[實用新型]核燃料包殼管在模擬LOCA工況下性能評價的實驗裝置

有效

• 申請號: 201520571077.4
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN204760048U
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 王榮山;束國剛;柏廣海
• 申請（專利權）人: 蘇州熱工研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司;中廣核工程有限公司
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛

技術領域

本實用新型涉及一種核燃料包殼管在模擬LOCA工況下性能評價的實驗裝置，特別涉及一種模擬LOCA工況發生時在高溫水蒸氣氧化及淬火中用于評價核燃料包殼性能的實驗裝置。

背景技術

眾所周知，LOCA（LossOfCoolantAccident）是核電廠在運行過程中最為嚴重的事故之一。該事故的發生主要是由于反應堆一回路冷卻劑流失，導致堆芯溫度急劇上升，同時反應堆內壓力迅速下降，引發安注系統向堆內注水，以冷卻快速升溫的堆芯。

在LOCA工況下（以鋯合金為例），當核燃料包殼溫度超過600℃時，由于外部壓力的下降導致燃料包殼發生腫脹、破裂；當溫度升高至850℃以上時，燃料包殼鋯合金會發生劇烈的鋯水反應，包殼外部氧化膜厚度迅速增加，同時反應釋放出氫氣。當對堆芯進行注水時，相當于對鋯合金包殼進行淬火，會導致包殼變脆甚至破裂，可引發放射性裂變產物泄漏。

針對LOCA工況，美國聯邦法規10CFR50.65制定了燃料包殼完整性的臨界條件，即在最高溫度1204℃、ECR(Equivalentcladdingreacted)最高為17%時，核燃料包殼淬火時要保持完整性。達到一定值ECR所需時間由Baker-Just公式計算得出。包殼的氧化產氫量不超過假設所有鋯水反應所釋放氫量的1%。我國ECCS驗收標準也是參照這一法規。（1）計算的燃料包殼最高溫度應不超過1204℃；（2）計算的燃料包殼最大氧化量不應超過包殼原始壁厚的17%；（3）與水蒸汽或水的發生化學反應的鋯不應超過堆芯包殼總重量（不包括元件棒空腔部分的重量）的1%。

如果用堆內實驗獲得鋯合金燃料包殼材料在LOCA工況下的行為，不僅技術復雜，而且耗費較大。因此，基本上采用反應堆外模擬技術及裝置，來評價燃料核燃料包殼管的性能。目前，核燃料包殼在模擬LOCA工況下的實驗裝置主要有兩種：一種是通過電阻爐對燃料核燃料包殼管進行加熱，然后通入水蒸氣，在到達特定的氧化時間后將燃料包殼投入水中進行淬火。這種實驗裝置是從外部對核燃料包殼進行加熱，而核反應堆堆內實際工況是燃料芯塊在核燃料包殼內部發熱，因此這種實驗裝置與實際工況相差較遠；第二種實驗裝置是由韓國原子能科學院研發，采用核燃料包殼管內部插入發熱體進行加熱，在核燃料包殼管兩端夾持電極。由于該LOCA裝置中核燃料包殼管在加熱過程中的熱脹冷縮，核燃料包殼管上端所夾持的電極及附屬電源線的總重量在不斷變化，因此燃料核燃料包殼管在整個試驗過程中承受了一定的外力，這將對試驗結果產生一定的影響。此外，上述兩種設備均不能實現對核燃料包殼管的氣氛保護功能。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種核燃料包殼管在模擬LOCA工況下性能評價的實驗裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型采取如下技術方案：

一種核燃料包殼管在模擬LOCA工況下性能評價的實驗裝置，其包括：

用于容納核燃料包殼管的型腔，型腔包括通過密封件分隔形成的位于上部的真空腔和位于下部的淬火腔，在密封件上設有通孔，核燃料包殼管密封設置在通孔中，且上部位于真空腔、下部位于淬火腔內；加熱裝置，其包括自核燃料包殼管開口伸入核燃料包殼管內的加熱棒、套設在加熱棒的外周用于將加熱棒與核燃料包殼管的內壁絕緣隔開的套管、以及輔助加熱棒加熱的輔熱單元，套管的材質為石英或陶瓷；水蒸氣循環裝置，其包括分別與淬火腔相連通的水蒸氣發生器和水蒸氣冷凝器；抽真空裝置，其包括抽真空泵、分別與真空腔和淬火腔相連通的管道、以及控制閥；冷卻裝置，其包括能夠分別向真空腔和淬火腔內注入冷卻液的進液單元、以及排液單元；控制系統，其包括用于控制抽真空泵抽真空的第一控制單元、用于控制進液單元注入冷卻液的第二控制單元、以及分別用于檢測并監控真空腔和淬火腔內壓力變化的檢控單元，其中當檢控單元顯示真空腔或淬火腔內壓力下降時，核燃料包殼管損壞而失效。

具體的，核燃料包殼管的下部懸空在淬火腔內，且包括管體、焊接在管體底部的管底，加熱棒的下端部位于管體底部和管底焊接處的上方，且加熱棒的下端部距淬火腔底部的距離大于焊接處的高度。即燃料包殼管的焊接處與加熱棒之間存在一定的間距，防止燃料包殼管的焊接處溫度過高，先于燃料包殼管發生失效，從而影響核燃料包殼管在模擬LOCA工況下性能評估的準確性。