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核废料处理行业之乏燃料储运容器国产化发展现状及前景分析

发布时间:2020-06-29  来源:立鼎产业研究网  点击量: 126 

从核反应堆卸载出乏燃料组件先存放在场内乏燃料水池中,待冷却完毕后,通过特制运输容器运送到后处理厂中贮存、后处理。乏燃料需要由专业的公司负责储存和运输,国内仅有中核清原环境技术工程公司被授权专业从事放射性物质(含放射源、放射性废物、乏燃料等)运输、处置等业务。我国从 2003 年起首次开始乏燃料运输,综合采用海路、铁路、公路运输相结合的方式,整个运输过程中需要严格控制核辐射量,这就要求运输容器有足够的安全性和屏蔽辐射能力。乏燃料储运容器主要分为金属容器和混凝土容器:

1、金属容器:金属容器依靠厚壁金属来屏蔽乏燃料的辐射,依靠惰性气体对流自然循环冷却,最初是用于乏燃料的运输。现在可以用于乏燃料贮存的金属容器分三类,一类是容器专为贮存目的设计的;第二类,容器是运输和贮存兼用的;第三类,容器是运输、贮存和最终处置三用的。金属容器贮存年限长达 50-100年,且具有较好的安全性能.

该容器是一种圆筒形夹层结构。主要由内、中、外壳,伽马、中子屏蔽层,顶盖、底板,吊耳轴、翻转耳轴,顶法兰(顶环)、“O”型密封圈组成。其筒体材质主要为低合金钢,伽马屏蔽材质主要为铅,中子屏蔽材质主要为水。

乏燃料运输容器构造:制造难度大,对材料性能要求高


资料来源:公开资料

美国核管会针对乏燃料运输容器的设计和制造制定了相关的规范和标准,并且对乏燃料运输过程中公众的安全标准做出了相关规定。为保障乏燃料容器在严重的运输事故中保存完好,美国联邦法规 10 CFR 7173 条规定乏燃料容器在研发过程中,必须要通过一系列模拟的事故测试:

第一,9米跌落: 将乏燃料运输容器以产生最大预期伤害的位置自9米高处自由跌落于坚固的水平面,以测试乏燃料容器承受跌落事故的能力。

第二,1米贯穿: 将乏燃料运输容器自 1 米高处自由跌落于垂直固定在坚固表面直径约20cm、高约15cm 的钢筋上,以测试乏燃料运输容器对预期的最严重的贯穿事故的承受力。

第三, 800 ℃下30分钟火烧: : 将乏燃料运输容器完全暴露于最低温度为800℃的碳氢燃料产生的火焰中约30分钟,以测试容器对高温火灾事故的承受力;第四,水浸: 将乏燃料运输容器完全置于至少0.9米深的水中,测试其在落水事故中的密封性能。

从技术难度而言,干式乏燃料储存容器难度极大,对于其锻铸件材料抗腐蚀、抗高压、抗高温能力有极高要求,国产化难度数倍于中子吸收材料,不亚于航空发动机叶片,且价格昂贵,进口价格高达1亿元/个。目前国内三代核电工程设计院正在进行国产化研发工作,但尚需时间,最现实的选择仍是让出部分市场空间,引进国外先进技术,目前台海核原正在进行相关工作。

2、混凝土容器:混凝土容器与金属容器相比,成本大大降低、但安全性不如金属容器。国际上混凝土容器贮存技术典型代表主要有 NUHMOS HI-STORM 两家公司。NUHMOS 系统由钢筋混凝土水平贮存模块和不锈钢干式屏蔽罐组成,运作时由转运设备将干式屏蔽罐从核电站厂房运到水平贮存模块贮存。转运系统包括转运容器、容器吊具、液压缸系统、牵引车、转运拖车、容器支撑滑架和滑架定位系统等。

混凝土容器成本较低,但安全性不如金属容器


资料来源:公开资料

中国目前还没有生产乏燃料运输容器的能力,“十三五”规划中已经列入,这一领域是未来重点攻关方向,现在采用的为从美国采购的 NAC-STC 型(两台,单台价格 3,000 万美元)和 Hi-star 60 型商业压水堆乏燃料运输容器,单台容量分别为 26 组、12 组。


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