基本介紹
- 中文名：反應堆換料
- 外文名：reactor refueling
- 分類：定期停堆換料和不停堆連續換料
介紹,任務和要求,基本程式,準備,拆堆,卸料,裝料,串洗和冷熱,啟動和試驗,安全與防護,γ射線,中子射線,氣體的排除,個人防護,組件的管理,
介紹
在大型氣冷堆中，反應堆的換料是在反應堆運行時進行的。用安裝在反應堆頂部的遠距離控制裝料——卸料機來完成換料操作，用這台機器先卸去禁止塞子，並封住壓力容器的上面，然後再卸下燃料孔道的蓋子。燃燒過的元件從孔道提升到有厚禁止的裝料——卸料機內，然後用新元件置換。當這種機器內裝滿額定數量的元件時，把它運到能放出元件的地方，通過一個禁止溝槽將元件卸入大型水槽（稱為冷卻池）內，冷卻池既禁止也冷卻燃燒過的元件。自然要將裝料——卸料機設計得能絕對安全地操作，因此它必須禁止住堆芯上面未堵塞的孔道，還必須禁止機器內部裝的燃燒過的燃料元件，防止氣體或污染物外逸，以及還要冷卻燃料元件（當燃料元件從堆中取出時，裂變產物在其中產生的熱，除非給予外部冷卻，否則將足以使它過熱）。
在輕水堆中，由於許多原因，不停堆就換料是不可能的。這種反應堆通常每年停堆一次，大約更換三分之一的堆芯。這種操作包括給反應堆壓力容器上部的管道注水，卸下壓力容器的頂蓋，向外一次提出一個燃料元件，並裝入充滿水的空腔中，然後沿著孔道將它們運往保存水池。
核反應堆換料是反應堆運行管理中的一個特殊環節，是為反應堆運行服務的一個組成部分。需要根據運行的實際情況決定是否換料：當反應堆己達到了最大燃料周期，喪失了剩餘反應性；當反應堆內燃料元件破損數目已達到千分之一以上；迴路污染嚴重而不能正常運行時；反應堆堆芯結構件有重大損傷；控制棒失靈，或其他事故使反應堆不能正常運行時。
任務和要求
核動力反應堆在核燃料燃耗到滿壽期後，必須及時更換核燃料。其任務是：從反應堆內卸出原裝的乏核燃料，將新的核燃料裝入反應堆內；對新乏核燃料進行吊裝、運輸、儲存及監護；對伴隨核燃料更換而吊出堆外的堆內部件，進行檢驗和必要的修理或更換，按規定對反應堆壓力容器、主螺栓等部件和焊縫進行在役檢査，並採取必要的補救措施；對換料過程中產生的放射性“三廢”進行處理、儲存或轉運。反應堆核燃料含有裂變產物，對核燃料更換、運輸、儲存過程中的技術方案、工藝設施、操作規程和人員技藝都帶來許多困難和特殊要求，必須遵守如下原則：保證安全準確地按預定的程式和方式，實現核燃料及堆內部件的裝卸、運輸和儲存；防止意外臨界，確保在任何情況下不發生臨界事故；防止設施、設備和人員受到意外過量的輻射照射；核動力裝置設計中。必須要有一套完整的核燃料更換的技術原則、工藝流程和技術方案的要求。其中包括：新、乏以及破損核燃料組件的卸裝、運輸、儲存、檢驗和必要的修復；隨同核燃料更換必須同期進行在役檢査的堆內部件的卸裝、去污、運輸、儲存、檢驗和必要的修復；核燃料更換的設施、設備、專用工具的檢查、試驗、去污和維修；核燃料更換期間產生的放射性“三廢”的處理；核燃料更換後環境評估及報吿程式。
基本程式
準備
技術準備：包括核燃料更換技術方案（含預想事故處置）的制訂、論證、審查和批准設施條件準備：包括核燃料更換的場地、吊運、儲存、防護、監測、消防、救護和通信等。
人員準備：包括操作人員的選配、培訓、考核、資格審査和模擬演練等。
物資準備：包括器材配件的籌備，工裝器具的籌配、調試和檢驗，新料的組裝和檢驗等。
應急準備：控制核設施應急計畫規定和核燃料更換具體情況，制訂出相應的應急計畫具體實施方案，並做好準備。
實施計畫準備：包括施工計畫、工藝規程和各種操作卡的制訂與演練法。
組織指揮準備：包括核燃料更換現場組織指揮機構的組成、體系的建立、口令的制訂和臨場演練等。
同步工程施工準備：包括結合核燃料更換同步進行的一迴路檢修、反應堆堆艙修理等工程施工準備等。這些準備與核燃料更換準備同步完成，並納入其統一的施工網路計畫實施控制。
拆堆
1. 排除裂變氣體：
將控制棒驅動機構頂部排氣用的排氣閥逐個接上排氣管，逐個打開排氣閥，使貯存在控制捧頂部的裂變氣體全部排送到專門的廢物處理系統中去。
裂變氣體排淨後，拆除全部排氣閥，使外界清潔空氣進入堆內。然後用專門堵塞將所有排氣閥塞死。
2. 拆除堆頂結構管線、電纜。
3. 拆除堆頂一次禁止及絕熱層。
4. 拆除控制棒驅動機構。
5. 利用螺栓拉伸機拆除主螺栓。
6. 利用大Ω切割機切開壓力容器頂端與筒體法蘭之間的大密封焊環。
7. 安裝換料水套。
8. 吊壓力容器頂蓋。
9. 向堆芯充硼。
10. 水下作業用專用工具弔取有關部件。
卸料
反應堆卸料指的是，在反應堆已經拆開，反應堆堆芯已敝露於空間的情況下，把反應堆堆芯內已經“燃燒”過的乏元件組件從反應堆堆芯中取出，送到燃料元件組件存放水池，等待化工後處理。
反應堆卸料操作，必須備有專門的設備。如擬採用迴轉屏進行換料。即用專用設備與迴轉工作檯、換料機構相配合進行，反應堆卸料就是利用此種設備聯合操作。在水套協助下進行的。一般包括以下步驟：
（1）吊迴轉工作檯於壓力容器筒體法蘭上。
（2）迴轉工作檯與換料機構聯合卸料。
所謂聯合卸料，就是利用迴轉工作檯對準堆芯內每一個元件組件。由換料機構進行燃料元件的抓取。典型的壓水堆換料機構如右所示。
具體步驟如下：
①在遠距離操縱台上，操縱內、外工作檯按預裝調試校正刻度旋轉到預定刻度（角度），使內工作檯上的元件門孔對準某一準備卸取的元件組件頭部。
②吊換料機構於迴轉工作檯上，並夾緊固定。
③ 遠距離操縱元件門，使其打開。
④ 遠距離操縱換料容器上的禁止轉門，使其打開。
⑤ 操縱抓具開爪。
⑥ 操縱抓具下降，抓具到位後自動給出信號，電機自動停轉，抓具停止下降。
⑦ 操縱抓具閉爪，抓住元件組件頭部。
⑧ 操縱抓具上升，抓具到達換料容器頂部後給出指示信號。電機自動停轉。
⑨ 關閉元件門與禁止轉門。
⑩ 吊走換料容器去元件存放水池。
操縱迴轉工作的內外台。使內台上元件門孔對準下一個準備卸取的元件組件。等待換料容器來卸取元件……依此類推，將堆芯內所有元件組件都卸出。核燃料卸後，根據技術標準，對卸料後的反應堆壓力容器、平頂蓋、安全閥及復用部件進行在役檢査和必要的修理。在反應堆壓力容器及堆內部件檢驗、修補、清洗和一迴路設備拆檢復裝完畢後，堆內裝入大型過濾器，進行反應堆一迴路系統串洗，達到清洗度要求為止；然後進行一迴路系統水壓試驗，檢驗其緊密性和密封性。
裝料
在新燃料組裝、檢驗合格後，按卸料的相反程式，完成裝料的全部操作。
串洗和冷熱
在裝料完畢後，按檢驗程式進行壓力試驗，包括運行壓力和設計壓力試驗，檢驗其密封性，然後進行串洗，達到淸洗度要求為止。最後進行冷、熱態調
啟動和試驗
核燃料更換後，尤其是在堆內部件檢修和一迴路系統檢修後，必須經過單機、系統的完整性、緊密性、清潔度檢驗和驗收合格後，才能進行物理啟動和物理試驗。
換料後反應堆物理啟動和物理試驗，必須按批准的計畫、項目和程式統一組織實施。
安全與防護
反應堆換料過程是接觸放射性最強、有害氣體最多的一個過程，是屬於強放射性操作，因此必須有嚴密的放射防護及安全保證。
反應堆在換料過程中，要絕對保證核燃料不起鏈式反應，即保證反應堆處於次臨界狀態。為確保換料過程中的安全，一般要制定嚴密的安全防護措施。
γ射線
在反應堆換料措施中應充分考慮對7射線的安全防護，操作時一定要按有關規定執行。
在進行操作之前，應由劑量監督人員進行實地測量，根據測量情況，必要時可臨時增加防護措施。
中子射線
在換料過程中，吊裝帶有中子源組件時，應根據中子劑量強度臨時在換料容器周圍增加石臘等禁止中子材料的防護層。
氣體的排除
對於堆內的放射性裂變氣體，通過控制棒驅動機構頂端的錐形排氣閥，迴轉工作檯上的專門抽氣孔，將裂變氣體排入專門的排氣系統。其他放射性氣體在操作過程中，採用可靠合理的空調系統利用強烈的抽風造成負壓空間，不使其逸出堆外等等。
個人防護
換料過程中要嚴防放射性物質進入體內形成內照射。在操作現場必須嚴格遵守個人防護制度，如穿防護衣、攜帶個人劑量儀等進行。採用有效的人員隔離和禁止措施；使用可靠的輻射監測系統和設備，保證人員、環境和工藝設備的輻照安全。
更換核燃料的操作人員，必須經過嚴格的技術培訓、考核，具備相應資格.並經審查批准。
組件的管理
核燃料組件在運行或在卸出吊運過程中，因包殼破損，燃料已暴露在冷卻劑或空氣中，必須對破損燃料組件進行嚴格的控制和管理。
核燃料更換的設計中，必須提供破損燃料卸出、吊運的技術方案、工藝流程、操作規程、環境安全分析報告和接收的專用容器及其儲存設施。
破損燃料組件的卸出、吊運、儲存等操作必須嚴格按工藝程式實施，加強行政管理，健全防護、禁止手段，嚴密防止污染的擴大。
破損燃料組件的吊運儲存期間，必須按技術要求和技術規範，實施溫度、壓力和輻射水平的監督與控制，及時作出環境安全分析報告。
核燃料更換必須按核動力裝置維修期間的質量保證的規定，實施技術管理和驗收。
對破損核燃料組件必須作出明確的編號、方位和移動範圍的標記，並有詳細、精確的檢驗、修理記錄和驗收簽字。
核燃料更換期間的各種技術檔案、資料、記錄和文書，都必須整理歸檔，長期保存。
