ТРАНСПОРТНО-УПАКОВОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ ЖИДКОГО ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
SHIPPING PACKAGING SET FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF LIQUID SPENT NUCLEAR FUEL

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;
3
- по пеналу: диаметр - 185 мм, высота - 540 мм, масса - около 60 кг, объем внутренней полости - 6,1 дм;
3
- объем перевозимого ЖОЯТ -5,1 дм;
3
- объем дезактивирующего раствора - 0,5 дм.
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.