可溶中子毒物的加料装置

技术领域

本发明属于核燃料后处理技术领域，具体涉及一种可溶中子毒物的加料装置。

背景技术

PUREX水法流程处理核电站乏燃料组件的过程中，首先需要将乏燃料剪切成一定长度的短段，在反应器里硝酸与燃料短段内的UO2芯块发生溶解反应。由于溶解时存在U235、Pu239等易裂变核素，因此必须考虑临界安全问题。目前国内采用几何良好和固体中子毒物进行临界安全控制，受设备尺寸的限制处理能力有限。

随着后处理领域技术的发展，乏燃料组件中U235的初始富集度和燃耗越来越高，对反应器的处理能力要求越来越大，采用几何尺寸或固体中子毒物的方法已经无法满足临界安全控制要求。可溶中子毒物可以大幅降低甚至解除临界安全对设备尺寸的限制，提高处理能力。因此，越来越多的国外后处理厂采用可溶中子毒物控制临界安全，如英国的THORP厂和美国的巴威尔厂。目前国外针对反应器的可溶中子毒物加料方法比较简单，配制好的可溶中子毒物溶液直接加到反应器中。可溶中子毒物使用点多，导致可溶中子毒物的出料指向不唯一，存在串料的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种可溶中子毒物的加料装置，可溶中子毒物进入到计量槽后，可以确定加入到反应器的料液中可溶中子毒物的浓度，确保反应器的临界安全。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种可溶中子毒物的加料装置，包括：

配制槽，用于配制可溶中子毒物溶液；

计量槽，包括：计量槽槽体、与计量槽槽体连接的用于检测计量槽槽体内的可溶中子毒物浓度的核测量仪，计量槽槽体与配制槽连接，核测量仪用于通过核物理的方法测量计算计量槽槽体内的可溶中子毒物的浓度，计量槽槽体上设置有用于向反应器加料的计量槽槽体出料口；

控制器，用于接收核测量仪测量计算的可溶中子毒物的浓度，控制器根据化学法检测到的计量槽槽体内的可溶中子毒物浓度、核测量仪测量计算计量槽槽体内的可溶中子毒物的浓度，控制计量槽槽体出料口与反应器之间的连接管线上的第一阀门的开闭。

优选的是，控制器还用于根据化学法检测到的配制槽内的可溶中子毒物的浓度控制配制槽与计量槽槽体之间的连接管线上的第二阀门的开闭，若配制槽内的可溶中子毒物浓度达到预设的浓度，则控制器控制第二阀门打开。

优选的是，控制器所根据的化学法检测配制槽内的可溶中子毒物浓度为至少两次取样分析，取样分析结果达到均一性。

优选的是，若化学法检测到的计量槽槽体内的可溶中子毒物浓度、核测量仪测量计算的可溶中子毒物的浓度均为预设的浓度，则控制器控制第一阀门打开。

优选的是，控制器所根据的化学法检测计量槽槽体内的可溶中子毒物浓度为至少两次取样分析，取样分析结果达到均一性。

优选的是，配制槽包括第一环形槽、设置于第一环形槽外围的第二环形槽，核测量仪设置于第二环形槽的外壁上，其中，第一环形槽用于填充吸收中子的填充物，第二环形槽用于盛放配制的可溶中子毒物溶液。

优选的是，计量槽槽体为扁平槽。

优选的是，配制槽包括配制槽槽体和设置于配制槽槽体内的第一鼓泡搅拌管，第一鼓泡搅拌管用于对配制槽槽体内的可溶中子毒物溶液进行鼓泡搅拌；

计量槽槽体内设置有第二鼓泡搅拌管，第二鼓泡搅拌管用于对计量槽槽体内的可溶中子毒物溶液进行鼓泡搅拌。

优选的是，所述的可溶中子毒物的加料装置，还包括：

第一贮槽，用于贮存水，第一贮槽的出口与配制槽连接；

第二贮槽，用于贮存酸，第一贮槽的出口与配制槽连接；

第三贮槽，用于贮存可溶中子毒物，第一贮槽的出口与配制槽连接。

优选的是，所述的可溶中子毒物的加料装置，还包括：

第一空气提升器，设置于配制槽与计量槽槽体之间的连接管线上，第一空气提升装置用于将可溶中子毒物溶液提升到计量槽槽体内；

第二空气提升器，设置于计量槽槽体出料口与反应器之间的连接管线上，第二空气提升装置用于将可溶中子毒物溶液提升到反应器内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用可溶中子毒物的加料装置控制核临界安全，提高了反应器的处理能力，降低甚至解除核临界安全对设备几何尺寸的限制，可以增大反应器的直径并降低高度，这将有利于降低设备室和热室的高度，降低厂房投资、运行成本。

(2)可溶中子毒物进入到计量槽后，可以确定加入到反应器的料液中可溶中子毒物的浓度，确保反应器的临界安全。

(3)计量槽的出料对反应器具有唯一指向性，并且可以在工艺布置上杜绝串料等问题导致可溶中子毒物浓度降低，进而导致反应器的临界事故。

附图说明

图1是本发明实施例2中的可溶中子毒物的加料装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2中的配制槽的主视图；

图3是本发明实施例2中的配制槽的俯视图；

图4是本发明实施例2中的计量槽的主视图。

图中：1-配制槽；2-计量槽；3-计量槽槽体；4-核测量仪；5-第一阀门；6-第二阀门；7-第一环形槽；8-第二环形槽；9-填充物；10-第一鼓泡搅拌管；11-第二鼓泡搅拌管；12-第一呼排管；13-第二呼排管；14-第一贮槽；15-第二贮槽；16-第三贮槽；17-第一空气提升器；18-第二空气提升器；19-反应器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

本实施例提供一种可溶中子毒物的加料装置，包括：

配制槽，用于配制可溶中子毒物溶液；

计量槽，包括：计量槽槽体、与计量槽槽体连接的用于检测计量槽槽体内的可溶中子毒物浓度的核测量仪，计量槽槽体与配制槽连接，核测量仪用于通过核物理的方法测量计算计量槽槽体内的可溶中子毒物的浓度，计量槽槽体上设置有用于向反应器加料的计量槽槽体出料口；

控制器，用于接收核测量仪测量计算的可溶中子毒物的浓度，控制器根据化学法检测到的计量槽槽体内的可溶中子毒物浓度、核测量仪测量计算计量槽槽体内的可溶中子毒物的浓度，控制计量槽槽体出料口与反应器之间的连接管线上的第一阀门的开闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用可溶中子毒物的加料装置控制核临界安全，提高了反应器的处理能力，降低甚至解除核临界安全对设备几何尺寸的限制，可以增大反应器的直径并降低高度，这将有利于降低设备室和热室的高度，降低厂房投资、运行成本。

(2)可溶中子毒物进入到计量槽后，可以确定加入到反应器的料液中可溶中子毒物的浓度，确保反应器的临界安全。

(3)计量槽的出料对反应器具有唯一指向性，并且可以在工艺布置上杜绝串料等问题导致可溶中子毒物浓度降低，进而导致反应器的临界事故。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种可溶中子毒物的加料装置，包括：

配制槽1，用于配制可溶中子毒物溶液；

计量槽2，包括：计量槽槽体3、与计量槽体3连接的用于检测计量槽体3内的可溶中子毒物浓度的核测量仪4，计量槽槽体3与配制槽1连接，核测量仪4用于通过核物理的方法测量计算计量槽槽体3内的可溶中子毒物的浓度，计量槽槽体3上设置有用于向反应器19加料的计量槽槽体3出料口；

控制器，用于接收核测量仪4测量计算的可溶中子毒物的浓度，控制器根据化学法检测到的计量槽槽体3内的可溶中子毒物浓度、核测量仪4测量计算计量槽槽体3内的可溶中子毒物的浓度，控制计量槽槽体3出料口与反应器19之间的连接管线上的第一阀门5的开闭。计量槽槽体3出料口对反应器19具有唯一指向性，即计量槽槽体3有且仅有一路出料口指向反应器19。

优选的是，可溶中子毒物为硝酸钆和/或硝酸铬。使用本实施例中的加料装置进行加料的方法包括以下步骤：首先确定所需的可溶中子毒物浓度，将可溶中子毒物、溶剂加入到配制槽1，在配制槽1中混合均匀后进入到计量槽2，通过控制器控制第一阀门5的开闭，控制可溶中子毒物溶液再进入到反应器19。

根据工程子项内的水要充分利用的原则，配制槽1中用到的水来源广泛，可能含有放射性。

优选的是，控制器还用于根据化学法检测到的配制槽1内的可溶中子毒物的浓度控制配制槽1与计量槽槽体3之间的连接管线上的第二阀门6的开闭，若配制槽1内的可溶中子毒物浓度达到预设的浓度，则控制器控制第二阀门6打开。

优选的是，控制器所根据的化学法检测配制槽1内的可溶中子毒物浓度为至少两次取样分析，取样分析结果达到均一性。

优选的是，若化学法检测到的计量槽槽体3内的可溶中子毒物浓度、核测量仪4测量计算的可溶中子毒物的浓度均为预设的浓度，则控制器控制第一阀门5打开。

优选的是，控制器所根据的化学法检测计量槽槽体3内的可溶中子毒物浓度为至少两次取样分析，取样分析结果达到均一性。

如图2～4所示，优选的是，配制槽1包括第一环形槽7、设置于第一环形槽7外围的第二环形槽8，核测量仪4设置于第二环形槽8的外壁上，其中，第一环形槽7用于填充吸收中子的填充物9，第二环形槽8用于盛放配制的可溶中子毒物溶液。具体的，本实施例中的吸收中子的填充物9为含硼水泥，用于保证核临界安全。

优选的是，计量槽槽体3为扁平槽。计量槽槽体3结构简单，其内液位高，方便监测液位，可由几何尺寸控制核临界安全。

优选的是，配制槽1包括配制槽槽体和设置于配制槽槽体内的第一鼓泡搅拌管10，第一鼓泡搅拌管10用于对配制槽槽体内的可溶中子毒物溶液进行鼓泡搅拌；

计量槽槽体3内设置有第二鼓泡搅拌管11，第二鼓泡搅拌管11用于对计量槽槽体3内的可溶中子毒物溶液进行鼓泡搅拌。通过第一鼓泡搅拌管10搅拌，使得配制槽槽体内的料液分布具有均一性。配制槽槽体上还设置有用于排气的第一呼排管12。计量槽槽体3内设置有第二鼓泡搅拌管11，第二鼓泡搅拌管11用于对计量槽槽体3内的可溶中子毒物溶液进行鼓泡搅拌。计量槽槽体3内设置有用于排气的第二呼排管13。

优选的是，所述的可溶中子毒物的加料装置，还包括：

第一贮槽14，用于贮存水，第一贮槽14的出口与配制槽1连接；

第二贮槽15，用于贮存酸，第一贮槽14的出口与配制槽1连接；

第三贮槽16，用于贮存可溶中子毒物，第一贮槽14的出口与配制槽1连接。

优选的是，所述的可溶中子毒物的加料装置，还包括：

第一空气提升器17，设置于配制槽1与计量槽槽体3之间的连接管线上，第一空气提升器17用于将可溶中子毒物溶液提升到计量槽槽体3内；

第二空气提升器18，设置于计量槽槽体3出料口与反应器19之间的连接管线上，第二空气提升器18用于将可溶中子毒物溶液提升到反应器19内。

配制槽1连接多个管口及工艺设备，其中有第一贮槽14、第二贮槽15、第三贮槽16。若工艺管道内介质压力过高或过低，料液会与管道中的空气、水混合，具有串料的风险，从而导致配制槽1中的可溶中子毒物浓度降低。在配制槽1与计量槽槽体3之间的连接管线上设置第一空气提升器17，将料液提升进入计量槽2，可以防止串料。计量槽2单独布置在一个房间，通过核测量仪4测量可溶中子毒物浓度，控制器计量并控制出料量。在计量槽槽体3内进行多次取样分析并结合核测量仪4，确定可溶中子毒物的浓度和分布的均一性及有效性，确保可溶中子毒物浓度达到临界安全要求值后再通过第二空气提升器18进入到反应器19中。

可溶中子毒物浓度对反应器19核临界安全控制至关重要，本实施例中通过两种独立的方法确认可溶中子毒物浓度是否满足核临界安全控制要求，第一种是化学法检测浓度：首先测定可溶中子毒物浓度和分布的均一性。在配制槽1设置取样口，鼓泡搅拌均匀后，使用高分辨质谱仪测定取样料液中的可溶中子毒物浓度，保证其有一定余量(例如大于3g/L)，多次取样分析直至达到要求后，方可进入到计量槽2中。

在计量槽2也设置取样口，加入反应器19前再次进行多次取样分析，测定可溶中子毒物浓度。若多次取样料液浓度相同且在目标范围之内(例如0.3～3g/L)，则可保证可溶中子毒物的浓度和均一性，目的是确保加入到反应器19的料液达到核临界安全要求。

第二种是核测量方法检测浓度：由于配制槽1为环形槽，含硼水泥会影响核测量装置准确性，因此在第二环形槽8的外壁设置核测量仪4。核测量仪4内设置中子源，通过计量槽2后中子的通量变化的情况来测定中子数，算法将中子数转化为可溶中子毒物的浓度。通过以上两种方法确认进入到反应器19中的可溶中子毒物浓度、均一性均符合核临界安全要求。

在配制槽1中配制料液时，可溶中子毒物量考虑了一定余量，即使在取样分析后发生了串料，也会在计量槽2中进一步验证可溶中子毒物浓度。当计量槽2内取样分析和核测量均符合要求时，停止配制槽1加料过程，计量槽2内的料液随后进入反应器19参与发生反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用可溶中子毒物的加料装置控制核临界安全，提高了反应器19的处理能力，降低甚至解除核临界安全对设备几何尺寸的限制，可以增大反应器19的直径并降低高度，这将有利于降低设备室和热室的高度，降低厂房投资、运行成本。

(2)可溶中子毒物进入到计量槽2后，可以确定加入到反应器19的料液中可溶中子毒物的浓度，确保反应器19的临界安全。

(3)计量槽2的出料对反应器19具有唯一指向性，并且可以在工艺布置上杜绝串料等问题导致可溶中子毒物浓度降低，进而导致反应器19的临界事故。

(4)对计量槽2中的可溶中子毒物的溶液进行化学法取样分析并结合核测量仪4测量，确保加入反应器19后的料液中的可溶中子毒物分布的均一性、有效性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。