一種反應(yīng)堆堆芯內(nèi)儀器操縱系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種反應(yīng)堆堆芯內(nèi)儀器操縱系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求享有2013年4月11日提交的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/860, 728的權(quán) 益，該專利申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鳛閰⒖肌?br>【背景技術(shù)】
[0003] 1.技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明概括來說涉及核反應(yīng)堆系統(tǒng)，尤其是涉及用于這種系統(tǒng)的堆芯內(nèi)儀器，所 述堆芯內(nèi)儀器穿過反應(yīng)堆壓力容器的上內(nèi)部構(gòu)件。
[0005] 2.相關(guān)技術(shù)
[0006] 在用于發(fā)電的核反應(yīng)堆例如加壓水冷反應(yīng)堆中，核燃料例如濃縮鈾的裂變產(chǎn)生熱 量，熱量傳遞給流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯的冷卻劑。堆芯包含長形核燃料棒，這些長形核燃料棒彼此 鄰近地安裝在燃料裝配結(jié)構(gòu)中，冷卻劑流經(jīng)并流過該燃料裝配結(jié)構(gòu)。燃料棒以同延的平行 陣列彼此間隔開。在給定燃料棒中的燃料原子核衰變期間釋放的中子及其他原子粒子中的 一些經(jīng)過燃料棒之間的空間，撞擊在相鄰燃料棒中的可裂變物質(zhì)上，促進(jìn)核反應(yīng)和促進(jìn)堆 芯產(chǎn)生熱量。
[0007] 活動(dòng)控制棒分散在整個(gè)堆芯中，以使得能夠通過吸收經(jīng)過燃料棒之間的中子的一 部分而控制裂變反應(yīng)的總速率，否則將促進(jìn)裂變反應(yīng)。控制棒一般包括由中子吸收材料制 成的長形棒，并且控制棒配合到燃料組件中的縱向開口或引導(dǎo)套管中，所述縱向開口或引 導(dǎo)套管平行于燃料棒并在燃料棒之間延伸?？刂瓢粼诙研局胁迦氲迷蕉?，致使中子被吸收 得越多，從而減緩相鄰燃料棒中的裂變過程；收回控制棒，則降低中子吸收的程度，加快核 反應(yīng)的速率，并增大堆芯的功率輸出。
[0008] 為了監(jiān)測(cè)堆芯燃料組件內(nèi)部的冷卻劑溫度和中子活動(dòng)，在過去已經(jīng)利用了活動(dòng)式 堆芯內(nèi)儀器，例如活動(dòng)式中子檢測(cè)器，所述活動(dòng)式堆芯內(nèi)儀器通常從容器底部的穿孔進(jìn)入 堆芯。在過去的幾種情形中，容器底部的穿孔處出現(xiàn)泄漏，這帶來了大的修理問題。不久便 顯然希望使所有堆芯內(nèi)儀器從上方進(jìn)入堆芯。另外，也已經(jīng)利用固定式堆芯內(nèi)中子檢測(cè)器， 其經(jīng)由反應(yīng)堆容器的底部進(jìn)入堆芯并在正常操作期間居留在燃料組件中。除了經(jīng)由容器底 部的穿孔進(jìn)入的固定式堆芯內(nèi)儀器之外，還存在經(jīng)由容器頂部的穿孔進(jìn)入的固定式堆芯內(nèi) 儀器。在后一構(gòu)造中，每個(gè)堆芯內(nèi)儀器套管組件被全封閉在由管道構(gòu)成的引導(dǎo)路徑中。該 引導(dǎo)路徑的下部分向下延伸到燃料組件中。但是，即使是固定式堆芯內(nèi)中子檢測(cè)器以及用 于監(jiān)測(cè)堆芯內(nèi)的溫度的熱電偶組件也得必須在能夠接近反應(yīng)堆堆芯以便燃料更換操作之 前從燃料組件抽出。因此，必須提供一種結(jié)構(gòu)，其能夠令人滿意地引導(dǎo)和保護(hù)堆芯內(nèi)儀器從 容器頂部進(jìn)入并能夠減輕泄漏的可能性，同時(shí)使得能夠接近以便燃料更換。
[0009] 這些目標(biāo)對(duì)于200兆瓦級(jí)的一些小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)來說已經(jīng)變得甚至更富 有挑占戈性，例如Westinghouse Electric Company LLC, Cranberry Township, Pennsylvania 所提出的小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。小型模塊化反應(yīng)堆是一種集成式加壓水冷反應(yīng)堆，其中 所有主回路部件都位于反應(yīng)堆容器內(nèi)部。反應(yīng)堆容器由緊湊的高壓防護(hù)殼圍繞。由于防護(hù) 殼內(nèi)的空間有限并且由于集成式加壓輕水反應(yīng)堆的低成本要求，需要最小化輔助系統(tǒng)的總 數(shù)量而不犧牲安全性或功能。例如，與小型模塊化反應(yīng)堆設(shè)計(jì)相關(guān)的緊湊的高壓防護(hù)殼不 允許用于在反應(yīng)堆容器上方結(jié)合其中可以防護(hù)所傳送的部件的大型可浸空腔。此外，在大 多數(shù)傳統(tǒng)加壓水冷反應(yīng)堆中，堆芯內(nèi)儀器在更換燃料之前從堆芯收回。這通過破壞主壓力 邊界密封件并拉動(dòng)儀器穿過導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)。該過程在帶有底部安裝的儀器的設(shè)備中是簡單的， 因?yàn)閷?dǎo)管正好從反應(yīng)堆容器的底部延伸到位于與反應(yīng)堆分離的場(chǎng)所中的密封平臺(tái)。在帶有 頂部安裝的儀器的設(shè)備中，該過程由于上內(nèi)部構(gòu)件結(jié)構(gòu)而更富有挑戰(zhàn)性。這在考慮將頂部 安裝的儀器用于小型模塊化反應(yīng)堆系統(tǒng)的集成式加壓水冷反應(yīng)堆中時(shí)變得更加復(fù)雜，集成 式加壓水冷反應(yīng)堆具有集成地結(jié)合在反應(yīng)堆頂蓋封閉件中的加壓器和熱交換器。頂部安裝 的儀器在使用通常被稱作容器內(nèi)滯留（in-vessel retention)的嚴(yán)重事故緩解策略的設(shè)備 中是優(yōu)選的。這種策略要求反應(yīng)堆容器的下部分中不存在穿孔。
[0010] 受讓給本申請(qǐng)的受讓人的2012年4月27日提交的、發(fā)明名稱為 "Instrumentation and Control Penetration Flange for a Pressurized Water Reactor〃的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/457, 683介紹了一種位于反應(yīng)堆頂蓋封閉件與壓力容 器凸緣之間的可移除的環(huán)形密封環(huán)，其用于將線纜從控制棒驅(qū)動(dòng)器和堆芯監(jiān)測(cè)儀器穿過反 應(yīng)堆容器壓力擋板布線。受讓給本申請(qǐng)的受讓人的2013年1月16日提交的、發(fā)明名稱為 ''Method and Apparatus for Refueling a Nuclear Reactor Having an Instrumentation Penetration Flange〃的美國專利申請(qǐng)序列13/742, 392教導(dǎo)了一種為這種反應(yīng)堆更換燃 料的方法。燃料更換處于大多數(shù)停機(jī)的關(guān)鍵路徑（critical path)上，燃料更換是其中的 一部分，對(duì)于應(yīng)用操作者來說，任何使燃料更換方法更有效的手段都能夠顯著降低這種操 作的成本。因此，進(jìn)一步改進(jìn)以減少從堆芯移除儀器所必需采取的步驟以使之可以從上內(nèi) 部構(gòu)件移除并暴露燃料組件對(duì)于傳統(tǒng)反應(yīng)堆和集成式模塊化反應(yīng)堆來說都是期望的。
[0011] 在傳統(tǒng)反應(yīng)堆中，堆芯內(nèi)儀器被包裹在長的不銹鋼管（被稱作外護(hù)套）中，該管的 長度典型為30到40英尺（9. 1到12. 2米），直徑為大約0. 375英寸（9. 5毫米）。外護(hù)套 包含儀器和儀器導(dǎo)線。這些導(dǎo)線在儀器的整個(gè)長度上延伸，終止于電連接件中的一端部處。 儀器、儀器導(dǎo)線、外護(hù)套和電連接件的組件被稱作堆芯內(nèi)儀器套管組件。在反應(yīng)堆中，堆芯 內(nèi)儀器套管組件的其中具有檢測(cè)器的那個(gè)端部從燃料組件的頂部到近乎底部延伸一段距 離，在傳統(tǒng)組件中，該距離通常在10到12英尺之間（3. 05-3. 66米）。堆芯內(nèi)儀器套管組件 的非活性端部包含導(dǎo)線，所述導(dǎo)線將信號(hào)從檢測(cè)器傳送到電連接件。在現(xiàn)有的應(yīng)用中，堆芯 內(nèi)儀器套管組件的外護(hù)套穿過容器穿孔。在更多最近的設(shè)計(jì)中，穿孔通常位于反應(yīng)堆容器 的封閉頂蓋中，而電連接件位于反應(yīng)堆外部。
[0012] 在反應(yīng)堆燃料更換期間，必須從堆芯移除堆芯內(nèi)儀器套管組件，以允許燃料重新 定位。一些設(shè)備設(shè)計(jì)在反應(yīng)堆內(nèi)部具有位于上內(nèi)部構(gòu)件的上部分上的儀器格柵裝配板，所 有堆芯內(nèi)儀器套管組件都附接于儀器格柵裝配板。在燃料更換期間，儀器格柵裝配板被提 升，所有堆芯內(nèi)儀器套管組件被同時(shí)從反應(yīng)堆堆芯抽出。其他不具有儀器格柵裝配板的設(shè) 備將每個(gè)堆芯內(nèi)儀器套管組件逐個(gè)地抽出一段足夠的距離以允許燃料運(yùn)動(dòng)。堆芯內(nèi)儀器套 管組件的抽出部分必須由外部裝置支撐。使從堆芯抽出堆芯內(nèi)儀器套管組件所需的步驟數(shù) 量減少的堆芯內(nèi)儀器套管組件或上內(nèi)部構(gòu)件的任何結(jié)構(gòu)變化將減少關(guān)鍵路徑燃料更換時(shí) 間，并最小化由于不正確操縱錯(cuò)誤而損壞堆芯內(nèi)儀器套管組件的可能性。這在小型集成式 模塊化反應(yīng)堆的擁擠環(huán)境中尤其如此。
[0013] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)是以最小化將堆芯內(nèi)儀器套管組件抽出到上內(nèi)部構(gòu)件中并從 反應(yīng)堆堆芯上方移除上內(nèi)部構(gòu)件所需的步驟數(shù)量的方式改進(jìn)堆芯內(nèi)儀器套管組件。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種改進(jìn)，其將最小化浸沒的電連接件需要拆卸的次 數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 這些目標(biāo)及其他目標(biāo)是通過包括具有可移除的上頂蓋的壓力容器的加壓水冷核 反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)的，所述上頂蓋用于密封地接合壓力容器中的上開口。具有軸向尺寸的堆芯被 支撐在壓力容器內(nèi)。多個(gè)核燃料組件被支撐