阅读说明：本技术 一种高温气冷堆分阶段装料的系统及方法 (Staged charging system and method for high-temperature gas cooled reactor ) 是由 孙文钊 武方杰 韩传高 张瑞祥 余俨 姚尧 左创举 李康 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温气冷堆分阶段装料的系统及方法,石墨球暂存箱的出口与堆芯顶部石墨球装料管阀门的一端及堆芯中部石墨球装料管阀门的一端相连接,堆芯顶部石墨球装料管阀门的另一端与高温堆堆芯腔室的顶部进口相连通,堆芯中部石墨球装料管阀门的另一端与高温堆堆芯腔室的侧面进口相连通,高温堆堆芯腔室的内壁上设置有石墨球位探测器,石墨球位探测器的输出端与控制系统的输入端相连接,控制系统的输出端与堆芯顶部石墨球装料管阀门的控制端及堆芯中部石墨球装料管阀门的控制端相连接,该系统及方法能够降低石墨球掉落产生的冲击。(The invention discloses a staged charging system and method for a high-temperature gas cooled reactor, wherein an outlet of a graphite sphere temporary storage tank is connected with one end of a graphite sphere charging pipe valve at the top of a reactor core and one end of a graphite sphere charging pipe valve at the middle of the reactor core, the other end of the graphite sphere charging pipe valve at the top of the reactor core is communicated with a top inlet of a cavity of the reactor core of the high-temperature reactor, the other end of the graphite sphere charging pipe valve at the middle of the reactor core is communicated with a side inlet of the cavity of the reactor core of the high-temperature reactor, a graphite sphere position detector is arranged on the inner wall of the cavity of the reactor core of the high-temperature reactor, the output end of the graphite sphere position detector is connected with the input end of a control system, and the output end of the control system is connected with the control end of the graphite sphere charging pipe valve at the top of the reactor core and the control end of the graphite sphere charging pipe valve at the middle of the reactor core.)

一种高温气冷堆分阶段装料的系统及方法

技术领域

本发明属于高温气冷堆装换料技术领域，涉及一种高温气冷堆分阶段装料的系统及方法。

背景技术

高温气冷堆新燃料供应系统承担新燃料元件在核电厂内的贮存以及通过燃料装卸系统向堆芯供应，同时执行新燃料元件管理职能。新燃料给料子系统是新燃料供应系统的子系统，执行装料职能，由装料设备和球流管道构成。主要设备为新燃料取料罐架、罐盖单轨吊、装料平台、通风装料箱、球路快速隔离装置、计数器，以及与系统设备、计数器配套的动力、仪控柜。新燃料给料子系统主体位于新燃料装料间，部分球流管路位于装卸料缓冲管道间。

新燃料装料时，首先打开通风装料箱门，切换新燃料装料间舱室通风至装料状态，切换氦质谱检漏仪至装料操作状态。在通风装料箱内平台上进行外观完整性检查、开袋、二次检查、人工计数后，依照总控指令装入指定量元件进入指定的装料管路，核对该管路上下游计数器计数结果一致。

现有大型商用高温堆装料方案存在下列问题：

大型商用高温气冷堆和试验高温气冷堆不同，由于大型高温气冷堆功率远大于试验高温堆，大型高温堆的堆芯高度远大于试验高温堆，所以初装燃料从堆芯顶部掉落到堆芯底部时速度更快，对燃料球和掉落接触面(底部石墨反射层)产生的冲击更大。所以在大型高温气冷堆中，燃料碎球(石墨球)的频率远大于试验高温堆中的燃料碎球频率，现有初装料方案有如下缺陷：

1.堆内构件会收到较大冲击：初装料时，燃料球从高处落下，会对堆芯底部石墨反射层造成较大冲击；燃料球碎球后，飞溅的动能较大的破片会冲击侧石墨反射层和底部石墨反射层，可能造成部分石墨砖的缺陷，变形甚至脱落。

2.碎球导致的放射性外泄：当燃料球碎球时，本身在石墨球内部包覆的，弥散在石墨机体内部的燃料颗粒会暴露，放射性会随着氦气和粉尘流入一回路冷却剂，导致冷却剂的放射性含量增大，放射性存在泄露的风险。

3.石墨粉尘含量增加：石墨粉尘是高温气冷堆中独有的问题，石墨球与石墨球的摩擦，石墨球与碳堆内构件的摩擦均会产生石墨粉尘。碎球会产生更多的石墨粉尘，石墨粉尘会的沉积会降低堆内构件的强度，增加石墨粉尘过滤系统的压力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆分阶段装料的系统及方法，该系统及方法能够降低石墨球掉落产生的冲击。

为达到上述目的，本发明所述的高温气冷堆分阶段装料的系统包括石墨球暂存箱、堆芯顶部石墨球装料管阀门、堆芯中部石墨球装料管阀门、高温堆堆芯腔室、石墨球位探测器及控制系统；

石墨球暂存箱的出口与堆芯顶部石墨球装料管阀门的一端及堆芯中部石墨球装料管阀门的一端相连接，堆芯顶部石墨球装料管阀门的另一端与高温堆堆芯腔室的顶部进口相连通，堆芯中部石墨球装料管阀门的另一端与高温堆堆芯腔室的侧面进口相连通，高温堆堆芯腔室的内壁上设置有石墨球位探测器，石墨球位探测器的输出端与控制系统的输入端相连接，控制系统的输出端与堆芯顶部石墨球装料管阀门的控制端及堆芯中部石墨球装料管阀门的控制端相连接。

堆芯顶部石墨球装料管阀门经堆芯顶部石墨球装料管与高温堆堆芯腔室的顶部进口相连通。

堆芯中部石墨球装料管阀门经堆芯中部石墨球装料管与高温堆堆芯腔室的侧面进口相连通。

石墨球位探测器的输出端经石墨球位探测器信号传输线路与控制系统的输入端相连接。

高温堆堆芯腔室的底部出口经石墨球卸料管阀门与石墨球卸料管相连通。

高温堆堆芯腔室的底部出口连通有石墨球卸料管。

石墨球位探测器与高温堆堆芯腔室底部之间的距离为高温堆堆芯腔室高度的五分之二。

一种高温气冷堆分阶段装料的方法包括以下步骤：

将石墨球装入石墨球暂存箱中，当需要装料时，打开堆芯中部石墨球装料管阀门，使得石墨球暂存箱中的石墨球经堆芯中部石墨球装料管阀门进入到高温堆堆芯腔室内，通过石墨球位探测器实时探测石墨球在高温堆堆芯腔室内的高度，当高温堆堆芯腔室内填充的石墨球高度达到预设高度时，则关闭堆芯中部石墨球装料管阀门，打开堆芯顶部石墨球装料管阀门，使得石墨球暂存箱中的石墨球经堆芯顶部石墨球装料管阀门进入到高温堆堆芯腔室内。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高温气冷堆分阶段装料的系统及方法在具体操作时，先通过高温堆堆芯腔室侧面的进口送入石墨球，等待高温堆堆芯腔室内石墨球的高度达到预设高度后，再从高温堆堆芯腔室顶部的进口送入石墨球，石墨球对高温堆堆芯腔室内的冲击较小，避免在初装燃料时出现堆内构件冲击问题及碎球问题，结构简单，操作方便，实用性极强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为石墨球暂存箱、2为堆芯顶部石墨球装料管阀门、3为堆芯中部石墨球装料管阀门、4为高温堆堆芯腔室、5为石墨球位探测器信号传输线路、6为石墨球卸料管阀门、7为石墨球位探测器、8为控制系统、9为堆芯顶部石墨球装料管、10为堆芯中部石墨球装料管、11为石墨球卸料管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的高温气冷堆分阶段装料的系统包括石墨球暂存箱1、堆芯顶部石墨球装料管阀门2、堆芯中部石墨球装料管阀门3、高温堆堆芯腔室4、石墨球位探测器信号传输线路5、石墨球卸料管阀门6、石墨球位探测器7、控制系统8、堆芯顶部石墨球装料管9、堆芯中部石墨球装料管10及石墨球卸料管11；

石墨球暂存箱1的出口与堆芯顶部石墨球装料管阀门2的一端及堆芯中部石墨球装料管阀门3的一端相连接，堆芯顶部石墨球装料管阀门2的另一端经堆芯顶部石墨球装料管9与高温堆堆芯腔室4的顶部进口相连通，堆芯中部石墨球装料管阀门3的另一端经堆芯中部石墨球装料管10与高温堆堆芯腔室4的侧面进口相连通，高温堆堆芯腔室4的内壁上设置有石墨球位探测器7，其中，石墨球位探测器7的输出端经石墨球位探测器信号传输线路5与控制系统8的输入端相连接，控制系统8的输出端与堆芯顶部石墨球装料管阀门2的控制端及堆芯中部石墨球装料管阀门3的控制端相连接，高温堆堆芯腔室4的底部出口经石墨球卸料管阀门6与石墨球卸料管11相连通。

石墨球位探测器7与高温堆堆芯腔室4底部之间的距离为高温堆堆芯腔室4高度的五分之二。

本发明所述的高温气冷堆分阶段装料的方法包括以下步骤：

将新的石墨球装入石墨球暂存箱1中，当堆芯内参数正常后，打开堆芯中部石墨球装料管阀门3，使得石墨球暂存箱1中的石墨球经堆芯中部石墨球装料管阀门3及堆芯中部石墨球装料管10进入到高温堆堆芯腔室4内，通过石墨球位探测器7实时探测石墨球在高温堆堆芯腔室4内的高度，当高温堆堆芯腔室4内填充的石墨球高度达到预设高度时，则关闭堆芯中部石墨球装料管阀门3，打开堆芯顶部石墨球装料管阀门2，使得石墨球暂存箱1中的石墨球经堆芯顶部石墨球装料管阀门2及堆芯顶部石墨球装料管9进入到高温堆堆芯腔室4内。

需要说明的是，本发明先通过高温堆堆芯腔室4侧面的进口送入石墨球，等待高温堆堆芯腔室4内石墨球的高度达到预设高度后，再从高温堆堆芯腔室4顶部的进口送入石墨球，石墨球对高温堆堆芯腔室4内的冲击较小，避免在初装燃料时出现堆内构件冲击问题及碎球问题。

本发明具有以下特点：

1)初装料时堆内构件受到冲击较小：使用堆芯中部石墨球装料管阀门3进行前期装料，由于堆芯中部距离堆芯底部的距离较近，石墨球落到堆芯底部的速度较小，初装料时对堆内构件受到冲击也较小。

2)减少因碎球导致的放射性外泄：使用堆芯顶部石墨球装料管9及堆芯中部石墨球装料管10切换装料，可有效减少因碎球导致包覆，弥散在石墨球内部的燃料颗粒暴露，减少因碎球导致的放射性外泄。

3)减少一回路中的石墨粉尘含量：使用堆芯顶部石墨球装料管9及堆芯中部石墨球装料管10切换装料，由于石墨球碎球数量减少，石墨球碎球产生的石墨粉尘数量也会减少。