Способ сушки транспортных и/или складских контейнеров

Изобретение относится к способу сушки транспортных и/или складских контейнеров для радиоактивных отходов, в частности для отработавших твэлов. Способ сушки транспортных и/или складских контейнеров для радиоактивных отходов, в частности для отработавших твэлов, причем контейнер сначала обезвоживается или механически обезвоживается. Затем внутреннее пространство контейнера непрерывно вакуумируется или поддерживается под разрежением, и одновременно во внутреннее пространство контейнера непрерывно подается газ гелий. Вакуумирование и/или подача газа гелия проводится с условием, что содержание гелия во внутреннем пространстве контейнера составляет 50-95 об.%, в частности 55-90 об.%. Изобретение позволяет производить сушку контейнеров с высокой эффективностью и подходит для контейнеров с высокой тепловой мощностью. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу сушки транспортных и/или складских контейнеров для радиоактивных отходов, в частности для отработавших твэлов, причем контейнер сначала обезвоживается или механически обезвоживается, после чего внутреннее пространство контейнера непрерывно вакуумируется или поддерживается под разрежением. Вместо термина «транспортные и/или складские контейнеры» ниже употребляется также коротко термин «контейнеры».

Способы описанного выше рода для сушки транспортных и/или складских контейнеров принципиально известны из практики в различных вариантах выполнения. Контейнеры для отработавших твэлов загружаются ими, как правило, под водой, поскольку вода представляет собой эффективную экранирующую среду для образующихся нейтронов. При дальнейшем манипулировании контейнером он обычно сначала обезвоживается или механически обезвоживается. Затем еще оставшаяся в контейнере вода удаляется из него путем сушки, в частности вакуумной сушки.

Также уже известно удаление еще оставшейся в контейнере воды с помощью пропускаемого через его внутреннее пространство газа, в частности инертного газа, такого как азот или гелий. В этом отношении следует сослаться, например, на документ US 10229764 В2. У известных из него этапов сначала через внутреннее пространство контейнера для его сушки пропускается газ, а по окончании этого этапа контейнер вакуумируется.

Известные способы сушки отчасти относительно сложны и, следовательно, также дороги. Кроме того, многие известные способы сушки отличаются недостаточной эффективностью. Это относится, прежде всего, также к транспортным и/или складским контейнерам с высокой тепловой мощностью.

В основе изобретения лежит техническая проблема создания способа описанного выше рода, который можно было бы осуществлять простым и менее затратным образом, который отличался бы высокой эффективностью сушки и подходил бы, прежде всего, также для контейнеров с высокой тепловой мощностью.

Для решения этой технической проблемы, согласно изобретению, создан способ сушки транспортных и/или складских контейнеров для радиоактивных отходов, в частности для отработавших твэлов, причем контейнер сначала обезвоживается или механически обезвоживается, затем внутреннее пространство контейнера непрерывно вакуумируется или поддерживается под разрежением и особенно предпочтительно под постоянным или, в основном, постоянным разрежением, в то же время во внутреннее пространство контейнера непрерывно подается инертный газ, в частности газ гелий, и причем вакуумирование и/или подача инертного газа или газа гелия проводится с условием, что содержание инертного газа или гелия во внутреннем пространстве контейнера составляет 50-95 об.%, в частности 55-90 об.%, преимущественно 60-85 об.% и предпочтительно 65-85 об.%. Согласно одному рекомендуемому варианту, содержание инертного газа или гелия во внутреннем пространстве контейнера составляет 70-80 об.%. Если далее речь идет о гелии или газе гелии, то в рамках изобретения подразумевается вообще инертный газ и предпочтительно гелий или газ гелий.

Предложенный способ касается, в частности, сушки транспортных и/или складских контейнеров для отработавших твэлов. Рекомендуемым образом предложенный способ применяется для контейнеров с повышенной или высокой тепловой мощностью, а именно 12,5-42 кВт, в частности 15-40 кВт и, прежде всего, 20-40 кВт, например 25-40 кВт. Способ может осуществляться так или осуществляется преимущественно с условием, что соблюдаются или могут соблюдаться температуры оболочек стержневых твэлов 320-400°С и, в частности, 350-400°С.

В рамках предложенного способа контейнер сначала обезвоживается или механически обезвоживается. Преимущественно после этого обезвоживания контейнера сначала без подачи гелия проводится первое вакуумирование его внутреннего пространства и, тем самым, первое создание в нем разрежения или вакуума. Это первое вакуумирование проводится целесообразно до давления во внутреннем пространстве контейнера 8-30 мбар, в частности 8-25 мбар, предпочтительно 8-20 мбар и особенно предпочтительно 10-20 мбар. Согласно одному весьма рекомендуемому варианту, созданное при этом давление или разрежение составляет 8-12 мбар, например 10 мбар. Зарекомендовавшим себя образом первое вакуумирование проводится в течение промежутка времени от 4 до 12 ч, в частности от 5 до 10 ч.

Рекомендуется, чтобы после первого вакуумирования внутреннего пространства контейнера и перед подачей газа гелия вакуумирование внутреннего пространства контейнера прерывалось на промежуток времени t. Целесообразно в течение этого промежутка времени t измеряется возрастание Δp давления во внутреннем пространстве контейнера, а именно, в частности, с целью определения устанавливаемого давления p_tot наполнения для последующей подачи газа гелия.

Согласно одному рекомендуемому варианту, после первого вакуумирования или создания разрежения посредством измеренного возрастания Δp давления рассчитывается парциальное давление р_Н20 водяного пара во внутреннем пространстве контейнера. Целесообразно по этому вычисленному парциальному давлению р_Н20 водяного пара рассчитывается требуемое давление p_tot наполнения для подачи гелия с целью достижения его нужного содержания (50-95 об.%) в контейнере. Ниже приведен пример этого расчета. Нужное содержание гелия лежит в заявленных в п. 1 формулы изобретения диапазонах об.%.

Кроме того, согласно изобретению, после первого вакуумирования или создания разрежения и преимущественно после измерения возрастания давления проводятся предложенное непрерывное вакуумирование внутреннего пространства контейнера и одновременная непрерывная подача газа гелия. Вакуумирование и подача газа гелия проводятся преимущественно с условием, что давление во внутреннем пространстве контейнера составляет 8-30 мбар, в частности 8-25 мбар, преимущественно 8-20 мбар и предпочтительно 10-20 мбар. Согласно одному рекомендуемому варианту, давление во внутреннем пространстве контейнера составляет 8-12 мбар, например 10 мбар. Далее, согласно изобретению, это давление во время непрерывного вакуумирования и одновременной непрерывной подачи газа гелия поддерживается постоянным или, в основном, постоянным. Согласно одному особенно рекомендуемому варианту, непрерывное вакуумирование и непрерывная подача газа гелия проводятся в течение промежутка времени, по меньшей мере, 3 ч, преимущественно, по меньшей мере, 4 ч, предпочтительно 4,5 ч и весьма предпочтительно, по меньшей мере, 5 ч. Согласно одному зарекомендовавшему себя варианту, непрерывное вакуумирование и одновременная непрерывная подача газа гелия проводятся в течение промежутка времени от 3,5 до 35 ч, в частности от 3,5 до 32 ч, преимущественно от 4 до 31 ч и весьма предпочтительно от 5 до 30 ч. При этом целесообразно в течение этого промежутка времени соблюдается и преимущественно поддерживается постоянным или, в основном, постоянным специфицированное выше давление во внутреннем пространстве контейнера. Рекомендуемым образом давление во внутреннем пространстве контейнера соблюдается и преимущественно поддерживается постоянным или, в основном, постоянным в течение, по меньшей мере, 95% этого промежутка времени.

Согласно изобретению, по достижению нужной степени сушки внутреннего пространства контейнера непрерывное вакуумирование завершается, и во внутреннее пространство контейнера сначала продолжает подаваться газ гелий до достижения заданного давления в нем. Целесообразно степень сушки измеряется с помощью измерения возрастания давления во внутреннем пространстве контейнера. Для этого преимущественно прерывается как непрерывное вакуумирование, так и подача газа гелия, и возрастание давления в контейнере измеряется предпочтительно посредством, по меньшей мере, одного датчика давления. По достижению нужной степени сушки во внутреннем пространстве контейнера целесообразно завершается непрерывное вакуумирование, и в него сначала продолжает подаваться газ гелий. При этом рекомендуемым образом внутреннее пространство контейнера наполняется газом гелием до давления в нем 850-1100 мбар, в частности 900-1050 мбар и предпочтительно 900-1000 мбар. После этого процесс сушки преимущественно завершен.

Согласно изобретению, контейнер во время непрерывного вакуумирования его внутреннего пространства и одновременной непрерывной подачи газа гелия закрыт и, в частности, закрыт, по меньшей мере, одной или одной первичной крышкой. Кроме того, согласно изобретению, контейнер при первом вакуумировании его внутреннего пространства и/или при измерении возрастания давления после первого вакуумирования и/или при измерении возрастания давления для определения степени сушки и/или при завершающем наполнении внутреннего пространства контейнера газом гелием закрыт, по меньшей мере, одной первичной крышкой или одной первичной крышкой. Преимущественно вакуумирование контейнера и подача гелия в него происходят через его первичную крышку. Согласно одному рекомендуемому варианту, откачка или вакуумирование внутреннего пространства контейнера происходит, по меньшей мере, одной вакуумирующей пикой, причем вакуумирующая пика проходит целесообразно через первичную крышку контейнера.

Зарекомендовало себя то, что газ гелий подается в верхнюю часть контейнера. Рекомендуемым образом откачка или вакуумирование внутреннего пространства контейнера происходит в нижней части контейнера или его внутреннего пространства. Согласно одному особенно рекомендуемому варианту, вакуумирование или вакуумирования и подача газа гелия проводятся с помощью, по меньшей мере, одной двойной трубы, состоящей из наружной и окруженной ею внутренней труб. Целесообразно эта двойная труба проходит через первичную крышку контейнера. Рекомендуется, чтобы внутренняя труба простиралась до нижней части контейнера, а наружная труба заканчивалась в его верхней части. Через внутреннюю трубу происходит целесообразно вакуумирование внутреннего пространства контейнера, а через наружную трубу – подача гелия в него. Согласно изобретению, свободный объем внутреннего пространства контейнера составляет 2-8 м³, преимущественно 3-6 м³. При этом под свободным объемом подразумевается объем внутреннего пространства контейнера без несущей корзины и твэлов.

Выше упоминалось о том, что, согласно одному предпочтительному варианту, после первого вакуумирования внутреннего пространства контейнера и перед подачей газа гелия вакуумирование прерывается на промежуток времени t и что в течение этого промежутка времени t измеряется возрастание Δp давления с целью определения давления p_tot наполнения для подачи гелия. Это определение более подробно поясняется на нижеследующем примере выполнения и расчета.

В рамках примера выполнения должно определяться давление p_tot наполнения для подачи гелия с целью достижения его доли в 75 об.% в атмосфере контейнера. Для требуемого отношения парциального давления р_Не гелия к парциальному давлению р_Н20 водяного пара справедливо:

р_Не/р_Н20 = 75/25 = 3

Из этого для парциального давления гелия следует:

р_Не = 3 х р_Н20

а для требуемого давления p_tot наполнения для подачи гелия:

p_tot = р_Не + р_Н20 = 4 х р_Н20.

Парциальное давление р_Н20 водяного пара, максимально устанавливающееся при текущей вакуумной сушке со скоростью откачки > 200 м³/ч (эффективная скорость откачки S_eff ≥ 200 х 0,573 ≥ 114,6 м³/ч), определяется с помощью предшествующего измерения возрастания давления, которое в данном случае проводится в течение промежутка времени t 15 мин. Для скорости q_PV испарения в ГПа х л/с справедливо:

q_PV = р х V

q_PV = Δp x V/t

При этом Δp означает возрастание давления в ГПа, V – свободный объем внутреннего пространства контейнера в литрах, а t – время измерения в секундах. Для парциального давления р_Н20 водяного пара справедливо:

p_H2O = q_PV/S_eff = Δp x V/(t x S_eff)

p_H2O = Δp * 5.220/(900 x 31,8).

Давление p_tot наполнения p_tot = 4х р_Н20, устанавливающееся для обеспечения доли гелия в 75 об.% за счет его подачи, вычисляется, тем самым, из возрастания давления в течение 15 мин следующим образом:

p_tot = 0,73 x Δp

В основе изобретения лежит тот факт, что с помощью предложенного способа возможна простая, менее затратная и в то же время очень точная и функционально-надежная сушка внутреннего пространства транспортного и/или складского контейнера. При этом способ отличается неожиданно высокой эффективностью сушки. В этом отношении предложенный способ обладает значительными преимуществами по сравнению со способами, известными до сих пор из практики или уровня техники. Аппаратные затраты на проведение способа относительно малы в отношении достигаемого успеха. Предложенный способ отличается высокой функциональной надежностью и небольшой чувствительностью к сбоям. Способ подходит, прежде всего, не исключительно, для контейнеров с повышенной или высокой тепловой мощностью. При проведении способа предложенные параметры могут соблюдаться просто и воспроизводимым образом. Расходы на проведение способа относительно малы.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления, изображенном на чертеже, на единственной фигуре которого показана схема осуществления предложенного способа сушки.

Изображен транспортный и/или складской контейнер 1, загруженный несущей корзиной (не показана) с отработавшими твэлами. Загрузка производилась под водой, и контейнер 1 сначала обезвоживался или механически обезвоживался. Преимущественно на контейнере 1 размещена закрывающая его первичная крышка 2. Целесообразно через первичную крышку 2 проходит двойная труба 3, которая ведет во внутреннее пространство 3 контейнера 1. Рекомендуемым образом двойная труба 3 содержит выполненную в виде вакуумирующей пики внутреннюю трубу 5, которая простирается до нижней части внутреннего пространства 3 контейнера 1. Зарекомендовавшим себя образом внутренняя труба 5 окружена наружной трубой 6, причем эта наружная труба 6 заканчивается в верхней части контейнера 1 или предпочтительно на нижней стороне первичной крышки 2.

Согласно одному предпочтительному варианту, к наружной трубе 6 через вентиль V1 присоединен источник 7 газа гелия. Через вентиль V2 присоединен вакуумный насос 8. Далее предусмотрен датчик 9 давления, который через вентиль V3 соединен с наружной трубой 6 и, тем самым, с внутренним пространством 4 контейнера. Датчик 9 давления служит, в частности, для измерения возрастания Δр давления.

Рекомендуемым образом сначала с помощью вакуумного насоса 8 при открытом вентиле V2 и закрытых вентилях V1, V3 проводится первое вакуумирование внутреннего пространства 4 контейнера. Целесообразно это первое вакуумирование проводится до давления во внутреннем пространстве 4 контейнера 10 мбар. Зарекомендовавшим себя образом это вакуумирование происходит в течение промежутка времени от 3 до 12 ч, в частности от 4 до 11 ч, и преимущественно от 5 до 10 ч. Целесообразно после первого вакуумирования внутреннего пространства 4 контейнера и перед подачей газа гелия вакуумирование прерывается на промежуток времени t. Этот промежуток времени t может составлять, например, 15 мин. В течение этого промежутка времени t рекомендуемым образом измеряется возрастание Δр давления с целью определения устанавливаемого давления p_tot наполнения для подачи газа гелия. Измерение возрастания Δр давления происходит датчиком 9 давления. Для этого вентиль V2 к вакуумному насосу 8 закрывается, а вентиль V3 к датчику 9 давления при закрытом вентиле V1 открывается. По измеренному возрастанию Δр давления предпочтительно рассчитывается парциальное давление р_Н20 водяного пара во внутреннем пространстве 4 контейнера, а по этому парциальному давлению р_Н20 водяного пара – требуемое давление p_tot наполнения для подачи газа гелия с целью достижения в контейнере 1 его нужного содержания в об.%. Это уже подробно пояснялось выше.

Согласно изобретению, после первого вакуумирования или измерения возрастания давления проводятся предложенные непрерывное вакуумирование внутреннего пространства 4 контейнера и одновременная непрерывная подача газа гелия в него. Для этого вентили V1, V2 открыты. Это непрерывное вакуумирование проводится преимущественно с условием, что давление во внутреннем пространстве 4 контейнера составляет 8-30 мбар, в частности 10-20 мбар, и особенно предпочтительно не менее 10 мбар. Целесообразно непрерывное вакуумирование и непрерывная подача газа гелия проводятся в течение промежутка времени, по меньшей мере, 4 ч и, например, от 5 до 30 ч.

Согласно одному рекомендуемому варианту, по достижению нужной степени сушки внутреннего пространства 4 контейнера непрерывное вакуумирование завершается путем закрывания вентиля V2, и сначала во внутреннее пространство 4 контейнера продолжает подаваться газ гелий до достижения заданного давления. Нужная степень сушки может определяться преимущественно снова путем измерения возрастания давления посредством датчика 9 давления. Целесообразно внутреннее пространство 4 контейнера наполняется затем газом гелия до давления 850-1100 мбар, предпочтительно 900-1000 мбар. Таким образом, процесс сушки завершен.

Из чертежа видно, что подача гелия происходит через наружную трубу 6 двойной трубы 3 на верхнем конце внутреннего пространства 4 контейнера, а откачка или вакуумирование – через выполненную в виде вакуумирующей пики внутреннюю трубу 5 в его нижней части. Это предпочтительное выполнение особенно зарекомендовало себя в рамках изобретения.

1. Способ сушки транспортных и/или складских контейнеров (1) для радиоактивных отходов, в частности для отработавших твэлов, причем контейнер (1) сначала обезвоживают или механически обезвоживают, затем внутреннее пространство (4) контейнера непрерывно вакуумируют или поддерживают под разрежением, причем одновременно во внутреннее пространство (4) контейнера непрерывно подают инертный газ, преимущественно гелий, причем вакуумирование и/или подачу инертного газа или газа гелия проводят с условием, что содержание инертного газа или гелия во внутреннем пространстве (4) контейнера составляет 50-95 об.%, в частности 55-90 об.%, преимущественно 60-85 об.% и предпочтительно 65-85 об.%.

2. Способ по п. 1, при котором после обезвоживания контейнера (1) контейнера сначала без подачи инертного газа или без подачи гелия проводят первое вакуумирование его внутреннего пространства (4), а именно преимущественно до давления в нем 8-30 мбар, в частности 10-30 мбар и предпочтительно 10-20 мбар.

3. Способ по п. 2, при котором после первого вакуумирования внутреннего пространства (4) контейнера и перед подачей инертного газа или газа гелия вакуумирование внутреннего пространства (4) контейнера прерывают на промежуток времени t и в течение этого промежутка времени t измеряют возрастание Δp давления во внутреннем пространстве (4) контейнера для определения устанавливаемого давления p_tot наполнения при последующей подаче инертного газа или газа гелия.

4. Способ по п. 3, при котором после первого вакуумирования посредством измеренного возрастания Δр давления рассчитывают парциальное давление р_Н20 водяного пара во внутреннем пространстве (4) контейнера, а по парциальному давлению р_Н20 водяного пара - требуемое давление p_tot наполнения для подачи инертного газа или газа гелия с целью достижения его нужного содержания в об.% (50-95 об.%) в контейнере (1).

5. Способ по п. 3 или 4, при котором после первого вакуумирования или измерения возрастания давления проводят непрерывное вакуумирование внутреннего пространства (4) контейнера и одновременную непрерывную подачу инертного газа или газа гелия, а именно преимущественно с оговоркой, что давление во внутреннем пространстве (4) контейнера составляет 8-30 мбар, в частности 10-30 мбар и предпочтительно 10-20 мбар.

6. Способ по любому из пп. 1-5, при котором непрерывное вакуумирование и непрерывную подачу инертного газа или газа гелия проводят в течение промежутка времени, по меньшей мере, 3 ч, преимущественно, по меньшей мере, 4 ч и предпочтительно, по меньшей мере, 4,5 ч.

7. Способ по любому из пп. 1-6, при котором по достижению нужной степени сушки внутреннего пространства (4) контейнера непрерывное вакуумирование завершают и во внутреннее пространство (4) контейнера сначала продолжают подавать инертный газ или газ гелий до достижения заданного давления в нем.

8. Способ по п. 7, при котором внутреннее пространство (4) контейнера наполняют инертным газом или газом гелием до давления в нем 850-1100 мбар, в частности 900-1050 мбар и предпочтительно 900-1000 мбар.

9. Способ по любому из пп. 1-8, при котором инертный газ или газ гелий подают в верхнюю часть контейнера (1).

10. Способ по любому из пп. 1-9, при котором посредством, по меньшей мере, одной вакуумирующей пики проводят откачку или вакуумирование внутреннего пространства (4) контейнера в нижней части контейнера (1).

11. Способ по любому из пп. 1-10, при котором вакуумирование и подачу инертного газа или газа гелия проводят с помощью, по меньшей мере, одной двойной трубы (3), состоящей из наружной трубы (6) и окруженной наружной трубой (6) внутренней трубы (5), причем преимущественно внутренняя труба (5) простирается до нижней части контейнера (1), а наружная труба (6) заканчивается в его верхней части.