一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法技术

本发明专利技术属于核安全设计技术领域，涉及一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法。所述的设计方法包括如下步骤：(1)确定初步的设计参数并对流化床进行初步设计；(2)无限长圆柱临界计算；(3)体积占比曲线绘制；(4)判断步骤(3)得到的体积占比曲线是否在整个高度上位于限值曲线之下；(5)修改设备尺寸与工艺参数重新进行步骤(1)的流化床初步设计、步骤(3)的体积占比曲线绘制与步骤(4)的判断，或判断是否有设计优化空间；(6)对设计进行临界复核计算。利用本发明专利技术的设计方法，能够在满足临界安全的条件下，大量节省设计工作，同时可使设备设计人员在一定范围内对设计尺寸和工艺参数进行调整优化。

A critical safety design method of fluidized bed in nuclear fuel reprocessing

【技术实现步骤摘要】
一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法
本专利技术属于核安全设计
，涉及一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法。
技术介绍
我国核工业发展迅速，产生的乏燃料组件也日益增多，这对我国的核燃料后处理提出了较高的要求。乏燃料的后处理是我国闭合核燃料循环的重要组成部分，其处理工艺过程主要包括首段剪切溶解处理、共去污分离处理、钚线和铀线处理过程，其中铀线处理是将共去污分离处理后的硝酸铀酰溶液进一步净化处理，再对料液蒸发浓缩，继而再脱销转化成三氧化铀最终产品。由于涉及到裂变核素的处理，乏燃料后处理的许多工艺环节，包括铀线处理均需要临界安全控制设计和分析。流化床为乏燃料后处理中铀线处理的关键设备，主要用来最终形成三氧化铀产品，其处理能力直接关系到整个工艺的铀回收生产能力；而流化床由于形成三氧化铀产品，又有料液进入，其中物质有固液两相状态，故存在较大的临界风险。此外，流化床在高温下操作，内部又有加热、过滤等装置，不适宜设置中子吸收材料来保证临界安全，故在设计中往往采用几何控制和质量控制等手段来保证其临界安全。但流化床设备设计人员在设计时为了增大处理量往往会将设备设计的较大，同时将设备可处理的三氧化铀质量限值定的较高，这样在核物理专业人员进行复核时往往会发现设计不满足临界安全要求。由于核物理专业人员缺乏流化床设备设计相关知识，往往不能给予较好的建议，故如何在满足临界安全的条件下，较为保守的为流化床设计人员提供设计指导，从而大量节省设计工作，同时可使设备设计人员在一定范围内对设计尺寸和工艺参数进行调整优化是核燃料后处理中流化床的临界安全设计的迫切要求。关于流化床的设计，现有技术中有一些报道，例如中国专利申请201710950743.9公开了一种流化床干燥分级设备的设计方法，中国专利申请201810770033.2公开了一种基于CFD的循环流化床回料管结构优化设计方法，中国专利申请201210115667.7公开了一种基于模块放大设计的多炉膛循环流化床锅炉，但它们均不涉及核燃料后处理中流化床的临界安全设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，以能够在满足临界安全的条件下，大量节省设计工作，同时可使设备设计人员在一定范围内对设计尺寸和工艺参数进行调整优化。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，所述的设计方法包括如下步骤：(1)确定初步的设计参数并对流化床进行初步设计；(2)无限长圆柱临界计算：在步骤(1)确定的初步设计参数的基础上进行无限长圆柱临界计算；(3)体积占比曲线绘制：在步骤(1)的流化床初步设计的基础上进行流化床不同高度下体积占比计算，绘制流化床不同高度下体积占比与对应限制的体积占比曲线；(4)判断步骤(3)得到的体积占比曲线是否在整个高度上位于限值曲线之下：(5)如果步骤(4)的结论为否，则需修改设备尺寸与工艺参数重新进行步骤(1)的流化床初步设计、步骤(3)的体积占比曲线绘制与步骤(4)的判断；(6)如果步骤(4)的结论为是，则判断是否有设计优化空间；(7)如果步骤(6)的结论为否，则对设计进行临界复核计算；如果步骤(6)的结论为是，则需修改设备尺寸与工艺参数重新进行步骤(1)的流化床初步设计、步骤(3)的体积占比曲线绘制与步骤(4)、(6)的判断。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中步骤(1)中，确定初步的设计参数包括确定三氧化铀的参数。在一种更加优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中所述的三氧化铀的参数包括三氧化铀密度、粒径范围。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中步骤(1)中，对流化床进行初步设计包括外形尺寸和工艺参数设计。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中步骤(2)中，所述的无限长圆柱临界计算为根据确定的初步的设计参数，计算不同半径无限长圆柱的无限增殖因子kinf，在计算时，圆柱外侧应包括至少20cm厚的水层，圆柱内为水和三氧化铀固体的混合物，应充分考虑三氧化铀和水的不均匀效应，同时应考虑不同三氧化铀填充率或体积占比时的情况。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中步骤(3)中，根据步骤(2)得到的不同无限圆柱半径下不同三氧化铀填充率对应的kinf，确定达到某一设定临界安全限值的最小三氧化铀填充率，这样，在某半径下，可以得出对应的一个三氧化铀填充率，当三氧化铀填充率小于等于该值时，对应圆柱的kinf小于等于设定的临界安全限值；而当三氧化铀填充率大于该值时，对应的圆柱kinf有可能大于设定的临界安全限值，根据计算得到的在一定限值下无限圆柱半径和三氧化铀填充率对应关系，结合流化床的初步设计，画出流化床在不同高度时对应的圆柱半径下三氧化铀填充率的关系曲线，同时根据流化床初步设计的装载量，画出初步设计下不同高度时三氧化铀真实填充率。在一种更加优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中步骤(4)中，根据画出的初步设计下不同高度时三氧化铀真实填充率，判断若在流化床的非几何安全区内，初步设计下所画的曲线均位于限值曲线之下，则可以满足临界安全条件；若位于限值曲线之上，则有可能不满足临界安全条件。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中步骤(6)中，根据体积占比曲线的状况，若存在有可能不满足临界安全限值的点，即体积占比曲线位于限值曲线之上时，则需要修改设备尺寸或修改工艺参数，重新绘制体积占比曲线进行判断；若均满足临界安全限值，可决定是否进行优化设计，比如，若体积占比曲线在限值曲线之下，且距离限值曲线较远，则可提高流化床的三氧化铀设计装载量或同时扩大流化床的设备尺寸，以实现更优化的设计。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其中步骤(7)中，所述的临界复核计算是对最终形成的设计方案进行复核计算，当三氧化铀堆积高度低于加热段高度时，为几何安全；当三氧化铀堆积高度高于加热段高度时，复核其最大keff。本专利技术的有益效果在于，利用本专利技术的核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，能够在满足临界安全的条件下，大量节省设计工作，同时可使设备设计人员在一定范围内对设计尺寸和工艺参数进行调整优化。本专利技术通过预先计算有关限值和绘制限值曲线，建立了一套快速有效判断核燃料后处理中流化床的设计是否满足临界安全要求的方法，在流化床设备设计的初步阶段和优化设计中均可使用。其有益效果是在设备设计时，在进行大量细致计算之前，为影响流化床临界安全的多个设计参数具体数值的选择提供指导，同时可以判断当前的设计是否存在优化的空间，并确定优化的方式，从而实现多参数的优化设计。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其特征在于，所述的设计方法包括如下步骤：/n(1)确定初步的设计参数并对流化床进行初步设计；/n(2)无限长圆柱临界计算：在步骤(1)确定的初步设计参数的基础上进行无限长圆柱临界计算；/n(3)体积占比曲线绘制：在步骤(1)的流化床初步设计的基础上进行流化床不同高度下体积占比计算，绘制流化床不同高度下体积占比与对应限制的体积占比曲线；/n(4)判断步骤(3)得到的体积占比曲线是否在整个高度上位于限值曲线之下：/n(5)如果步骤(4)的结论为否，则需修改设备尺寸与工艺参数重新进行步骤(1)的流化床初步设计、步骤(3)的体积占比曲线绘制与步骤(4)的判断；/n(6)如果步骤(4)的结论为是，则判断是否有设计优化空间；/n(7)如果步骤(6)的结论为否，则对设计进行临界复核计算；如果步骤(6)的结论为是，则需修改设备尺寸与工艺参数重新进行步骤(1)的流化床初步设计、步骤(3)的体积占比曲线绘制与步骤(4)、(6)的判断。/n

【技术特征摘要】
1.一种核燃料后处理中流化床的临界安全设计方法，其特征在于，所述的设计方法包括如下步骤：
(1)确定初步的设计参数并对流化床进行初步设计；
(2)无限长圆柱临界计算：在步骤(1)确定的初步设计参数的基础上进行无限长圆柱临界计算；
(3)体积占比曲线绘制：在步骤(1)的流化床初步设计的基础上进行流化床不同高度下体积占比计算，绘制流化床不同高度下体积占比与对应限制的体积占比曲线；
(4)判断步骤(3)得到的体积占比曲线是否在整个高度上位于限值曲线之下：
(5)如果步骤(4)的结论为否，则需修改设备尺寸与工艺参数重新进行步骤(1)的流化床初步设计、步骤(3)的体积占比曲线绘制与步骤(4)的判断；
(6)如果步骤(4)的结论为是，则判断是否有设计优化空间；
(7)如果步骤(6)的结论为否，则对设计进行临界复核计算；如果步骤(6)的结论为是，则需修改设备尺寸与工艺参数重新进行步骤(1)的流化床初步设计、步骤(3)的体积占比曲线绘制与步骤(4)、(6)的判断。


2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：步骤(1)中，确定初步的设计参数包括确定三氧化铀的参数。


3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于：所述的三氧化铀的参数包括三氧化铀密度、粒径范围。


4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：步骤(1)中，对流化床进行初步设计包括外形尺寸和工艺参数设计。


5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的无限长圆柱临界计算为根据确定的初步的设计参数，计算不同半径无限长圆柱的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云龙，易璇，邵增，霍小东，杨海峰，于淼，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11