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推出创新的核废料脱氢设计屏蔽容器解决方案

张贴者 The 福斯克Team 在05.17.17

通过合作,Sellafield Ltd.,Westinghouse Electric UK和Fauske&Associates,LLC已经构思,建模并通过实验验证了一种创新的解决方案,可以解决从具有显着氢气产生速率的屏蔽容器中除氢的问题。该解决方案允许将用过的金属核燃料和分子筛被动存储在一个有盖的容器中,该容器由许多实际可购得的过滤器排出。20131024-2MGP.png

核废料 含有金属乏核燃料碎片或污泥的金属通过辐射分解和化学反应产生氢。这些废料可以储存在带过滤孔的屏蔽箱中,以除去氢气以防止形成易燃气体混合物。市售的过滤器专为无屏蔽应用而设计,例如适合200 L桶的塞子(开口)。通过屏蔽层钻出的钻孔增加了对氢气去除的抵抗力,这会导致多余的氢气积聚。本文介绍了氢的积累问题,并提供了一种行之有效的方法 解。 
 
这里描述的创新工作是由  Fauske Associates,LLC是Westinghouse Electric Company,LLC的全资子公司,与Sellafield,Ltd.合作。我们已经构思,建模和测试了一种有效的方法,该方法可以有效地从含氢率高的屏蔽箱中除氢。这种除氢方法最大程度地减少了被动存储乏金属核燃料碎片和沸石所需的过滤器数量。
 

通过商业过滤器除氢 


福斯克废物技术与福岛事后服务副总裁马丁·格莱德(Martin G. Plys)表示&Associates,LLC:“许多制造商提供的过滤器都适合从未屏蔽的核废料容器(例如200 L桶)中除去氢。通过过滤器的除氢速率随过滤器尺寸和材料的不同而变化。提供的关键过滤器规格制造商将其称为过滤器系数,以每过滤器中每摩尔分数之差的氢每秒摩尔数的单位表示,典型值范围为10-5至超过2x10-4摩尔/秒/摩尔分数。根据氢浓度选择给定的应用:较低的可燃极限(LFL),空气中4%的氢)或更严格的标准,即LFL的25%(即空气中1%的氢)。

通过屏蔽除氢问题

 
屏蔽容器由比常规容器厚得多的材料制成。为了使氢气从容器中逸出,氢气必须首先穿过钻入屏蔽材料的通道(流动路径),然后穿过过滤器并进入周围的大气。氢从容器中逸出的速度取决于过滤器两侧之间氢浓度的差异。因为屏蔽使燃料和大部分氢气远离过滤器,所以降低了通过过滤器的氢气流速。因此,在有屏蔽的容器中,通过任何过滤器除去氢气的效率都比在无屏蔽的容器中的相同过滤器低。

除氢 在某些情况下,被屏蔽的容器造成的危害比其他情况更大。对于氢源是放射分解的系统,这通常不是问题。但是,对于氢源是化学反应的系统,其源速率通常比放射分解的速率大得多,这可能使除氢不切实际。

例如,一个直径为20毫米,长度为300毫米的带孔的带屏蔽容器通过屏蔽层钻进时,氢的逸出速度仅为非屏蔽容器中氢气的十分之一(从工程角度来讲,系统效率为10%)。结果,所需的过滤器数量将增加十倍。”

脱氢的创新解决方案


Plys继续说:“从屏蔽容器中去除氢气的关键是减小流动阻力,使过滤器成为主要阻力。考虑一种通过屏蔽容器盖上的两个孔促进氢气向过滤器循环的装置,图1.紧靠过滤器内部的气室中的氢气浓度低于容器中的氢浓度,因此密度差会引起循环,来自容器的气体沿其中一个钻孔流入过滤器下方的气室中,然后沿另一个孔向下,返回容器,在图1中,将孔标记为一个角度以进行屏蔽,在实践中,将使用双角度设计来防止直接的直线路径穿过容器盖。

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图1.带单个过滤器的双孔布置

我们已经对该设计进行了建模,这表明双孔系统的效率可以在80%至90%的范围内,具体取决于容器中的几何形状和氢浓度。因此,出于实际目的,给定应用所需的滤波器数量可能不受屏蔽所提供的额外电阻的影响,并且在最坏的情况下,其影响很小。

我们已经通过针对不同过滤器类型和氢气浓度变化的实验,确认了双孔设计的预期性能。先验期望与实际系统数据的示例比较如图2所示。(请参阅图2的附件)。

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图2.实验结果和模型预测 

含义和结论 


通过合作,Sellafield Ltd.,Westinghouse Electric UK和Fauske&Associates,LLC已经构思,建模并通过实验验证了一种创新的解决方案,可以解决从具有显着氢气产生速率的屏蔽容器中除氢的问题。该解决方案允许将用过的金属核燃料和分子筛被动存储在一个有盖的容器中,该容器由许多实际可购得的过滤器排出。

由Hans Fauske(D.Sc。),Michael Grolmes(PhD)和Robert Henry(PhD)Fauske于1980年成立。&Associates,LLC(FAI)于1986年成为Westinghouse Electric Co.的全资子公司。FAI在备受赞誉的AIChE的DIERS计划和核电行业的IDCOR计划中担任早期领导职务。这些活动催生了用于表征化学系统和计算机模型的最新方法学和实验室工具,用于分析全世界使用的商业核电厂的严重事故。 FAI在预防和适应化学和核电事故方面的现象学建模已获得全球认可,FAI还在物理,化学工程,机械工程,核工程,计算机科学等领域提供高级培训和研究。

FAI拥有几个配备齐全的实验室,可以为他们提供支持:EQ,CHAMP,全面的热/液压实验和基础物理科学。 FAI拥有10CFR50附录B质量保证(QA)计划,并且已通过ISO- 17025 / IEC,ISO-9001和TickIT认证。此外,FAI是IACET CEU的授权提供商。

FAI还因进行全面的工厂评估而获得认可。 FAI的核系统集团可帮助其客户提高其运营工厂的可用性和可靠性,同时保持合规性,延长工厂寿命并降低运营和维护成本。

有关更多信息,请致电630-887-5207与Martin Plys联系,plys(at)fauske(dot)com

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