Защитный контейнер для транспортирования отработавшего ядерного топлива

 

Защитный контейнер содержит корпус, вставленную в полость корпуса выемную часть, в которой в отверстиях верхней доски и диафрагмах размещены трубные чехлы. Защитный контейнер закрыт сверху уплотнительной крышкой. Выемная часть снабжена прикрепленным к ней трубным каналом, предназначенным для удаления радиоактивной воды со дна контейнера способом вакуумного отсоса. Ось канала смещена относительно оси контейнера на расстояние 0,75-0,95 величины радиуса внутренней полости контейнера, а нижний торец трубного канала расположен над дном контейнера с зазором не более внутреннего радиуса трубного канала. Нижний фланец контейнера оснащен дополнительным съемным фланцем, имеющим уклон в сторону трубного канала на угол 1-4^o для сгона радиоактивной воды в угол дна контейнера при ее удалении способом вакуумного отсоса через трубный канал при снятой крышке. Технический результат данного изобретения выражается в обеспечении ядерной безопасности. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к передвижным защитным контейнерам для безопасного транспортирования отработавшего ядерного топлива из хранилищ после необходимой выдержки на заводы регенерации при условиях, исключающих возможность возникновения самопроизвольной цепной ядерной реакции.

Одним из таких условий является отсутствие воды в контейнере или ее наличие ниже допустимого по расчетам ядерной безопасности количества. Для этого после загрузки чехлов с ОЯТ в контейнер и перед его транспортированием вода со дна контейнера должна быть удалена до значений ниже допустимого ее количества. Например, для защитного контейнера ТК-18 наличие в нем воды после загрузки чехлов с ОЯТ перед транспортированием не должно превышать 2,5 литров.

Известен защитный контейнер, взятый в качестве прототипа (см. "Контейнеры для транспортирования отработавших тепловыделяющих элементов АЭС", Труды ЦКТИ, 142 выпуск, Ленинград, 1977, стр. 13, рис. 2), содержащий корпус, вставленную в полость контейнера выемную часть, в отверстиях верхней доски и поперечных диафрагмах которой размещены трубные чехлы с ОЯТ, и закрытый сверху уплотнительной крышкой.

Известны также контейнеры (см. авт. св. N 1301205, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5), в которых удаление воды из их полости для осушения дна осуществляется самотеком через отверстия в стенках контейнеров и через запорные клапаны, расположенные ниже уровня дна контейнера.

Недостатками указанных защитных контейнеров являются наличие сливных отверстий в стенках, а также сложные конструкции запорных клапанов и присоединительных устройств, обеспечивающих герметизацию системы при сливе радиоактивной воды со дна контейнера в сборную емкость без протечек ее на пол помещения. При этом полная герметичность сливной системы не достигается и имеющиеся протечки радиоактивной воды загрязняют помещения, в которых удаляют воду из контейнеров.

Известна насосная установка для удаления жидкостей путем вакуумного их отсоса со дна емкостей через верхнюю их горловину. (см. "Санитарно-техническое оборудование зданий", В.С. Кедров, Е.Н. Ловцов, М: Стройиздат, 1989, стр. 302, рис. 20.1 б). Указанная насосная установка не требует наличия отверстий в стенках емкостей. Насосная установка состоит из емкости (приемного резервуара), насоса и всасывающей трубы. При этом возможные протечки жидкости в местах присоединения вакуумной системы к насосу вверху горловины емкости (приемного резервуара) попадают не на пол помещения, а стекают снова на дно емкости (приемного резервуара), что исключает возможные загрязнения помещения жидкостью.

Задачей изобретения является упрощение конструкции контейнера, обеспечивающее удаление радиоактивной воды со дна контейнера без отверстий и клапанов в его стенках и без протечек воды на пол помещения, а также уменьшение остатка воды на дне контейнера за счет наклона его оси для сгона воды в угол при ее удалении.

Это достигается тем, что выемная часть защитного контейнера снабжена прикрепленным к ней трубным каналом, ось которого смещена относительно оси контейнера на расстояние 0,75-0,95 величины радиуса внутренней полости контейнера, верхний торец трубного канала вставлен в верхней доске выемной части в состыковочное гнездо присоединения вакуумной системы для отсоса воды со дна контейнера через трубный канал, а нижний торец канала расположен над дном контейнера с зазором, равным не более внутреннего радиуса трубного канала, при этом нижний фланец контейнера оснащен дополнительным съемным фланцем, имеющим уклон в сторону трубного канала на угол 1 - 4^o.

Эксцентричное прикрепление трубного канала к выемной части с его расположением в сечении полости контейнера устраняет возможность протечек воды на пол помещения и обеспечивает отсос воды из угловой части контейнера, а также позволяет выполнить корпус контейнера без отверстий и запорных клапанов в его стенках, что упрощает конструкцию контейнера. Стыковочное гнездо в верхней доске выемной части, в которое вставлен верхний торец трубного канала, обеспечивает возможность присоединения вакуумной системы для отсоса воды со дна контейнера через трубный канал.

Зазор торца трубного канала над дном контейнера величиной не более внутреннего радиуса канала позволяет использовать явление смачивания водой торца канала и капиллярный эффект в канале для подъема воды на высоту, превышающую величину зазора, до подключения к каналу вакуумной системы, что после ее отсоса уменьшает глубину остаточной воды в зоне трубного канала до величины менее зазора.

Оснащение нижнего фланца контейнера прикрепляемым к нему дополнительным съемным фланцем с уклоном 1-4^o обеспечивает оптимальный наклон контейнера в сторону трубного канала и сгон воды в угловую зону дна контейнера перед ее вакуумным отсосом, что уменьшает количество остаточной воды в контейнере после ее отсоса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен предлагаемый защитный контейнер, вертикальный разрез; на фиг. 2 показан узел I фиг. 1 - положение трубного канала в выемной части и полости контейнера, а также размещение согнанной в угловую зону контейнера воды при наклоне контейнера в сторону трубного канала, вертикальный разрез; на фиг. 3 показан поперечный разрез А-А на фиг. 2 - размещение трубного канала и воды на дне контейнера; на фиг. 4 - схема подсоединения вакуумной системы в стыковочном гнезде трубного канала при снятой крышке контейнера, вертикальный разрез.

Защитный контейнер содержит корпус 1, крышку 2, выемную часть 3, трубные чехлы 8, установленные в выемную часть 3 своими нижними торцами на дно корпуса 1; а также трубные чехлы 7, подвешенные на опорных буртах в верхней доске выемной части 3. В отверстиях верхней доски выемной части 3 установлены сменные втулки 6 для обеспечения одинакового зазора под крышкой 2 для всех чехлов 7 и 8. Выемная часть 3 снабжена прикрепленным к верхней доске и дистанционирующим диафрагмам 12 трубным каналом 5 для отсоса воды со дна корпуса 1.

Ось трубного канала 5 смещена эксцентрично (фиг. 3 и фиг. 2) относительно оси контейнера на расстояние (0,75 - 0,95) величины радиуса внутренней полости контейнера. Нижний торец трубного канала 5 расположен над дном контейнера с зазором, равным не более внутреннего радиуса трубного канала 5, а над верхним торцом трубного канала 5, вставленного в верхней доске выемной части 3, имеется стыковочное гнездо 4 (см. фиг. 1) для подсоединения уплотнительного устройства 14 (фиг. 4) над полостью корпуса 1 через гибкий шланг 15 к вакуумной системе для отсоса воды со дна контейнера при снятой крышке 2. Для наклона оси защитного контейнера и сгона воды в угловую зону дна нижний фланец 9 контейнера оснащен (фиг. 1) прикрепляемым к нему с помощью шпилек 10 и гаек 11 дополнительным съемным фланцем 13, имеющим уклон 1 - 4^o в сторону трубного канала 5.

Оптимальные углы наклона контейнера на 1 - 4^o в сторону трубного канала, обеспечивающие минимальный остаточный объем воды на дне контейнера при эксцентричном смещении оси канала, подтверждаются следующими расчетами, где введены следующие обозначения (фиг. 2 и фиг. 3): R - радиус внутренней полости контейнера; C - эксцентриситет трубного канала, в предлагаемом изобретении принято значение C = (0,75 - 0,95) · R; d - расстояние оси канала от внутренней цилиндрической полости контейнера d = R - C = (0,05 - 0,25) · R; r - внутренний радиус трубного канала; W - зазор между дном контейнера и нижним торцом трубного канала, в предлагаемом изобретении принято W < r; ϕ - угол наклона контейнера в сторону трубного канала; h - высота водяного "копыта" при наклоне на угол ϕ; x - высота основания водяного "копыта" при наклоне на угол ϕ; m - длина водяного "копыта" до трубного канала при наклоне на угол ϕ; m = x - d;
a - половина длины прямой стороны водяного "копыта" при наклоне на угол ϕ.

Расчет остаточного объема воды на дне наклоненного в сторону канала контейнера (фиг. 2 и фиг. 3) производится по известной формуле объема водяного "копыта" (см. И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев - "Справочник по математике", Москва, "Наука", 1986 г., стр. 188, рис. 2.51)

где
откуда


откуда
Из (2) и (3) следует:

Объем по формуле (4) при изменении x имеет минимум, который можно найти, вычислив значение что требует сложных вычислений.

В первом приближении значение x, при котором V_ост. имеет минимум, можно определить по минимуму вертикальной симметричной площади сечения "копыта", определив минимум площади сечен6ия, которому будет соответствовать V^min_ост где, подставляя (3), получаем

откуда x_Smin = 2d, ... (6), а Smin = 2W · d (7).

Получаем следующее, подставляя (6) в (4):

при этом откуда
В качестве примера определим значения V^min_ост и ϕ^* в контейнере ТК-18 при значениях R = 38,8 см; d = 4,8 см; при W = 0,1 см; 0,2 см; 0,3 см; 0,4 см; 0,5 см;


Результаты вычислений представлены в таблице I.

При вертикальном положении контейнера, т. е. при ϕ = 0^o и W = 0,3 см объем воды на дне контейнера равен 1418,1 см³. При наклона контейнера на 3,58^o и W = 0,3 см количество воды контейнере уменьшается в раз.

Пример с W = 0,3 см приведен из практики отсоса воды со дна контейнеров ТК-18. При отсосе смачивание водой торца канала и капиллярный эффект в канале r = 0,5-0,6 см при W < r с использованием вакуума давлением не выше 30000 Па (225 мм рт.ст.) позволяет удалять воду из контейнера ТК-18 до остаточной глубины в зоне трубного канала W ≅ 0,3 см. Глубина остаточной воды контролировалась опускаемым на дно через трубный канал штырем по размеру намоченного водой следа на конце штыря, нижний конец которого предварительно покрывался мелом или каолином.

В настоящем изобретении углы наклона дополнительного съемного фланца контейнера, обеспечивающие минимальный остаток воды на дне контейнера, приняты 1 - 4^o. Большие углы уклона неприемлемы из-за возможности заеданий диафрагм чехлов при установке их под давлением собственного веса в диафрагмы выемной части контейнера.

Для удаления воды со дна защитного контейнера (фиг. 1) его устанавливают на горизонтальный пол помещения, на нижний прикрепленный к нему дополнительный фланец 13, имеющий угол уклона 1 - 4^o, что обеспечивает наклон контейнера и сгон воды на его дне в зону трубного канала 5. Защитный контейнер может быть также установлен в цеховом кессонном приямке, в помещении на плавсредстве и т.п.

Удаление воды производится при снятой крышке 2 после загрузки в полость контейнера чехлов 7 и 8. Для этого в стыковочном гнездо 4 устанавливают уплотнительное устройство 14 (фиг. 4) и прижимным штурвалом сжимают на его конце в стыковочном гнезде 4 герметизирующие резиновые прокладки, а верхний шланг 15 подсоединяют к вакуумной системе.

После этого включают вакуум и производят отсос воды со дна контейнера через канал 5, присоединительное устройство 14, шланг 15 в сливной бак вакуумной системы.

При этом возможные протечки воды в уплотнительном стыковочном гнезде 4 через зазоры в выемной части 3 снова стекают на дно контейнера, а не на пол помещения, что исключает загрязнение помещения в процессе удаления воды из контейнера. Об окончании отсоса со дна контейнера свидетельствует подсос воздуха в зазоре торца трубного канала 5 над дном корпуса 1, повышение давления вакуума и характерный звуковой шум. После этого выключают вакуумную систему, отсоединяют шланг 15 и снимают уплотнительное устройство 14. Глубину остаточной воды в зоне трубного канала 5 контролируют опускаемым на дно через канал 5 штырем по величине размера намоченного водой следа на конце штыря, предварительно покрытого мелом. После этого на корпус 1 контейнера устанавливают крышку 2.

Предлагаемый защитный контейнер обеспечивает его надежную эксплуатацию в соответствии с требованиями ядерной безопасности за счет упрощения его конструкции, уменьшения остатка воды в контейнере на порядок ниже допустимого количества и исключает загрязнение радиоактивной водой помещений при ее удалении из контейнера.

Формула изобретения

Защитный контейнер для транспортирования отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус, вставленную в полость корпуса выемную часть, в отверстиях верхней доски и диафрагм которой размещены трубные чехлы с ОЯТ, и закрытый сверху уплотнительной крышкой, отличающийся тем, что выемная часть снабжена прикрепленным к ней трубным каналом, ось которого смещена относительно оси контейнера на расстояние 0,75 - 0,95 величины радиуса внутренней полости контейнера, верхний торец трубного канала вставлен в верхней доске выемной части в стыковочное гнездо присоединения вакуумной системы для отсоса воды со дна контейнера через трубный канал, а нижний торец трубного канала расположен над дном контейнера с зазором не более внутреннего радиуса трубного канала, при этом нижний фланец контейнера оснащен дополнительным съемным фланцем, имеющим уклон в сторону трубного канала на угол 1 - 4^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5