化学工程安全新闻

核废料加工

写道 Fauske团队 | 09.14.18

用于自屏蔽容器的创新核废料氢气去除设计

由Martin G. Plys,SCD和James P.Burelbach,Phd,Faoske& Associates, LLC

允许在具有市售过滤器的屏蔽容器中储存金属燃料和Zeolytes的氢去除问题的实际解决方案......

介绍

在Partnership,Sellafield Ltd,Westinghouse Electric UK和Fauske&Associates,LLC,考虑了包含金属花核燃料或Zeolytes的废物的临时自屏蔽存储的设计参数和选项。 结果发现,这种类型的废物产生了显着的氢作为化学反应的产物和水的辐射溶解。 滤过的通风口需要在废物容器上实施,以防止不需要的氢气积聚。 为了将过滤器附接到屏蔽容器,必须通过屏蔽钻孔孔,以允许氢气到达过滤器。 必须小心地设计孔洞的特定几何形状以保持屏蔽,同时最小化耐氢的耐药性。

过滤器

用于H.的过滤器2 Removal

通过过滤器去除的氢气速率随过滤器尺寸和材料而变化。

由制造商提供的关键滤波器规范称为过滤系数,以每秒摩尔氢单位以每摩尔分数差在过滤器上表示。

典型值范围从10-5 over 2x10-4 摩尔/ s /摩尔分数。

基于氢生成率和目标最大氢浓度选择给定施用的过滤器设计:下可燃性极限(LFL)(空气中4%氢)或 更严格的LFL(1%氢)的25%的准则。             

实验装置

盖& Pipe Configurations
在右图所示的四个钻孔几何形状上完成建模和实验验证。测试(直接安装过滤器)进行测试,以评估制造商的已铭记的过滤器性能,可用于测试两种类型的商业滤波器。配置D是建议的创新解决方案。 


进行小而大规模的测试。最初通过建立约4%的初始氢浓度瞬时进行测试,然后将浓度衰减为氢气排出过滤器,并通过进入过滤器的空气替换。后来试验纳入了稳态方法,其中建立了恒定的氢气流量。



 

配置D:具有单滤波器的双孔孔布置


氢去除的创新解决方案
   

屏蔽容器

从屏蔽容器中移除的氢的关键是减少流量 电阻使得过滤器是主要的 反抗。考虑一种通过屏蔽容器盖中的一对孔孔促进氢循环的布置,如配置D所示。立即在过滤器内部的压力室中的氢浓度低于容器中的氢浓度,所以密度差异诱导循环。 

来自集装箱的气体将其中一个孔孔向上流入过滤器下方的压力孔,然后向下倒置另一个钻孔,返回容器。在配置d中,孔洞以屏蔽目的的角度表示,并且在实践中将使用双角度设计来防止a 通过集装箱盖直接直线路径。

建模证明配置D几乎与配置A有效,提供从具有厚屏蔽的包装中除去氢的解决方案。 相比之下,与配置A不切实际,通常使用的配置B和C将足够低的效率。 

结果 

通过针对不同过滤器类型的实验和氢浓度的变化来确认双孔设计的预期性能。优先期望与实际系统数据的一个示例比较如下所示。 

根据容器中的几何形状和氢浓度,双孔系统的效率可以在80%至90%的范围内。因此,对于特定应用所需的滤波器的数量可以是实际目的,不受屏蔽所提供的额外电阻的影响,并且在最糟糕的情况下它只是弱影响。

实验结果与模型预测

 

结论

双孔配置D实现了有效的过滤性能,其与单独的过滤器相当,并且优于任何单个孔设计。这项创新可最大限度地减少金属燃料轴承废物的给定库存所需的通风口数量。

具有明确定义的氢源速率的稳态测试与相应的稳态氢浓度一起导致有效的过滤效率,其可再现且与氢浓度无关。

大规模测试表明,通过以小规模测试测量的滤波器组件数量的乘积和单个组件的性能的产品简单地给出了多个过滤器组件的积分性能。

Sellafield的第一代麦片储存池塘

含义

在Partnership,Sellafield Ltd,Westinghouse Electric UK和Fauske&Associates,LLC已经构思,建模和实验验证了一种创新的解决方案,以具有具有显着氢气产生速率的屏蔽容器的氢去除问题。该解决方案对氢去除问题允许废金属核燃料和Zeolytes的被动储存在屏蔽的容器中,该容器通过实用的市售过滤器排出。

有关核废料技术,退役,建模和厂房的更多信息,除了化学和工业过程安全性和测试外,请与我们联系。