提高啜吸系统的灵敏度的系统和方法

提高啜吸系统的灵敏度的系统和方法
【专利摘要】一种检测核燃料组件(600)中的故障的方法和系统。水处理装置从在真空啜吸装置(30)的罐(500)中使用的水中脱气/除去裂变气体。之后啜吸过程检测在罐中的燃料组件中的故障。脱气提高了在啜吸过程中所使用的检测器的信噪比，并且提高了系统的故障检测灵敏度。额外地和/或替代地，气体可在施加真空之前被再循环穿过罐水，使得再循环气体中的裂变气体的浓度达到与罐水的基线平衡。其后施加真空并且啜吸过程继续进行，使得所检测的放射性在基线平衡之上的增加指示在燃料组件中的泄漏。
【专利说明】
提高啜吸系统的灵敏度的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年1月16日提交的题为"提高啜吸系统的灵敏度的装置和方法"的 美国临时申请，申请号为61/928，301的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明总体涉及真空罐啜吸系统，所述真空罐啜吸系统设计成检测核燃料组件的 故障。
【背景技术】
[0004] 真空罐啜吸通过将燃料组件隔离在腔室/罐中并且降低腔室内的周围压力以通过 组件的燃料元件的包层破损处抽出裂变气体来检测核燃料组件中的燃料故障。气泡被收集 在腔室的顶部并且穿过辐射探测器(例如闪烁探测器）以检测裂变气体的存在。以这种方 式，发出比预期的裂变气体的活动更高的组件被认定为有故障的和泄漏的。
[0005] 已知的真空罐真空曝吸系统在例如Westinghouse Product Fly Sheet(西屋产品 传单），"Vacuum Canister Sipping Services,"（真空罐曝吸服务）NS-FS_0052(75370) 2009年4月中描述。专利号为5,457,720和5,546,435的美国专利公开了其他已知的用于检 测燃料组件中的故障的方法。

【发明内容】

[0006] 现有的真空啜吸系统的局限性在于:在啜吸周期中真空的施加引起在罐水中的溶 解的放射性或其他性质的气体从溶液中出来并且有助于被检测的气体样本的放射性。因 此，在具有高的和/或波动的周围的溶解的裂变气体含量的池水的条件下检测微弱的燃料 泄漏特征具有挑战性。
[0007] -个或多个实施例提供了如下一种方法和/或装置，其在施加真空到燃料之前从 用在啜吸罐中的水中提取溶解的裂变气体，从而提高系统的检测灵敏度。在检测周期开始 之前可执行从罐水中提取裂变气体以便实现降低背景裂变气体的浓度和提高检测系统的 信噪比的目的。替代地，可以执行提取裂变气体以便实现规律性地测量水中的裂变气体的 浓度的目的，因此为每一个啜吸周期保证可靠的"背景"标准。背景气体的提取可被实现，以 引起裂变气体从被检测的组件中的泄漏的燃料棒中逸出。之后在传统的啜吸周期步骤中的 真空的施加使得抽出通过燃料泄漏的裂变气体并且作为与背景裂变气体的指示不同的指 示而可被检测。
[0008] -个或更多的实施例提供了一种用于检测燃料池中的核燃料组件中的故障的方 法，该方法包括:将核燃料组件放置到罐真空啜吸装置的罐中，其中罐真空啜吸装置布置在 燃料池中；从燃料池水中除去裂变气体以产生脱气水;并且在所述的将核燃料组件放置到 罐中之后，使用罐啜吸装置执行真空啜吸过程，以在脱气的水被布置在罐中的同时通过检 测从燃料组件泄漏的裂变气体来检测燃料组件的故障。
[0009] -个或更多的实施例还可包括在将核燃料组件放置到罐中之后并且在所述执行 之前，通过罐冲洗脱气的水，由此使用脱气的水来替换布置在罐中的燃料池水的至少一部 分，其中所述冲洗降低了布置在罐中的水中的裂变气体的浓度。
[0010] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，在冲洗的过程中，被冲洗到罐中的脱气 的水的体积为罐的体积的至少两倍。
[0011] 根据这些方法中的一个或更多实施例，所述除去包括通过气体传递膜装置过滤燃 料池水，所述气体传递膜装置从燃料池水中提取出裂变气体。
[0012] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，所述除去步骤包括施加真空压力到与气 体传递膜装置一起使用的汽提气，使得气体传递膜装置从燃料池水中过滤出裂变气体和溶 解的空气。
[0013] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，除去步骤包括:将喷射气体引入到罐中， 使得布置在罐中的燃料池水中溶解的裂变气体扩散进入到被引入的喷射气体，并且从罐中 除去被引入的喷射气体的至少一部分;根据这些实施例中的一个或更多，从燃料池水中除 去裂变气体可发生在在将核燃料组件放置到罐中之后并且在执行真空啜吸过程之前。
[0014] 这些方法中的一个或更多也可包括在将喷射气体引入到罐中的过程中保持罐内 的压力处于该处的周围燃料池压力条件下。
[0015] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，被引入到罐中的喷射气体的一部分被从 罐中收集并且其放射性被测量以限定出背景水平，用于与在真空啜吸过程中测量的放射性 相比较。
[0016] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，其中在引入的过程中使用的喷射气体的 供给与引入之前的在布置在罐内的燃料池水中溶解的气体混合物相比，具有较低的裂变气 体分数。
[0017] -个或更多实施例提供了一种罐啜吸系统，其包括罐真空啜吸装置，罐真空啜吸 装置包括罐，罐真空啜吸装置构造成检测布置在罐中的核燃料组件中的故障，该检测通过 检测在罐真空啜吸装置的真空啜吸过程中从燃料组件泄漏的裂变气体来进行；以及水处理 装置，水处理装置连接到罐并且构造成从燃料池水中除去裂变气体以产生脱气的水，其中 水处理装置构造成在执行真空啜吸过程之前在罐内提供脱气的水。
[0018] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，水处理装置包括:气体传递膜装置，所述 气体传递膜装置构造成从已被从燃料池中提取的燃料池水中提取裂变气体以形成脱气的 水；以及罐冲洗机构，罐冲洗机构构造成在核燃料组件被放置到罐中之后，将脱气的水通过 罐冲洗，从而由此使用脱气的水来替换布置在罐中的燃料池水的至少一部分。
[0019] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，罐冲洗机构构造成被冲洗到罐中的脱气 的水的体积为罐的体积的至少两倍。
[0020] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，水处理装置包括:喷射气体供应源和入 口，所述入口连接到所述罐，水处理装置构造成通过入口将喷射气体引入到罐中，使得布置 在罐中的燃料池水中的溶解裂变气体扩散到引入的喷射气体中，以及喷射气体出口，喷射 气体出口连接到罐，所述出口构造成允许引入的喷射气体离开所述罐，其中水处理装置构 造成在将核燃料组件放置到罐中之后并且在执行真空啜吸过程之前从燃料池水中除去裂 变气体。
[0021 ]根据这些实施例中的一个或更多实施例，系统构造成在引入喷射气体到罐中的过 程中保持罐内的压力处于该处的周围燃料池压力下。
[0022] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，罐真空啜吸系统构造成收集被引入到罐 中的喷射气体的一部分，并且测量所收集的喷射气体的放射性以限定出背景水平，用于与 在真空啜吸过程中测量的放射性相比较。
[0023] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，其中喷射气体的供给与水处理装置操作 之前在布置在罐内的燃料池水中的溶解的气体混合物相比，具有较低的裂变气体分数。
[0024] -个或更多的实施例提供一种检测燃料池中的核燃料组件的故障的方法，该方法 包括:将核燃料组件放置到罐真空啜吸装置的罐中，其中罐真空啜吸装置布置在燃料池中； 将运载气体再循环通过布置在罐中的燃料池水，从而导致在罐中的燃料池水中的裂变气体 扩散到被再循环的运载气体中；以及使用罐啜吸装置执行真空啜吸过程，通过检测从燃料 组件泄漏的裂变气体来检测燃料组件的故障。
[0025] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，该方法还包括:在执行步骤之前，使用罐 真空啜吸装置的辐射检测器对运载气体中的辐射水平进行检测，以限定基线辐射水平;其 中使用罐啜吸装置以检测燃料组件的故障包括将基线辐射水平与在真空啜吸过程中检测 的辐射水平相比较。
[0026] 根据这些实施例中的一个或更多实施例，再循环持续直到再循环运载气体中的辐 射水平的增加速度降到低于预定的阈值，并且在再循环气体中的辐射水平的增加速度降到 低于预定的阈值之后，发生所述执行。
[0027] -个或更多的实施例提供一种罐啜吸系统，包括:罐真空啜吸装置，罐真空啜吸装 置包括罐以及辐射检测器，罐真空啜吸装置被构造成检测布置在罐中的核燃料组件中的故 障，该检测通过检测在罐真空啜吸装置的真空啜吸过程中从燃料组件泄漏的裂变气体来进 行;气体再循环装置，气体再循环装置构造成将运载气体再循环穿过环路，环路包括罐真空 啜吸装置的检测器和罐、栗，其中栗构造为将气体再循环通过环路；以及运载气体供给装 置，运载气体供给装置连接到环路并且构造成供给运载气体到环路。
[0028] 本发明的各种实施例的这些或其他方面、以及结构的相关元件的操作方法和功 能、部件的组合和制造的节约，会在参照附图考虑下面的说明书和所附的权利要求的基础 上变得更加明显，附图的所有都构成说明书的一部分，其中在不同的图中相同的附图标记 指示相应的部件。在本发明的一个实施例中，在此示出的结构组件按比例绘制。但是可被清 楚地理解，附图仅是为了图解和说明而不试图限定本发明的范围。此外，应当理解，在此的 任何一个实施例中示出的结构特征也可被用于其他实施例。如在说明书和权利要求中使用 的那样，单数形式"一个"和"这个"包括多个指示物，除非上下文中另外清楚的规定。
[0029] 在此公开的所有封闭式(例如在A和B之间）的和开放式(比C大的）的数值范围明确 包括所有落入或嵌入该范围的范围。例如公开的范围1-10被理解成也公开了在其它范围之 中的 2-10、1-9、3-9 等。
【附图说明】
[0030] 为了更好的理解本发明的实施例以及其他目的和其他的特征，参照连同附图一起 使用的下面的描述。其中
[0031] 图1为根据一个实施例的真空罐啜吸系统的方框图，在真空罐啜吸系统中裂变气 体被从罐水供给装置中移除;并且
[0032] 图2为图1的系统中的气体传递膜组件的部分剖开透视图。
[0033] 图3为根据替代的实施例的真空罐啜吸系统的方块图，在真空罐啜吸系统中，裂变 气体通过罐内的气体喷射水而被从啜吸罐中去除，并且
[0034] 图4为根据替代的实施例的真空罐啜吸系统的方框图，在真空罐啜吸系统中，运载 气体再循环穿过罐以在施加真空之前与罐内水的溶解气体成分平衡。
【具体实施方式】
[0035] 罐啜吸装置仅在当核燃料组件释放的活动水平显著地高于背景辐射的变化时能 检测泄漏的核燃料组件。多种背景噪音源可降低设备的最小检测阈值(例如，在燃料池和啜 吸罐中出现溶解的裂变气体、对辐射检测器的外部伽玛辐射、辐射检测器的污染等）。
[0036] 例如，在真空罐啜吸过程中，被检测的燃料组件和真空罐本身被设置在核电厂的 燃料池中。燃料池中的水通常包括一些裂变气体(例如，来自在池中的失效的/泄漏的燃料 组件）。当在啜吸的过程中在真空罐中出现这种包含裂变气体的燃料池水时，周围的裂变气 体降低了对从被检测的燃料组件泄漏的裂变气体进行检测的系统的灵敏度，与在周围的燃 料池环境中出现的裂变气体截然相反。燃料池中的周围的裂变气体可因此损坏故障检测的 精度或检测在待检测的燃料组件中的小故障的能力。
[0037] 对一些类型的反应器(例如，PWR反应器），燃料池水通常地为被硼酸处理过的，但 是在其他类型的反应器中（例如BWR反应器），燃料池水为没有被硼酸处理过的。本发明的各 种实施例被用于在燃料池中使用被硼酸处理过的和/或没有被硼酸处理过的水的反应器。 [0038]如在此所用的，术语"燃料池"和其派生词包括核电厂的充满水以使燃料运动的类 似元件，在核电厂中所述装置可被安装。例如，当术语"燃料池"在该处使用时，加油腔、传送 管道、铅罐装料坑(cask loading pit)等都被认为是"燃料池"。相应地，术语"燃料池水"包 括在任何这种"燃料池"中处理的水。
[0039]为了增加故障检测的灵敏度，测量噪音源可被降低。根据一个或多个实施例，溶解 的裂变气体被从在罐中使用的池水中滤出以降低这种显著的测量噪音源。
[0040] 降低罐内的溶解气体一一其在处理了泄漏组件之后尤其高一一可通过将水从罐 中栗出使得其被来自池的水所取代而实现。这种冲洗将在腔室中的溶解的裂变气体的量降 低返回到在大型池库存中的溶解的裂变气体的正常的背景。但是，在大型池中的溶解的裂 变气体的水平也可能会非常高（例如，如果在运行中断的过程中有很多个泄漏组件），这导 致即使在使用来自池中的水冲洗之后也提高的背景水平。
[0041] 图1示出根据本发明的实施例的真空罐啜吸系统10。所述系统10包括连接到啜吸 装置30的水处理装置20。
[0042]如图1所示，水处理装置20包括再循环栗50、一个或更多个气体传递膜组件70(也 参见图2)、真空栗80、控制系统90、通向栗50的入口的入口水通道100、将栗50的出口与组件 70的水流入口 70a连接的中间水通道110、将组件70的水流出口 70b连接到啜吸装置30的入 口的水出口通道120、连接到组件70的汽提气入口的汽提气入口通道或端口 70c、将组件70 的汽提气出口 70d连接到真空栗80的入口的中间气通道130，以及连接到栗80的出口的汽提 气出口通道140。从真空栗80排出的空气（包括裂变气体)被导向到工厂通风返回装置或其 他位置。例如，工厂可能希望将来自通道140的载有裂变气体的汽提气导向到废气处理系 统。
[0043]根据各种实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，水处理装置20的部件的相对 位置可被切换。例如，栗50可沿着通道100、110、120布置在任何地方和/或布置在组件70的 下游。栗50替代地可被布置在罐500的下游，例如阀520的下游，并且通过系统10抽吸水。类 似地，栗80可替代性地被布置在组件70的上游并且栗送汽提气到入口 70c。
[0044]如图1所示，水处理装置20的很多或所有部件可被安装到共同的框架85,例如提供 使得装置20容易地移动的滑轨或滑板(palette)上。为了使用装置20,该装置和框架85可被 定位在核电厂的地面95上，紧挨着燃料池160以方便通道100与燃料池160的容易连接以及 通道120与啜吸装置30的连接。根据不同的可替代的实施例，在不脱离本发明的范围的情况 下，装置20可替代性地被布置在多个框架上。系统10的额外的部件例如啜吸装置30的部件 (例如，栗570、检测器580、控制系统590)也可被安装到框架85上以提供容易接近的、紧凑的 系统10。
[0045]如图1所示，在水处理装置20的操作过程中，栗50移动来自燃料池160的周围的水 依次通过通道100、栗50、通道110、组件70和通道120通向啜吸装置30。同时，栗80抽吸汽提 气（围绕燃料池的周围/该处空气或来自另一源的空气)通过入口 70c、组件70、通道130、栗 80和出口通道140。
[0046] 转到组件70的操作上来，如图2所示，组件70包括封闭的壳体200，水通过壳体200 由水入口 70a流到水出口 70b。分布管210将水流由入口 70a向外分布。之后水围绕中心挡板 200周围通过，并且回到通向出口 70b的收集管230。汽提气从汽提气入口 70c流过多个中空 纤维膜250并且通过出口 70d流出。
[0047]当池水围绕组件70内的膜250的周围流动并且汽提气穿过膜250时，膜250使得在 水和汽提气之间进行气体交换，导致水中溶解的气体成分的排放，所述水与进入的汽提气 的成分很接近地匹配（即几乎没有裂变气体）。因此，在进入的池水中的裂变气体被从水中 过滤掉并且进入汽提气流。因此，组件70从来自通道110的进入的池水中除去裂变气体并且 将具有较少的裂变气体的清洁的/脱气的水排放进入通道120中。被除去的裂变气体与组件 70中的汽提气相结合并且通过出口 70d被排出。
[0048]根据各种实施例，组件70和膜250除去裂变气体，但是不从被硼酸处理过的燃料池 水中除去硼(如果燃料池水根据各种实施例被硼酸处理过的话是这样）。相应地，用于冲洗 罐500的清洁的/脱气的水保持为被硼酸处理过(在燃料池水已经被硼酸处理过的实施例 中），并且不影响燃料池中硼的浓度。在燃料池水被硼酸处理过的实施例中，如果新鲜的清 洁的水，而不是被硼酸处理过的池水，被用于冲洗罐500,该水将或在使用前被硼酸处理或 在未被硼酸处理的状态下使用。由于重大的临界控制问题，对于特定类型的反应器，未被硼 酸处理的水优选地不在燃料池中使用。
[0049] 在示出的实施例中，管210、230、挡板220和膜250为可更换的滤筒270的一部分。壳 体200可被打开以用新的滤筒更换使用过的或污染的滤筒270。
[0050] 在示出的实施例中，膜250包括空心纤维膜。但是，根据可替代的实施例，膜250可 采用任何其他合适的形状(例如，在组件70中将汽提气区域与水区域分开的片膜）。
[0051] 根据各种实施例，膜250可包括任何合适的气体传递膜，所述气体传递膜允许通过 其传递裂变气体而不允许水的传递。例如，Liqil_i-Cel?Membrana Gas Transfer Modules 可被用作膜250。参见"Membrane Contactors:An Introduction to the Technology," Ultrapure Water?May/Junel996-UP130427〇UBATMAN-Best Available Technique Minimising All Nuclides，''IVL Swedish Environmental Research Institute,April 18，2006，公开了其他可被用作膜250的膜。
[0052] 在附图1-2示出的实施例中，示出了单个组件70。但是，在不脱离本发明的范围的 情况下，可使用多个组件70。多个组件70可在通道110、120之间平行和/或串联设置。平行的 组件70可被用于增加通过水处理装置20的水的流速。串联的组件70可被用于增加通过水处 理装置20从水中去除的裂变气体的量。
[0053] 一个或多个组件70可被定尺寸为共同地提供以大约25-500、25-300和/或50-100 加仑/分钟的液体流速一次通过的处理，该流速足以在大约1-2分钟内和/或低于5、4、3、2 和/或1分钟内将啜吸罐500的全部容积翻转。可在每一循环的开始执行额外的1-2分钟的冲 洗而不会对啜吸系统10的整体的生产量造成显著影响。
[0054]根据不同的实施例，组件70中使用的汽提气被保持以稍微缓和真空压力。该真空 引起在水中溶解的（除裂变气体之外还有的）空气或其它气体扩散至汽提气中。在啜吸过程 中从用在罐500中的水中除去溶解的空气提高了啜吸过程的检测燃料组件600中的微小泄 漏的灵敏度。特别地，通过降低在罐水中的溶解空气的分数，在啜吸过程中更少的空气由罐 水中释放到在罐500的顶部的空气气泡中。因此，被抽样的空气气泡将包括相当大部分的泄 漏的裂变气体，这是因为空气气泡没有被从水中释放的空气那么多地稀释。在被检测器580 抽样的空气气泡中的任何泄漏的裂变气体的更大的浓度有利于更精确的/灵敏的对泄漏的 检测。
[0055] 控制系统9 0包括手动的和/或自动的控制以控制栗5 0和栗8 0，并且可包括额外的 传感器(例如，流量/压力传感器），所述传感器用于确定和调整被控制系统90控制的装置 (例如，栗50和栗80)。
[0056] 如图1所示，啜吸装置300包括罐500。罐500具有燃料组件开口 500a、通过阀510连 接到通道120的水入口 500b、以及通过阀520连接到燃料池160的水出口 500c。罐500还包括 可被可选择地打开和关闭（例如手动地或自动地）以揭开和覆盖开口 500a的盖子540。装置 30还包括通道560,所述通道560由罐500的上面内端通往布置在池160外的真空栗570和检 测器580。根据不同的实施例，栗570和辐射检测器580可被安装到框架85上。根据不同的实 施例，啜吸装置30与传统的啜吸装置以基本同样的方式工作，除了来自水处理装置20的水 被用来冲洗和填充罐500。
[0057] 啜吸装置控制系统590连接到啜吸装置30的各种元件，例如阀510和阀520、栗570 和检测器580上，以在啜吸周期内将这些组件打开或关闭合适的次数。控制系统590可被连 接到水处理装置20的控制系统90或是与水处理装置20的控制系统90-体地形成，以保证水 处理装置20在啜吸周期的期望的点被操作。
[0058]根据不同的实施例，啜吸周期进行下面的连续步骤：
[0059] 1)在罐500设置在池165内并且盖子540打开的情况下，将燃料组件600通过开口 500a加载进罐500中。
[0060] 2)之后将罐500的盖子540关闭，将罐500中的水与池160分开。
[0061] 3)池水通过使之流动通过水处理装置20而被脱气/过滤并且之后将清洁的/脱气 的水提供到罐500。
[0062] 4)在阀510和520打开时，罐500被由水处理装置20提供的清洁的/脱气的水冲洗。 水被通过入口 500b栗入罐500、向下，并通过开口 520出去，由此冲洗罐500外的周围（以及潜 在的载有裂变气体的）池水。通过入口 500b被脱气和栗入到罐500的水的体积可为罐500内 的总体积的至少一倍或至少两倍，以在啜吸过程开始之前提供罐500外的周围的、潜在的载 有裂变气体的池水的增强的冲洗。罐500的压力在冲洗过程中可被保持在或接近正常的池 的周围压力，以避免在冲洗的过程中从泄漏的燃料组件600中提取出裂变气体
[0063] 5)空气被栗入进罐的顶部以形成气泡（例如在罐500的内部的顶部的数英寸高的 气隙）。
[0064] 6)水阀510和520被关闭以密封罐500。
[0065] 7)-些气泡通过栗570和通道560被栗出罐500顶部的气室，由此降低罐500的内部 压力。
[0066] 8)罐500内的压力的降低将裂变气体从燃料组件600内的任何包层泄漏中抽出并 且进入到罐500的水中。
[0067] 9)裂变气体移动到位于罐500顶部的空气气泡，通过真空栗570被抽出罐500并且 被福射检测器580测量。
[0068] 10)在周期结束时，罐的盖子540被打开并且燃料组件600被从罐500中去除。
[0069] 根据各种实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，这些步骤中的各个步骤可被 省略或重排序。例如，步骤5和6可切换顺序。步骤3和4可同时进行(或在通道120中可使用中 间缓冲罐）。步骤7-9可同时进行。
[0070] 根据不同的实施例，由水处理装置20执行的脱气处理和使用清洁的/脱气的水冲 洗罐500，降低了裂变气体的背景水平，并且相对于如果来自燃料池160的冲洗水不被脱气 的情况提供了更低的、更稳定的裂变气体背景水平。这导致在检测器580中更高的信噪比， 可以导致提高的故障探测精度和/或对在被检测的燃料组件600中的更小的故障进行检测 的能力。
[0071] 根据各种实施例，系统10和其应用在不脱离本发明的范围的情况下可以一种或更 多的下面的方式被改变。例如，组件70和气体传递膜250可被其他的气体传递组件例如喷射 脱气装置或塔脱气装置（column degasser)所取代。例如"Membrane Contactors : An Introduction to the Technology/'Ultrapure Water?May/June 1996-UP130427公开 了一种用于从污水中提取裂变气体的方法，其在不脱离本发明的范围内可被用于取代组件 70 〇
[0072]水处理装置20的所有或部分部件可以浸没到池160中。例如，根据各种实施例，组 件70和栗50可被安装到罐500并且浸没到池160中。这可有利于通道100和通道120的缩短或 消除。汽提气通道70c和70d可被延长。
[0073]如图1所示，蓄水池或缓冲罐620可被布置在通道120中，用于储存清洁的/脱气的 水，以支持更高的冲洗流速或对池水的多通道处理。例如，较低吞吐量的水处理装置20可连 续地填充蓄水池620,并且蓄水池620中的清洁的/脱气的水可通过打开阀510间歇地用于冲 洗罐500。与如果冲洗流速受限于可能来自栗50和组件70的流速相比，结果的冲洗可具有更 高体积的流速。
[0074] 根据各种实施例，各种水通道100、110和120和气体通道130、140可包括任何类型 的合适的通道(例如，刚性或柔性软管、管道等）
[0075]根据一个替代的实施例，水处理装置20可在没有啜吸装置30的情况下使用，使得 装置20连续地对池160中的水脱气，这通过将载有气体的水通过通道100从池160吸出，将水 脱气并且将水通过通道120的打开的出口端返回到池160中而实现。这种连续的脱气通过降 低池160中水的周围裂变气体浓度而可提高单独的罐啜吸装置30(或其他燃料组件泄漏检 测装置(例如望眼镜检测装置)）的灵敏度。
[0076] 如在此所使用的，术语"清洁的水"、"脱气的水"、"过滤的水"等指代已经被过滤以 降低其中气体(例如裂变气体)的浓度的水。这种水即使不是完全没有溶解了的气体例如裂 变气体，也仍然被认为是清洁的/脱气的/过滤的。根据各种实施例，水处理装置20去除了原 始存在于水中的裂变气体的至少5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、95和/或99%，使得脱气 的水具有比在过滤/脱气前少至少5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、95和/或99 %的裂变气 体。如上所讨论的，各种技术可被使用以增加过滤/脱气的程度(例如，使用更大的或连续的 组件70和/或额外的脱气装置）。
[0077] 图3示出根据本发明的替代实施例的真空罐啜吸系统1010。所述系统1010基本类 似于系统10,不同之处在于系统1010使用替代的水处理装置1020,水处理装置1020在罐中 已将水脱气，而不是在罐外将水脱气。
[0078]系统1010包括基本类似于上面讨论的啜吸装置30或与其相同的啜吸装置1030。如 在装置30中那样，啜吸装置1030包括罐1500和通道1560,通道1560由罐1500的上部内端通 往布置在池的外部的真空栗1570和检测器1580。啜吸装置1030也包括控制系统1590。啜吸 装置1030的这些特征与啜吸装置30的上面描述的特征基本相似或相同。相应地，对于相似 或相同特征的重复描述被省略。
[0079] 水处理装置1020包括连接到罐1500的空气喷射系统1020。空气喷射系统1020包括 喷射空气供给装置1700(例如，压缩的喷射空气的罐子、构造成压缩周围空气以提供加压的 喷射空气的压缩机等）。在示出的实施例中，喷射气体包括空气。但是，根据各种可替代的实 施例，喷射气体可包括任何其他类型的、裂变气体可扩散到其中的合适的气体。系统1020包 括喷射气体供应管线1710,喷射气体供应管线1710从喷射气体供给装置1700延伸到在罐 1500的底部或靠近罐1500的底部的喷射气体入口 1720。喷射气体入口 1720可通到将喷射气 体分成小气泡1770的气体扩散器中。
[0080] 如图3所示，系统1020还包括在罐1500的顶部或靠近罐1500的顶部连接到罐1500 的喷射气体出口通道1740。出口通道1740可直接通到燃料池中使得载有裂变气体的喷射气 体可释放到池中或可通向过滤器/洗涤器或其他废物处理装置。阀1750连接到出口 1740。阀 1750可包括止回阀，止回阀允许喷射气体通过出口 1740离开罐，而又避免了当系统1010在 罐1500中施加真空时液体或气体通过出口 1740进入罐1500中。额外地和/或可替代地，阀 1750可包括由控制系统1590控制的阀，使得在啜吸过程中，在真空被施加到罐1500之前，控 制系统1590关闭阀1750。根据各种实施例，出口通道1740在罐1500中具有仪表组侧端口。 [0081 ]根据不同的替代的实施例。出口 1740和阀1750被一起省略，并且通过罐1500冒气 泡的喷射气体和被吸收了的裂变气体通过通道1560被从罐1500移除。
[0082]如图3所示，在燃料组件600被装载并且罐的盖子1540被关闭之后，喷射气体通过 水处理装置1020而被引入到罐1500中。当喷射气体的气泡1770在啜吸罐1500内上升时，裂 变气体扩散进入气泡1770并且被携带到罐1500的顶部。喷射气体通过出口 1740离开到池 中，并且/或通过气体样本管线1560到啜吸系统检测单元1580。
[0083]罐1500内的压力在喷射过程中优选地保持在或者接近于燃料池中的该处周围压 力以避免或限制裂变气体从泄漏的燃料组件600中的泄漏。通过出口 1740和/或通道1560将 喷射气体从罐1500排出可允许喷射气体中的一些或全部逸出并且保持罐1500内的压力接 近于周围。可替代地，空气喷射的速度和气体取样的速度可被控制系统1590积极地控制以 保持罐1500的压力在期望的条件下。根据各种实施例，控制系统1590操作性地连接到水处 理装置1020以控制水处理装置1020(例如，通过控制喷射气体被引入罐1500的时间和速度 以及喷射气体被允许经由出口 1740和/或通道1560离开罐的时间和速度）。
[0084] 喷射可持续预定的时间以足以从罐的水中提取出期望分数的裂变气体。可替代 地，喷射可持续直到通过气体样品管线1560离开的喷射气体的放射性达到期望的水平，如 检测器1580检测的那样。
[0085] 当背景裂变气体已经被足够的降低以实现溶解的裂变气体浓度的期望的降低之 后，啜吸周期与现有的啜吸系统相似地继续进行，除了背景放射性的测量值比未执行喷射 的情况要低，并且泄漏的组件600更容易被确认之外都是如此。
[0086] 根据各种实施例，系统1010进行如下操作（其中的一个或多个步骤可通过控制系 统1590为自动化的）：
[0087] 1.燃料组件600被放置在罐1500中并且盖子1540被关闭，使得周围的燃料池水围 绕在罐1500内的燃料组件600。
[0088] 2.喷射气体通过通道1710从喷射气体供给装置1700提供，并且通过入口 1720进入 到罐中。
[0089] 3.喷射气体气泡1770穿过罐的水上浮，沿途吸收裂变气体。
[0090] 4.载有裂变气体的气泡1770通过放气管线1740排放到池(或废物处理装置）中或 通过检测器1580排放到周围环境(或废物处理装置）中。
[0091] 5.根据各种实施例，载有裂变气体的气泡1770通过检测器1580排放，同时检测器 1580用于检测载有裂变气体的气泡1770的放射性。气体喷射可持续预定的量或时间（例如 至少30、60、90、120、240、300、360、600、1200、2400和/或4800秒或更多），或可持续到检测器 1580检测到载有裂变气体的气泡1770的放射性已经降到低于预定的阈值(例如，低于每秒 10、25、50、100、500、1000、2，000和/或5，000个计数）。可替代地，气体喷射可持续到直到罐 中水的放射性/裂变气体浓度被降低到预定的阈值(例如，为相对于罐水中的裂变气体的初 始浓度的至少20、30、40、50、60、70、80、90、95和/或99%)。选择的阈值或时间可通过将提供 给用于除去裂变气体的期望的时间量与相应的泄漏检测的改进相平衡来选择。
[0092] 6.气泡1770被允许上浮到罐1500顶部的气泡/袋。所述气泡/袋由检测器1580采 样，并且检测的裂变气体/辐射被用作之后的啜吸过程的基线的周围放射水平。
[0093] 7.之后，通过使罐1500经受真空压力而开始啜吸过程，这使得裂变气体从燃料组 件600的泄露处(如果存在)泄漏到罐水中，浮动进入气泡，并且由检测器1580检测。检测的 辐射/裂变气体相对于上面步骤中检测到的基线的辐射的增加由燃料组件600的泄漏引起， 而不是由罐1500中的周围裂变气体引起。
[0094]根据各种实施例，在不脱离本发明的范围内这些步骤中的各种可被省略或重新排 序。
[0095]上面描述的实施例(例如系统10、1010)通过在啜吸过程中从罐中的水中除去裂变 气体而改进了泄漏检测，由此降低了水中的裂变气体污染被抽样气泡的程度。图4示出了根 据一替代实施例的真空罐啜吸系统2010。在该实施例中，泄漏检测的灵敏度通过避免出现 在罐水中的裂变气体在真空啜吸过程中改变气泡的基于浓度的放射性而得以提高。这是由 于在真空啜吸过程中从罐水释放到气泡中的裂变气体与也在罐水中的溶解气体(例如空 气)成比例释放，这是因为浓度被平衡。所述裂变气体和空气的匹配的平衡的释放降低或消 除了这种释放对检测器所检测的放射性影响的程度。
[0096]传统的啜吸过程包括在罐内在燃料组件的上方形成清洁的气泡。这种气泡由放射 性/裂变气体较可靠的低的工厂空气形成。该气泡在啜吸过程的开始由这种清洁空气形成。 之后罐经受真空压力，这引起裂变气体通过燃料组件的任何泄露处泄漏到罐水中。泄漏的 裂变气体上浮进入罐顶部的气泡。随着时间的过去，气泡的样品被裂变气体检测器检测到。 在过程的开始，穿过检测器的空气仅仅是来自气泡的清洁空气。随着裂变气体从燃料组件 的任何孔中泄漏出来，气泡中的裂变气体的浓度逐渐上升，该上升由检测器作为泄漏检测 出来。但是，随着所述过程继续进行，已经在罐水中的溶解的裂变气体从溶液中出来并且与 气泡空间内的空气混合以增加空气气泡的放射性/裂变气体浓度。因此，即使在没有泄漏组 件时，检测器所观测到的活动也有逐渐的增加，这是因为背景裂变气体被逐渐地从水容积 中提取出来。同时，如果有泄漏组件，则将会增加罐中的裂变气体的存量，该泄漏的确定要 求该存量的增加相对于由已经在罐水中的周围裂变气体引起的预期的放射性的逐渐增加 来说足够大以被注意到。啜吸过程的结果可与控制啜吸过程的结果相比较，在控制啜吸过 程中燃料组件根据各种实施例未被设置在罐中。但是，初始控制的这种使用可导致错误，这 基于例如（1)在啜吸过程中被布置在罐中的不同批次的燃料池水中的裂变气体浓度的变 化，和/或(2)由于在泄漏燃料组件的之前的测试中保留的罐中的残留裂变气体引起的在罐 水中的裂变气体的人为的局部增加。
[0097]系统2010被构造成降低在真空啜吸的过程中在罐内溶解的气体从溶液出来的行 为对气泡中和气体样品环路中的裂变气体的浓度的影响的程度。
[0098] 如图4所示，系统2010包括罐2500和盖子2540,其基本类似于系统1010的罐1500和 盖子1540或与系统1010的罐1500和盖子1540相同。
[0099] 如图4所示，系统2010包括受控制的运载气体再循环环路2020。出口端口2550在罐 2540的顶部或靠近罐2540的顶部连接，并且通向通道2560。运载气体供给装置2570通过阀 2580连接到通道2560。环路2020由通道2560依次前进穿过阀2590、栗2600、检测器2610 (与 检测器580相似或相同）、栗2620、阀2630和在罐2500的底部或靠近罐2500的底部连接到入 口 2650进入罐2500的通道2640。排放/排气通道2660在检测器2610和栗2620之间经由阀 2670连接到环路2020。压力传感器2690和压力传感器2700分别操作性地连接到通道2560和 通道2640。
[0100]运载气体供给装置2570可包括任何合适的空气或其它合适的气体的供给装置(例 如，压缩周围的工厂空气以在系统2010中使用的压缩机;压缩空气罐）。
[0101] 根据各种实施例，系统2010包括控制系统2800,其操作性地连接到各个阀1750、 2580、2590、2670和2630、传感器2690和2700、栗2600和2620以及检测器2610以控制系统 2010的运行。根据各种实施例，控制系统2800被构造成一旦燃料组件600被设置在罐2500 内，就自动地执行啜吸过程的一些或全部。
[0102] 根据各种实施例，系统2010进行如下操作(例如，通过控制系统2800):
[0103] 1.燃料组件600被放置在罐2500内并且盖子2540被关闭，从而周围的燃料池水包 围在罐2500内的燃料组件600。
[0104] 2.运载气体(例如空气）由运载气体供给装置2570(例如，经由打开的阀2580、通道 2560和出口 2550,或经由环路2020和通道2640)运送到罐2500的顶部。
[0105] 3.关闭阀2580(如果还没关闭）并且打开阀2590和2630(如果还没打开），使得环路 2020形成连续的再循环环路。阀2670可被打开或关闭（例如，阀2670可被打开以（1)保持检 测器2610的周围压力以避免对检测器2610的损坏，和/或(2)避免会影响检测器测量值的精 度/ 一致性的压力波动）。栗2600和栗2620中一个或更多被操作以围绕环路2020栗送运载气 体(如图4所示以顺时针方向），这使得运载气体连续的再循环穿过罐水。罐2500内的压力优 选地保持为或大约为燃料池的周围压力，使得在所述再循环步骤中裂变气体不从泄露的燃 料组件600中泄漏到罐水中。
[0106] 4.在再循环过程中，运载气体中的放射性/裂变气体被检测器2610连续地监控。随 着罐水中的周围裂变气体扩散进入到再循环运载气体中，再循环运载气体中的裂变气体浓 度上升并且由检测器2610检测出来。
[0107] 5.最后，在再循环运载气体中的裂变气体浓度达到或接近稳定状态的平衡，这被 检测器2610检测出来，因为检测到的浓度停止增加或者以缓慢的速度增加。
[0108] 6.-旦达到或接近平衡，则实际的啜吸过程测试通过施加真空压力到罐2500而进 行，同时通过检测器2610对布置在罐2500的顶部的气泡中的运载气体连续地取样并且打开 阀2670以利于运载气体经由通道2560从气泡流动到检测器2610。阀1750、2580和2630在该 步骤中可被关闭。在施加真空的情况下，如果燃料组件600有泄漏，则裂变气体将从燃料组 件600泄漏出来、浮到运载气体的气泡中，并且当达到或接近平衡时相对于气泡中运载气体 的基线放射性的放射性的增加被检测器2610检测出来。额外地和/或可替代地，阀2630可被 打开并且运载气体的再循环可在真空啜吸过程的过程中继续，这可通过促进泄漏到罐水中 的裂变气体被吸收进入上升的运载气体气泡中并且之后在检测器2610中被检测到而提高 泄漏检测。由于运载气体和罐水内溶解的气体混合物的放射性已经接近平衡，因此当溶解 的气体由于在实际的啜吸过程被执行的时间段内施加真空而从溶液中出来时，运载气体的 组分有很小的或者没有变化。因此，在施加真空的过程中观察到的运载气体组分的变化(例 如裂变气体的浓度的增加)更可靠地由燃料组件600的泄漏的存在引起，而不是由在罐水中 的周围溶解的裂变气体的存在引起。
[0109] 根据各种实施例，这些步骤中的各种在不脱离本发明的范围内可被省略、更改，或 再排序。
[0110] 如上面所讨论的，再循环步骤继续直到再循环运载气体中检测到的辐射达到或接 近平衡。术语"达到"和"接近"不要求绝对的平衡。而是，它们被用于确定接近于平衡。例如， 如在此使用的，当再循环运载气体中的检测到的放射性的增加速度降到低于预定的阈值时 (例如，在预定时间段(例如1、2、5、10、20、30、60、90、120、600和1200秒）的放射性/裂变气体 浓度的增加低于1、2、3、4、5、10、15、20、30和/或40%)，达到或接近平衡。
[0111] 根据各种实施例，系统10和1010的除去裂变气体的特征和系统2010的基于平衡的 泄漏检测灵敏度进行组合。例如，这种混合的方法可使用系统2010实现。在燃料组件600被 放置在罐2500中并且盖子2540被关闭之后，为了降低罐水中的周围裂变气体的绝对的量， 喷射气体被穿过阀2590、栗2600、检测器2610、栗2620、阀2630、通道2640和入口 2650从供给 空气2570进给以将喷射气体/空气引入到罐2500中。随着喷射气体气泡穿过罐水上升，其从 罐水中吸收裂变气体。载有裂变气体的空气之后通过出口 1740和阀1750从系统2010排放。 因此，裂变气体除去步骤以与系统1010的裂变气体除去步骤相似的方式运行。根据可替代 的实施例，膜过滤器，例如来自系统10的过滤器70,可被结合在系统2010中以减少在罐2500 的水中的绝对的裂变气体浓度。
[0112] 在罐水中的绝对裂变气体浓度经由气体喷射和排放和/或过滤被降低以后，如上 面所讨论的，系统2010进行其平衡和啜吸步骤。但是，在平衡处，罐水中的降低的绝对裂变 气体的浓度降低了气泡中的裂变气体浓度，这可提高系统的泄漏检测灵敏度，因为相对于 在被抽样的气泡中的背景放射性/裂变气体浓度，基于泄漏的放射性/裂变气体浓度的增加 较大。
[0113] 上述的示出的实施例被提供以说明本发明的实施例的结构和功能的原理，并且意 图不在于为限定性的。相反地，本发明的原理意在包含在下面的权利要求的精神和范围内 的任何和所有的变化、改变和/或替代。
【主权项】
1. 一种用于检测燃料池中的核燃料组件的故障的方法，该方法包括： 将核燃料组件放置到罐真空啜吸装置的罐中，其中罐真空啜吸装置布置在燃料池中； 从燃料池水中除去裂变气体以产生脱气的水;并且 在将核燃料组件放置到罐中之后，使用罐啜吸装置执行真空啜吸过程，以在脱气的水 被布置在罐中时通过检测从燃料组件泄漏的裂变气体来检测燃料组件的故障。2. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 在将核燃料组件放置到罐中之后并且在所述执行真空啜吸过程之前，通过罐冲洗脱气 的水，由此使用脱气的水来替换布置在罐中的燃料池水的至少一部分，其中所述冲洗降低 了布置在罐中的水中的裂变气体的浓度。3. 根据权利要求2所述的方法，其中在冲洗的过程中，被冲洗到罐中的脱气的水的体积 为罐的体积的至少两倍。4. 根据要求1所述的方法，其中从燃料池水中除去裂变气体以产生脱气水包括通过气 体传递膜装置过滤燃料池水，所述气体传递膜装置从燃料池水中提取出裂变气体。5. 根据权利要求4所述的方法，其中从燃料池水中除去裂变气体以产生脱气水包括施 加真空压力到与气体传递膜装置一起使用的汽提气，使得气体传递膜装置从燃料池水中过 滤出裂变气体和溶解的空气。6. 根据权利要求1所述的方法，其中： 从燃料池水中除去裂变气体以产生脱气水包括： 将喷射气体引入到罐中，使得布置在罐中的燃料池水中溶解的裂变气体扩散进入到被 引入的喷射气体中，并且 从罐中除去被引入的喷射气体的至少一部分;并且 从燃料池水中除去裂变气体发生在将核燃料组件放置到罐中之后并且在执行真空啜 吸过程之前。7. 根据权利要求6所述的方法，还包括： 在将喷射气体引入到罐中的过程中保持罐内的压力处于该处的周围燃料池压力条件 下。8. 根据权利要求6所述的方法，其中被引入到罐中的喷射气体的一部分被从罐中收集 并且其放射性被测量以限定出背景水平，用于与在真空啜吸过程中测量的放射性相比较。9. 根据权利要求6所述的方法，其中在引入的过程中使用的喷射气体的供给源与引入 之前的布置在罐内的燃料池水中溶解的气体混合物相比，具有较低的裂变气体量。10. -种罐啜吸系统，包括： 罐真空啜吸装置，所述罐真空啜吸装置包括罐，罐真空啜吸装置构造成检测布置在罐 中的核燃料组件中的故障，该检测通过检测在罐真空啜吸装置的真空啜吸过程中从燃料组 件泄漏的裂变气体来进行；以及 水处理装置，所述水处理装置连接到罐并且构造成从燃料池水中除去裂变气体以产生 脱气的水， 其中水处理装置构造成在执行真空啜吸过程之前在罐内提供脱气的水。11. 根据权利要求10所述的罐啜吸系统，其中所述水处理装置包括： 气体传递膜装置，所述气体传递膜装置构造成从已被从燃料池中提取的燃料池水中提 取裂变气体以形成脱气的水;以及 罐冲洗机构，所述罐冲洗机构构造成在核燃料组件被放置到罐中之后，将脱气的水冲 洗通过罐，从而使用脱气的水来替换布置在罐中的燃料池水的至少一部分。12. 根据权利要求11所述的罐啜吸系统，其中所述罐冲洗机构构造成被冲洗到罐中的 脱气的水的体积为罐的体积的至少两倍。13. 根据权利要求10所述的罐啜吸系统，其中所述水处理装置包括： 喷射气体供应源和入口，所述入口连接到所述罐，所述水处理装置构造成通过入口将 喷射气体引入到罐中，使得布置在罐中的燃料池水中的溶解裂变气体扩散到引入的喷射气 体中，以及 喷射气体出口，所述喷射气体出口连接到罐，所述出口构造成允许引入的喷射气体离 开所述罐， 其中所述水处理装置构造成在将核燃料组件放置到罐中之后并且在执行真空啜吸过 程之前从燃料池水中除去裂变气体。14. 根据权利要求13所述的罐啜吸系统，其中所述系统构造成在引入喷射气体到罐中 的过程中保持罐内的压力处于该处的周围燃料池压力下。15. 根据权利要求13所述的罐啜吸系统，其中罐真空啜吸系统构造成收集被引入到罐 中的喷射气体的一部分，并且测量所收集的喷射气体的放射性以限定出背景水平，用于与 在真空啜吸过程中测量的放射性相比较。16. 根据权利要求13所述的罐啜吸系统，其中喷射气体的供给源与水处理装置操作之 前布置在罐内的燃料池水中的溶解的气体混合物相比，具有较低的裂变气体量。17. -种检测燃料池中的核燃料组件的故障的方法，该方法包括： 将核燃料组件放置到罐真空啜吸装置的罐中，其中所述罐真空啜吸装置布置在燃料池 中； 将运载气体再循环通过布置在罐中的燃料池水，从而导致在罐中的燃料池水中的裂变 气体扩散到被再循环的运载气体中；以及 使用罐啜吸装置执行真空啜吸过程，通过检测从燃料组件泄漏的裂变气体来检测燃料 组件的故障。18. 根据权利要求17所述的方法，还包括： 在执行真空啜吸过程之前，使用罐真空啜吸装置的辐射检测器对运载气体中的辐射水 平进行检测，以限定基线辐射水平； 其中使用罐啜吸装置以检测燃料组件的故障包括将基线辐射水平与在真空啜吸过程 中检测的辐射水平相比较。19. 根据权利要求17的方法，其中： 再循环持续直到再循环运载气体中的辐射水平的增加速度降到低于预定的阈值，并且 在再循环气体中的辐射水平的增加速度降到低于预定的阈值之后，执行真空啜吸过 程。20. -种罐啜吸系统，包括： 罐真空啜吸装置，所述罐真空啜吸装置包括罐以及辐射检测器，罐真空啜吸装置被构 造成检测布置在罐中的核燃料组件中的故障，该检测通过检测在罐真空啜吸装置的真空啜 吸过程中从燃料组件泄漏的裂变气体来进行； 气体再循环装置，所述气体再循环装置构造成将运载气体再循环穿过环路，所述环路 包括罐真空啜吸装置的检测器和罐、栗，其中栗构造为将气体再循环通过所述环路；以及 运载气体供给装置，所述运载气体供给装置连接到环路并且构造成供给运载气体到环 路。
【文档编号】G21C17/07GK105981109SQ201580004792
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年1月16日
【发明人】大卫·阿盖勒斯, 罗伯特·D·瓦仁
【申请人】多明尼奥工程公司