国内现有主要乏燃料干式贮存容器结构对比分析

　　摘要：随着国内核电站乏燃料贮存水池的逐渐满容，乏燃料干式贮存在国内已陆续开始建设。我国目前依靠自主研发和引进国外干式贮存技术，已拥有多种结构的乏燃料干式贮存容器。文章就近几年国内出现的新式乏燃料干法贮存容器的结构进行了简单的描述和对比。

　　关键字：乏燃料，干式贮存容器，吊篮部件，结构

　　概况

　　截止到2020年3月底，我国运行核电机组达到47台，总装机容量为48759.16MWe，仅次于美国、法国，位列全球第三。我国在建核电机组13台，总装机容量13871MWe，在建机组装机容量继续保持全球第一。随着核电的极速发展，国内多数核电站乏燃料水池已趋于满容，800吨后处理项目预计2030年实现投运。因此，国内采用离堆贮存需求量巨大并且紧迫。目前，国际上压水堆乏燃料离堆贮存主要有干式贮存和湿式贮存两种方式。与乏燃料湿式贮存相比，干式贮存技术具有模块化贮存、运行费用低、放射性废物少、抵抗事故能力强等优点。

　　我国为解决乏燃料中间贮存问题，通过引进国外和自主研发乏燃料干式贮存技术，现已拥有的干式贮存容器主要有NUHOMS 32PTH1卧式干贮容器、NUHOMS VVER1000卧式干贮容器、CASM320立式干法燃料贮罐和MACSTOR-400型贮存筒等，我国各大设计院也正在加大科研力度，研制新式的干贮容器。本文对前三种主要干式贮存模块中贮存容器的结构进行对比分析。

　　1、NUHOMS 32PTH1卧式干贮容器

　　NUHOMS 32PTH1卧式干贮容器由ORANO TN公司设计，可装载32根AFA 3G乏燃料组件。NUHOMS 32PTH1卧式干贮容器在美国已得到大量使用。目前，国内应用于大亚湾乏燃料干式贮存项目。该型号干式贮存容器主要由筒体部件、吊篮部件、虹吸排气装置组成。

　　筒体部件由上、下部盖板和壳体组成，上、下部盖板各有1块屏蔽板，2块不锈钢板。顶部和底部屏蔽板实现上下两个方向的γ射线屏蔽功能。周向的屏蔽功能利用转运时的转运容器、贮存时的混凝土模块进行屏蔽。上、下部内盖板连同虹吸排气装置，与壳体采用焊接结构形成包容边界。

　　虹吸排气装置主要用于乏燃料组件装载完成后，对容器内的硼水进行抽排，最终利用乏燃料组件的衰变余热和真空干燥技术，对容器内进行干燥、充氦处理。

　　吊篮部件主要用于存放乏燃料组件，利用13层硼铝板和配对铝板，在32根方管外侧纵横交叉，上下插接，以保持乏燃料的次临界和衰变余热的导出。每层硼铝板之间安装不锈钢板条通过熔焊方式将方管融透和不锈钢板焊接在一起，从而将方管整体固定在一起。吊篮部件外侧用螺栓连接的铝制导轨，不仅有导热作用还对吊篮起到支撑及减震保护作用。

　　优缺点：

　　筒体部件底部在不锈钢密闭腔体内，安装碳钢材料进行γ射线屏蔽，有效减低了制造成本。吊篮部件采用硼铝板与铝板配对插接结构，并在外侧使用铝制导轨，即保持了乏燃料的次临界，又增强了容器的余热导出功能，设计结构简单、新颖。虹吸排气系统采用独立装置与筒体焊接，使用操作简单，且有效保证密封性。

　　筒体顶部屏蔽块，采用碳钢镀镍的方式防止铁离子污染，但在镀镍工艺中无法做到全表面100%镀镍，而且在转运、安装过程中有划伤、磕碰风险，造成镍层破损。建议顶部屏蔽块采用不锈钢材质，能有效避免此类风险发生。

　　吊篮部件采用熔焊方式将方管与板条焊接在一起，熔焊后因方管内空间狭小，且熔焊表面存在凹坑，无法有效的对熔焊表面抛光处理，若容器在使用前，长期存放，熔焊处可能会产生锈蚀。建议采用真空包装或开发专用设备对熔焊表面抛光处理，以降低贮存期的锈蚀产生。

　　2、NUHOMS VVER1000卧式干贮容器

　　NUHOMS VVER1000卧式干贮容器同样由ORANO TN公司设计，可装载31根TVS-2M或UTVS乏燃料组件，目前应用于田湾乏燃料干式贮存项目，属于世界首次制造及应用。该型号干式贮存容器主要由筒体部件、吊篮部件、虹吸排气装置组成。筒体部件、虹吸排气装置与NUHOMS 32PTH1干贮容器结构基本一致，尺寸有略微差别，在此不做重复介绍。

　　吊篮部件采用14块表面镀镍结构盘与31根不锈钢六方管组装而成。每层结构盘之间，利用定距管固定间距，并在六方管外壁套装铝制六方套管，套管与不锈钢六方管之间插接硼铝板，保持乏燃料的次临界。吊篮整体采用6根拉杆整体固定连接，外围设置13层异形铝块，安装在吊篮外围空缺处，试吊篮形成圆柱形，减小与筒体的空隙，有利于乏燃料余热导出。

　　优缺点：

　　筒体部件与虹吸排气装置结构与NUHOMS 32PTH1卧式干贮容器基本相同，详见上文。吊篮部件采用类似换热器管束结构，六方管与结构盘不存在焊接结构，有效避免了因焊接造成方管变形，整体组装后，吊篮部件插拔试验的插拔力不超过30KN(合格要求一般为≤220~250KN)。

　　吊篮部件中结构盘和筒体部件的顶部屏蔽块，采用表面镀镍的碳钢结构，在转运、安装过程中有划伤、磕碰风险，造成镍层破损。建议顶部屏蔽块和结构盘采用不锈钢材质，能有效避免使用前存储期的锈蚀产生，以及对乏池水质的污染。

　　3、CASM320立式干法燃料贮罐

　　CASM320立式干法燃料贮罐由我国中广核工程（设计）有限公司，自主设计研发。可装载32根AFA 乏燃料组件，研制完成不久，暂时未在工程上应用。该型号干式贮存容器主要由筒体部件、吊篮部件组成。

　　筒体部件利用上下盖板和壳体形成包容边界，壳体内部设有通长支撑组件，用于固定和支撑吊篮部件。容器排水同样采用虹吸方式，但虹吸排气装置与顶部盖板焊接在一起，安装时，需将虹吸管插入筒体内的导向管内。

　　吊篮部件采用纵、横隔板拼焊组成32个贮存小室，隔板上焊接包壳，内部装有硼铝板，保持乏燃料的次临界。吊篮四周采用U形围板与隔板焊接固定。

　　优缺点：

　　燃料贮罐整体采用不锈钢材料，不存在铁离子污染。采用焊接结构，整体强度较高，抗震性较好。筒体部件顶部采用1件盖板进行屏蔽及密封，相比其他容器，结构简单、焊缝较少。

　　吊篮部件采用纵、横隔板拼焊形成贮存小室，由于隔板之间没有限位设计，在组对、焊接时，会产生小室尺寸偏差或变形。吊篮整体的焊接结构，对板材会造成一定量的焊接收缩，容易产生小室尺寸不足，导致插拔力过大。建议制造厂提前预留焊接收缩量，并设计合理工装控制焊接过程中的变形量。

　　4、总结

　　由于国内核电站乏池相继满容，国内已陆续开始建设乏燃料干式贮存，田湾核电站已开始建设60套，大亚湾核电站也已开始建设37套乏燃料干式贮存，秦山一期、二期核电站也已开始计划建设乏燃料干式贮存。国内各大核电站所采用的干式贮存均为卧式结构，考虑系统的匹配以及相应工具的通用性，卧式干贮容器将成为我国乏燃料中间贮存的主流容器。

　　从上面3种贮存容器的结构介绍上可以得出，我国现有的几种主要干式贮存容器均存在不同的优缺点，相比之下，NUHOMS VVER1000卧式干贮容器的结构设计将更有利于干贮容器的功能实现以及产品的生产制造，相信不久之后，我国自主改进后的卧式干贮容器将会在我国核电行业广泛应用。

　　参考文献

　　中国核能行业协会，2020年1-3月全国核电运行情况 20200429

　　作者仲伟荃

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