Способ автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления



Способ автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления
Способ автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления
Способ автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления
Способ автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2605540:

Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения" (АО "ЦКБМ") (RU)

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов ядерных реакторов с урановым и МОКС-топливом. Дезактивация осуществляется методом протягивания твэла через картридж, содержащий чистящий материал, не оставляющий следов на поверхности твэла. После одного протягивания твэла использованный картридж выводится из технологического процесса. Дезактивация может быть как сухой, так и мокрой. Дезактивирующий раствор может наноситься как на протирочный материал, так и подаваться на поверхность твэла. Устройство для осуществления данного способа содержит магазин для хранения новых картриджей, систему подачи картриджей в зону дезактивации, систему вывода отработанных картриджей из зоны дезактивации, емкость для хранения, систему утилизации отработанных картриджей, биологическую защиту в случае работы с содержащим плутоний топливом. Технический результат - автоматическая дезактивации твэла, полностью удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к работе с МОКС-топливом. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, в первую очередь при сборке твэлов с радиоактивным топливом.

Тепловыделяющий элемент ядерных реакторов (твэл) включает в себя топливные таблетки, вставленные одна за другой в металлическую оболочку длиной, в частности, до 4 м, обычно изготовленную из специальной стали или сплава циркония. Сами оболочки не являются радиоактивными. Однако, в частности, при введении в них таблеток из спеченного порошка на их поверхности могут образоваться и отложиться частицы топлива. Загрязнение стержня, вызванное этими частицами, должно быть устранено ввиду строгих допусков на приемлемые уровни радиоактивности. С этой целью, по завершению работы с опасными материалами после этапа приварки верхней заглушки обычно производят дезактивацию, в частности, верхней заглушки стержня и смежной поверхности. Дезактивация не должна изменять оболочку стержня, предпочтительно должна быть полностью автоматической, относительно быстрой и не должна требовать дополнительного пространства в герметичной камере. Фактически, загрязнению подвержен только участок, прилегающий к открытому концу твэла, через который загружаются топливные элементы.

При сборке твэл с радиоактивным топливом для создания нормальной радиационной обстановки в производственных помещениях все оборудование необходимо размещать в надежно герметичных камерах (боксах), а весь процесс должен быть максимально механизирован и автоматизирован, включая и контроль (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 1 / Под ред. Ф.Г. Решетникова. - М.: Энергоатомиздат, 1995 г., стр. 113). В первую очередь, это требование относится к операциям, производимым с открытым топливом, то есть до герметизации твэла приваркой верхней заглушки. Таким образом, сборочная линия, на которой осуществляется работа с радиоактивным топливом, должна делиться на участки, размещаемые в герметичных боксах.

Из-за плохой радиационной обстановки внутри герметичного бокса электронные компоненты средств автоматизации, которые плохо приспособлены для работы с радиоактивными материалами, должны быть защищены от воздействия радиоактивного излучения. При этом могут защищаться либо сами компоненты, либо могут экранироваться источники радиоактивного излучения.

Таким образом, задача автоматизации процесса дезактивации твэла с таблеточным радиоактивным (содержащим плутоний) топливом предъявляет к оборудованию следующие требования:

- обязательное наличие слоя биологической защиты, экранирующего твэл, который является источником радиоактивного излучения;

- высокая надежность, т.к. наладка и ремонт оборудования, размещаемого в герметичном боксе или за слоем биологической защиты, требует не только остановки технологического процесса, но и замены среды в боксе, предварительной подготовки для обеспечения доступа к оборудованию с проведением сборки бокса и восстановлением среды после завершения ремонта;

- предпочтение способам с наименьшим использованием электронных компонентов, т.к. работы проводятся в условиях радиоактивного излучения и с применением растворов кислот и щелочей;

- вынос (по возможности) приводов и средств наладки оборудования за биологическую защиту;

- защита персонала от воздействия радиоактивного излучения в случаях оперативного вмешательства в процесс изготовления твэла, при проведении ремонта и при нештатных ситуациях.

Известны различные способы дезактивации. Например, газ под давлением или струи раствора (патент ЕР №0100428, 1984-02-15) могут удалять отложения частиц топлива меньше микрона, но при этом образуются стоки, которые трудно и дорого обрабатывать. Другие системы, содержащие, например, электродные разряды (патент GB 1382915, 1975-02-05), являются очень дорогими. Также известна лазерная дезактивация (патент FR 2774801,1999-08-03), но она очень сложна в использовании.

В патенте FR 2072423 (1971-09-24, G21C 21/02) описан автоматизированный процесс, в котором стержень приводится во вращательное движение, а его конец входит в контакт с разматывающейся чистящей лентой. Однако при таком решении пространство ограничено концом стержня и, кроме того, не обеспечивается достаточная эффективность из-за низкой надежности и недостаточного давления ленты на стержень.

Способ дезактивации (патент РФ №2433491, 10.11.2011, G21F 9/00) включает установку подлежащего дезактивации участка цилиндра в заданное положение, натяжение ленты вокруг цилиндра и движение ее в направлении, перпендикулярном оси цилиндра. Натяжение ленты во время очистки поддерживается постоянным. Участок цилиндра может быть закреплен или ему может быть сообщено поступательное перемещение вдоль своей оси с постоянной скоростью или с замедлением для более тщательной обработки на некоторой области участка цилиндра. Поступательное движение может сопровождаться небольшим вращением, так что цилиндр совершает винтовое движение. Однако предпочтительно, чтобы этот участок в течение всего процесса удерживался в одном и том же угловом положении. Там же упоминается механизм контроля обрыва ленты и желательность наличия нескольких лент. В частности, множество лент образует дуги с взаимодополняющим контактом с участком цилиндра. Например, две ленты покрывают два противоположных друг другу полуцилиндра.

Указанные методы оказываются малопригодными при работе с радиоактивным (содержащим плутоний) топливом при необходимости обеспечения биологической защиты, так как твэл, содержащий данное топливо, является источником радиоактивного излучения. Необходимость размещения оборудования внутри герметичных боксов создает дополнительные технологические трудности. Метод «протирки» лентами требует наличия устройств постоянной подачи моющих растворов и протирочной ленты через стену биологической защиты или внутрь бокса без нарушения его герметизации, что технически очень сложно. Вероятность разрыва ленты снижает надежность метода. Все побочные продукты, связанные с процессом дезактивации, должны быть легко удаляемыми из герметичного бокса.

Наиболее простой является дезактивация с использованием вискозной, полиэфирной или хлопковой ткани, сухой или пропитанной спиртом. Ручная дезактивация осуществляется трением с использованием протирочного материала и специальных дезактивирующих растворов. Однако этот способ сильно зависит от действия операторов.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности способа дезактивации твэла и снижения загрязнения стержней после заключения их в оболочку до более низкого уровня.

При осуществлении предлагаемого изобретения могут быть получены следующие технические результаты.

Во-первых, снижение загрязнения поверхности твэла до более низкого уровня.

Во-вторых, повышение надежности установки.

В-третьих, улучшение радиационной обстановки.

Как решение поставленной задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается способ дезактивации, который включает протягивание твэла через картридж.

Поступательное перемещение вдоль своей оси подлежащего дезактивации твэла с постоянной скоростью или с замедлением для более тщательной обработки на некоторой области участка оболочки.

Линейное движение твэла через картридж может сопровождаться относительным вращением твэла и картриджа вокруг их общей оси. Приводиться во вращение может либо твэл, либо картридж.

Под картриджем понимается корпус, содержащий чистящий элемент. Таким элементом может быть, например, безворсовая ткань или полимер.

При проходе через картридж обеспечивается необходимый контакт между чистящим материалом и обрабатываемой поверхностью. Преодоление силы сопротивления, возникающей при проходе твэла через картридж, обеспечивается системой подачи твэла.

Дезактивация по данному способу может быть как сухой, так и мокрой. Дезактивирующий раствор может наноситься как на чистящий материал внутри картриджа, так и подаваться на поверхность твэла.

Протягивание твэла может производиться несколько раз через один картридж путем реверса подачи твэла или через несколько картриджей, установленных последовательно.

После чистки всего твэла отдельные участки могут обрабатываться данным способом дополнительно.

Описанный способ реализуется в устройстве для автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов. Устройство разработано для дезактивации твэлов с радиоактивным (содержащим плутоний) топливом. В изобретении зона дезактивации твэлов, снаряженных радиоактивным топливом, отделена стеной биологической защиты от зоны для размещения обслуживающего персонала и приводов исполнительных механизмов. В качестве чистящего элемента в картридже цилиндрической формы используется набор тканевых элементов с отверстиями круглого сечения для прохода твэла. Подача твэла осуществляется системой профилированных роликов. Часть роликов служит для поддержки твэла (поддерживающие ролики), другая часть для подачи твэла (приводные ролики). Приводной ролик получает вращающий момент от электрического привода. Для увеличения усилия подачи и исключения падения твэла с линии подачи приводной ролик оснащается прижимным роликом. Прижимной ролик прижимает твэл к приводному ролику.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами:

на фиг. 1 представлен общий вид устройства, вид с боку;

на фиг. 2 представлен вид устройства сверху;

на фиг. 3 представлено устройство подачи и удаления картриджей;

на фиг. 4 представлена система приводного ролика;

на фиг. 5 показано сечение картриджа.

В состав устройства для автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов входят:

рама (1), устройство (2) подачи и удаления картриджей, стена биологической защиты (3), картридж (4) с чистящим элементом, емкость (5) для отработанных картриджей, блок (6) приводных роликов, блок (7) поддерживающих роликов.

В состав устройства подачи и удаления картриджей входят:

корпус (8), лоток (9), каретка (10), толкатель (11), выталкиватель (12), линейный привод (13) каретки, магазин (14).

В состав картриджа с чистящим элементом входят:

корпус (15) картриджа, набор (16) тканевых чистящих элементов, проставка (17), пробка (18).

Рама (1) представляет собой сварную конструкцию. Рама (1) служит для закрепления на ней других элементов устройства и для обеспечения единства всей конструкции.

На раме (1) крепятся устройство (2) подачи и удаления картриджей, стена биологической защиты (3), блоки (6) приводных роликов, блоки (7) поддерживающих роликов.

Стена биологической защиты (3) отделяет в пространстве зону с твэлами, являющимися источниками радиоактивного излучения, от зоны, где может размещаться обслуживающий персонал и привода исполнительных механизмов.

Корпус (8) представляет собой сварную конструкцию. Корпус (8) служит для размещения на нем всех элементов устройства (2) подачи и удаления картриджей, а также для крепления всего устройства (2) подачи и удаления картриджей к раме (1).

Лоток (9) для размещения картриджа (4) с чистящим элементом перед подачей его в каретку (10) закреплен на корпусе (8). Магазин (14) служит для хранения и подачи картриджей в лоток. Магазин (14) размещен наклонно к горизонту. Угол наклона достаточен для того, чтобы картриджи сами скатывались по наклонной плоскости и попадали в лоток (9).

Каретка (10) жестко связана с линейным приводом (13) каретки и служит для размещения картриджа (4) с чистящим элементом в процессе его перемещения внутри устройства (2) подачи и удаления картриджей на линию загрузки картриджа, линию дезактивации и линию выгрузки картриджа. Для линейного привода (13) каретки используется покупной интегрированный электромеханический привод. Линейный привод (13) каретки закреплен на корпусе (8). Толкатель (11) и выталкиватель (12) выполнены на основе пневматических приводов.

Толкатель (11) закреплен на корпусе (8) и служит для подачи картриджей из лотка (9) в каретку (10).

Выталкиватель (12) закреплен на корпусе (8) и служит для удаления картриджей из каретки (10) в емкость (5) для отработанных картриджей.

Картридж (4) с чистящим элементом состоит из жесткого корпуса (15) картриджа, набора (16) тканевых чистящих элементов, проставок (17), которые для жесткости устанавливаются между чистящими элементами, и пробки (18), которая предназначена для удержания чистящих элементов внутри этого корпуса. Диаметр отверстия в тканевых элементах меньше диаметра очищаемой поверхности. Так обеспечивается контакт между чистящим материалом и обрабатываемой поверхностью. Картридж (4) с чистящим элементом служит для контактной механической очистки поверхности твэла.

Работа устройства для осуществления автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов

1. Линейный привод (13) каретки перемещает каретку (10) на линию загрузки картриджей.

2. Толкатель (11) подает новый картридж (4) с чистящим элементом из лотка (9) в каретку (10). После возврата толкателя (11) в исходное положение следующий картридж (4) с чистящим элементом из магазина (14) по наклонной плоскости скатывается в лоток (9).

3. Линейный привод (13) каретки перемещает каретку (10) с картриджем (4) с чистящим элементом на линию дезактивации.

4. При помощи блоков (6) приводных роликов твэл протягивается сквозь картридж (4) с чистящим элементом, где происходит его очистка.

5. После выхода твэла из картриджа (4) с чистящим элементом, линейный привод (13) каретки перемещает каретку (10) на линию выгрузки картриджа.

6. Выталкиватель (12) удаляет отработанный картридж (4) с чистящим элементом из каретки (10).

7. Твэл передается на следующую технологическую операцию.

Таким образом, осуществляется контактная механическая очистка поверхности твэла.

1. Способ автоматической дезактивации стержневых тепловыделяющих элементов, включающий перемещение каретки, предназначенной для фиксации картриджа с чистящим элементом, на линию загрузки картриджей, предварительно загруженных в магазин хранения, подачу картриджа из магазина хранения в каретку при помощи толкателя, перемещение каретки с картриджем на линию дезактивации, автоматическое перемещение тепловыделяющего элемента через картридж с чистящим элементом, перемещение каретки с использованным картриджем на линию выгрузки картриджей, удаление отработанного картриджа выталкивателем в емкость для отработанных картриджей, автоматическую подачу следующего картриджа из магазина хранения на линию загрузки.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, выполненное в виде единой силовой конструкции, в которую входят: наклоненный к горизонту магазин с картриджами, которые имеют возможность скатываться под действием силы тяжести для автоматической подачи очередного картриджа с чистящим элементом; каретка для фиксации картриджа с чистящим элементом после его выдачи из магазина; толкатель для перемещения картриджа с чистящим элементом из магазина в каретку; линейный привод каретки для перемещения каретки с картриджем с чистящим элементом между линией загрузки очередного картриджа из магазина в каретку, линией дезактивации тепловыделяющих элементов и линией выгрузки картриджа с чистящим элементом; выталкиватель, который удаляет картридж с чистящим элементом в емкость для отработанных картриджей; система подачи тепловыделяющих элементов, состоящая из блоков приводных и поддерживающих роликов, при этом приводной ролик оснащен прижимным роликом.

3. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что для работы с тепловыделяющими элементами, снаряженными радиоактивным, содержащим плутоний топливом, зона с тепловыделяющим элементом отделена от зоны для размещения обслуживающего персонала и приводов исполнительных механизмов стеной биологической защиты.

4. Устройство по п. 2, включающее картридж с чистящими элементами, обладающими способностью удерживать дезактивирующий раствор и выполненными с отверстиями для прохода тепловыделяющего элемента, разделенными жесткими проставками и размещенными в жестком корпусе цилиндрической формы.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к ядерной физике, к технологии обработки твердых радиоактивных отходов. Способ очистки облученных графитовых втулок уран-графитового реактора включает их нагрев, обработку газом, перевод примесей в газовую фазу, охлаждение углеродного материала.

Изобретение относится к технологии утилизации и может быть использовано при утилизации крупногабаритных плавучих объектов с ядерной энергетической установкой. После вывода из эксплуатации и принятия решения об утилизации производят выгрузку отработавшего ядерного топлива из реакторов, демонтируют надстройку, выгружают часть оборудования, формируют реакторных блок, разгружают объект до состояния, при котором плоскость ватерлинии объекта оказывается ниже сформированного реакторного блока, выполняют технологический вырез в борту объекта, монтируют выкатное устройство, удаляют реакторный блок с помощью выкатного устройства.

Изобретение относится к способам химической дезактивации металлов с радиоактивным загрязнением. Способ дезактивации поверхностно загрязненных изделий из металлических сплавов или их фрагментов заключается в нанесении на дезактивируемую поверхность порошкового реагента, в котором по меньшей мере 80% частиц имеют размер менее 1 мкм, содержащего калий, натрий и серу, последующем нагреве поверхности, ее охлаждении и очистке от образовавшейся окалины.

Группа изобретений относится к способу и устройству для уменьшения содержания радиоактивного материала в объекте, содержащем радиоактивный материал, до безопасного для среды обитания уровня.

Изобретение относится к способу химической стабилизации соединения карбида урана и устройству для осуществления способа. Способ включает следующие этапы: этап повышения температуры внутри указанной камеры до температуры окисления указанного соединения на основе карбида урана в интервале приблизительно от 380°C до 550°C, причем в указанную камеру поступает инертный газ; этап изотермической окислительной обработки при указанной температуре окисления, причем указанная камера находится под парциальным давлением O2; этап контроля завершения стабилизации указанного соединения, который содержит отслеживание количества поглощенного молекулярного кислорода и/или диоксида углерода или выделенных диоксида или моноксида углерода до достижения входного заданного значения указанного количества молекулярного кислорода, минимального порогового значения указанного количества диоксида углерода или минимальных пороговых значений диоксида углерода и моноксида углерода.

Изобретение относится к атомной промышленности. Cпособ обращения с реакторным графитом остановленного уран-графитового реактора включает выборку из кладки реактора.

Изобретение относится к технологии урана, применительно к эксплуатации производств по разделению изотопов урана, и может быть использовано для очистки различных металлических поверхностей, работающих в среде гексафторида урана, от нелетучих отложений урана.

Изобретение относится к способу обработки твердых радиоактивных отходов, образованных при переработке ядерного топлива водо-водяных реакторов и реакторов РБМК. Способ заключается в хлорировании отходов молекулярным хлором при температуре 400-500°С и разделении полученных продуктов, при этом огарок и отфильтрованные пылевидные продукты направляют в пурекс-процесс, газовую смесь с целью очистки от ниобия и других легирующих элементов обрабатывают водородом при температуре 450-550°С и пропускают через керамический фильтр, нагретый до 500-550°С, очищенный тетрахлорид циркония кристаллизуют в конденсаторе при температуре не выше 150°С.

Изобретение относится к средствам детритирования. Заявленное устройство содержит печь (1) для плавления тритированных отходов, при этом указанная печь содержит топку для приема тритированных отходов и барботажное устройство для ввода гидрогенизированного барботирующего газа в топку во время плавления и обработки тритированных отходов в печи.
Изобретение относится к средствам для наружного употребления в качестве дезактивирующего моющего средства для очистки кожных покровов человека и наружной поверхности оборудования от загрязнений радиоактивными веществами.

Изобретение относится к производству изделий электронной техники и может быть использовано для двухсторонней обработки стеклянных подложек квадратной или прямоугольной формы, используемых, например, в производстве при изготовлении фотошаблонов, а также жидкокристаллических экранов (ЖКЭ).

Изобретение относится к способам удаления железной окалины с металлического листа, полученного в результате технологического процесса. .

Изобретение относится к мойке изделий, в частности к мойке автотранспортных шин, и может быть использовано для очистки и мойки шин перед их утилизацией или ремонтом.

Изобретение относится к очистке заготовки и может быть использовано для очистки поверхности катанки или проволоки от окалины при подготовке к волочению, а также для очистки и правки электродной проволоки.

Изобретение относится к области для обработки текстильных изделий, загрязненных в процессе эксплуатации, и в особенности к оборудованию, включающему средства механической очистки от вредоносной флоры, в частности к линиям для санитарной обработки матов, выполненных из волокнистого материала.

Изобретение относится к очистке поверхности заготовки и может быть использовано для очистки поверхности проволоки или катанки круглой или овальной в сечении формы от окалины и загрязнений при волочении, изготовлении сварочных электродов или для удаления изоляции при утилизации использованных электропроводов.

Изобретение относится к очистке поверхности заготовки, в частности проволоки или катанки, от окалины при подготовке их к волочению и при производстве сварочных электродов.

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано в цехах по переработке проволоки и прутковых материалов для очистки их от загрязнений, например, маслами.
Наверх