國內(nèi)現(xiàn)有主要乏燃料干式貯存容器結構對比分析

　　摘要：隨著國內(nèi)核電站乏燃料貯存水池的逐漸滿容，乏燃料干式貯存在國內(nèi)已陸續(xù)開始建設。我國目前依靠自主研發(fā)和引進國外干式貯存技術，已擁有多種結構的乏燃料干式貯存容器。文章就近幾年國內(nèi)出現(xiàn)的新式乏燃料干法貯存容器的結構進行了簡單的描述和對比。

　　關鍵字：乏燃料，干式貯存容器，吊籃部件，結構

　　概況

　　截止到2020年3月底，我國運行核電機組達到47臺，總裝機容量為48759.16MWe，僅次于美國、法國，位列全球第三。我國在建核電機組13臺，總裝機容量13871MWe，在建機組裝機容量繼續(xù)保持全球第一。隨著核電的極速發(fā)展，國內(nèi)多數(shù)核電站乏燃料水池已趨于滿容，800噸后處理項目預計2030年實現(xiàn)投運。因此，國內(nèi)采用離堆貯存需求量巨大并且緊迫。目前，國際上壓水堆乏燃料離堆貯存主要有干式貯存和濕式貯存兩種方式。與乏燃料濕式貯存相比，干式貯存技術具有模塊化貯存、運行費用低、放射性廢物少、抵抗事故能力強等優(yōu)點。

　　我國為解決乏燃料中間貯存問題，通過引進國外和自主研發(fā)乏燃料干式貯存技術，現(xiàn)已擁有的干式貯存容器主要有NUHOMS 32PTH1臥式干貯容器、NUHOMS VVER1000臥式干貯容器、CASM320立式干法燃料貯罐和MACSTOR-400型貯存筒等，我國各大設計院也正在加大科研力度，研制新式的干貯容器。本文對前三種主要干式貯存模塊中貯存容器的結構進行對比分析。

　　1、NUHOMS 32PTH1臥式干貯容器

　　NUHOMS 32PTH1臥式干貯容器由ORANO TN公司設計，可裝載32根AFA 3G乏燃料組件。NUHOMS 32PTH1臥式干貯容器在美國已得到大量使用。目前，國內(nèi)應用于大亞灣乏燃料干式貯存項目。該型號干式貯存容器主要由筒體部件、吊籃部件、虹吸排氣裝置組成。

　　筒體部件由上、下部蓋板和殼體組成，上、下部蓋板各有1塊屏蔽板，2塊不銹鋼板。頂部和底部屏蔽板實現(xiàn)上下兩個方向的γ射線屏蔽功能。周向的屏蔽功能利用轉運時的轉運容器、貯存時的混凝土模塊進行屏蔽。上、下部內(nèi)蓋板連同虹吸排氣裝置，與殼體采用焊接結構形成包容邊界。

　　虹吸排氣裝置主要用于乏燃料組件裝載完成后，對容器內(nèi)的硼水進行抽排，最終利用乏燃料組件的衰變余熱和真空干燥技術，對容器內(nèi)進行干燥、充氦處理。

　　吊籃部件主要用于存放乏燃料組件，利用13層硼鋁板和配對鋁板，在32根方管外側縱橫交叉，上下插接，以保持乏燃料的次臨界和衰變余熱的導出。每層硼鋁板之間安裝不銹鋼板條通過熔焊方式將方管融透和不銹鋼板焊接在一起，從而將方管整體固定在一起。吊籃部件外側用螺栓連接的鋁制導軌，不僅有導熱作用還對吊籃起到支撐及減震保護作用。

　　優(yōu)缺點：

　　筒體部件底部在不銹鋼密閉腔體內(nèi)，安裝碳鋼材料進行γ射線屏蔽，有效減低了制造成本。吊籃部件采用硼鋁板與鋁板配對插接結構，并在外側使用鋁制導軌，即保持了乏燃料的次臨界，又增強了容器的余熱導出功能，設計結構簡單、新穎。虹吸排氣系統(tǒng)采用獨立裝置與筒體焊接，使用操作簡單，且有效保證密封性。

　　筒體頂部屏蔽塊，采用碳鋼鍍鎳的方式防止鐵離子污染，但在鍍鎳工藝中無法做到全表面100%鍍鎳，而且在轉運、安裝過程中有劃傷、磕碰風險，造成鎳層破損。建議頂部屏蔽塊采用不銹鋼材質，能有效避免此類風險發(fā)生。

　　吊籃部件采用熔焊方式將方管與板條焊接在一起，熔焊后因方管內(nèi)空間狹小，且熔焊表面存在凹坑，無法有效的對熔焊表面拋光處理，若容器在使用前，長期存放，熔焊處可能會產(chǎn)生銹蝕。建議采用真空包裝或開發(fā)專用設備對熔焊表面拋光處理，以降低貯存期的銹蝕產(chǎn)生。

　　2、NUHOMS VVER1000臥式干貯容器

　　NUHOMS VVER1000臥式干貯容器同樣由ORANO TN公司設計，可裝載31根TVS-2M或UTVS乏燃料組件，目前應用于田灣乏燃料干式貯存項目，屬于世界首次制造及應用。該型號干式貯存容器主要由筒體部件、吊籃部件、虹吸排氣裝置組成。筒體部件、虹吸排氣裝置與NUHOMS 32PTH1干貯容器結構基本一致，尺寸有略微差別，在此不做重復介紹。

　　吊籃部件采用14塊表面鍍鎳結構盤與31根不銹鋼六方管組裝而成。每層結構盤之間，利用定距管固定間距，并在六方管外壁套裝鋁制六方套管，套管與不銹鋼六方管之間插接硼鋁板，保持乏燃料的次臨界。吊籃整體采用6根拉桿整體固定連接，外圍設置13層異形鋁塊，安裝在吊籃外圍空缺處，試吊籃形成圓柱形，減小與筒體的空隙，有利于乏燃料余熱導出。

　　優(yōu)缺點：

　　筒體部件與虹吸排氣裝置結構與NUHOMS 32PTH1臥式干貯容器基本相同，詳見上文。吊籃部件采用類似換熱器管束結構，六方管與結構盤不存在焊接結構，有效避免了因焊接造成方管變形，整體組裝后，吊籃部件插拔試驗的插拔力不超過30KN(合格要求一般為≤220~250KN)。

　　吊籃部件中結構盤和筒體部件的頂部屏蔽塊，采用表面鍍鎳的碳鋼結構，在轉運、安裝過程中有劃傷、磕碰風險，造成鎳層破損。建議頂部屏蔽塊和結構盤采用不銹鋼材質，能有效避免使用前存儲期的銹蝕產(chǎn)生，以及對乏池水質的污染。

　　3、CASM320立式干法燃料貯罐

　　CASM320立式干法燃料貯罐由我國中廣核工程（設計）有限公司，自主設計研發(fā)?？裳b載32根AFA 乏燃料組件，研制完成不久，暫時未在工程上應用。該型號干式貯存容器主要由筒體部件、吊籃部件組成。

　　筒體部件利用上下蓋板和殼體形成包容邊界，殼體內(nèi)部設有通長支撐組件，用于固定和支撐吊籃部件。容器排水同樣采用虹吸方式，但虹吸排氣裝置與頂部蓋板焊接在一起，安裝時，需將虹吸管插入筒體內(nèi)的導向管內(nèi)。

　　吊籃部件采用縱、橫隔板拼焊組成32個貯存小室，隔板上焊接包殼，內(nèi)部裝有硼鋁板，保持乏燃料的次臨界。吊籃四周采用U形圍板與隔板焊接固定。

　　優(yōu)缺點：

　　燃料貯罐整體采用不銹鋼材料，不存在鐵離子污染。采用焊接結構，整體強度較高，抗震性較好。筒體部件頂部采用1件蓋板進行屏蔽及密封，相比其他容器，結構簡單、焊縫較少。

　　吊籃部件采用縱、橫隔板拼焊形成貯存小室，由于隔板之間沒有限位設計，在組對、焊接時，會產(chǎn)生小室尺寸偏差或變形。吊籃整體的焊接結構，對板材會造成一定量的焊接收縮，容易產(chǎn)生小室尺寸不足，導致插拔力過大。建議制造廠提前預留焊接收縮量，并設計合理工裝控制焊接過程中的變形量。

　　4、總結

　　由于國內(nèi)核電站乏池相繼滿容，國內(nèi)已陸續(xù)開始建設乏燃料干式貯存，田灣核電站已開始建設60套，大亞灣核電站也已開始建設37套乏燃料干式貯存，秦山一期、二期核電站也已開始計劃建設乏燃料干式貯存。國內(nèi)各大核電站所采用的干式貯存均為臥式結構，考慮系統(tǒng)的匹配以及相應工具的通用性，臥式干貯容器將成為我國乏燃料中間貯存的主流容器。

　　從上面3種貯存容器的結構介紹上可以得出，我國現(xiàn)有的幾種主要干式貯存容器均存在不同的優(yōu)缺點，相比之下，NUHOMS VVER1000臥式干貯容器的結構設計將更有利于干貯容器的功能實現(xiàn)以及產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，相信不久之后，我國自主改進后的臥式干貯容器將會在我國核電行業(yè)廣泛應用。

　　參考文獻

　　中國核能行業(yè)協(xié)會，2020年1-3月全國核電運行情況 20200429

　　作者仲偉荃

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