燃料球輸運(yùn)裝置設(shè)計(jì)文件

..燃料輸運(yùn)裝置方案設(shè)計(jì)說明書適用圍本文適用于TMSR-SF0燃料裝卸系統(tǒng)綜合試驗(yàn)平臺(tái)的燃料輸運(yùn)裝置設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)依據(jù)2.1術(shù)語(yǔ)與定義燃料元件輸運(yùn)：是指燃料元件向裝料機(jī)構(gòu)以及燃料元件從卸料機(jī)構(gòu)向乏燃料容器傳送的過程，應(yīng)包括對(duì)燃料元件的計(jì)數(shù)、碎球別離、分配等操作。預(yù)處理裝置：對(duì)新燃料元件作除水、除氧處理的裝置。過球計(jì)數(shù)器：測(cè)量燃料元件通過數(shù)量和流向的裝置。碎球別離器：別離不適于繼續(xù)在堆中運(yùn)行的破損和有缺陷的燃料元件的裝置。分配器：對(duì)不同條件燃料元件的輸運(yùn)流向進(jìn)展分配的裝置。分流器：對(duì)燃料元件的流向控制和分配的裝置。2.2設(shè)計(jì)要求2.2.1總體功能要求燃料元件輸運(yùn)管道主要重力作用下實(shí)現(xiàn)燃料輸運(yùn)，必要處輔以氣力傳輸；與裝卸料機(jī)構(gòu)和卸料機(jī)構(gòu)處實(shí)現(xiàn)氣氛的隔離與切換；燃料元件進(jìn)展除水除氧處理，滿足進(jìn)堆要求；碎球別離器可自動(dòng)識(shí)別并分選出破損及尺寸不合格的燃料元件；過球計(jì)數(shù)器對(duì)燃料元件的速度和數(shù)量監(jiān)測(cè)和記錄；燃料元件分流器可以根據(jù)需要將不同類型的燃料元件〔不同燃耗的燃料球〕分別輸運(yùn)到不同流向；分配器可根據(jù)指令將不同類型的燃料元件〔模擬釷球、模擬鈾球〕輸運(yùn)到不同貯存容器；測(cè)設(shè)和驗(yàn)證釷基熔鹽堆球形燃料元件整體輸運(yùn)過程關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的工藝過程的可靠性與正確性。2.2.2設(shè)計(jì)輸入燃料輸運(yùn)裝置相關(guān)設(shè)計(jì)輸入如表1所示。表1燃料輸運(yùn)裝置設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)序號(hào)名稱參數(shù)描述1燃料球直徑60mm3燃料球平均密度1.8g/cm34卸料形式停堆卸料\有鹽5卸料球溫度500°C6裝料速度6球/分7卸料速度6球/分8裝、卸料機(jī)構(gòu)接口高度差≥1m2.2.3根本要求具備實(shí)驗(yàn)測(cè)試與運(yùn)行設(shè)備。具備燃料輸運(yùn)裝置輸運(yùn)管道與閥門件。輸運(yùn)管道規(guī)格為DN65，奧氏體不銹鋼材質(zhì)，輸運(yùn)管道均需采用可拆卸的法蘭連接，可以采用螺栓預(yù)緊，為防止燃料元件輸運(yùn)過程中卡頓與碰撞，管道彎頭采用大曲率半徑。管道閥門能滿足輸運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。具備燃料輸運(yùn)裝置中碎球別離器，分流器，過球計(jì)數(shù)器，氣動(dòng)分配器等關(guān)鍵輸運(yùn)設(shè)備。具備支撐、容納上述設(shè)備的鋼構(gòu)造平臺(tái)，鋼構(gòu)造臺(tái)架滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)〔包括抗震要求〕、空間要求、載荷要求等。具備安裝起吊設(shè)備和拆卸維護(hù)所需的設(shè)備。具備貨物、工裝暫存與通道。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展、實(shí)驗(yàn)容的不同，需要有待裝的、拆卸后暫存的設(shè)備；需要有暫存空間。具備參觀通道。參觀通道應(yīng)盡量在實(shí)驗(yàn)對(duì)象設(shè)備的一側(cè)。參觀通道寬度不小于1.5米。參觀通道地面必須設(shè)置有路線標(biāo)志。參觀通道與實(shí)驗(yàn)區(qū)應(yīng)有明顯的標(biāo)志。具備平安防護(hù)與監(jiān)控報(bào)警裝置。具備照明。在鋼構(gòu)造每一層平臺(tái)下面，均應(yīng)設(shè)置有照明設(shè)備。照明設(shè)備的布置應(yīng)按無(wú)影要求〔或相近〕設(shè)置。2.2.4氣路要求提供系統(tǒng)氣體供給設(shè)備和真空保持設(shè)備，真空泵組保持管道真空，供氣與尾氣系統(tǒng)保持氣體成分與壓力。提供純度為99.99%氬氣，水氧含量≤30ppm。系統(tǒng)排出廢氣至廢氣接口處理。提供氣動(dòng)閥門開關(guān)壓縮空氣氣源。2.2.5控制要求提供滿足燃料輸運(yùn)裝置調(diào)試和運(yùn)行輸運(yùn)控制設(shè)備，電氣、測(cè)量、本地控制與人機(jī)交互設(shè)備?？刂戚斶\(yùn)線上各類閥門的開關(guān)次序與連鎖?？刂茩C(jī)械設(shè)備動(dòng)作,完成碎球分選，燃料分配功能。使用壓力傳感器，監(jiān)測(cè)輸運(yùn)線各處氣體壓力。使用溫度傳感器，監(jiān)測(cè)輸運(yùn)管路中的溫度。經(jīng)分析和判斷,發(fā)出相應(yīng)信號(hào),控制各個(gè)設(shè)備動(dòng)作。發(fā)生誤操作和出現(xiàn)的故障應(yīng)進(jìn)展故障診斷及發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)。實(shí)施容3.2實(shí)施方案燃料輸運(yùn)裝置可分解為燃料管路輸運(yùn)子系統(tǒng)、供氣輔助子系統(tǒng)與控制子系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)。燃料管路輸運(yùn)系統(tǒng)包括燃料輸運(yùn)的密封管路及支撐件，燃料元件分流器、分配器，過球計(jì)數(shù)器與碎球別離器等關(guān)鍵設(shè)備以及管路連接件。供氣輔助系統(tǒng)保持管路氣體環(huán)境并與系統(tǒng)外接口的氣氛切換以及采用必要的氣力輸運(yùn)裝置?？刂葡到y(tǒng)采集輸運(yùn)系統(tǒng)信號(hào)并進(jìn)展監(jiān)測(cè)和控制。3.2.1總體技術(shù)方案燃料元件靠重力作用，在惰性氣體保護(hù)下在密封管路實(shí)現(xiàn)輸運(yùn)，在必要處設(shè)置氣力輸運(yùn)裝置輔助傳輸；初始裝料時(shí)燃料元件進(jìn)展離線除水氧預(yù)處理；模擬燃料元件從卸料機(jī)構(gòu)輸運(yùn)至碎球別離器，有缺損的元件別離出來，并使之落入破損燃料貯存容器中；卸出燃料元件經(jīng)指令確定乏燃料是否重新在分流器中確定流向是否循環(huán)輸運(yùn)至裝料機(jī)構(gòu)；分流器將確認(rèn)卸出燃料元件輸運(yùn)至分配器分配至不同貯存容器；過球計(jì)數(shù)器檢測(cè)燃料元件輸運(yùn)數(shù)量和流向。3.2.2系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)計(jì)參數(shù)表2燃料輸運(yùn)裝置設(shè)備構(gòu)成設(shè)備名稱功能輸運(yùn)管路以重力實(shí)現(xiàn)燃料元件輸運(yùn)隔離閥隔離管路氣氛截止閥過球阻擋功能燃料元件預(yù)處理裝置燃料元件除水除氧以到達(dá)進(jìn)堆要求分流器分配控制元件流向，實(shí)現(xiàn)燃料元件在線循環(huán)氣動(dòng)分配器將不同類型燃料元件導(dǎo)向至不同存儲(chǔ)容器碎球別離器識(shí)別并自動(dòng)別離破損燃料元件過球計(jì)數(shù)器檢測(cè)燃料元件數(shù)量和流向輔助系統(tǒng)保持管真空和輸運(yùn)氣氛表3燃料輸運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)燃料輸運(yùn)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)輸運(yùn)速度≤10m/s元件裝載通量6個(gè)/分鐘密封要求外漏≤1×10-5Pa.m3/s設(shè)計(jì)溫度500oC輸運(yùn)氣體99.99%氬氣設(shè)計(jì)壓力0.2MPa破損元件識(shí)別率：≥98%計(jì)數(shù)器準(zhǔn)確率2000次過球準(zhǔn)確率≥99.53.2.3工藝流程圖1燃料輸運(yùn)裝置工藝流程圖圖2燃料輸運(yùn)運(yùn)行流程圖一、總體工藝燃料系統(tǒng)工藝流程圖見圖1所示，燃料輸運(yùn)裝置運(yùn)行圖2所示。燃料輸運(yùn)主要工藝描述如下：新燃料裝料流程通過真空系統(tǒng)對(duì)整個(gè)管路系統(tǒng)進(jìn)展抽真空和管道除氣，通過氬氣系統(tǒng)對(duì)裝置進(jìn)展氬氣填充，完成氣氛置換。重復(fù)步驟1直至管道中氬氣水氧含量小于30ppm。燃料元件進(jìn)展預(yù)處理，經(jīng)預(yù)處理燃料轉(zhuǎn)運(yùn)至新燃料裝料箱在氣氛保護(hù)下存儲(chǔ)。燃料從新燃料裝料箱裝入燃料輸運(yùn)管路并氣氛切換。燃料元件輸運(yùn)至裝料機(jī)構(gòu)接口。2.乏燃料卸料流程乏燃料從卸料機(jī)構(gòu)輸經(jīng)氣氛切換，輸送至碎球別離器。碎球別離器根據(jù)指令將完好燃料元件輸運(yùn)至分流器。分流器將燃料元件輸運(yùn)至氣動(dòng)分配器。氣動(dòng)分配器根據(jù)指令進(jìn)展分配后，將燃料元件輸送到燃料貯存容器。3.燃料循環(huán)控制流程卸出燃料從卸料機(jī)構(gòu)輸經(jīng)氣氛切換，輸送至碎球別離器。碎球別離器根據(jù)指令將完好燃料元件輸運(yùn)至分流器。分流器將燃料元件輸運(yùn)至裝料管路。燃料元件經(jīng)過氣氛切換輸運(yùn)至裝料機(jī)構(gòu)。二、氣氛切換工藝燃料元件的氣氛切換目的是將燃料輸運(yùn)管道0.2MPa氬氣與裝卸料機(jī)構(gòu)中0.15MPa氬氣氣氛進(jìn)展隔離切換。整個(gè)工藝段由兩個(gè)隔離閥，兩個(gè)截止閥和兩個(gè)計(jì)數(shù)器以及輔助氬氣供排氣裝置構(gòu)成。該工藝段工作流程圖見圖3圖3氣氛切換工藝流程圖氣氛切換工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見下表，其設(shè)計(jì)依據(jù)見附錄所示。表4氣氛切換工藝參數(shù)氣氛切換工藝參數(shù)單次最大置換燃料球數(shù)20個(gè)工藝用時(shí)*100s切換壓力裝料段：0.2MPa切換為0.15MPa卸料段：0.15MPa切換為0.2MPa供氣氣體99.99%氬氣供氣氣壓≥0.2MPa注：*設(shè)計(jì)依據(jù)見附錄下面以燃料進(jìn)堆裝料氣氛切換工藝為例，描述氣氛切換工藝過程。燃料輸運(yùn)前，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)清零。燃料輸運(yùn)至計(jì)數(shù)器C1處，計(jì)數(shù)器識(shí)別到燃料元件計(jì)數(shù)時(shí)，先翻開隔離閥A1，然后翻開截止閥B1,燃料元件滾動(dòng)至氣氛切換管段。計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)達(dá)20個(gè)時(shí)，先關(guān)閉閥B1，隨后關(guān)閉閥A1。對(duì)管路氣氛抽真空，當(dāng)真空計(jì)顯示設(shè)計(jì)值〔1Pa〕時(shí)，停頓抽氣；隨后對(duì)管路通氣，當(dāng)氣壓表到達(dá)0.15Mpa時(shí)，停頓供氣。停頓供氣后，翻開隔離閥A2，隨后翻開截止閥A1，燃料輸運(yùn)至裝料機(jī)構(gòu)。計(jì)數(shù)器C2計(jì)數(shù)達(dá)20個(gè)時(shí)，關(guān)閉隔離閥A2，隨后關(guān)閉截止閥B2。卸料氣氛切換工藝與以上描述類似。設(shè)備描述燃料輸運(yùn)裝置設(shè)備初步布置方案見圖4，燃料輸運(yùn)裝置設(shè)備包括：輸運(yùn)管道及支撐件、隔離閥、截止閥及其輔助氣裝、燃料預(yù)處理裝置、新燃料裝料箱、碎球別離器、過球計(jì)數(shù)器、分流器、分配器、卸料貯存容器，同時(shí)還包括輔助真空系統(tǒng)和氬氣供氣系統(tǒng)等。圖4燃料輸運(yùn)裝置設(shè)備初步布置圖3.3.1輸運(yùn)管路燃料輸運(yùn)管路采用DN65規(guī)格，奧氏體不銹鋼材質(zhì)，其技術(shù)參數(shù)見表4。燃料輸運(yùn)管路密封外漏率≤1×10-5Pa.m3/s，管道與設(shè)備連接法蘭要考慮應(yīng)力與形變影響。表4燃料輸運(yùn)管路規(guī)格類型參數(shù)主管道規(guī)格DN65材質(zhì)不銹鋼徑≥62mm管粗糙度6.3管徑圓度公差0.25mm彎頭曲率半徑≥300mm橢圓度小于1.03直線度公差1mm/m3.3.2隔離閥隔離閥的作用是隔離輸運(yùn)裝置與裝卸料裝置氣氛，阻止裝卸料裝置局部的氣體進(jìn)入輸運(yùn)系統(tǒng)。選用密封球閥，其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：工作溫度:室溫-500℃，工作壓力0.2MPa工作介質(zhì)：99.99%氬氣通徑：≥62mm材質(zhì)：奧氏體不銹鋼連接方式：法蘭連接操作方式：氣動(dòng)泄漏率：外漏，漏：使用壽命：開關(guān)動(dòng)作重復(fù)2000次后，應(yīng)能保持其功能，即壓力邊界完整、動(dòng)作正常、密封面、閥桿等無(wú)損傷、破裂、變形等，閥座處泄漏量不超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值開關(guān)頻率：48小時(shí)可開關(guān)200次,開關(guān)時(shí)間：2s完成開〔關(guān)〕動(dòng)作3.3.3截止閥截止閥采用閘板閥，其作用是控制球的通過。其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：工作溫度:室溫-500℃，工作壓力0.2MPa工作介質(zhì)：99.99%氬氣通徑：≥62mm材質(zhì)：奧氏體不銹鋼連接方式：法蘭連接操作方式：氣動(dòng)泄漏率：外漏使用壽命：開關(guān)動(dòng)作重復(fù)2000次后，應(yīng)能保持其功能，即壓力邊界完整、動(dòng)作正常、密封面、閥桿等無(wú)損傷、破裂、變形等，閥座處泄漏量不超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值開關(guān)頻率：48小時(shí)可開關(guān)200次,開關(guān)時(shí)間：2s完成開〔關(guān)〕動(dòng)作3.3.4過球計(jì)數(shù)器過球計(jì)數(shù)器的功能是記錄通過的燃料元件數(shù)和監(jiān)視燃料元件的運(yùn)動(dòng)狀況。它基于渦流檢測(cè)原理，通以交變電流的線圈在空間產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，當(dāng)導(dǎo)電的模擬元件通過時(shí)，會(huì)在其部鼓勵(lì)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生渦流，元件中的渦流反過來會(huì)對(duì)線圈中的電流產(chǎn)生影響。通過檢測(cè)線圈中電流或線圈阻抗的變化，可以判斷元件通過情況。過球計(jì)數(shù)器主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：檢測(cè)方式：非接觸式球速檢測(cè)圍：0.1-10m/s工作溫度：室溫-500℃準(zhǔn)確性：2000次過球準(zhǔn)確率到達(dá)98%。輸出過球信號(hào)：50ms脈沖信號(hào)過球信號(hào)傳輸纜線長(zhǎng)度：60m3.3.5碎球別離器碎球別離器用于別離不適于繼續(xù)在堆中運(yùn)行的破損和有缺陷的燃料元件，其主要采用機(jī)械方式自動(dòng)識(shí)別和單列連續(xù)別離任意直徑小于56.5mm破損燃料燃料元件。碎球別離器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：檢測(cè)直徑≤56.5mm工作溫度：室溫-500℃工作氣壓：0.2 MPa工作介質(zhì)：99.99%氬氣檢測(cè)準(zhǔn)確率：98%3.3.6氣動(dòng)分配器氣動(dòng)分配器通過壓縮氣體驅(qū)動(dòng)部元件，將入口與兩個(gè)出口分別導(dǎo)通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將輸送管道〔與入口連接〕送來的不同類型的燃料遠(yuǎn)近分配到不同的管