一種用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料組件性能測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電廠乏燃料貯存水池內(nèi)存放有大量的、已輻照的裂變物質(zhì)，具有很高的放射性，與采用縱深防御設(shè)計(jì)的、具有多層實(shí)體屏障的反應(yīng)堆不同的是乏燃料貯存水池的防御設(shè)計(jì)比較薄弱，一旦發(fā)生事故，容易造成放射性物質(zhì)的大量釋放，給公眾和工作人員造成輻射傷害，給環(huán)境造成放射性污染。在福島事故后，乏燃料貯存水池成為核能行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)之一，其安全性也得到越來(lái)越多的重視。而燃料包殼是防止放射性物質(zhì)外泄的重要的屏障，其包殼的行為直接決定著乏燃料水池在事故下的放射性后果。因此，針對(duì)事故條件下乏燃料水池中燃料包殼性能的安全研宄具有非常重要的意義。
[0003]貯存在乏燃料水池中的燃料組件都放在乏燃料貯存格架中。水池在喪失補(bǔ)水或破口漏水的事故情況下，由于乏燃料內(nèi)部具有大量的裂變產(chǎn)物和衰變產(chǎn)物，即使卸出并存儲(chǔ)冷卻I個(gè)月，其衰變熱功率也有堆芯內(nèi)功率的1%。左右，因此乏燃料水池將依次經(jīng)歷池水加熱、沸騰、水位降低、干涸等階段。在這些階段里，乏燃料貯存格架里的水和蒸汽可以將燃料棒中的衰變熱通過(guò)包殼帶走，但隨著水位越來(lái)越低，靠近上端的燃料包殼得到的冷卻作用越來(lái)越少，其包殼性能經(jīng)受最大考驗(yàn)。
[0004]燃料包殼在乏燃料水池事故下，處于高溫、高濕、高內(nèi)壓的環(huán)境中，包殼材料在水蒸氣和氧氣的共同作用下不斷氧化變薄，同時(shí)內(nèi)壓在高溫作用下也向燃料包殼施加強(qiáng)大的應(yīng)力。這個(gè)環(huán)境相當(dāng)獨(dú)特，為了開(kāi)展其下的包殼性能試驗(yàn)，必須真實(shí)模擬高溫、高濕和高壓隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程。乏燃料水池中進(jìn)行這些溫度、濕度的測(cè)量，是不符合核安全要求的，具體數(shù)值難以獲取。
[0005]因此，本發(fā)明的目的是避免在核電廠乏燃料水池中進(jìn)行危險(xiǎn)而不易被許可的包殼性能試驗(yàn)，采用所述的簡(jiǎn)單、易于實(shí)施的裝置，可以用來(lái)逼真模擬乏燃料水池事故下的包殼所處環(huán)境，從而實(shí)施包殼性能試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置及方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料棒包殼性能的測(cè)試。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，包括圍筒，圍筒內(nèi)設(shè)有與實(shí)際燃料棒高度相同的燃料棒，所述燃料棒包括若干個(gè)模擬燃料棒和一個(gè)測(cè)試燃料棒，若干個(gè)模擬燃料棒組成模擬燃料棒束，測(cè)試燃料棒設(shè)置在模擬燃料棒束的中央；所述測(cè)試燃料棒包括上部的、與實(shí)際燃料棒包殼材質(zhì)相同的測(cè)試包殼段和下部的模擬段，測(cè)試包殼段的內(nèi)壓與乏燃料棒的內(nèi)壓相同；所述燃料棒的包殼的內(nèi)部設(shè)有電加熱絲，模擬燃料棒和測(cè)試包殼段的包殼外部設(shè)有熱電偶，所述電加熱絲與用于對(duì)其進(jìn)行功率控制的功率控制系統(tǒng)連接，熱電偶與用于進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集的溫度采集系統(tǒng)連接；所述圍筒內(nèi)裝有水，水的水位高于燃料棒的高度。
[0009]進(jìn)一步，如上所述的用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，圍筒內(nèi)還設(shè)有用于橫向固定燃料棒的格架。
[0010]進(jìn)一步，如上所述的用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，所述燃料棒之間按照設(shè)定棒間距設(shè)置。
[0011]進(jìn)一步，如上所述的用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，所述設(shè)定棒間距等于真實(shí)燃料組件的燃料棒之間的棒間距。
[0012]進(jìn)一步，如上所述的用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，熱電偶設(shè)置在包殼不同的軸向位置。
[0013]進(jìn)一步，如上所述的用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，測(cè)試包殼段的端塞上設(shè)有氣壓計(jì)，氣壓計(jì)與氣壓采集系統(tǒng)連接。
[0014]再進(jìn)一步，如上所述的用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，所述圍筒的面積與所述燃料棒的個(gè)數(shù)之比等于乏燃料水池的面積與與其存儲(chǔ)的乏燃料棒的個(gè)數(shù)之比。
[0015]更進(jìn)一步，如上所述的用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置，所述電加熱絲通電時(shí)，燃料棒的熱功率等于乏燃料衰變熱功率。
[0016]一種用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)方法，通過(guò)功率控制系統(tǒng)控制電加熱絲的通電加熱，使燃料棒的熱功率等于乏燃料衰變熱功率，通過(guò)溫度采集系統(tǒng)測(cè)量和記錄加熱過(guò)程中熱電偶的溫度值，并通過(guò)氣壓采集系統(tǒng)獲取所述氣壓計(jì)的氣壓值，得到測(cè)試包殼段的內(nèi)部氣壓值；所述加熱過(guò)程包括圍筒內(nèi)水的沸騰、水位下降和蒸干過(guò)程。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的試驗(yàn)裝置及方法避免了在核電廠乏燃料水池中進(jìn)行危險(xiǎn)而不易被許可的包殼性能試驗(yàn)，該試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，可以用來(lái)逼真模擬乏燃料水池事故下的燃料棒包殼所處環(huán)境，且測(cè)試包殼段的位置處于該環(huán)境最?lèi)毫拥奈恢?，從而能夠使包殼性能得到真?shí)的體現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中一種用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]圖1示出了本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中一種用于模擬燃料包殼性能的試驗(yàn)裝置的示意圖，該試驗(yàn)裝置包括圍筒1，圍筒I內(nèi)設(shè)有與實(shí)際燃料棒高度相同的燃料棒，所述燃料棒包括若干個(gè)模擬燃料棒2和一個(gè)測(cè)試燃料棒5，若干個(gè)模擬燃料棒2組成模擬燃料棒束，測(cè)試燃料棒5設(shè)置在模擬燃料棒束的中央；所述測(cè)試燃料棒5包括上部的、與實(shí)際燃料棒包殼材質(zhì)相同的測(cè)試包殼段6和下部的模擬段，測(cè)試包殼段6的內(nèi)壓與乏燃料棒的內(nèi)壓相同；所述燃料棒的包殼的內(nèi)部設(shè)有電加熱絲4，模擬燃料棒2和測(cè)試包殼段6的包殼外部設(shè)有熱電偶，所述電加熱絲4與用于對(duì)其進(jìn)行功率控制的功率控制系統(tǒng)連接，熱電偶與用于進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集的溫度采集系統(tǒng)連接；所述圍筒I內(nèi)裝有水，水的水位高于燃料棒的高度。
[0021]為了更真實(shí)的模擬乏燃料水池內(nèi)的環(huán)境，以開(kāi)展燃料包殼性能測(cè)試試驗(yàn)，本發(fā)明試驗(yàn)裝置中所有燃料棒(包括模擬燃料棒和測(cè)試燃料棒)的高度為實(shí)際的燃料棒高度，圍筒I的面積與燃料棒的個(gè)數(shù)之比等于乏燃料水池的面積與與其存儲(chǔ)的乏燃料棒的個(gè)數(shù)之比，燃料棒的包殼(測(cè)試包殼段6的包殼除外)可以采用耐高溫和耐腐蝕的不銹鋼管。
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