ICS 27.120.20 F 65 备案号：59655—2017 NB 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 20462—2017 压水堆之燃料干法贮存设施热工分析 Thermal analysis of spent fuel dry storage installation for pressurized water reactor 2017-04-01发布 2017-10-01实施 国家能源局 发布 NB/T20462——2017 目 •次 前言 II 范围 1 规范性引用文件 2 术语和定义 4热工分析要求 4. 1 一般要求.. 4.2分析工况 4.3热工限值 4.4热工分析输入 3 4.5密封容器压力计算 5验证. 附录A（资料性附录） 立式混凝土筒仓贮存容器热工分析 5 附录B（资料性附录） 压水堆乏燃料干法贮存设施热工分析工况 12 附录C（资料性附录） 燃料组件等效导热系数的计算. 14 NB/T20462—2017 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由能源行业核电标准化技术委员会提出。 本标准由核工业标准化研究所归口。 本标准起草单位：中广核工程有限公司。 本标准参加起草单位：上海核工程研究设计院。 本标准主要起草人：黄甲、唐琼辉、曹雷生、唐邵华、廖蓉国、戚小英、干富军、倪陈宵。 II NB/T20462—2017 压水堆之燃料干法贴存设施热工分析 1范围 本标准规定了压水堆乏燃料干法贮存设施热工限值、工况分类、分析方法等。 本标准适用于压水堆乏燃料干法贮存设施的热工分析，其他堆型的乏燃料干法贮存设施的热工分析 也可参考。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB11806放射性物质安全运输规程 NB/T20461压水堆乏燃料干法贮存设施设计准则 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 乏燃料 spentfuel 在乏燃料贮存设施中进行操作、贮存、回取和监测活动时不再拆开的一组燃料元件。 注：可包括控制棒组件等相关组件。 3. 2 干法贮存 drystorage 将乏燃料贮存在密封空气或惰性气体环境中的贮存方式。 3. 3 乏燃料干法存设施 spentfueldrystorageinstallation 乏燃料自反应堆乏燃料水池移出后，到进行后处理或作为放射性废物处理前这段时间内，用作乏燃 料干法贮存的一种中间贮存设施。 3. 4 密封容器 sealed container 一种用于装载乏燃料并提供放射性物质包容功能的容器。 3.5 贮存容器 silo/cask 地面式轻便或非轻便结构，含有一个或多个单独贮存腔。 注：每个贮存腔能容纳一个或多个燃料组件。屏蔽主要由钢、铸铁或混凝土等结构材料提供，通过结构屏蔽材料至 大气的换热实现排热。 3. 6 存室 vault 1 NB/T20462—2017 一种地上的或地下的钢筋混凝土建筑物，内有贮存腔阵列。每个贮存腔可容纳一个或多个燃料元件。 贮存室的外部构筑物提供屏蔽。热量通常由贮存腔外部上空的循环空气或气体带出；随后或直接排至外 部大气，或通过二次排热系统散失。 4热工分析要求 4.1一般要求 4.1.1热工分析应说明乏燃料干法贮存设施的排热能力能够使乏燃料包壳峰值温度低于设计准则所规 定的限值，并保证设施的热工参数不超过限值。 4.1.2分析论证的方法包括试验以及数值分析，或两者并用。立式混凝土筒仓式贮存容器热工计算可 参考附录A。 4.2分析工况 4.2.1乏燃料干法贮存设施应能承受I类、II类、IⅢI类、IV类工况下的热负荷。I类、IⅡI类、III类、 IV类工况的定义以及对应关系见NB/T20461中第6章。 4.2.2热工分析所选取的工况以及采用的分析方法可参见附录B。 4.3热工限值 4.3.1燃料包壳 4.3.1.1在长期贮存下，蠕变是导致乏燃料包壳变形的主要因素。乏燃料包壳上较高的温度、压差及 相应的环向应力将导致乏燃料包壳发生持续永久变。 4.3.1.2蠕变所引起的变形会随着时间推移缓慢发展并使乏燃料棒内的压力降低，乏燃料包壳温度降 低也会使环向应力减小，从而减缓蠕变的速率。由于乏燃料衰变热随时间减小，在干法贮存后期，进 步的蠕变变形将微乎其微。 4.3.1.3为了保证乏燃料组件的结构完整性，确保蠕变不会导致包壳破损，对于锆合金包壳，应满足 以下温度限值的要求： a）I类工况下，对所有燃耗的乏燃料，包壳峰值温度不得超过400℃； b）「类工况的乏燃料短期装载和贮存操作（包括干燥、填充惰性气体以及容器转运）过程中，可 能出现反复的热循环（反复加热/冷却），热循环的次数应小于10次，且每次的热循环周期中 包壳温度变化幅值应低于65℃； c）II类、III类、IV类工况下，对所有燃耗的乏燃料，包壳峰值温度不得超过570℃。 惰性气体及容器转运）过程采用更高的温度限值，只要分析人员证明：对于调整后的温度限值，采用最佳估算 的包壳环向应力等于或小于90MPa。如果分析人员能够证明，在570℃的温度条件下采用最佳估算的包壳环向 应力小于或等于90MPa，则570℃是最高温度限值。对于更高的温度限值，分析人员应提供合理充分的理由， 并经过国家核安全部门的认可。 4.3.2其他材料 本条规定了除乏燃料包壳以外的其他材料确定温度限值的基本要求。已有标准规定的材料可按照 标准选取温度限值。对于无标准规定的材料，确定温度限值时应考虑以下要求： a）对材料的结构强度造成影响时的温度，以及处于该温度下对结构强度造成影响所需的时间； 2 NB/T20462—2017 b）材料发生化学反应的温度，并对屏蔽、次临界或结构完整性造成的影响； 材料温度限值的不确定性而提供的保守裕量： ) d）材料在I类、II类、II类、IV类工况下可能达到的温度。 4.4热工分析输入 4.4.1乏燃料衰变热 4.4.1.1计算乏燃料衰变热时，需考虑燃料初始富集度、燃耗深度、卸料后冷却时间及反应堆运行过 程的影响。 4.4.1.2乏燃料产生的衰变热位于乏燃料组件的有效燃料区内（即活性段区域），且应保守考虑衰变 热功率沿燃料组件轴向的分布。 4.4.2环境温度 热工分析时所采用的环境温度应根据乏燃料干法贮存设施所在厂址的气象条件进行选取。 4.4.3环境压力 热工分析时所采用的环境压力应根据乏燃料干法贮存设施所在厂址的气象条件进行选取。随着海拔 升高，大气压逐渐降低。对于依靠自然对流冷却的乏燃料干法贮存设施，气压降低会减弱空气自然对流 的冷却效果。热工分析时应保守考虑厂址的海拔高度对环境压力的影响。 4.4.4太阳辐射 4.4.4.1乏燃料干法贮存容器采用露天放置时，应考虑太阳辐射的影响。太阳辐射的强度应根据干法 存容器所在厂址的气象条件进行选取。在气象记录缺失时，太阳辐射强度可参考GB11806的要求。 4.4.4.2由于干法贮存容器的质量和热容量较大，太阳辐射可视作平均照射值。可基于全天12h的太 阳辐射，在24h昼夜的基础上，计算出平均太阳辐射值。即将每天曝晒12h的曝晒量（W/m²）除以2， 获得24h内的平均太阳辐射值。 4.4.5材料热物性 4.4.5.1燃料组件内的传热可采用等效导热系数的方法进行简化处理，但需证明其保守性。等效导热 系数的计算参见附录C。 4.4.5.2对于材料参数及性能随温度改变而变化的部件，应评估干法贮存容器各部件所出现的温度最 大值和最小值，并根据温度范围选取材料热物性。 4.4.5.3对于混凝土及中子屏蔽材料，热工计算时应考虑材料配方和工艺对热物性的影响。 4.5密封容器压力计算 热工分析需要计算密封容器内的气体压力，以保证其内压在各类工况下均满足设计限值。压力计算 应遵循以下要求： a）压力计算可使用理想气体状态方程，并对容器腔内各气体成分的分压进行求和； 压力计算应考虑容器腔的自由体积、容器腔内填充气体量（摩尔）及从破损的燃料棒中释放出 b) 的气体量； 破损的燃料棒中所释放出的填充气体和裂变气体会使容器腔内的压力增大，1类工况下应假设 c) 燃料棒的破损率为1%，II类、III类工况下应假设燃料棒的破损率为10%，IV类工况下应假 设燃料棒的破损率为100%； 3