐种类为lif-bef
2-zrf
4-uf4的熔盐堆进行加料，熔盐堆反应器的直径为2.0m，包括如下步骤：
61.s1：当熔盐堆堆芯反应性偏低时(即随着反应堆的运行，用于控制反应性的控制棒从初始的1/2插入熔盐堆堆芯的位置缓慢上提，当控制棒的2/3部分提出熔盐堆堆芯时)，控制模块发出加燃料盐指令，开启燃料盐的存料仓1；
62.s2：开启吹扫气装置2和安全阀34；吹扫气装置2的压头为0.1mpa，覆盖气41的压力为0.05mpa；
63.s3：启动投料，存料仓1的添加物36由投料管道31进入投料篮35；为实现满功率运行，燃料盐采用单个间歇式，每隔1小时投料，其加入量为2个/天；直到调节棒重新回到1/2插入熔盐堆堆芯的位置。
64.s4：当检测开关反馈不再有添加物36通过的信号后，按顺序依次关闭安全阀34和吹扫气装置2。
65.实施例3
66.采用实施例1的熔盐加料系统，其中，投料篮35的半径为5.0cm，投料篮35的高度为5.0cm，小孔的半径为1mm，投料管道31的半径为1.1cm，添加物36为球状的中子毒物lif-thf4，其半径为1.0cm。
67.采用上述熔盐加料系统，对功率为2.0mw，体积为2.133m3，熔盐种类为lif-bef
2-zrf
4-uf4的熔盐堆进行加料，熔盐堆反应器的直径为2.0m，包括如下步骤：
68.s1：当熔盐堆发出紧急停堆信号时，控制模块发出所述加中子毒物指令，开启中子毒物的存料仓1；
69.s2：开启吹扫气装置2和安全阀34；吹扫气装置2的压头为0.1mpa，覆盖气41的压力为0.05mpa；
70.s3：启动投料，存料仓1的添加物36由投料管道31进入投料篮35；为实现快速停堆，一次性引入1000pcm负反应性的添加物，添加物为球状的中子毒物lif-thf4，中子毒物采用连续式投料，其加入量为3000个；
71.s4：当检测开关反馈不再有添加物36通过的信号后，按顺序依次关闭安全阀34和吹扫气装置2。
72.实施例4
73.本实施例为实施例3停堆加料结束后，重新启动反应堆的加料方法。
74.采用实施例1的熔盐加料系统，其中，投料篮35的半径为5.0cm，投料篮35的高度为5.0cm，小孔的半径为1mm，投料管道31的半径为1.1cm，添加物36为球状的燃料盐lif-uf4，其半径为1.0cm。
75.采用上述熔盐加料系统，对功率为2.0mw，体积为2.133m3，熔盐种类为lif-bef
2-zrf
4-uf4的熔盐堆进行加料，熔盐堆反应器的直径为2.0m，包括如下步骤：
76.s1：当熔盐堆发出再启动信号时，控制模块发出所述加燃料盐指令，开启燃料盐的存料仓1；
77.s2：开启吹扫气装置2和安全阀34；吹扫气装置2的压头为0.1mpa，覆盖气41的压力为0.05mpa；
78.s3：启动投料，存料仓1的添加物36由投料管道31进入投料篮35；为实现停堆后重新启动反应堆，一次性引入1000pcm正反应性，添加物为球状的燃料盐lif-uf4，采用连续式投料，其加入量为20000个；
79.s4：当检测开关反馈不再有添加物36通过的信号后，按顺序依次关闭安全阀34和吹扫气装置2。