啜吸检测装置设计技术

赵伟

（西安核设备有限公司 ， 陕西 西安 710021）

啜吸检测装置是核电厂燃料操作与贮存系统中的检查设备，作用是定性检测辐照后燃料组件包壳的密闭性和定量测量燃料组件包壳破损的大小，防止电厂将破损的燃料再次插入反应堆而引起事故，并避免由于破损引起的乏燃料组件转运到后处理过程中的污染问题。

设备安装在核电厂每个机组的燃料厂房水池中，安全等级NC；
抗震类别：啜吸室为甲类[1]，设备主体材料为022Cr19Ni10；
乏燃料池水：pH 值（25℃）为4.7 ～ 5.5，含硼量0.2% ～ 0.25%，正常温度50℃（最高80℃），应在事故条件下100℃保持供水。

啜吸检测装置的作用是通过在燃料组件周围创造检测所需的稳定的 、特定的和可重复的条件。它可将燃料组件与水池中的水隔离，并升高其温度，升温是通过燃料组件放出的剩余衰变热和系统设置的加热装置实现的，作用是为了加速破损处的裂变产物泄漏速率，提高检测效率。啜吸检测装置加热参数要求为啜吸室内装有燃料组件的情况下为3℃/min，未装入燃料组件的情况下为1.5℃/min。

该检测装置可通过两种方式完成检测，即气样检测和水样检测。气样检测不仅可以进行在线检测，也可进行离线检测。在线检测是利用啜吸室内筒水升温，裂变产物由循环的流体带出，流体流过计量罐与γ活度测量通道相连提供一个即时读数来实现。而离线检测是通过取样瓶取出水样和气样送往实验室进行分析测量来实现，并且通过比较加热前后流体中的γ活度来定性检测燃料组件的严密性及定量确定燃料裂纹的大小。水样检测仅可进行离线检测，控制柜将部分水导入手套箱内取出水样，对比加热前后取样中的γ活度来实现检测目的[2]。

啜吸检测装置是由水回路、气回路、热屏蔽回路及盖控制回路四个系统组成，各回路是通过管路将啜吸室与机电控制柜中电磁阀、加热器、主泵及手套箱等连接形成的，系统结构见图1。

图1 离线啜吸检测系统Fig.1 Off-line sipping test system

2.1 水回路系统

水回路系统主要功能是清洗管路、对啜吸室的水进行加热或冷却以及提取水样。

在对燃料组件进行检测时，检测前及检测后用含硼及无硼除盐水进行冲洗，去除硼结晶的沉淀，防止前一次检测的残留物影响检测结果。

检测燃料组件时，为了缩短检测时间，需将啜吸室内的水加热到50℃，使燃料组件升温促使包壳内压力上升，从而加快裂变产物由破损处逸出。保证工作温度是通过机电控制柜将加热或冷却水经底部水回路送入啜吸室内。利用顶部水回路通过控制柜将部分水导入手套箱内的取样瓶中取样[3]。

2.2 气回路系统

气回路系统实现在线检测和离线取样检测。

在线检测是将气体由底部气回路送入啜吸室内，气体经过啜吸室中的加热水及燃料组件上升到啜吸室顶部盒盖处，由顶部气回路流出形成循环流体回路，将裂变产物带出，当带有裂变产物的气体流过计量罐进入γ活度检测通道时，检测通道会测量出一个即时读数。

离线检测是将流体通过控制柜导入手套箱内的取样瓶中取样。

2.3 热屏蔽系统

热屏蔽是在设备工作时，通过外筒进气口向啜吸室内筒与外筒之间的夹层中注入压缩空气，将夹层中的水从外筒下部排出形成气腔，然后进行保压使水不能回流，以保证啜吸室内加热水的升温和保温。

2.4 盖控制系统

盖控制系统为液压缸提供动力，来实现开启和闭合啜吸室顶部盒盖。在燃料组件装入或吊出时，打开啜吸室盒盖，在组件检测时，关闭盒盖，实现啜吸室内筒与池水间隔离，使内筒水温不受池水影响[3]。

啜吸检测装置包括水上的控制部分和水下机械部分，两部分之间通过软管连接。本文主要对水下机械部分进行结构设计论述。水下机械部分包括啜吸室、锚固板、托架、支架、支座等主要部件，并配有专用工具，结构见图2。

图2 啜吸检测装置结构Fig.2 Off-line sipping detection device structure

3.1 啜吸室结构

啜吸室包括内筒、外筒、盒盖、过滤器、啜吸室底部、波形压缩器等部件。其中内筒由外围板、法兰板、方筒及方法兰组成。外围板上开有顶部水回路接口。方筒为漏斗方形结构，上段喇叭口起导向作用便于燃料组件装入，下段为等径方形长筒。方筒内径与燃料组件外径的间隙要求严格，既要两者之间的摩擦阻力较小可以顺利装入，又要尽可能地缩小间隙减小循环水体积，保证室内升温要求。内筒中间及上部设置有两组热电偶，与电控部分连接，实时测量内筒工作时水温。

外筒为圆形筒，上端法兰与内筒法兰连接，法兰下方设有热屏蔽接口及连接臂。外筒下端设计有4个间隙定位装置，确保内筒垂直放置并保证其在工作时不会晃动，下端法兰连接在底板上，底板与支撑结构连接，通过设置在底板上的4 个调节螺柱来调平及支承啜吸室。

盒盖安装在外围板上，中心开有顶部气回路接口。盒盖由液压缸控制系统驱动液压缸，并通过安装在外围板上的限位开关信号来开启与闭合。

过滤器安装在内筒下法兰处，用于收集来自燃料组件破损处的固体残留废物，防止污染水池。

啜吸室底部为锥形筒，筒上开有底部水、气回路接口。两端带有法兰，下端小法兰与波形压缩器连接，该锥形设计是为了满足自密封。啜吸室底部安放在池底支座上，通过底板上的调节螺柱使波形压缩器与支座底板依靠设备自重进行密封，将池水与啜吸室内筒分隔。当吊出啜吸室时，波形压缩器自动打开，排出啜吸室内的水[4]。

3.2 操作工具

啜吸室安装在水池里，因此每套设备都配有盖操作工具、过滤器操作工具及啜吸室操作工具。

盖操作工具是当液压缸无法打开盒盖时，利用该工具通过转动水下啜吸室上的驱动杆，驱动传动系统打开盒盖，结构见图3。

图3 手动开盖示意图Fig.3 Manual cover opening schematic diagram

3.3 支撑结构

支撑结构由锚固板、托架、支架、支座组成。锚固板焊于池底和池壁预埋板上，用于固定托架、支架及支座。托架安装在水池壁上部管线入口位置，用于引导和支撑各管线及放置盖操作工具及过滤器操作工具。支架安装在水池壁下部，支架与啜吸室外筒上连接臂连接，将啜吸室固定在水池壁上。支座安装在水池底部用于支撑固定啜吸室。支座侧面配有存放过滤器的支架，用于临时放置过滤器。支架及支座将啜吸室上、下两端进行固定，使其不会发生水平移动或倾覆[5]，结构见图4。

图4 水下支撑结构Fig.4 Underwater supporting structure

通过对啜吸检测装置功能、工作原理、系统及结构设计进行分析论述，详细阐述了该设备的系统组成及主要部件的结构设计特点。该装置因其实用、安全、高效及操作简单灵活已成功应用于国内多个核电机组及海外核电机组。

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