燃料球輸運裝置設計文件借鑒類別

1、燃料輸運裝置方案設計說明書1. 適用范圍本文適用于tmsr-sf0燃料裝卸系統(tǒng)綜合試驗平臺的燃料輸運裝置設計。2. 設計依據(jù)2.1術語與定義1) 燃料元件輸運：是指燃料元件向裝料機構(gòu)以及燃料元件從卸料機構(gòu)向乏燃料容器傳送的過程，應包括對燃料元件的計數(shù)、碎球分離、分配等操作。2) 預處理裝置：對新燃料元件作除水、除氧處理的裝置。3) 過球計數(shù)器：測量燃料元件通過數(shù)量和流向的裝置。4) 碎球分離器：分離不適于繼續(xù)在堆中運行的破損和有缺陷的燃料元件的裝置。5) 分配器：對不同條件燃料元件的輸運流向進行分配的裝置。6) 分流器：對燃料元件的流向控制和分配的裝置。2.2 設計要求2.2.1 總體功能要求

2、1) 燃料元件輸運管道主要重力作用下實現(xiàn)燃料輸運，必要處輔以氣力傳輸；2) 與裝卸料機構(gòu)和卸料機構(gòu)處實現(xiàn)氣氛的隔離與切換；3) 燃料元件進行除水除氧處理，滿足進堆要求；4) 碎球分離器可自動識別并分選出破損及尺寸不合格的燃料元件；5) 過球計數(shù)器對燃料元件的速度和數(shù)量監(jiān)測和記錄；6) 燃料元件分流器可以根據(jù)需要將不同類型的燃料元件（不同燃耗的燃料球）分別輸運到不同流向；7) 分配器可根據(jù)指令將不同類型的燃料元件（模擬釷球、模擬鈾球）輸運到不同貯存容器；8) 測設和驗證釷基熔鹽堆球形燃料元件整體輸運過程關鍵技術和關鍵設備的工藝過程的可靠性與正確性。2.2.2 設計輸入燃料輸運裝置相關設計輸入如表

3、1所示。表1 燃料輸運裝置設計輸入?yún)?shù)序號名稱參數(shù)描述1燃料球直徑60mm3燃料球平均密度1.8 g/cm34卸料形式停堆卸料有鹽5卸料球溫度500c6裝料速度6球/分7卸料速度6球/分8裝、卸料機構(gòu)接口高度差 1 m2.2.3 基本要求1) 具備實驗測試與運行設備。a) 具備燃料輸運裝置輸運管道與閥門件。輸運管道規(guī)格為dn65，奧氏體不銹鋼材質(zhì)，輸運管道均需采用可拆卸的法蘭連接，可以采用螺栓預緊，為防止燃料元件輸運過程中卡頓與碰撞，管道彎頭采用大曲率半徑。管道閥門能滿足輸運系統(tǒng)的運行環(huán)境。b) 具備燃料輸運裝置中碎球分離器，分流器，過球計數(shù)器，氣動分配器等關鍵輸運設備。2) 具備支撐、容納上

4、述設備的鋼結(jié)構(gòu)平臺，鋼結(jié)構(gòu)臺架滿足國家標準（包括抗震要求）、空間要求、載荷要求等。3) 具備安裝起吊設備和拆卸維護所需的設備。4) 具備貨物、工裝暫存與通道。根據(jù)實驗的進展、實驗內(nèi)容的不同，需要有待裝的、拆卸后暫存的設備；需要有暫存空間。5) 具備參觀通道。參觀通道應盡量在實驗對象設備的一側(cè)。參觀通道寬度不小于1.5米。參觀通道地面必須設置有路線標志。參觀通道與實驗區(qū)應有明顯的標志。6) 具備安全防護與監(jiān)控報警裝置。7) 具備照明。在鋼結(jié)構(gòu)每一層平臺下面，均應設置有照明設備。照明設備的布置應按無影要求（或相近）設置。2.2.4 氣路要求1) 提供系統(tǒng)氣體供應設備和真空保持設備，真空泵組保持管道

5、內(nèi)真空，供氣與尾氣系統(tǒng)保持氣體成分與壓力。2) 提供純度為99.99%氬氣，水氧含量30ppm。3) 系統(tǒng)排出廢氣至廢氣接口處理。4) 提供氣動閥門開關壓縮空氣氣源。2.2.5 控制要求1) 提供滿足燃料輸運裝置調(diào)試和運行輸運控制設備，電氣、測量、本地控制與人機交互設備。2) 控制輸運線上各類閥門的開關次序與連鎖。3) 控制機械設備動作,完成碎球分選，燃料分配功能。4) 使用壓力傳感器，監(jiān)測輸運線各處氣體壓力。5) 使用溫度傳感器，監(jiān)測輸運管路中的溫度。6) 經(jīng)分析和判斷, 發(fā)出相應信號, 控制各個設備動作。7) 發(fā)生誤操作和出現(xiàn)的故障應進行故障診斷及發(fā)出預報警信號。3. 實施內(nèi)容3.2 實施

6、方案燃料輸運裝置可分解為燃料管路輸運子系統(tǒng)、供氣輔助子系統(tǒng)與控制子系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。燃料管路輸運系統(tǒng)包括燃料輸運的密封管路及支撐件，燃料元件分流器、分配器，過球計數(shù)器與碎球分離器等關鍵設備以及管路連接件。供氣輔助系統(tǒng)保持管路內(nèi)氣體環(huán)境并與系統(tǒng)外接口的氣氛切換以及采用必要的氣力輸運裝置。控制系統(tǒng)采集輸運系統(tǒng)信號并進行監(jiān)測和控制。3.2.1總體技術方案a) 燃料元件靠重力作用，在惰性氣體保護下在密封管路實現(xiàn)輸運，在必要處設置氣力輸運裝置輔助傳輸；b) 初始裝料時燃料元件進行離線除水氧預處理；c) 模擬燃料元件從卸料機構(gòu)輸運至碎球分離器，有缺損的元件分離出來，并使之落入破損燃料貯存容器中；d) 卸出燃

7、料元件經(jīng)指令確定乏燃料是否重新在分流器中確定流向是否循環(huán)輸運至裝料機構(gòu)；e) 分流器將確認卸出燃料元件輸運至分配器分配至不同貯存容器；f) 過球計數(shù)器檢測燃料元件輸運數(shù)量和流向。3.2.2系統(tǒng)構(gòu)成及設計參數(shù)表2 燃料輸運裝置設備構(gòu)成設備名稱功能輸運管路以重力實現(xiàn)燃料元件輸運隔離閥隔離管路氣氛截止閥過球阻擋功能燃料元件預處理裝置燃料元件除水除氧以達到進堆要求分流器分配控制元件流向，實現(xiàn)燃料元件在線循環(huán)氣動分配器將不同類型燃料元件導向至不同存儲容器碎球分離器識別并自動分離破損燃料元件過球計數(shù)器檢測燃料元件數(shù)量和流向輔助系統(tǒng)保持管內(nèi)真空和輸運氣氛表3 燃料輸運裝置的設計參數(shù)燃料輸運裝置設計參數(shù)輸運速

8、度10m/s元件裝載通量6個/分鐘密封要求外漏110-5pa.m3/s設計溫度500oc輸運氣體99.99%氬氣設計壓力0.2mpa破損元件識別率：98%計數(shù)器準確率2000次過球準確率99.53.2.3 工藝流程圖1 燃料輸運裝置工藝流程圖圖2 燃料輸運運行流程圖一、總體工藝燃料系統(tǒng)工藝流程圖見圖1所示，燃料輸運裝置運行圖2所示。燃料輸運主要工藝描述如下：1. 新燃料裝料流程a) 通過真空系統(tǒng)對整個管路系統(tǒng)內(nèi)進行抽真空和管道除氣，通過氬氣系統(tǒng)對裝置內(nèi)進行氬氣填充，完成氣氛置換。b) 重復步驟1直至管道中氬氣水氧含量小于30ppm。c) 燃料元件進行預處理，經(jīng)預處理燃料轉(zhuǎn)運至新燃料裝料箱在氣氛

9、保護下存儲。d) 燃料從新燃料裝料箱裝入燃料輸運管路并氣氛切換。e) 燃料元件輸運至裝料機構(gòu)接口。2.乏燃料卸料流程a) 乏燃料從卸料機構(gòu)輸經(jīng)氣氛切換，輸送至碎球分離器。b) 碎球分離器根據(jù)指令將完好燃料元件輸運至分流器。分流器將燃料元件輸運至氣動分配器。c) 氣動分配器根據(jù)指令進行分配后，將燃料元件輸送到燃料貯存容器。3.燃料循環(huán)控制流程a) 卸出燃料從卸料機構(gòu)輸經(jīng)氣氛切換，輸送至碎球分離器。b) 碎球分離器根據(jù)指令將完好燃料元件輸運至分流器。c) 分流器將燃料元件輸運至裝料管路。d) 燃料元件經(jīng)過氣氛切換輸運至裝料機構(gòu)。二、氣氛切換工藝燃料元件的氣氛切換目的是將燃料輸運管道0.2mpa氬氣

10、與裝卸料機構(gòu)中0.15mpa氬氣氣氛進行隔離切換。整個工藝段由兩個隔離閥，兩個截止閥和兩個計數(shù)器以及輔助氬氣供排氣裝置構(gòu)成。該工藝段工作流程圖見圖3圖3 氣氛切換工藝流程圖氣氛切換工藝設計參數(shù)見下表，其設計依據(jù)見附錄所示。表4 氣氛切換工藝參數(shù)氣氛切換工藝參數(shù)單次最大置換燃料球數(shù)20個工藝用時*100s切換壓力裝料段：0.2mpa切換為0.15mpa卸料段：0.15mpa切換為0.2mpa供氣氣體99.99%氬氣供氣氣壓0.2mpa注：*設計依據(jù)見附錄下面以燃料進堆裝料氣氛切換工藝為例，描述氣氛切換工藝過程。1. 燃料輸運前，閥門處于關閉狀態(tài)，計數(shù)器計數(shù)清零。2. 燃料輸運至計數(shù)器c1處，計數(shù)

11、器識別到燃料元件計數(shù)時，先打開隔離閥a1，然后打開截止閥b1,燃料元件滾動至氣氛切換管段。3. 計數(shù)器c1計數(shù)達20個時，先關閉閥b1，隨后關閉閥a1。4. 對管路內(nèi)氣氛抽真空，當真空計顯示設計值（1pa）時，停止抽氣；隨后對管路通氣，當氣壓表達到0.15mpa時，停止供氣。5. 停止供氣后，打開隔離閥a2，隨后打開截止閥a1，燃料輸運至裝料機構(gòu)。6. 計數(shù)器c2計數(shù)達20個時，關閉隔離閥a2，隨后關閉截止閥b2。卸料氣氛切換工藝與以上描述類似。3.3 設備描述燃料輸運裝置設備初步布置方案見圖4，燃料輸運裝置設備包括：輸運管道及支撐件、隔離閥、截止閥及其輔助氣裝、燃料預處理裝置、新燃料裝料箱、

12、碎球分離器、過球計數(shù)器、分流器、分配器、卸料貯存容器，同時還包括輔助真空系統(tǒng)和氬氣供氣系統(tǒng)等。圖4燃料輸運裝置設備初步布置圖3.3.1 輸運管路燃料輸運管路采用dn65規(guī)格，奧氏體不銹鋼材質(zhì)，其技術參數(shù)見表4。燃料輸運管路密封外漏率110-5pa.m3/s，管道與設備連接法蘭要考慮應力與形變影響。表4 燃料輸運管路規(guī)格類型參數(shù)主管道規(guī)格dn65材質(zhì)不銹鋼內(nèi)徑62mm管內(nèi)粗糙度6.3管內(nèi)徑圓度公差0.25mm彎頭曲率半徑300mm橢圓度小于1.03直線度公差1mm/m3.3.2隔離閥隔離閥的作用是隔離輸運裝置與裝卸料裝置氣氛，阻止裝卸料裝置部分的氣體進入輸運系統(tǒng)。選用密封球閥，其設計參數(shù)如下：i

13、. 工作溫度:室溫-500，ii. 工作壓力0.2mpaiii. 工作介質(zhì)：99.99%氬氣iv. 通徑：62mmv. 材質(zhì)：奧氏體不銹鋼vi. 連接方式：法蘭連接vii. 操作方式：氣動viii. 泄漏率：外漏，內(nèi)漏：ix. 使用壽命：開關動作重復2000次后，應能保持其功能，即壓力邊界完整、動作正常、密封面、閥桿等無損傷、破裂、變形等，閥座處泄漏量不超過相關標準的規(guī)定值x. 開關頻率：48小時可開關200次,xi. 開關時間：2s內(nèi)完成開（關）動作3.3.3 截止閥截止閥采用閘板閥，其作用是控制球的通過。其設計參數(shù)如下：i. 工作溫度:室溫-500，ii. 工作壓力0.2mpaiii. 工

14、作介質(zhì)：99.99%氬氣iv. 通徑：62mmv. 材質(zhì)：奧氏體不銹鋼vi. 連接方式：法蘭連接vii. 操作方式：氣動viii. 泄漏率：外漏ix. 使用壽命：開關動作重復2000次后，應能保持其功能，即壓力邊界完整、動作正常、密封面、閥桿等無損傷、破裂、變形等，閥座處泄漏量不超過相關標準的規(guī)定值x. 開關頻率：48小時可開關200次,xi. 開關時間：2s內(nèi)完成開（關）動作3.3.4 過球計數(shù)器過球計數(shù)器的功能是記錄通過的燃料元件數(shù)和監(jiān)督燃料元件的運動狀況。它基于渦流檢測原理，通以交變電流的線圈在空間產(chǎn)生交變的電磁場，當導電的模擬元件通過時，會在其內(nèi)部激勵出感應電動勢從而產(chǎn)生渦流，元件中的

15、渦流反過來會對線圈中的電流產(chǎn)生影響。通過檢測線圈中電流或線圈阻抗的變化，可以判斷元件通過情況。過球計數(shù)器主要設計參數(shù)如下：i. 檢測方式：非接觸式ii. 球速檢測范圍：0.1-10 m/siii. 工作溫度：室溫-500 iv. 準確性：2000次過球準確率達到98%。v. 輸出過球信號：50ms脈沖信號vi. 過球信號傳輸纜線長度：60m3.3.5 碎球分離器碎球分離器用于分離不適于繼續(xù)在堆中運行的破損和有缺陷的燃料元件，其主要采用機械方式自動識別和單列連續(xù)分離任意直徑小于56.5mm破損燃料燃料元件。碎球分離器的主要設計參數(shù)如下：i. 檢測直徑56.5mmii. 工作溫度：室溫-500iii. 工作氣壓：0.2mpaiv. 工作介質(zhì)：99.99%氬氣v. 檢測準確率：98%3.3.6氣動分配器氣動分配器通過壓縮氣體驅(qū)動內(nèi)部元件，將入口與兩個出口分別導通，進而實現(xiàn)將輸送管道（與入口連接）送來的不同類型的燃料遠近分配到不同的管道中（與乏燃料存儲容器連接），以實現(xiàn)不同