Транспортно-упаковочный комплект для транспортирования и хранения жидкого отработавшего ядерного топлива

Изобретение относится к области атомной промышленности, в частности к транспортированию отработавшего ядерного топлива ядерных реакторов на переработку. Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения жидкого отработавшего ядерного топлива (ЖОЯТ) содержит контейнер, имеющий корпус, в котором установлена емкость для радиоактивного материала, внутреннюю и наружную крышку со средствами крепления и уплотнения, демпфер, установленный с внешней стороны контейнера. Корпус контейнера выполнен утолщенным из коррозионно-стойкой стали, емкость выполнена в виде стакана из коррозионно-стойкой стали, снабженного штуцерами топливным и газовым, и зафиксирована в контейнере от перемещений внутренней крышкой и штифтом на боковой поверхности емкости, заходящего в паз внутренней поверхности корпуса, демпфер выполнен из двух скрепленных отсеков и установлен по всей боковой и торцевой поверхности контейнера. Изобретение позволяет обеспечить требования безопасности персонала при выполнении работ по загрузке (выгрузке) ЖОЯТ в ТУК. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области атомной промышленности, в частности, к транспортированию отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) ядерных реакторов на переработку, а именно, к конструкции транспортно-упаковочных комплектов (ТУК) для транспортирования жидкого ОЯТ (ЖОЯТ).

Известен опыт перевозки ЖОЯТ исследовательского реактора ИИН-3М, эксплуатируемого акционерным обществом «Фотон», из Республики Узбекистан в Российскую Федерацию («Первый опыт разработки технологии перевозки и переработки жидкого ОЯТ» из сборника докладов X Международного форума «Безопасность ядерных технологий: Транспортирование радиоактивных материалов - «Атомтранс-2015», С. Петербург, 5-9 октября 2015 г.). ЖОЯТ в количестве 23 литров перегружалось с помощью специального оборудования из емкостей временного хранения в транспортные пеналы, затем пеналы с ЖОЯТ загружались в ТУК SKODA VPVR/M. Для транспортирования автомобильным транспортом данный ТУК с ЖОЯТ помещался в ISO-контейнер.

Контейнер SKODA VPVR/M представляет собой конструкцию, позволяющую загружать его снизу, а разгружать сверху, для чего контейнер имеет систему из двух верхних и двух нижних крышек. Корпус контейнера изготовлен из чугуна. Внутренние стенки контейнера имеют алюминиевое покрытие. Устанавливаемый в контейнер штатный чехол изготовлен из листов борсодержащей стали и имеет ячейки для размещения пеналов с ОЯТ. Центральная подвеска, проходящая по центру чехла, используется для его подъема или опускания. Для обеспечения герметичности используются специальные металлические прокладки.

Использование ТУК SKODA VPVR/M для перевозки ЖОЯТ имеет следующие недостатки:

- ТУК предназначен для транспортирования ОЯТ в виде отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) высокой активности и его использование для конкретной перевозки пеналов с ЖОЯТ на перерабатывающее предприятие носит разовый характер;

- габаритно-массовые характеристики ТУК не позволяют рационально использовать его для перевозки и длительного хранения в нем пеналов с ЖОЯТ, так: габаритные размеры пенала зависят от размеров ячеек чехла ТУК, при этом в незаполненные пеналами ячейки установлены демпфирующие сборки; заполнение пеналов ЖОЯТ производится на специальных постах, где невозможно размещение ТУК, после чего для погрузки пеналов с ЖОЯТ ТУК используется специальное оборудование, обеспечивающее требуемый уровень безопасности проведения работ.

Известен транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения радиоактивных материалов по патенту RU 71803 U1, опубл. 20.03.2008 Бюл. №8. Известное устройство предназначено для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива в виде ядерно-радиационно-опасного насыпного груза и содержит корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, установленные на корпусе со средствами крепления и уплотнения, чехол и демпферы, внутренняя полость чехла разделена, по крайней мере, на две части вертикально установленной нейтронной ловушкой в виде полой разделительной перегородки, а днище каждой части выполнено в виде створки с возможностью открывания, деревянные демпферы облицованы нержавеющей сталью, установлены на торцах контейнера и стянуты между собой шпильками.

Этот ТУК принимается за прототип, как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому техническому решению.

Данный ТУК имеет следующие недостатки:

- загрузка чехла, установленного в корпусе контейнера, радиоактивным материалом производится под водой. После загрузки устанавливается внутренняя крышка и производится осушка полости контейнера. Данный способ загрузки радиоактивного материала исключает возможность загрузки в чехол ЖОЯТ;

- наличие демпферов только на торцовых поверхностях контейнера не исключает возможности повреждения контейнера в аварийной ситуации, приводящего к нарушению герметичности его полости.

Техническим результатом является создание ТУК для транспортирования и длительного хранения ЖОЯТ повышенной активности с обеспечением требований безопасности персонала при выполнении работ по загрузке (выгрузке) ЖОЯТ в ТУК.

Технический результат достигается тем, что в транспортном упаковочном комплекте для транспортирования и хранения жидкого ОЯТ, содержащего контейнер, имеющего корпус, в котором установлена емкость для радиоактивного материала, внутреннюю и наружную крышку со средствами крепления и уплотнения, демпфер, установленный с внешней стороны контейнера, корпус контейнера выполнен утолщенным из коррозионно-стойкой стали, емкость выполнена в виде стакана из коррозионно-стойкой стали, снабженного штуцерами топливным и газовым, и зафиксирована в контейнере от перемещений внутренней крышкой и штифтом на боковой поверхности емкости, заходящего в паз на внутренней поверхности корпуса, демпфер выполнен из двух скрепленных отсеков и установлен по всей боковой и торцовой поверхности контейнера.

В вариантах исполнения ТУК:

- в верхней части стакана емкости установлена крышка со средствами крепления и уплотнения;

- в верхней части емкости установлена биологическая защита;

- биологическая защита выполнена составной, одной частью которой является горловина, а другой - вкладыш из материала высокой плотности, например, свинца;

- каждый отсек демпфера выполнен в виде цилиндра с днищем, скрепленных между собой в экваториальной области контейнера и имеющими полости, в которых расположены блоки из дерева, оклеенные специальной тканью, например, МБОР, на наружной поверхности цилиндра имеются продольные ребра с отверстиями для подъема ТУК, на внутренней поверхности днища имеется прокладка из эластичного материала, например, резины;

- цилиндрическая поверхность полости корпуса контейнера имеет проточку, в которую установлена нейтронно-поглощающая вставка;

- нейтронно-поглощающая вставка выполнена из кадмия;

- наружная и внутренняя крышки имеют на торцовой поверхности, сопрягаемой с корпусом контейнера, по два концентрично расположенных уплотнительных элемента;

- в корпусе контейнера выполнены два канала для проверки на герметичность полостей между уплотнительными элементами внутренней и наружной крышки, в каналах установлены заглушки;

- внутренняя крышка имеет канал для проверки на герметичность полости под крышкой, в канале установлена заглушка;

- на торцевой поверхности наружной крышки имеются резьбовые отверстия для установки грузоподъемной оснастки, например, рым-болтов;

- на внутренней цилиндрической и торцовой поверхностях металлической облицовки отсеков демпфера имеются отверстия, заполненные компаундом;

- толщина стенок контейнера и емкости выбраны из условий обеспечения ядерной и радиационной безопасности при транспортировании и хранении ТУК с ЖОЯТ, а также безопасности проведения работ обслуживающим персоналом после заполнения находящегося в корпусе контейнера пенала ЖОЯТ суммарной активностью до 915Ки.

Размещение в полости контейнера емкости для ЖОЯТ, а также наличие паза на внутренней цилиндрической поверхности корпуса контейнера под штифт пенала позволяет установить пенал в заданном угловом положении относительно корпуса контейнера. Выполнение емкости в виде стакана из коррозионно-стойкой стали, снабженного штуцерами топливным и газовым, наличие в верхней части емкости биологической защиты, выполненной составной, одной частью которой является горловина, а другой - вкладыш из материала высокой плотности, например, свинца, а также крышки со средствами крепления и уплотнения позволяют произвести заправку емкости ЖОЯТ с обеспечением требований безопасности работ.

Наличие в каждой крышке двух уплотнительных элементов, повышает надежность герметизации внутренних полостей контейнера, при этом контроль герметичности полостей производится через имеющиеся каналы в корпусе контейнера и внутренней крышке.

Выполнение демпфера из двух скрепленных между собой в экваториальной области контейнера отсеков, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с днищем, имеющими полости, в которых расположены блоки из дерева, оклеенные специальной тканью, например, МБОР, а также наличие на внутренних торцовых поверхностях прокладок из эластичного материала, а на наружной поверхности цилиндра продольных ребер, позволяет обеспечить целостность и герметичность контейнера, с размещенным в нем емкостью с ЖОЯТ, в нештатных ситуациях, например, пожар или падение при транспортировании и подъеме.

Наличие на внутренней цилиндрической и торцовых поверхностях металлической облицовки демпфера отверстий, заполненных компаундом, позволяет при попадании ТУК в пожар сохранить целостность металлической облицовки при воздействии повышенного давления среды, возникающего при нагреве демпфера в полостях, где расположены блоки из дерева, при этом компаунд из отверстий удаляется давлением среды.

Наличие в проточке цилиндрической поверхности полости корпуса контейнера нейтронно-поглощающей вставки обеспечивает ядерную безопасность в случае плотного расположения большого количества ТУК с ЖОЯТ.

На фиг. 1 показан общий вид ТУК в разрезе; на фиг. 2 - вид ТУК сверху, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - герметизация внутренней и наружной крышек, элемент Б на фиг. 1; на фиг. 4 - каналы проверки герметичности, сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 4; на фиг. 6 - элемент Д на фиг. 1.

ТУК состоит из:

- контейнера 1, включающего:

а) корпус 2, имеющего каналы «а» и «b» для проверки герметичности. В каналах установлены заглушки 3. На внутренней цилиндрической поверхности полости корпуса имеется паз «с» и проточка, в которой установлена нейтронно-поглащающая вставка 4 из кадмия;

б) внутреннюю крышку 5 с каналом «d» для проверки герметичности. В канале установлена заглушка 6. Крышка имеет уплотнительные элементы 7 и 8. Крышка закреплена на корпусе 2 крепежными элементами 9;

г) наружную крышку 10. Крышка имеет уплотнительные элементы 11 и 12, а также резьбовые отверстия, предназначенные как для ее подъема, так и подъема контейнера 1. Крышка закреплена на корпусе 2 крепежными элементами 13;

- емкости 14 для ОЖЯТ, выполненного в виде стакана 15 из коррозионно-стойкой стали, имеющей:

а) штифт 16, который заходит в паз «с» корпуса 2;

б) штуцер газовый 17 с пробкой 18 и штуцер топливный 19 с пробкой 20;

в) биологическую защиту 21, состоящую из горловины 22 и вкладыша 23;

г) крышку 24, с уплотнительным элементом 25. Крышка закреплена в верхней части стакана 15 с помощью крепежных элементов 26;

- демпфера 27, состоящего отсека нижнего 28 и отсека верхнего 29, состыкованных между собой крепежными элементами 30 и 31. Отсеки 28 и 29 имеют блоки 32 и 33 из дерева, оклеенные специальной тканью 34, и расположенные в полостях облицовки 35 из коррозионно-стойкой стали. На наружной цилиндрической поверхности облицовки 35 имеются продольные ребра 36 с отверстиями для подъема ТУК. На внутренней поверхности днищ отсеков 28 и 29 имеется прокладка 37 из эластичного материала. На внутренней цилиндрической и торцовой поверхности облицовки 35 имеются отверстия, заполненные компаундом 38.

Использование ТУК по назначению осуществляется следующим образом:

- ТУК устанавливают на ровную горизонтальную поверхность, при этом для его подъема используют отверстия в ребрах 36 отсека верхнего 29 демпфера 27;

- снимают крепежные элементы 30 и 31 с демпфера 27 и поднимают отсек верхний 29 с последующей установкой его на ровную горизонтальную поверхность;

- в имеющие резьбовые отверстия наружной крышки 10 контейнера 1 вкручивают рым-болты, за которые контейнер 1 поднимают, переносят и устанавливают на пост заправки ТУК ЖОЯТ, где проводят следующие работы:

а) снимают с контейнера 1 наружную крышку 10 затем внутреннюю крышку 5;

б) снимают со стакана 15 емкости 14 крышку 24;

в) снимают со штуцера газового 17 пробку 18, со штуцера топливного 19 - пробку 20;

г) подсоединяют к штуцеру газовому 17 трубопровод системы вакуумирования, к штуцеру топливному 19 - трубопровод системы подачи ЖОЯТ, идущий от емкостей временного хранения ЖОЯТ, расположенных в специальном помещении;

д) обслуживающий персонал покидает пост заправки;

е) дистанционно включают систему вакуумирования и создают в полости стакана 15 разряжение;

ж) дистанционно включают систему подачи ЖОЯТ. ЖОЯТ поступает в заданном объеме из емкостей временного хранения по трубопроводу в полость стакана 15;

з) после заполнения пенала ЖОЯТ по трубопроводу подачи ЖОЯТ дистанционно от дезактивирующей системы в полость стакана 15 подают заданный объем дезактивирующего раствора. После прохождения дезактивирующего раствора обслуживающий персонал заходит в помещение;

и) от штуцера газового 17 отстыковывают трубопровод системы вакуумирования и устанавливают герметизирующую пробку 18;

к) от штуцера топливного 19 отстыковывают трубопровод подачи жидкого ОЯТ и устанавливают герметизирующую пробку 20;

л) устанавливают крышку 24, на стакан 15 и закрепляют ее крепежными элементами 26;

м) устанавливают внутреннюю крышку 5 на корпус 2 контейнера и закрепляют ее крепежными элементами 9, при этом зазор между крышкой и открытой торцовой поверхностью стакана 15 минимальный, что ограничивает вертикальные перемещения емкости 14 при транспортировании. Устанавливают в канал «d» крышки 5 трубопровод системы контроля герметичности и проверяют герметичность полости под крышкой. После проверки герметичности в канал «d» устанавливают заглушку 6;

н) устанавливают на корпус 2 контейнера 1 наружную крышку 10 и закрепляют ее крепежными элементами 13;

- поднимают за рым-болты контейнер 1, перемещают его и устанавливают в нижний отсек 28 демпфера 27;

- в каналы «а» и «b» контейнера 1 последовательно устанавливают трубопровод системы контроля герметичности и проверяют герметичность полостей между уплотнительными элементами 7, 8, 11 и 12. После проверки герметичности в каналы «а» и «b» устанавливают заглушки 3;

- поднимают верхний отсек 29 демпфера 27 и устанавливают его на нижний отсек 28. Скрепляют отсеки 28 и 29 между собой крепежными элементами 30 и 31.

После чего ТУК готов к транспортированию.

Габаритно-массовые характеристики опытного образца ТУК и его основных составных частей для транспортирования ЖОЯТ составляют:

- по ТУК: диаметр -1050 мм, высота - не более 1150 мм, масса - не более 1900 кг с ЖОЯТ;

- по контейнеру: диаметр - 510 мм, высота - не более 800 мм, масса - около 1100 кг;

- по пеналу: диаметр - 185 мм, высота - 540 мм, масса - около 60 кг, объем внутренней полости - 6,1 дм³;

- объем перевозимого ЖОЯТ -5,1 дм³;

- объем дезактивирующего раствора - 0,5 дм³.

Проведенные прочностные, радиационно-ядерные, тепловой расчеты и расчет утечек радиоактивного содержимого показали, что ТУК позволяет:

- произвести загрузку ЖОЯТ активностью до 915Ки, поступающего из емкостей временного хранения, в пенал, находящийся в корпусе контейнера;

- произвести транспортирование ТУК с ЖОЯТ автомобильным, железнодорожным и водным транспортом;

- перегрузить ТУК с ЖОЯТ с одного вида транспорта на другой при помощи грузоподъемного оборудования;

- обеспечить защиту радиоактивного содержимого от внешних механических, тепловых и других воздействий в обычных и нормальных условиях транспортирования и хранения;

- обеспечить радиационную безопасность обслуживающего персонала, населения и окружающей среды;

- исключить выход радиоактивного содержимого в окружающую среду выше установленных пределов согласно правилам НП-053-16 и МАГАТЭ SSR-6;

- обеспечить ядерную и радиационную безопасность при нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации, включая проектные аварии.

1. Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения жидкого отработавшего ядерного топлива (ЖОЯТ), содержащего контейнер, имеющего корпус, в котором установлена емкость для радиоактивного материала, внутреннюю и наружную крышку со средствами крепления и уплотнения, демпфер, установленный с внешней стороны контейнера, отличающийся тем, что корпус контейнера выполнен утолщенным из коррозионно-стойкой стали, емкость выполнена в виде стакана из коррозионно-стойкой стали, снабженного штуцерами топливным и газовым, и зафиксирована в контейнере от перемещений внутренней крышкой и штифтом на боковой поверхности емкости, заходящего в паз внутренней поверхности корпуса, демпфер выполнен из двух скрепленных отсеков и установлен по всей боковой и торцевой поверхности контейнера.

2. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части стакана емкости установлена крышка со средствами крепления и уплотнения.

3. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части емкости установлена биологическая защита.

4. Транспортный упаковочный комплект по п. 3, отличающийся тем, что биологическая защита выполнена составной, одной частью которой является горловина, а другой - вкладыш из материала высокой плотности, например свинца.

5. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что каждый отсек демпфера выполнен в виде цилиндра с днищем, скрепленных между собой в экваториальной области контейнера и имеющих полости, в которых расположены блоки из дерева, оклеенные специальной тканью, например МБОР, на наружной поверхности цилиндра имеются продольные ребра с отверстиями для подъема ТУК, на внутренней поверхности днища имеется прокладка из эластичного материала, например резины.

6. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрическая поверхность полости корпуса контейнера имеет проточку, в которую установлена нейтронно-поглощающая вставка.

7. Транспортный упаковочный комплект по п. 6, отличающийся тем, что нейтронно-поглощающая вставка выполнена из кадмия.

8. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что наружная и внутренняя крышка имеют на торцовой поверхности, сопрягаемой с корпусом контейнера, по два концентрично расположенных уплотнительных элемента.

9. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе контейнера выполнены два канала для проверки на герметичность полостей между уплотнительными элементами внутренней и наружной крышки, в каналах установлены заглушки.

10. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя крышка имеет канал для проверки на герметичность полости под крышкой, в канале установлена заглушка.

11. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что на торцевой поверхности наружной крышки имеются резьбовые отверстия для установки грузоподъемной оснастки, например рым-болтов.

12. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что на внутренней цилиндрической и торцовой поверхностях металлической облицовки отсеков демпфера имеются отверстия, заполненные компаундом.

13. Транспортный упаковочный комплект по п. 1, отличающийся тем, что толщина стенок контейнера и емкости выбраны из условий обеспечения ядерной и радиационной безопасности при транспортировании и хранении ТУК с ЖОЯТ, а также безопасности проведения работ обслуживающим персоналом после заполнения находящегося в корпусе контейнера пенала ЖОЯТ суммарной активностью до 915 Ки.