新型乏燃料贮存格架自主研制

自主研发一种新型乏燃料贮存格架。基于该乏燃料贮存格架的结构,从临界安全、热工水力和力学抗震等方面论证新型乏燃料贮存格架的安全性、可靠性。为了验证新型乏燃料贮存格架的设计合理性和制造工艺可行性,制造1台工程样机,并进行支腿调节试验和模拟组件插拔试验。通过样机的制造和试验表明,新型乏燃料贮存格架设计合理、制造可行,可以批量化生产。     

乏燃料贮存格架流固耦合参数的数值模拟

乏燃料贮存格架是储存乏燃料组件的重要设备。在地震载荷下，其响应是非线性的，可能产生滑移、颠覆等。发生地震时，存在于格架间隙内的流体耗散了结构的能量，保证了格架的完整性。本文使用3/10缩比模型，利用CFD软件Fluent进行了乏燃料贮存格架2D瞬态分析。计算过程中利用动网格方法模拟格架强迫振动，并进行了参数不确定性分析。利用CFD瞬态流体力分别获得了双Ⅱ区、双Ⅰ区格架附加质量矩阵。利用同轴圆柱体附加质量的计算解与解析解进行对比验证，证明了本文计算方法的准确性。本文计算所得的附加质量矩阵可为乏燃料贮存格架结构动态软件提供流固耦合参数。     

乏燃料贮存格架时程分析方法

乏燃料贮存格架是用于贮存换料后的乏燃料组件的重要设备,其自由放置在核电厂乏燃料水池中,在地震载荷下的响应属于非线性响应,包含了各种复杂的运动:滑移、碰撞、扭转、倾覆等。为了准确描述上述非线性响应,本文建立了乏燃料贮存格架整池有限元模型并进行非线性时程分析,考虑了滑移、碰撞、摩擦等影响因素,同时还考虑了乏燃料贮存格架在水池中的流固耦合效应。通过时程分析得到了乏燃料贮存格架在地震载荷下的位移、载荷等计算结果。该方法可用于乏燃料贮存格架的抗震分析。     

秦山核电二期工程乏燃料贮存格架的设计

在秦山核电二期工程的设计中，乏燃料的贮存采用了中子毒物镉的密集型贮存格架，与疏松型贮存格架相比，大大提高了乏燃料贮存水池单位面积的贮存能力。镉密集贮存格架的设计在国内尚属首次．本文介绍了该型贮存格架的方案选择以及设计中考虑的主要原则和要求。     

秦山核电二期工程乏燃料贮存格架的抗震分析及结构优化设计的探讨

本文描述了乏燃料贮存格架的结构及独特的抗震设计，介绍 乏燃料贮存格架抗震分析的方法和结论，并针对结构的特殊性，提出了对计算内容的补充，使得分析内容更为科学严谨和完整，通过研究影响贮存格架抗震性能的主要因素，总结了乏燃料贮存格架在抗震设计上的一些参考依据和优化设计观点。     

核电厂乏燃料贮存格架水下去污装置研制

针对核反应堆乏燃料贮存格架去污的必要性与功能要求，研制了一种二代核电厂乏燃料贮存格架水下冲洗去污装置。详细介绍了该装置的结构组成、功能原理及控制系统设计。经某核电厂现场使用验证，该装置操作简便，具有良好的冲洗去污能力，可大幅降低乏燃料贮存格架的辐射剂量水平。      

CAP1400双乏燃料贮存格架地震条件下流固耦合试验研究

CAP1400是中国自主研发的新型反应堆，其乏燃料贮存格架自由地放置在乏燃料水池内，水可在格架内部通道中流通，同时水也存在于格架与格架、格架与池壁之间的间隙中。在地震情况下，格架与流体之间的流固耦合特性非线性度非常高，很难用软件准确地模拟计算。为准确地探究CAP1400乏燃料贮存格架的流固耦合特性，建立了乏燃料贮存格架和水箱缩比试验模型，开展了振动台试验。在扫频试验中，测量了格架支脚与水箱底板间的摩擦系数；同时研究了正弦波、地震波工况下，格架与格架间的间隙对格架滑移现象、流体压力的影响。通过分析试验结果，得到了格架支脚与水池间的摩擦系数；且格架间隙越大，流体压力越小，但格架间隙对滑移现象影响不明显。本试验的结果可为CAP1400乏燃料贮存格架的流固耦合参数选取提供依据。     

乏燃料贮存格架热工水力分析

通过计算流体力学的方法对新型国产乏燃料贮存格架进行热工水力分析,评估新型CPR乏燃料贮存格架在乏燃料池中的局部热工性能,计算在最大水力阻力下,包含放热量最大的乏燃料组件的格架贮存单元的局部最高温度。同时,经过理论计算分析了乏燃料池失去冷却水的极端工况下,乏燃料池的沸腾时间和贮存格架裸露时间。数值计算应用CFX流体分析软件,基于多孔介质模型完成计算分析。分析结果表明乏燃料池局部最高温度低于当地压力下水的饱和温度,满足格架的应用要求;在功率运行工况下失去冷却水,乏燃料水池沸腾时间足以用于采取有效措施应对极端工况。     

高密度乏燃料贮存格架临界安全设计

基于第三代先进非能动压水堆核电厂的设计特点、运行方式及其复杂的燃料组件设计,考虑各种能谱硬化因素,研究组件燃耗计算的运行条件组合,获得指定燃耗深度下的核素密度。建立乏燃料贮存格架的临界计算模型,并对临界安全分析中的关键因素(如末端效应、可信事故工况等)进行详细研究,最终初步设计出满足我国最新(临界)标准和要求的、可应用于实际工程的高密度乏燃料贮存格架。     

基于机器视觉技术的乏燃料贮存格架自动定位试验方法研究与应用

乏燃料贮存格架定位试验是核燃料装卸与贮存系统调试的一项关键性试验，直接影响着核燃料组件接收与贮存操作的安全性与高效性。通过对传统的人工手动定位试验方法进行研究，提出了一种基于机器视觉技术的乏燃料贮存格架自动定位试验方法。工程应用实践表明，该方法可以大幅提升定位试验效率并减少人力需求，同时在乏燃料水池异物防护与设备保护方面也卓有成效，具有可观的经济与安全质量效益。      

Operational experience of on-site transport of spent nuclear fuel in Korea

Abstract

With the rapid development of the nuclear power programme in Korea, the amount of accumulated spent nuclear fuel has inevitably increased year by year. The spent nuclear fuel is being stored in on-site storage pools at the nuclear power plants. As the current storage capacity for spent nuclear fuel is insufficient, at-reactor storage is being expanded at each site with regard to optimisation of technical and economic factors. On-site transport between neighbouring reactors has been necessary to secure sufficient storage capacity for pressurised water reactor spent nuclear fuel assemblies. A complete on-site transport system has been developed, and so far more than 800 spent nuclear fuel assemblies have been transported using two kinds of transport cask.     

乏燃料转运设备跌落冲击数值模拟研究

乏燃料转运设备核电厂内运输跌落分析是整体结构安全分析中最严苛的工况,为了解决设备跌落的动力学冲击分析评价问题,使用有限元分析模拟软件LS-DYNA对乏燃料转运设备进行数值模拟,针对典型乏燃料转运设备的跌落进行建模,并结合实际厂址条件,跌落的接触地面采用Holmquist-Johnson-Cook（HJC）模型,通过模拟计算,获得设备加速度曲线和关键位置形变量,研究结果表明:在结合厂内实际地面条件的情况下,贮存套筒变形量受跌落角度影响很大,在贮存运输过冲中应避免设备竖直姿态的跌落。本文的分析评价方法可以为乏燃料转运设备的自主化设计提供技术支持和理论依据。      

国外典型乏燃料转运码头技术条件对我国乏燃料多模式联运体系建设的启示

随着我国核电的发展,单一的公路运输体系无法满足分布在我国沿海各处的核电厂乏燃料外运需求,包括海运在内的多模式联运体系是未来乏燃料外运的发展方向。本文对国外典型的乏燃料转运码头技术条件进行了调研,并对我国乏燃料海运存在的问题进行了分析。结果表明,国外典型乏燃料货包转运码头均配备了符合要求的固定式起重设备,船舶在港作业期间对码头进行封闭式管理,并对码头作业人员的受照剂量进行监督和控制。针对我国尚无乏燃料海运经验,更没有转运码头的相关技术规范的现状,本文提出可借鉴国外如法国、英国、日本乏燃料海运的经验,并对我国乏燃料海运存在的问题提出了建议。     

核电厂乏燃料组件厂内转运关键设备研制

乏燃料组件厂内转运是解决核电厂燃料水池贮存空间不足问题的方法之一。本文分析了乏燃料组件厂内转运的设计准则、安全风险,介绍了用于运输容器内破损组件检测和运输容器内组件冷却用设备的工作原理及其应用情况。应用结果表明:破损检测设备可以快速有效地检测乏燃料运输容器内是否存在破损组件;乏燃料组件冷却设备可以较为安全地冷却装有乏燃料组件的运输容器。      

Heat transfer in spent fuel storage

Heat transfer and fluid flow analyses are described for the underwater storage of spent fuel from nuclear power reactors. The analytical methods and supporting test measurements have been employed by General Electric Company in the design and licensing of two spent fuel storage systems: (a) High-density racks for storage of BWR spent fuels in at-reactor water basins [1]. (b) Multi-element baskets for storage of BWR and PWR spent fuel in GE's facility near Morris, IL [2]. The results show that natural convection flow through individual spent fuel bundles provides safe and effective temperature control. Under accident conditions the relatively slow dynamics of the basin system permits timely repair to a loss of basin cooling capability without significant risk to the spent fuel in storage.     

压水堆核电厂乏池冷却系统扩容改进研究

在分析国内二代改进型百万千瓦核电机组成熟技术的基础上,通过Flowmaster软件计算及设计优化等手段,针对目前已运行和在建核电站的乏燃料水池冷却系统的冷却能力进行评估,提出改进方案增加电站的乏燃料水池冷却系统的冷却能力,并提出满足第三代核电技术对性能及安全性的要求的乏燃料水池冷却系统设计方案。     

我国乏燃料运输现状探讨

随着我国经济的持续发展,核能作为安全、清洁能源在我国能源战略中地位日益突出。在保证安全的前提下,我国核电机组按照国家规划合理增加,乏燃料的产量也将逐步增加。根据我国核电站乏燃料贮存及外运规则,以及我国核电站主要位于东部沿海,而乏燃料后处理厂处在西北腹地这一国情,必将面临乏燃料的大量、长距离及安全运输的问题。乏燃料运输作为联接核电站与后处理厂或最终处置场的纽带,在维持核燃料循环体系的正常运行上发挥至关重要的作用。对国内外乏燃料运输涉及的运输方式、运输容器、运输安全监管及事故应急体系等问题进行了分析和讨论,对我国乏燃料运输中存在问题的解决提出了建议。     

核电站乏燃料水池冷却系统虹吸破坏管性能安全分析

国外核电站的运行经验表明,核电站乏燃料水池冷却（PTR）系统的虹吸破坏管性能存在安全隐患,在某些工况下不能有效阻断虹吸流。本文采用RELAP5软件对国内某典型核电站的虹吸破坏管性能进行安全分析。结果表明,在现有的设计条件下,虹吸破坏管无法及时、有效阻断管道断裂后产生的虹吸流动,乏燃料水池冷却水持续从断裂处泄漏,并导致冷却水管道入口露出水面,从而引起乏燃料水池冷却能力丧失,为核电站安全带来极大风险。进一步分析表明,虹吸流引起的乏燃料水池水位下降幅度受断裂点处距水面的高度差、管道流动阻力和PTR系统的管道结构3个因素的共同影响;管道流动阻力可有效缓解和降低由管道断裂引发的虹吸流动的危害性。