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。

乏燃料贮存格架六方形硼钢管目视检验方案探讨

乏燃料贮存格架用于在水池中短期贮存乏燃料组件,六方形硼钢管是VVER堆型乏燃料贮存格架中的核心零部件,承担屏蔽中子、γ射线的功能,在原材料进厂、生产制造过程中需对六方形硼钢管进行目视检验,以发现不允许的表面缺陷并及时处理。文章主要通过对六方形硼钢管结构特征、表面状况、易产生缺陷的位置进行分析,针对性地制订检验方案,以检出超出标准限值的缺陷,保证产品质量。对超标缺陷进行分析评判,配合技术部门制定消缺后的检验方案,保证质量前提下尽量挽救零部件。

VVER乏燃料贮存格架与贮运吊篮结构浅析

乏燃料贮存格架和贮运吊篮作为燃料组件湿法贮存中的重要设备,安全性一直备受关注。本文根据维持燃料组件次临界和导出衰变热的总设计基准,确定了格架和吊篮的设计安全原则。基于设备功能性安全要求,确定了设计思路和设计方案,完成了VVER格架外围框架、燃料组件贮存小室以及破损燃料密封桶贮存小室的结构设计,在燃料贮存上保证了安全性,加工制造方面也降低了难度,为满足工艺需求,设计了可拆卸式的格架支撑结构。基于格架的结构研究成果,同时开展了可贮运六边形燃料组件的吊篮结构设计构思,为六边形燃料组件后处理前的贮运环节奠定了基础。

乏燃料贮存格架结构改进设计研究

乏燃料贮存格架是后处理厂贮存水池用于接收离堆组件的重要设备,近年来地壳运动频繁,后处理厂对于乏燃料贮存设备的抗震性能提出了新要求,尤其是福岛地震后,各国将乏燃料水池的抗震设防烈度增大,地震载荷SL-2由0.209 g提升至0.309 g,对贮存格架有了更高的抗震要求。在保证原有贮存格架性能的基础上,对贮存格架进行了结构改进,对改进后的贮存格架在正常、异常和事故工况下进行了抗震性能分析。分析结果表明:优化改进后的贮存格架在抗震性能和贮存容量两方面都有很大提升。

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。

乏燃料贮存格架在组件跌落事故中的冲击分析

为解决乏燃料贮存格架在组件跌落事故中的冲击分析问题,对ANSYSLS-DYNA程序在弹塑性条件下的冲击分析功能进行开发,并运用于300 MW压水堆核电厂乏燃料贮存格架受乏燃料组件撞击的仿真分析中,采用应变失效和变形失效的方法对乏燃料贮存格架进行安全评定,证明现有的设计满足安全要求。所应用的弹塑性冲击分析方法,以及对乏燃料贮存格架评定的方法同样适用于其它核电设备。

乏燃料贮存格架跌落事故冲击分析和试验验证

乏燃料贮存格架是核电厂贮存乏燃料的重要设备,在满载条件下和地震/跌落事故中,都应保持稳定和安全状态.本文基于LS-DYNA对乏燃料贮存格架进行了跌落事故冲击分析,考虑了最重重物从可能最高处意外跌落的情况.分析时考虑了碰撞、几何大变形、材料非线性等非线性因素.分析发现,浅跌落情况下贮存格架变形较大,但为局部变形,冲击载荷不影响贮存格架的安全功能.深跌落情况下,组件跌落在支座上方时支座承受的载荷最大,并在许用载荷范围内.为确保核电厂安全性和可靠性,基于分析得到的现象,设计和开展了乏燃料贮存格架浅跌落和深跌落试验.试验采用了等比例贮存腔和真实燃料组件的管座.同时对试验件进行了跌落分析,并与试验结果进行了对比,验证了分析技术的保守性和准确性.掌握的分析技术可应用于所有压水堆核电站乏燃料贮存格架的跌落事故分析.

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。

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。

乏燃料水池贮存格架水下安装工艺研究

通过拆除乏燃料水池内原有的乏燃料贮存格架,安装更密集的乏燃料贮存格架,可提升乏燃料水池的贮存能力。以国内某商用核电站乏燃料水池扩容改造为研究对象,分析了乏燃料贮存格架在水下安装的难点,提出了根据测量池底的不平整度调平乏燃料贮存格架的垂直度,然后在水下进行定位安装施工,并制定了乏燃料贮存格架水下安装精度检验方法。在水下安装的乏燃料贮存格架达到了使用规定的位置、高度和垂直度,保证了燃料组件的安全装载。该工艺可为国内各大核电站进行乏燃料水池扩容改造提供经验参考。

乏燃料贮存格架自主化设计

乏燃料贮存格架是核电厂内存放乏燃料组件的关键设备,为了实现SNG乏燃料贮存格架的自主化设计,参考美国第三代核电技术AP1000乏燃料贮存格架的设计,并结合国内相关核电厂乏燃料贮存格架设计经验,优化了螺纹支腿等相关设计,并实现了该设备的国产化,特别是自主研制了中子吸收材料,并完成了各项安全分析并进行试验验证。自主化设计的乏燃料贮存格架在贮存容量、临界安全、抗震、热工水力等各方面性能均满足我国相关法规及标准的要求。

乏燃料贮存格架在装载井中的抗震分析

为评估满载组件的两台乏燃料贮存格架自由放置在装载井中的安全性,运用时程分析法对其在地震载荷下的响应进行分析。针对乏燃料贮存格架在装载井内的布置情况,考虑了其与池底的摩擦接触、与贮存组件的碰撞接触以及在水池中的浮力、阻尼、流固耦合效应。通过计算可得到乏燃料贮存格架在地震载荷下的位移及支反力结果。分析乏燃料贮存格架的位移结果可知,其滑动位移与水隙宽度有关,且不发生倾覆,不与相邻物体发生碰撞。根据乏燃料贮存格架所受支反力对格架底板、支腿强度进行分析,确认无损坏风险。

乏燃料贮存格架设计

本文介绍密集型乏燃料贮存格架设计和安全分析。

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。

乏燃料贮存格架关键部件制造工艺

以乏燃料贮存格架的贮存套筒为研究对象,调研国内外先进制造工艺,并开展工艺试验和样机试制,最终形成了一套合适的工艺。采用激光切割焊接以及成型技术,很好地完成了贮存套筒的加工制造。样机试制结果表明,采用激光焊接成型美观、质量可靠,整体工艺能够达到"优质、高效、低成本"的标准,能够满足批量化制造的需要。

乏燃料贮存格架制造工艺过程尺寸控制

为实现乏燃料组件的安全稳定贮存,对乏燃料贮存格架的制造精度提出了严格要求。在乏燃料贮存格架的制造过程中,根据其结构特点,确定了垂直度和栅距的工艺控制方法和检测方法。根据贮存套筒尺寸形状公差,利用蒙特卡洛法分析贮存套筒与连接块的装配间隙和角度,得到装配间隙和角度的频率分布直方图,确定了连接块尺寸的设计范围,提高了乏燃料贮存格架的装配质量。

新型硼不锈钢乏燃料贮存格架结构设计与研制

本文基于在用的镉乏燃料贮存格架制造检验工艺复杂以及国内外对中子吸收材料降级问题的关注背景,结合国内自主研发的三代堆型"华龙一号"对乏燃料安全贮存技术的要求,开发了一种新型的硼不锈钢乏燃料贮存格架结构,通过结构设计解决了中子吸收材料硼不锈钢无焊接固定问题。格架结构简单、可靠,制造工艺简化。通过贮存套管样件及整机样机的制造,验证了结构工艺的可实施性。根据样机制造过程的经验反馈,对影响格架耐蚀性的焊接背面保护问题以及影响格架成型精度的套管精度问题进行了分析和结构设计优化,确保了后续工程产品的质量。该设备预计于2018年完成工程验收,在华龙一号全球首堆示范工程福清5号机组投入工程应用。

乏燃料贮存格架激光焊接问题分析及改进措施

激光焊具有能量高度集中、热影响区小、工件变形小、焊接效率高、焊接质量好、自动化程度高等特点,目前已经在很多领域得到广泛应用,但尚未在核电设备制造中进行推广应用。文中提到的激光焊焊接工艺,是在国内同类设备中首次采用,对前期项目核电机组水下燃料储存格架贮存套筒焊接质量问题及激光焊应用中发生的焊接质量问题进行梳理和总结,分析原因,并从焊接参数优化、焊缝变形控制、引弧板和收弧板的应用、清洁度控制等方面提出了技术改进措施,取得了良好效果,为激光焊在核电乏燃料储存格架贮存套筒焊接的应用提供借鉴经验。

基于参数化-超单元法的HFETR乏燃料贮存格架抗震分析

为解决HFETR乏燃料贮存格架结构抗震设计中存在的结构迭代设计速度较慢、抗震计算时间较长、多格架分析困难等问题,提出将参数化方法和超单元法组合应用于HFETR格架抗震分析。基于超单元法建立了格架有限元模型;利用APDL和VB对有限元模型的建立和计算进行了参数化处理;对HFETR乏燃料贮存格架进行了多格架抗震计算,并对格架在满载、半载、空载3种装载情况下的应力、滑移和倾倒进行了分析。结果表明:所设计的HFETR格架抗震性能满足要求;参数化-超单元法可用于乏燃料贮存格架的迭代设计和多格架抗震分析。