核废料加工

自屏蔽容器的创新核废料除氢设计

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

一个可行的解决氢去除问题的方法，允许将用过的金属燃料和沸石储存在一个有商用过滤器的屏蔽容器中…

介绍

作为合作伙伴，Sellafield Ltd, Westinghouse Electric UK，和Fauske & Associates, LLC，考虑了临时自保护存储的设计参数和选择，其中包含金属废核燃料块或沸石。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。过滤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。为了将过滤器附着在屏蔽容器上，必须在屏蔽层上钻个孔，让氢气到达过滤器。必须小心地设计孔洞的特定几何形状以保持屏蔽，同时最小化对氢的耐氢。

过滤器

过滤器为H₂删除

通过过滤器去除的氢气速率随过滤尺寸和材料而变化。

制造商提供的关键过滤器规格被称为过滤器系数，用单位摩尔氢每秒每摩尔分数差异过滤器。

典型值的范围是10^-5超过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申请的过滤器设计：下可燃性极限（LFL）（空气中4％氢）或更严格的标准25%的LFL(1%的氢在alr)。

实验装置

盖子和管道配置

进行小而大规模的测试。最初，通过建立约4％的初始氢浓度，允许蒸馏出蒸馏出来的初始氢浓度来瞬时进行，然后通过在过滤器中的空气替换。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:双孔布置与单过滤器

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降低流动阻力，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。紧接在过滤器内部的压力室中的氢浓度低于容器中的氢浓度，所以密度差异引起循环。

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，然后向下将另一个钻孔倒在容器中。在配置D中，孔孔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通过容器盖的直接直线路径。

建模表明，配置D几乎与配置A一样有效，提供了从厚屏蔽包中去除氢的解决方案。相反，与配置A相比，通常使用的配置B和C的效率非常低，因此这些设计是不切实际的。

结果

通过针对不同的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示例比较如下所示。

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

实验结果和模型预测

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。这种创新最大限度地减少了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，通过在小规模测试中测量的滤波器组件的数量的乘积和单个组件的性能，简称为多个过滤器组件的积分性能。

塞拉菲尔德的第一代马格诺克斯储存池

影响

通过合作，Sellafield Ltd、Westinghouse Electric UK和Fauske & Associates, LLC构想、建模和实验验证了一个创新的解决方案，解决了从具有显著产氢率的屏蔽容器中除氢的问题。这种解决除氢问题的方法允许被动地将废金属核燃料和沸石储存在一个屏蔽容器中，该容器由大量商用过滤器排出。

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