ТРАНСПОРТНЫЙ УПАКОВОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Предлагаемая полезная модель относится к области ядерной техники и предназначена для многократного транспортирования отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) с АЭС и длительного промежуточного (до 50 лет) хранения ОТВС в условиях специального хранилища с последующим транспортированием на завод переработки ОЯТ.
Известен транспортно-упаковочный комплект для транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива по патенту № 2127919 (G21F5/008, оп. 20.03.1999). Устройство содержит чехол, корпус с полостью, крышку, фиксирующие элементы. На чехле, выполненном со съемной крышкой, установлена защитная обечайка, входящая в расточку на внутренней поверхности корпуса. Защитная обечайка имеет диаметр, больший диаметра чехла. При этом на расточке корпуса установлены дополнительные шпонки.
Недостатком является то, что чехол имеет ограничение по остаточному тепловыделению отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) из-за незначительного количества ребер для отвода тепла к внутренней поверхности корпуса контейнера и предназначен в основном для чехлового хранения ОТВС в специальном хранилище ОЯТ, и, как следствие, имеет небольшую вместимость по размещению ОТВС в чехле.
Задача полезной модели - возможность транспортитрования и хранения ОЯТ с высоким обогащением по урану-235 до 5,0% и большим остаточным тепловыделением.
Технический результат - обеспечение эффективной защиты от нейтронного и гамма излучения, отвод тепла от загруженного в ТУК ОЯТ.
Указанный технический результат достигается тем, что транспортный упаковочный комплект для перевозки отработавшего ядерного топлива состоит из контейнера и чехла, контейнер включает корпус с днищем, основную и дополнительную крышки, опорные кольца, размещенные на нижней и верхней частях наружной поверхности корпуса, приваренного к ним кожуха, образующего вместе с наружной поверхностью корпуса и опорными кольцами полость, заполняемую нейтронной зашитой, расположенные вдоль оси корпуса и приваренные к кожуху, по меньшей мере, двадцать семь теплоотводящих кольцевых ребер, страховочные и строповочные цапфы в верхней части корпуса, кантовочные цапфы и проушину в нижней части корпуса, выполненные с возможностью перемещения транспортного упаковочного комплекта, размещенные в нижней части корпуса демпфер в виде перфорированного кольца, и обечайку, выполненные с возможностью амортизации, корпус дополнительно содержит приварную крышку, расположенную между основной и дополнительной крышками, выполненную с возможностью защиты от утечки радиоактивной среды из полости контейнера, основная крышка содержит углубление, выполненное с возможностью заполнения композицией для защиты от нейтронного излучения, дополнительная крышка снабжена ребрами, выполненными с возможностью амортизации, и проходки, выполненные с возможностью создания давления газа в полости между основной и дополнительными крышками и замера давления, при этом строповочные и страховочные цапфы, проушина снабжены полостями для заполнения композицией для защиты от нейтронного излучения и являются съемными, теплоотводящие кольцевые ребра выполнены с возможностью выполнения функций демпфера, чехол выполнен в виде стойки, включающей основание, прикрепленное к центральной трубе, и три решетчатые стальные плиты, а именно верхняя плита и две средних, в которые вставлены шестигранные трубы из борсодержащей стали, образующие ячейки для установки в них отработавших тепловыделяющих сборок, основание чехла выполнено в виде плит с отверстиями с размещенными между ними кольцевыми ребрами, между верхней стальной решетчатой плитой стойки и основанием чехла на центральной трубе равномерно и параллельно решетчатым плитам установлены, по меньшей мере, двадцать семь теплоотводов из алюминиевого сплава, покрытые никелем и выполненные в виде плит с отверстиями, при этом содержание естественного бора в металле шестигранных труб не менее 1,3%.
Выполнение теплоотводов из алюминевого сплава обеспечивает усиленную теплопередачу. Покрытие теплоотводов никелем защищает их от коррозии во время нахождения в водной среде.
Применение теплоотводящих кольцевых ребер на поверхности корпуса контейнера как демпфирующих элементов исключает необходимость применения съемных демпфирующих устройств.
Размещение на чехле двадцати семи теплоотводов позволяет выполнить теплоотвод от шестигранных труб к внутренней поверхности корпуса контейнера и, тем самым, снизить температуру ОТВС, размещаемых в шестигранных трубах.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
1 - контейнер,
2 - чехол,
3 - корпус контейнера,
4 - основная крышка,
5 - дополнительная крышка,
6 - нейтронная защита,
7 - кольцевые ребра,
8 - кожух,
9 - опорные кольца,
10 - строповочные цапфы,
11 - страховочные цапфы,
12 - проушина,
13 - шпильки,
14 - прокладка,
15 - шпильки,
16 - прокладки,
17 - кантовочные цапфы,
18 - сливное отверстие,
19 -демпфер,
20 - опорная обечайка,
21 - шпонки,
22 - углубление,
23 - гнездо,
24 - пружинные устройства,
25 - проходка,
26 - дополнительная проходка,
27 - ребра демпфипующие,
28 - проходки,
29 - крышка приварная,
30 - основание,
31 - центральная труба,
32 - решетчатые плиты,
33 - шестигранные трубы,
34 - планки,
35 - плита,
36 - кольцевые ребра,
37 - радиальные ребра,
38 - теплоотводы.
На фиг. 1 и 2 изображен общий вид устройства;
на фиг. 3 - вид сверху устройства;
на фиг. 4 - шпильки и прокладки;
на фиг. 5 - проходки;
на фиг. 6 - дополнительная проходка;
на фиг. 7 - гнездо;
на фиг. 8 - углубление;
на фиг. 9 - пружинные устройства;
на фиг. 10 - крышка приварная;
на фиг. 11 - общий вид чехла;
на фиг. 12 - вид сверху чехла.
ТУК состоит из двух основных частей - контейнера 1 и чехла 2. В состав контейнера входят корпус 3, представляющий собой толстостенный металлический цилиндр с приваренным стальным днищем, основной крышкой 4 и дополнительной крышкой 5, которые закреплены на фланцах в верхней части корпуса 3 с помощью шпилек 13 и 15, при этом в разъемах установлены прокладки 14 и 16 для обеспечения герметичного уплотнения. К нижней и верхней наружным частям корпуса 3 приварены опорные кольца 9, к которым приварен кожух 8, образующий вместе с наружной поверхностью корпуса 3 и опорными кольцами 9 полость, заполняемую нейтронной защитой 6, снижающей уровень нейтронного излучения и, как следствие, уровень радиационного излучения на наружной поверхности корпуса 3. В качестве нейтронной защиты 6 используется, например, полисилоксановый компаунд Силбор-5, обладающий хорошей теплороводностью и усиливающий теплопередачу.
Вдоль оси контейнера 1 расположены двадцать семь стальных теплоотводящих кольцевых ребер 7, которые привариваются к кожуху 8, выполняя функции теплоотводящих элементов, а также совместно с кожухом 8, опорными кольцами 9 и нейтронной защитой 6 элементов, снижающих ударные нагрузки на контейнер 1 при падении. На наружной цилиндрической поверхности корпуса 3 контейнера 1 с помощью резьбовых соединений установлены приспособления для его подъёма и перемещения: две строповочные (грузовые) цапфы 10 в верхней части корпуса для подъёма ТУК и его перемещения в вертикальном положении, две страховочные цапфы 11 в верхней части корпуса 3, две кантовочные цапфы 17 и проушина 12 в нижней части корпуса 3 для перемещения ТУК в горизонтальном положении и перемещения из вертикального положения в горизонтальное, и наоборот. Строповочные цапфы 10, страховочные цапфы 11 и проушина 12 имеют полости для заполнения композицией для защиты от нейтронного излучения, являются съёмными элементами и при необходимости могут быть заменены. На месте съёмной проушины 12 может быть установлена заглушка.
Внутренняя поверхность корпуса 3 контейнера 1, включая поверхность фланца для установки основной крышки 4, покрыта аустенитной антикоррозионной наплавкой. На внутренней поверхности контейнера 1 в осевом направлении установлены два ряда шпонок, предназначенных для ориентированной относительно оси контейнера 1 установки и извлечения чехла 2. На внутренней поверхности контейнера 1 приварены шесть платиков из нержавеющей стали, которые служат опорой чехла 2. Внизу, вблизи днища, на цилиндрической поверхности корпуса 3 имеется сливное отверстие 18 для заполнения контейнера 1 инертным газом (азотом или гелием), закрываемое заглушкой при транспортитровании и хранении ТУК. К днищу корпуса 3 приварены демпфер 19 в виде перфорированного кольца с фланцем и опорная обечайка 20 с основанием в виде плиты. Демпфер 19 и опорная обечайка 20 выполняют функции амортизатора при падении контейнера 1. В нижней части основания имеются шпонки 21, из них две шпонки толщиной 80 мм и одна толщиной 75 мм. Шпонки 21 предназначены для ориентации при установке и для фиксации ТУК в гнезде универсальном.
Основная крышка 4 является первым барьером герметичности. Она крепится к корпусу 3 с помощью шпилек 15. В верхней части основной крышки 4 выполнено углубление 22 для заполнения его композицией для нейтронной защиты. В центре этого углубления 22 приварено гнездо 23 для установки и снятия основной крышки 4 с помощью штанги с байонетным захватом.
На нижней поверхности основной крышки 4 с помощью болтов закреплены пружинные устройства 24, снижающие динамические нагрузки на ОТВС в процессе транспортирования и в аварийных ситуациях. В основной крышке 4 имеется проходка 25 с клапаном для осушки внутренней полости контейнера 1, для измерения величины давления внутри контейнера 1 при заполнении его газом, для отбора проб газа, а также для выполнения операций по расхолаживанию перед выгрузкой ОТВС в мокрое хранилище. В основной крышке 4 имеется дополнительная проходка 26 для установки термометра сопротивления при измерении температуры газа в полости контейнера 1.
Для обеспечения герметичости в разъеме основная крышка 4 - корпус 3 контейнера 1 установлены две резиновые прокладки 16, которые укладываются в кольцевой паз в основной крышке 4 контейнера 1 и удерживаются в пазу с помощью кольца с поперечным сечением в форме ласточкиного хвоста. Кольцо крепится в пазу с помощью винтов.
Дополнительная крышка 5 является вторым барьером герметичности внутренней полости контейнера 1 и крепится к верхнему фланцу корпуса 3 контейнера 1 с помощью шпилек 13. Для обеспечения герметичности в разъеме дополнительная крышка 5 - корпус 3 контейнера 1 установлена одна резиновая прокладка 14. Прокладка 14 укладывается в кольцевой паз в дополнительной крышке 5 контейнера 1 и удерживается в пазу с помощью кольца с поперечным сечением в форме ласточкиного хвоста. Кольцо крепится в пазу помощью винтов. На наружной поверхности дополнительной крышки 5 приварены ребра демпфирующие 27, предназначенные для амортизации при ударных нагрузках. Также дополнительная крышка 5 снабжена проходками 28 для создания давления газа в полости между крышками и замера давления. Для захвата дополнительной крышки 5 при её установке/съёме предусмотрены отверстия в ребрах демпфирующих 27. К втулке клапана на дополнительной крышке 5, вместо заглушки, присоединено устройство присоединительное для подключения коммуникаций при вводе в полость между основной 4 и дополнительной 5 крышками газовой среды, для подключения коммуникаций при взятии пробы на анализ среды из полости, для создания и сброса давления между основной 4 и дополнительной 5 крышками, а также при испытании прокладки 14 на дополнительной крышке 5 на герметичность.
На внутренней поверхности корпуса 3 контейнера 1, между основной крышкой 4 и дополнительной крышкой 5, возможна установка крышки приварной 29 в случае неустранимых протечек из полости контейнера 1 через основную крышку 4 (падения давления). Приварная крышка является защитой от утечки радиоактивной среды из полости контейнера 1 при его установке в хранилище.
Чехол 2 представляет собой металлоконструкцию в виде стойки, включающей основание 30, сваренное с центральной трубой 31, и приваренные к ней три стальные решетчатые плиты 32 (верхняя плита и две средних), в которые вставлены шестигранные трубы 33 из борсодержащей стали, образующие ячейки для установки в них отработавших тепловыделяющих сборок, при этом содержание естественного бора в металле шестигранных труб не менее 1,3%. Это обусловлено необходимостью обеспечения ядерной безопасности ТУК, которая выполняется при коэффициенте размножения нейтронов Кэф<0,95. В верхней и нижней частях шестригранные трубы 33 имеют планки 34, закрепленные на гранях. Планки привариваются к планкам соседних шестигранных труб 33, к решетчатой верхней плите 32 и к плите 35 основания 30 чехла 2. Основание чехла 2 приварено к центральной трубе 31 в нижней части и служит амортизатором при динамических нагрузках. Основание 30 чехла 2 выполнено в виде двух плит 35 с отверстиями. Между плитами приварены кольцевые 36 и радиальные 37 ребра. Между стальной решетчатой верхней плитой 32 и основанием чехла 2 на центральной трубе 31 равномерно и параллельно им установлены двадцать семь теплоотводов 38 из алюминиевого сплава, покрытые никелем, представляющих собой плиты с отверстиями. Между собой теплоотводы 38 дистанционированы с помощью втулок на центральной трубе 31, а также зацеплением в пазах направляющих коробов. Верхний конец центральной трубы 31 чехла 2 выполнен в виде гнезда под байонетный захват для опускания чехла 2 в контейнер 1 и извлечения из контейнера 1 с помощью штанги перегрузочного устройства.
Использование транспортно-упаковочного комплекта в промышленности осуществляется следующим образом.
ТУК для загрузки в него отработавшего ядерного топлива (ОТВС) устанавливается в гнездо универсальное бассейна выдержки реакторного отделения АЭС. Установка ОТВС производится под слоем воды в расположенный внутри контейнера 1 чехол 2 перегрузочной машиной.
После загрузки в контейнер 1 ОТВС устанавливается основная крышка 4. Производят сцепление траверсы со строповочными 10 и страховочными 11 цапфами, контейнер 1 извлекается из универсального гнезда и устанавливается на промежуточную площадку, полностью сливается вода из корпуса 3 контейнера 1 через клапан в нижней части корпуса 3. После этого устанавливается ТУК на площадку обслуживания.
Производят осушку всех поверхностей контейнера 1 по инструкции, действующей на АЭС. Для осушки внутренней полости используют открытые клапаны на основной 4 и дополнительной 5 крышках.
После осушки ТУК уплотняют основную 4 и дополнительную 5 крышки. Для этого винты поворачивают одновременно против часовой стрелки до разгерметизации, при этом расстояние от упора винтов до поверхности основной крышки 4 должно равняться 7-10 мм. После этого завершают затяжку гаек на шпильках.
Проверяют герметичность разъёмных соединений внутренней полости контейнера 1. Внутренняя полость контейнера 1 заполнятся азотом, выполнив последовательно следующие действия:
к клапану основной крышки 4 вместо заглушки присоединяется штуцер с манометром, а на клапане в нижней части корпуса 3 контейнера 1 вместо пробки устанавливают устройство присоединительное.
подключают устройство присоединительное к системе подачи азота и заполняют внутреннюю полость контейнера 1 азотом, создав давление 0,1...0,3 Мпа (указывается в руководстве по эксплуатации). Давление измеряют с помощью манометра на штуцере;
закрывают клапаны на основной крышке 4 и клапан в нижней части корпуса 3 контейнера 1 вращением ключа по часовой стрелке до упора. Отключают систему подачи азота. Снимают штуцер с основной крышки 4 и устройство присоединительное с корпуса 3 контейнера 1;
устанавливают на место ранее демонтированные заглушки клапанов основную крышку 4 и пробку;
проверяют герметичность внутренней полости контейнера 1. Для этого устанавливают вместо пробок штуцеры (с манометрами):
а) в основной крышке 4;
б) в пробке корпуса 3 контейнера1;
в) на основной крышке 4 на выходе из межпрокладочного пространства (поочерёдно на каждом из двух выходов).
Устанавливают дополнительную крышку 5. Заполняют пространство между основной 4 и дополнительной 5 крышками азотом, выполнив последовательно следующие действия:
во втулку клапана вместо заглушки устанавливают устройство присоединительное;
подключают устройство присоединительное к системе подачи азота и заполнить межкрышечное пространство азотом, создав давление на 0,1МПа больше давления во внутренней полости контейнера 1. Давление измеряют с помощью дополнительного манометра, установленного в рукаве подводящей системы (с азотом);
закрывают клапан вращением ключа по часовой стрелке до упора. Отключают систему подачи азота. Снимают устройство присоединительное с дополнительной крышки 5.
устанавливают на место ранее демонтированные заглушку клапана и дополнительную крышку 5;
проверяют герметичность полости между основной 4 и дополнительной 5 крышками. Для этого устанавливают в основной крышке 4 вместо пробки штуцер (с манометром). Утечку азота определяют по показаниям манометров после выдержки не менее 10 минут. Падение давления не допускается.
снимают штуцер и на его место устанавливают пробку.
После загрузки ТУК и дезактивации на АЭС необходимо поверяют установившиеся параметры уровня излучения и поверхностного радиоактивного загрязнения ТУК, температуры и давления среды во внутренней полости ТУК и в пространстве между основной и дополнительной крышками.