EJ T 1142-2002 核燃料后处理厂乏燃料溶解系统安全设计准则.pdf
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1、ICS 27. 120. 30 F 46 备案号t11074-2003 J 中华人民共和国核行业标准EJ/T 1142 - 2002 核燃料后处理厂乏燃料溶解系统安全设计准则Safety design rule f。rspent fuel dissolving system 。fnuclear fuel repr。cessingplant lllll!WJ /II川2002一11一20发布国防科学技术工业委员会发布EJ/T 1142一2002目次H111223445556679907 法方除丰Au nn 回素二因叫虑1h理考1也全vh乱uu安吨牛幸)料理蜘充录录盯义料M卸处解制和附附引定全装料
2、壳的气溶计控愤地收液废前设和1性和求安器加包解解取各测置备资到围范语要界解剂解料言范规术总临溶试溶燃溶溶萃设监布设AB录录AHVin“叫UA峰F同d卢hu前1234567891111luu配问EJ/T 1142一2002目。吕本标准主要是参照美国材料与试验学会ASTMC1062-86 ( 1990)核燃料溶解设备的设计、制造和安装导则和我国后处理厂溶解系统的设计、运行、事故、经验及我国现行发布的有关标准编制而成的。核燃料后处理厂乏燃料溶解系统是后处理厂乏燃料处理的重要组成部分。高温、高腐蚀、高放射性、临界安全是这一系统的特点,设计的成败将直接影响后处理厂的运行、安全与环境保护。本标准全面、系统
3、地规定了核燃料溶解系统各环节在设计过程中所应遵循的基本要求和安全因素,从而为我国在核燃料后处理溶解系统的设计提供了较为全面的设计依据。II 本标准的附录A、附录B为资料性附录。本标准由中国核工业集团公司提出。本标准由核工业标准化研究所归口。本标准起草单位:核工业第二研究设计院。本标准主要起草人:胡本槌、张永平、吕希强。EJ/T 1142一2002核燃料后处理厂乏燃料溶解系统安全设计准则1 范围本标准规定了核燃料后处理厂乏燃料溶解系统(乏燃料剪切操作除外的安全设计准则e本标准适用于压水堆核电厂、材料试验堆及核潜艇乏燃料溶解系统的设计,亦可供该系统运行、维修和试验时参考。2规范性引用文件下列文件中
4、的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准GB 8703 辐射防护规定GB 12787 临界事故报警设备GB 15146. 1 反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界安全行政管理规定GB 15146.2 反应堆外易裂变材料的核临界安全易裂变材料操作、加工和处理的基本技术准则与次临界限值GB 15146.4 反应堆外易裂变材料的核临界安全含易裂变物质水溶液的钢质管道交接的核临界安全准则GB 15146.9
5、 反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界事故探测与报警系统的性能及检验的要求EJ/T 849 核燃料后处理厂辐射安全设计规定盯IT877 核燃料后处理厂安全设计准则盯IT939 核燃料后处理厂建构筑物、系统和部件的分级准则3术语和定义下列术语和定义适用于本标准3. 1 乏燃料溶解系统spent fuel dissolving system 乏燃料溶解及相关系统和部件。该系统是后处理厂首端的重要组成部分。其任务是对进厂的乏燃料元件进行溶解,包括加料、溶解、溶解废气处理、废包壳处理、萃取前溶解液预处理、监测及控制等。3.2 衡算计量accountabi I i ty 对进出工厂、场地或处理工序的易裂
6、变材料的量进行精确统计以及有关记录的保存和管理。3.3 毒物poison为防止临界而采用的一种溶液或材料,通常是含有一定量的中子吸收截面的一种化学元素,如棚、EJ/T 1142一2002铺、轧等。3.4 核临界安全nuclear criticality safety 含易裂变材料系统的肯定不能维持自持链式核反应的状态或保证这种状态的措施。3.5 几何安全ge。metrica I ly safe 在含易裂变材料的系统中,依靠设备的形状、尺寸或几何布置使自持链式反应不可能维持。3.6 几何良好favorablegeometry 在可预见的最坏条件下,易裂变材料被维持在次临界状态的几何限值。3. 7
7、 偏倚bias计算方法的计算结果与实验数据之间的系统不一致性的一种量度。偏倚本身的不确定度则是计算结果的精密度和实验数据的准确度这两者的量度。3.8 双偶然事件原则double contingency principle 核临界安全设计的基本原则之一。指工艺设计应留有足够大的安全系数,使得在各有关工艺条件中,至少必须同时或相继发生两种独立的、不大可能的改变,才有可能导致核临界事故。4总要求4. 1 乏燃料洛解系统的设计目标是:a)在为萃取循环提供合格料液的前提下,尽量减少试剂耗量和废气处理量:b)确保本系统能履行其核安全功能。应合理确定本系统向环境释放的放射性物质和其它有害物质占该后处理厂向环
8、境释放量的份额,以便确保不因本系统的原因而使后处理厂区人员和公众受到的辐射剂量限值高于环境影响评价规定的剂量限值。4.2 总的安全准则以及系统和部件安全设计要求应符合EJ/T877中的相应规定。4.3 方案设计(或初步设计必须严格按照设计程序经有关部门、专家评审后确定。4.4 设计所需要的基础数据、公式、标准和规范等设计输入必须验证无误后方可应用,并且必须在设计文件中注明来源。设计输入的管理应符合有关规定。当这些设计输入有所变更时,必须编制文件井注明日期。4.5 设计文件、设计计算书、质量保证文件、质量记录及其它有关记录都应存档备查。5 临界安全5. 1 溶解系统的设计必须考虑临界安全问题,经
9、过临界安全审评,审评应由不参与设计工作的有资格的专家担任。按核安全法规要求临界分析计算和安全审评。如在设计、运行中进行了修改或必要时,应重新进行临界分析计算和安全审评,以确保设备寿期内的临界安全条件。5.2 临界控制的必要性和方法取决于乏燃料的同位素组成和溶解器材料、构形及周围材料对溶解系统临界安全的影响,其临界控制可单独或联合采用下述方法:2 a)几何安全控制:b)毒物控制(可溶毒物或固态毒物):c)易裂变材料浓度控制:d)富集度控制:e)质量控制。EJ/T 1142 -2002 应优先采用几何安全控制的方法。5.3 如采用在溶解液中加入可溶中子毒物的方法,必须确保毒物浓度和分布在溶解过程中
10、均处于预定的范围内。毒物的加入量应该用两种不同的独立的方法加以监测。在正常运行工况和可信的事故工况下,应确保毒物浓度维持在预定的范围内。5.4 当采用可溶中子毒物的溶解器设有蛇管或夹套时,必须考虑蛇管或夹套内传热介质泄漏到溶解器内的影响,并应考虑冷却或加热介质中杂质的影响。同时必须考虑溶解液向冷却或加热回路泄漏的可能,设计中必须设置泄漏检测和报警装置,并提供阻止泄漏溶液流向人员逗留区的安全措施,同时应确保临界安全。5.5 如采用质量控制方法,应确保溶解加料不超过临界安全限值。为此,除通过行政管理进行控制外,设计还应提供加料量计量仪表,以强化运行行政管理。同时,应防止易裂变元素含量比设计基准值高
11、的元件装入溶解器。行政管理应符合GB15146. 1和GB15146.2的规定。5.6 溶解系统必须按照寿期内可能遇到的最大反应性的燃料元件进行设计,并应考虑在正常运行工况和可信的异常工况或事故工况下的变化。5. 7 如采用几何安全控制的溶解器,应考虑设备制造公差和寿期内预期的腐蚀,计算中留有适当的裕度。还应提供在最高液位时及设计荷载压力条件下设备变形的裕度,或者补充加强措施,以防止在安装和操作荷载条件下设备的变形。5.8 溶解器的设计应考虑易裂变材料碎屑沉积或产生沉淀的可能,一旦发生上述情况,溶解器应处于次临界状态。设计中必须采取措施将这些沉积物或沉淀去除或转移,并确保不把这些固体转移到非几
12、何安全的容器中。5.9 如果用富集度控制,应确保乏燃料富集度不超过安全限值,为此应设有富集度监测装置。5. 10 溶解器仪表必须能提供准确的容积测量数据。当容积测量仪表对溶解器的安全和控制特别重要时,可考虑安装两套仪表。5. 11 溶解器的设计应符合双偶然事件原则的要求。5. 12 必须评估溶解器或溶解液贮槽与其它相邻容器内容物之间的核相互作用。评估时,应以处于最大反应性状态下的各设备装料为基准。还必须考虑来自设各室墙、地面和顶板及其它邻近物体(如设备、管道的中子反射作用。可在几何良好设备或部件之间装入中子吸收材料(如铺、轧、棚),以使设备或部件之间的中子相互作用减小。5. 13 对于不是按完
13、全反射设计的溶解器系统,必须采取特别措施并在操作上予以限制,以确保该系统设备室不出现大量淹水及大量中子反射和慢化物质进入该系统附近部位的事件。可将溶解器布置在一个单独的设备室内来实现这一要求5. 14 收集溶解器或其它贮槽泄漏或溢流溶液的集水坑的设计也必须确保临界安全。集水坑必须采取像填加拉西环状中子毒物那样的临界安全措施。集水坑的形状和尺寸应能安全收集任一容器在发生设计基准事故最坏的一种情况下产生的最大可信溶液量。集水坑必须装设液位监测和报警仪表,并装设溶液转送装置,把泄漏液输送到几何良好的容器中。该容器不应因加入集水坑的泄漏液而导致临界事故。5. 15 当系统操作易裂变材料的量足以产生潜在
14、的临界危险时,设备设计的荷载组合必须包括运行安全地震动CSLl)和极限安全地震动CSL2)所产生的潜在震动荷载和横向力。在发生上述两种地震动的情况下,溶解器和溶解贮槽不应产生能导致临界事故的破裂或变形。5. 16 应分析溶解系统在乏燃料溶解过程中有效增殖系数k.rro5. 17 溶解系统的临界计算应按GB15146.2的要求进行验证,给出偏倚及其不确定度。6 溶解器装料6. 1 应确保不加入超出设计基准的燃料。设计中应提供不同类型和不同冷却期燃料的识别和放射性水平的监测手段,并应提供装料量计量仪表,如剪切计数器及溶解器内最高固体料位的报警装置等。3 EJ/T 1142一20026.2 溶解器装
15、料口的设计应防止燃料从加料口漏出或堵塞,并最大限度地封闭住燃料粉尘、颗粒污染物、气体和蒸汽。6.3 对间歇批式装料(如剪切块或去壳的金属块的溶解器,建议采用操作简便和不易发生偶然卸料或误动作的吊桶式容器,而不采用底部带有旋转开口或滑动挡板开口的容器。6.4 当溶解器为半连续式装料或采用密闭管式溜槽,燃料从剪切机通过重力输送方法进行装料时,输送装置的设计应防止燃料存留或堵塞。特别应在转弯处设置管道培塞的检测装置6.5 如输送管或溜槽上带有阀门或旋转门时,设计应确保其机械故障不造成危险状态。当阅门或旋转门关闭时,剪切机不应进行剪切操作,应设置联锁控制设计应确保能通过远距离方式或其它的安全方式进行维
16、修加料管或溜槽的设计必须能对气体或蒸汽的泄漏实行有效的控制6.6 在由于工艺过程中断、事故或设备故障而停止加料的情况下,设计必须确保核燃料不能积存或堆积成临界的排列。设计应提供手动干预和把该批料转送至临界安全位置或系统的手段7试剂加料7. 1 试剂加料装置的设计、制造和安装应满足一般化学安全要求。试剂应符合后处理厂所订规格和质量的要求,7.2 试剂加料应设有准确的流量控制仪表或装置。7.3 对非几何安全的溶解器,试剂中应加入一定量的毒物,以降低核反应性。毒物的浓度要严格地控制和检查。含毒物的试剂在加入溶解器之前必须要有准确的分析结果。而且,该分析结果应该用两种不同的方法加以校核,以确保达到所需
17、毒物浓度。7.4 如回收使用过的试剂含有放射性,则必须采取防护7.5 要有防止放射性设备内气体沿试剂管道扩散到上部干净的量槽的措施,一般可在设备管道上加水封、止回阅、过滤器等。7.6 与放射性溶液接触的蒸汽管道上需加放空阀门,用以破坏由于管道内蒸汽冷凝而造成的真空8 溶解8. 1 确定工艺参数(如温度、压力、反应速度等)的变化范围时,必须考虑到可能出现的溶解工艺条件的变化和偶然出现的一些不安全的因素,留有适当的安全裕度某些安全的考虑因素及其控制措施列于附录A8.2 溶解器系统必须按欲处理的化学反应最激烈的燃料元件形式进行设计,废气处理系统的通过能力应与此相匹配。8.3 如在溶解器装有燃料篮的情
18、况下,溶解器上部必须有能容纳燃料篮的自由空间。设计中应提供可控制反应速度的方法或装置,如通过控制剪切速度(控制装料量)、加热和冷却的方法控制反应速度。8.4 溶解器的设计必须具备将溶解器中积累的金属碎屑和不溶裂变产物残渣排出的能力如冲洗转移到残渣槽或直接吊走残渣过滤器等。在把残渣作为废物排除之前,应进行反复的溶解和漂洗并进行监测,以确保残渣中易裂变材料的量降低到规定的水平。8.5 溶解后的废包壳或碎屑要经多次漂洗,并监测出其中易裂变金属含量低于规定限值后,才能排出进一步处理和处置。8. 6 当溶解器夹套履行加热和冷却两种功能时,必须确保za)溶解过程中反应速度和温度的精密控制:b)夹套的排热能
19、力足以排出放射性衰变热和反应热荷载:c)加热或冷却变换过程中,需设置联锁装置,避免误操作造成溶解器的水锤现象:d)防止易裂变材料溶解液的过分浓缩。8. 7 夹套的最高部位应在溶解器正常液位之上,以确保溶解液的加热或冷却的效率。夹套的下部应延4 EJ/T 1142-2002 伸到溶解器底部附近,以便冷却时可以排出残留液的衰变热。设计必须确保在溶解液浓缩至允许的液位之前,自动关闭蒸汽入口阀。8.8 溶解器蒸汽和冷却水入口阀应与溶解器内料液温度联锁。当溶液温度超过温度范围时自动关闭蒸汽入口阔并自动打开冷却水入口阀。除此之外还应考虑爆沸的应急措施如加冷冻水急骤冷却或喷冷水等措施,且有监测和联锁装置。8
20、.9 为了保证后处理厂的运行,建议溶解器及其主要部件要备用一套。8. 10 洛解器的加热蒸汽冷凝水和冷却水必须经监测合格后才可以排放。9 燃料包壳处理9. 1 经漂洗后的废包亮必须检测其中的铀、怀含量,如超过规定值,必须重新处理。在废包亮和碎屑送去最终处置之前,设计应提供其安全转移和暂存的装置和场所。9.2 废包壳或碎屑转移和贮存过程中,必须采取措施防止废包壳着火。10溶解液的卸料10. 1 溶解液卸料前必须冷却,使其温度达到设计规定的限值。10.2 卸料装置必须耐温、耐腐蚀、耐辐照并安全可靠。10.3 卸料装置要考虑备用以确保在一套装置失效后,溶解液仍能安全排出。10.4 要考虑卸料装置检修
21、、更换的可能性。11 溶解废气处理11. 1 溶解废气处理的要求取决于溶解工艺、被溶解乏燃料的组成、气体和挥发性放射性核素、废气流中的其它污染物以及其它多种因素。溶解废气处理系统的设计应确保废气中夹带的铀、杯能被回收和释放到环境中的放射性物质的份额低于规定值,以确保全厂房释放到环境中的放射性物质所造成的辐照剂量符合GB8703或盯IT849的规定限值。其它有害组分也应低于国家规定的排放标准。11. 2 溶解废气处理系统应包括溶解蒸汽冷凝、NOx回收、除腆及净化放射性气溶胶等多道工序和设备。有关气态裂变产物邸Kr、11、4c、1“Ru的去除方法参考附录B。溶解废气处理系统可不按几何良好的形状进行
22、设计,但必须采取一些有效措施防止或减轻溶解器泡沫串入废气处理系统,并设置溶解液串入该系统时的监测和报警装置以及将夹带的溶解液返回到溶解器的措施。11. 3 溶解废气处理应设置水分及NOx的去除装置za) 应设置溶解液夹带雾滴或泡沫捕集设备,如旋风分离器、不锈钢丝网捕集器、洗涤器等。这些设备还应具备捕集废气中国体粒子并将其返回至溶解器的能力。捕集回收系统必须防止易裂变材料的积累而导致临界事故:b) 应设置蒸汽冷凝设备。为把冷凝液返回到溶解器并促进酸回收,冷凝器应设计成全回流冷凝器,其通过能力应足以承受爆沸峰值和废气荷载而又无过大的压力降和溶解器系统的增压。冷凝器应具有将废气温度降低到所在设备室温
23、度的能力:c) 可采用通氧溶解方法,以促进NOx吸收。NOx的去除可采用板式吸收塔或其它去除方法。例如在填料塔中采用合成丝光沸石,以便将NOx选择性的催化还原为氨。当采用一种需蒸汽喷射、压空喷射或泵明溶液喷射产生真空的喷射洗涤器时,喷射器也可作为真空系统的一部分,但应安装备用真空系统,一旦蒸汽或泵发生故障,备用系统将防止溶解器过分增压。11. 4 溶解废气处理应设置除腆装置。可采用附银硅胶柱或附银沸石柱除腆。为确保除腆效率,要求除腆装置入口废气的温度、湿度、NOx浓度等维持在适当的范围内。11. 5 溶解废气处理应设置放射性气溶胶去除装置如一般采用多管除尘器、钢丝网过滤、中、高效过滤器等使净化
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