СПОСОБ УПАКОВКИ ДЕФЕКТНЫХ ОТРАБОТАВШИХ ТВЭЛОВ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PACKING DEFECTIVE SPENT FUEL ELEMENTS OF NUCLEAR REACTOR AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к упаковке (загрузке) дефектных отработавших твэлов в ампулу (пенал) для временного хранения в бассейне выдержки и последующей транспортировки на переработку.
Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (патент РФ №2403638, МПК G21F 5/ 008). Изобретение относится к ампуле, в которую осуществляется загрузка дефектного пучка твэлов (ПТ) для временного хранения в бассейне выдержки и последующего сухого хранения.
При работе с известной ампулой отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000 извлекают из бассейна выдержки, где они хранились в воде, расчленяют на два пучка тепловыделяющих элементов, пучки твэлов упаковывают в ампулы. В стационарном хранилище ампулы с пучками твэлов размещают в металлических герметичных пеналах. С целью исключения коррозионного влияния воды на пенал и твэлы производится осушка ампулы. Ампульное хранение обеспечивает локализацию частиц топливной композиции и элементов конструкции пучков твэлов в случае их разрушения при транспортировании и хранении. Дефектный ПТ помещают в специальную ампулу и возвращают в бассейн выдержки. В дне и крышке ампулы выполнены лабиринтные каналы, позволяющие заполнять и опорожнять внутреннюю полость от воды при установке ампулы на временное хранение в бассейн выдержки. Лабиринтные каналы препятствуют высыпанию частиц топлива из ампулы и обеспечивают возможность проведения осушки пучка твэла. Вскрытие и закрытие ампулы выполняется с помощью манипулятора, установленного в защитной камере отделения разделки на АЭС.
Недостатком известной ампулы и предусмотренного ей способа упаковки пучков твэлов является необходимость его выполнения на воздухе в защитной (горячей) камере с применением специального сложного оборудования. Оснащение ампулы лабиринтными каналами не исключает вымывание водой растворимых соединений радионуклидов и мелкодисперсных частиц топлива из ампулы при ее опорожнении после временного хранения в бассейне выдержки.
Известен способ упаковки дефектных отработавших блочковых твэлов дисперсионных в алюминиевой оболочке высокообогащенных блоков ОДАВ, предусмотренный техническими условиями «Порядок хранения, освидетельствования, комплектации и транспортировки блоков типа ДАВ-90 на основе металлокерамического топлива, отработавших» ТУ 95 200.220-003-2010, разработки ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара».
Согласно данным ТУ технологическая схема обращения с блоками ОДАВ включает следующие операции:
- временное хранение в специальных бассейнах выдержки с периодическим освидетельствованием;
- сортировка блоков ОДАВ по результатам освидетельствования на целые и дефектные и размещение раздельно в технологических емкостях (ковшах);
- блоки ОДАВ с визуально обнаруженными повреждениями оболочки в виде сквозных механических или коррозионных дефектов (дефектные) упаковываются в индивидуальные (с размерами не более 50×110 мм) пеналы, предотвращающие загрязнение воды бассейна выдержки частицами (фрагментами) топлива; пенал должен быть изготовлен из алюминиевого сплава;
- комплектация партий для транспортировки к месту переработки;
- загрузка в специальные транспортные контейнеры;
- транспортировка к месту переработки.
Транспортировка блоков ОДАВ производится в транспортно-упаковочном комплекте ТУ К-135, разработанном ОАО "Инженерный центр ядерных контейнеров" (конструкторская документация на ТУК-135, 10-16142.00.00.000, ОАО «ИЦЯК»). Транспортировка блоков ОДАВ с использованием ТУК-135 включает следующие операции:
- загрузка навалом блоков ОДАВ с ненарушенной целостностью оболочки без упаковки в пеналы; - загрузка навалом дефектных твэлов в индивидуальных негерметичных пеналах из алюминиевого сплава;
- загрузка твэлов в специальных корзинах в негерметичных пеналах из нержавеющей стали с групповой (по 7 штук) упаковкой (чехол с корзинами для пеналов 02-122ВО ОАО «ИЦЯК», пенал для семи блоков ОДАВ, чертеж А.20019.OС.000.СБ, ОАО «ИЦЯК»).
Недостатком способа транспортировки твэлов (блоков ОДАВ) в ТУК-135 навалом является необходимость создания и оснащения специальным оборудованием узла перегрузки.
Способ групповой упаковки блоков ОДАВ в негерметичные пеналы из нержавеющей стали позволяет транспортировать блоки ОДАВ на переработку при отсутствии специального узла перегрузки, но не позволяет отправить на переработку дефектные блоки ОДАВ с нарушенной целостностью оболочки.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому способу и устройству для его осуществления является способ групповой (по 7 штук) упаковки блоков ОДАВ в негерметичные пеналы из нержавеющей стали по чертежу А.20019.OС.000.СБ с транспортировкой в ТУК-135 (RUS/3173/B(U)F-96) разработки ОАО «Инженерный центр ядерных контейнеров». При использовании этого способа не требуется «горячая» камера и сложное оборудование. В указанном способе упаковка блоков ОДАВ в пенал производится под слоем воды, например, в бассейне выдержки твэлов. Порожние негерметичные пеналы устанавливают в чехол ТУК-135. В бассейне выдержки отработавших твэлов под слоем воды с помощью ручного манипулятора в пеналы загружают блоки ОДАВ. После загрузки блоков крышку запрессовывают в корпус с плотной посадкой. Чехол с загруженными пеналами в перегрузочной шахте извлекают из воды и удерживают некоторое время на воздухе для слива воды из пеналов и чехла.
Однако при длительном хранении отработавших твэлов в бассейнах выдержки происходит сквозное коррозионное поражение оболочки, что приводит к ускоренному разрушению отработавших твэлов и загрязнению бассейнов радионуклидами и фрагментами ядерного топлива. Разрушение отработавших твэлов создает не только опасность загрязнения бассейнов выдержки твэлов, но и приводит к усложнению условий их транспортировки на переработку. В связи с этим возникает необходимость отправки на переработку отработавших твэлов с большим временем хранения в кратчайшие сроки. Однако технологические возможности предприятия - переработчика отработавших твэлов обуславливают необходимость транспортировки дефектных отработавших твэлов в «сухих» (без воды) пеналах герметичного исполнения.
Недостатком известного способа упаковки является то, что этим способом невозможно осуществить «сухую» упаковку отработавших твэлов в герметичные пеналы под защитным слоем воды.
Известный пенал содержит корпус с отверстиями для слива воды при извлечении пенала из бассейна, крышку и дно, присоединенное к корпусу сваркой. Для фиксации крышки в верхней части корпуса выполнена расточка, обеспечивающая посадку крышки в расточку корпуса с натягом.
Недостатком известного пенала является его негерметичность, что не позволяет транспортировать в нем дефектные отработавшие твэлы с нарушенной целостностью оболочки.
Задачей заявляемых изобретений является выполнение требования поставки на переработку дефектных отработавших твэлов в «сухих» (без воды) пеналах герметичного исполнения, повышение радиационной безопасности при временном хранении дефектных отработавших твэлов в бассейнах выдержки.
Технический результат, получаемый при внедрении предлагаемых изобретений, заключается в удалении воды из пенала с отработавшими твэлами и герметизации загруженного пенала в кессоне под защитным слоем воды.
Для получения указанного технического результата в известном способе, включающем загрузку под слоем воды отработавших твэлов в пенал и последующую запрессовку в пенал верхней крышки, загруженный пенал с запрессованной верхней крышкой устанавливают в кессон, в котором предварительно на опоре-фиксаторе размещают нижнюю крышку пенала, подают в кессон сжатый воздух, после чего загруженный пенал осаживают на нижнюю крышку и извлекают загруженный пенал из кессона.
Установка загруженного пенала с запрессованной верхней крышкой в кессон и подача в кессон сжатого воздуха позволяют удалить воду из загруженного отработавшими твэлами пенала под слоем воды.
Размещение на опоре-фиксаторе кессона нижней крышки пенала и осаживание загруженного пенала на его нижнюю крышку после удаления воды из кессона и пенала позволяют установить нижнюю крышку в корпус пенала по посадке с натягом и загерметизировать тем самым загруженный пенал в воздушной среде кессона под защитным слоем воды, а потом извлечь загерметизированный пенал из кессона.
Для получения указанного технического результата в известном устройстве для упаковки дефектных отработавших твэлов ядерного реактора, включающем пенал для групповой упаковки твэлов и верхнюю крышку, корпус пенала выполнен герметичным и установлен с возможностью вертикального перемещения через уплотнительный узел в кессон, входной патрубок которого через клапан соединен с трубопроводом сжатого воздуха, а выходной - с атмосферой над бассейном. В нижней части кессона установлена опора-фиксатор для размещения на нем нижней крышки пенала.
В варианте исполнения в корпусе пенала установлена опора для загруженных твэлов, а верхняя и нижняя крышки снабжены уплотнениями.
Выполнение корпуса пенала герметичным (с корпусом без отверстий) и его установка через уплотнительный узел в кессон позволяют получить герметичную полость внутри загруженного пенала и кессона, изолированную от бассейна.
Соединение входного патрубка кессона через клапан с трубопроводом сжатого воздуха, а выходного - с атмосферой над бассейном позволяют подачей воздуха удалить воду из герметичной внутренней полости загруженного пенала и кессона и проконтролировать полноту удаления воды из кессона.
Установка в нижней части кессона опоры-фиксатора для размещения на нем нижней крышки пенала и установка загруженного пенала с возможностью вертикального перемещения через уплотнительный узел в кессон позволяют после удаления воды осадить загруженный пенал на нижнюю крышку, вводя ее в расточку корпуса пенала, и, тем самым, загерметизировать под защитным слоем воды пенал с дефектными отработавшими твэлами.
Установка в корпусе пенала опоры для загружаемых твэлов позволяет транспортировать загруженный отработавшими твэлами пенал в бассейне от места загрузки к кессону.
Снабжение верхней и нижней крышек уплотнениями позволяет повысить надежность герметизации пенала.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:
На фиг.1 - предлагаемое устройство в разрезе;
На фиг.2 - загруженный пенал в разрезе.
Предлагаемый способ реализуют в следующей последовательности.
Под слоем воды в бассейне выдержки отработавших твэлов с помощью ручного манипулятора загружают отработавшие твэлы в вертикально расположенный корпус пенала. Устанавливают верхнюю крышку в загруженный корпус и вводят ее в корпус методом осаживания, например, с помощью штанги (прутка или трубы) и ударного инструмента.
В кессон на опору-фиксатор помещают нижнюю крышку пенала. В кессон через уплотнение кессона вводят загруженный корпус пенала с запрессованной верхней крышкой. По трубопроводу, подсоединенному к входному штуцеру кессона, подают воздух небольшим расходом и вытесняют воду из загруженного пенала и кессона. Выдерживают продувку в течение 2…3 минут для обеспечения слива воды из внутренней полости пенала. Полноту удаления воды контролируют по выходному трубопроводу, размещенному выше уровня воды в бассейне. Осаживают корпус пенала до упора в нижнюю крышку и напрессовывают пенал на нижнюю крышку. После герметизации загруженный пенал извлекают из кессона и помещают в контейнер (кюбель) для хранения в бассейне выдержки отработавших твэлов.
Устройство для реализации предлагаемого способа содержит (см. фиг.1) кессон 1, установленный в бассейне 2 выдержки, входной патрубок 3 которого трубопроводом 4 через клапан 5 соединен с источником сжатого воздуха, а выходной патрубок 6 трубопроводом 7 - с атмосферой над бассейном 2. В кессон 1 через уплотнительный узел 8 установлен с возможностью вертикального перемещения корпус пенала 9, загруженный отработавшими твэлами 10 и загерметизированный верхней крышкой 11, установленной в корпус пенала 9 по посадке с натягом. В нижней части кессона 1 на его опоре-фиксаторе 12 размещается нижняя крышка 13 пенала 9. Верхняя 11 и нижняя 13 крышки пенала (см. фиг.2) снабжены уплотнениями 14. В корпусе пенала 9 герметично на сварке установлена опора (шпилька) 15, не препятствующая сливу воды из корпуса пенала 9 в кессон 1.
Предлагаемое устройство при реализации предложенного способа работает следующим образом.
Под слоем воды в бассейне 2 выдержки отработавших твэлов с помощью ручного манипулятора (на чертежах не показан) загружают отработавшие твэлы 10 в вертикально расположенный корпус пенала 9 таким образом, чтобы столб твэлов 10 опустился на опору 15. В корпус пенала 9 устанавливают верхнюю крышку 11 и уплотняют методом осаживания, например, с помощью штанги и ударного инструмента (на чертежах не показаны). В кессон 1 на опору-фиксатор 12 помещают нижнюю крышку 13 пенала 9.
По трубопроводу 4 во входной патрубок 3 кессона 1 подается сжатый воздух, причем его расход регулируется клапаном 5. Вода из кессона 1 и корпуса пенала 9 вытесняется воздухом через выходной патрубок 6 по трубопроводу 7. Продувка кессона выдерживается в течение 2…3 минут для обеспечения полного удаления воды из внутренней полости корпуса 9 и кессона 1. Полнота удаления воды контролируется по ее отсутствию на выходе из трубопровода 7. Затем осаживают корпус пенала 9 до упора в нижнюю крышку 14 и напрессовывают его на нижнюю крышку 14 с помощью штанги и ударного инструмента. После запрессовки в корпус пенала 9 нижней крышки 14 загерметизированный загруженный пенал извлекают из кессона и помещают в контейнер (кюбель) для хранения в бассейне хранилище отработавших твэлов.
Предлагаемые способ упаковки твэлов и устройство изготовлены и прошли опытно-промышленные испытания на реакторном заводе предприятия. Получены положительные результаты.