一种用于陆上小型反应堆的换料方法及换料装置与流程

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种用于陆上小型反应堆的换料方法及换料装置。

背景技术：

现有技术中，核反应堆取出燃料组件进行更换主要通过如下方式，首先，将起重机的提升工具下降到燃料组件的顶部，在提升工具上设置有多个向下延伸的组件，通过包围和垂直地交迭控制方式延伸到燃料组件的顶部。紧接着，向下延伸元件锁定在燃料组件顶部对应的匹配构件上，提升工具与燃料组件相连。最后，起重机将燃料组件移动到乏燃料水池内，并将向下延伸组件由燃料组件的顶部分离，提升工具与燃料组件解除连接。

现有的核反应堆燃料组件的换料方法主要存在如下技术问题：

1、乏燃料水池的充排水量较大，换料过程中需求的流通换料水体积较大，容易造成浪费。

2、换料操作繁琐，换料路径长。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于陆上小型反应堆的换料方法及换料装置，能够在水中完成新、乏燃料组件的更换；简化换料操作，换料路径短，换料过程中流通的换料水体积小。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种用于陆上小型反应堆的换料装置，用以在水中更换新、乏燃料组件，其特征在于，包括：安全壳包括安全壳本体和设置在安全壳本体具有的第一开口端上的安全壳顶盖；设置在安全壳中的反应容器，反应容器包括反应容器本体和设置在反应容器本体具有的第二开口端上的反应容器顶盖；可拆卸地套接在安全壳外部的第一水套；以及可拆卸地套接在第一开口端和第二开口端之间能够将安全壳本体和反应容器本体之间的腔室密封的第二水套，其中：套接第一水套在安全壳的外部，拆除安全壳顶盖和反应容器顶盖，第二水套保持腔室密封，反应容器本体和第一水套之间能够液体连通。

其中，第一水套上设有用以控制第一水套内水位高低的闸门，闸门与外部水道相连通。

其中，第二水套包括：用以密封连接在第一开口端上的外连接部以及用以密封连接在第二开口端上的内连接部。

其中，外连接部和/或内连接部呈圆形。

其中，第一开口端的水平位置高于第二开口端的水平位置。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种用于陆上小型反应堆的换料方法，用以在水中更换新、乏燃料组件，其特征在于，包括以下步骤：套接第一水套在所述安全壳的外部，第一水套进水，将其中的安全壳完全淹没；将第一水套中的水位降低至安全壳本体具有的第一开口端以下，拆除安全壳顶盖；在第一开口端和反应容器本体具有的第二开口端上安装第二水套，第二水套将安全壳本体和反应容器本体之间的腔室密封；拆除反应容器顶盖，第一水套水位升高，直至第一水套与反应容器本体之间的水位高度一致；更换反应容器本体中的燃料组件。

其中，还包括开启或关闭第一水套上的闸门，控制第一水套中水位升降的步骤。

其中，更换反应容器本体中的燃料组件的步骤包括：在水下装卸和运输新、乏燃料组件的步骤。

其中，还包括：设置第一开口端的水平位置高于第二开口端的水平位置的步骤。

其中，更换反应容器本体中燃料组件的步骤之后还包括以下步骤：控制抽出反应容器本体中的水，并将第一水套中的水位降低至第一开口端以下，并安装反应容器顶盖；拆除第二水套并安装安全壳顶盖。

本发明所提供的用于陆上小型反应堆的换料方法及换料装置，具有如下有益效果：

第一、由于在安全壳的外部套接可拆卸地第一水套，在第一开口端和第二开口端之间设置可拆卸的能够将安全壳本体和反应容器本体之间的腔室密封的第二水套。在新、乏燃料组件更换的过程中，第一水套形成相对独立的换料空间，第二水套能够将安全壳本体和反应容器本体之间的腔室密封，使新、乏燃料组件的装卸、运输均可在水下完成，满足换料的各项要求。

第二，第一水套上的闸门能够控制第一水套内的水位高低，实现各换料阶段的水位控制，换料过程中流通的换料水体积小。

第三、与闸门连接的外部水道可作为反应堆的设备转运和燃料转运的通道，能够进一步简化换料操作，换料路径短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第一状态示意图。

图2是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第二状态示意图。

图3是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第三状态示意图。

图4是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第四状态示意图。

图5是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第五状态示意图。

图6是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第六状态示意图。

图7是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第七状态示意图。

图8是本发明实施例对陆上小型反应堆进行水下换料的第八状态示意图。

具体实施方式

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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合参见图1-图8，为本发明用于陆上小型反应堆的换料装置的实施例一。

本实施例中的用于陆上小型反应堆的换料装置，用以在水中更换新、乏燃料组件，包括：

第一水套1，其在本实施例中为一具有一定深度且具有一定隔离功能的容置腔体，在具体实施时可以根据需要设置第一水套1的形状，例如：立方状、圆柱状等。也可以根据实际使用需要设置一个或多个。可以理解的是，第一水套1可以在陆上小型反应堆需要换料之前临时搭设，通过设置第一水套1，可以加速换料进程，例如：在安全壳2外部套接具有隔离及防水功能的套接件即可。此外，在换料结束后，还可以对第一水套1进行拆卸，以减小反应堆的体积。

本实施例中，第一水套1套接在安全壳2的外部。

安全壳2，安全壳2包括安全壳本体21和设置在安全壳本体21具有的第一开口端21a上的安全壳顶盖22，两者采用可拆卸式密封连接。安全壳本体21是一端设有第一开口端21a，另一端设为封闭的中空腔室结构，在具体实施时可以根据实际需要设置安全壳本体21的形状和数量。本实施例中，第一开口端21a上设有连接用法兰结构，安全壳顶盖22与该法兰结构能够适配连接，通过该法兰结构可使安全壳顶盖22紧固密封连接在第一开口端21a上从而将安全壳本体21整体密封。

设置在安全壳2中的反应容器3，反应容器3包括反应容器本体31和设置在反应容器本体31具有的第二开口端31a上的反应容器顶盖32，两者采用可拆卸式密封连接。.反应容器本体31是一端设有第二开口端31a，另一端设为封闭的中空腔室结构，其体积小于安全壳本体21的体积，能够完全固定在安全壳2的内部，在反应容器本体31中置放有燃料组件9，本实施例中为堆芯。在具体实施时，可以根据实际需要设置反应容器本体31的形状和数量。本实施例中，第二开口端31a上设有连接用法兰结构，反应容器顶盖32.与该法兰结构能够适配连接，通过该法兰结构可使反应容器顶盖32.紧固密封连接在第二开口端31a上从而将反应容器本体31整体密封。

优选的，第一开口端21a的水平位置高于第二开口端31a的水平位置。其作用是：反应容器3完全固定在安全壳2中时，通过设置不同高度的开口端位置，配合第一水套1进水时的水位控制，更易实现第一水套与反应容器本体31之间的水位高度一致，也利于更换燃料组件后的抽水作业。

第二水套4，可拆卸地套接在第一开口端21a和第二开口端31a之间能够将安全壳本体21和反应容器本体31之间的腔室A密封。本实施例中，第二水套4呈圆环状，进一步包括：用以密封连接在第一开口端21a上的外连接部41以及用以密封连接在第二开口端31a上的内连接部42。本实施例中，外连接部41的形状/大小与第一开口端21a的形状/大小大致相同，为圆形；内连接部42的形状/大小与第二开口端31a的形状/大小大致相同，同样为圆形。

安装第二水套4的作用是：在新、乏燃料组件进行更换的过程中，将安全壳本体21和反应容器本体31之间的腔室A密封，使腔室A不被水淹，以满足安全壳水下换料的要求。

可以理解的是，第二水套4在具体实施时，也可以是其它能够将安全壳本体21和反应容器本体31之间的腔室A进行密封的形状，只要根据第一开口端21a和/或第二开口端31a的形状和尺寸调整第二水套4的外轮廓/中心部分轮廓的形状/大小即可。

优选的，第一水套1中进水的水位控制由设置在第一水套1上闸门11实现，具体实施时，闸门11与外部水道连接，例如：大水池、水下通道等。闸门11的作用是控制第一水套1中水位的升降，满足在较小体积的第一水套1内实现水下换料。

本实施例中的用于陆上小型反应堆的换料装置在具体实施时，首先，如图1所示，控制闸门11开启，通过闸门11向第一水套1内放水，第一水套1内的水位不断升高并将其中的安全壳2完全淹没，图示中，闸门11处于开启状态采用了虚线画法，代表该状态下闸门11开启。之后关闭闸门，如图2所示；紧接着，通过抽水的方式，将第一水套1中的水位降低至安全壳本体21具有的第一开口端21a以下，拆除安全壳顶盖22，如图3-图4所示，图示中，虚线部分表示该结构件已拆除，例如，安全壳顶盖22已拆除。

然后，使用第二水套4套接在第一开口端21a和第二开口端31a之间将安全壳本体21和反应容器本体31之间的腔室A密封，之后，拆除反应容器顶盖32，如图5-图6所示，图示中，虚线部分表示该结构件已拆除，例如，反应容器顶盖32已拆除。

再次开启闸门11，通过闸门11向第一水套1内放水，由于反应容器本体31和第一水套1之间在装配第二水套4和拆除反应容器顶盖32后液体连通，第一水套1内的水位再次升高，直至第一水套1与反应容器本体31之间的水位高度一致，如图7所示。随后，开启闸门11，由于与闸门相连通的水下通道为反应堆设备转运和燃料运输的共用通道，换料机组可通过闸门11进入第一水套1的水下，更换反应容器本体31中的燃料组件9，如图8所示。最后，待新、乏燃料组件更换完毕后，换料机组由闸门11退出第一水套1，再按上述相逆的步骤实施第一水套抽水、安装反应容器顶盖32、拆卸第二水套4、安装安全壳顶盖22的步骤完成更换燃料作业。

本发明还公开了一种用于陆上小型反应堆的换料方法，用以在水中更换新、乏燃料组件，包括以下步骤：

S10，第一水套1进水，将其中的安全壳完全淹没，如图1所示。图示中，闸门11处于开启状态采用了虚线画法，代表该状态下闸门11开启。

具体实施时，第一水套1中进水的水位控制可以由设置在第一水套1上闸门11实现，具体实施时，闸门11与外部水道连接，例如：大水池、水下通道等。闸门11的作用是控制第一水套1中水位的升降，满足在较小体积的第一水套1内实现水下换料。

优选的，在换料的过程中还包括开启或关闭第一水套1上的闸门11，控制第一水套1中水位升降的步骤。

S20，之后关闭闸门，如图2所示。

S30，将第一水套1中的水位降低至安全壳本体具有的第一开口端以下，拆除安全壳顶盖22，如图3-图4所示，具体实施时，可以通过抽水的方式降低水位，将第一水套1中的水位降低至安全壳本体21具有的第一开口端21a以下，拆除安全壳顶盖22，图示中，虚线部分表示该结构件已拆除，例如，安全壳顶盖22已拆除。

S40，在第一开口端和反应容器本体具有的第二开口端上安装第二水套4，第二水套4将安全壳本体和反应容器本体之间的腔室密封，如图5所示；具体实施时，使用第二水套4套接在第一开口端21a和第二开口端31a之间将安全壳本体21和反应容器本体31之间的腔室A密封。

安装第二水套4的作用是：在新、乏燃料组件进行更换的过程中，将安全壳本体21和反应容器本体31之间的腔室A密封，使腔室A不被水淹，以满足安全壳水下换料的要求。

优选的，该步骤之前包括设置第一开口端21a的水平位置高于第二开口端31a的水平位置的步骤。其作用是：反应容器3完全固定在安全壳2中时，通过设置不同高度的开口端位置，配合第一水套1进水时的水位控制，更易实现第一水套1与反应容器本体31之间的水位高度一致，也利于更换燃料组件后的抽水作业。

S50，拆除反应容器顶盖，如图6所示，图示中，虚线部分表示该结构件已拆除，例如，反应容器顶盖32已拆除。第一水套1水位升高，直至第一水套1与反应容器本体之间的水位高度一致，如图7所示；更换反应容器本体中的燃料组件，如图8所示。具体实施时，再次开启闸门11，通过闸门11向第一水套1内放水，由于反应容器本体31和第一水套1之间在装配第二水套4和拆除反应容器顶盖32后液体连通，第一水套1内的水位再次升高，直至第一水套1与反应容器本体31之间的水位高度一致，随后，开启闸门11，由于与闸门相连通的水下通道为反应堆设备转运和燃料运输的共用通道，换料机组可通过闸门11进入第一水套1的水下，更换反应容器本体31中的燃料组件9。优选的，此过程中包括在水下装卸和运输新、乏燃料组件的步骤。

S60，最后，待新、乏燃料组件更换完毕后，换料机组由闸门11退出第一水套1，再按上述相逆的步骤实施控制抽出反应容器本体31中的水，并将第一水套1中的水位降低至第一开口端21a以下，并安装反应容器顶盖32；拆除第二水套4并安装安全壳顶盖22的步骤完成更换燃料作业。

实施本发明的用于陆上小型反应堆的换料方法及换料装置，具有如下有益效果：

第一、由于在安全壳的外部套接可拆卸地第一水套，在第一开口端和第二开口端之间设置可拆卸的能够将安全壳本体和反应容器本体之间的腔室密封的第二水套，在新、乏燃料组件更换的过程中，第一水套形成相对独立的换料空间，第二水套能够将安全壳本体和反应容器本体之间的腔室密封，使新、乏燃料组件的装卸、运输均可在水下完成，满足换料的各项要求。

第二，第一水套上的闸门能够控制第一水套内的水位高低，实现各换料阶段的水位控制，换料过程中流通的换料水体积小。

第三、与闸门连接的外部水道可作为反应堆的设备转运和燃料转运的通道，能够进一步简化换料操作，换料路径短。