КОНТЕЙНЕР ОБОРОТНЫЙ ГЕРМЕТИЧНЫЙ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ УПАКОВКИ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ (РАО) И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАЩЕНИЯ УПАКОВКИ В ЭТОМ КОНТЕЙНЕРЕ
TIGHT SEALED CONTAINER FOR TRANSPORTATION OF PACKAGE WITH RADIOACTIVE WASTES (RW) AND METHOD OF PACKAGING FORMATION AND HANDLING IN THIS CONTAINER

Изобретение относится к ядерной технике в области обращения с твердыми РАО на стадиях сбора, формирования, временного и длительного хранения, транспортирования в составе транспортного упаковочного комплекта и захоронения в приповерхностных или глубокого заложения подземных сооружениях могильников.
Известен железобетонный контейнер, в котором боковые стенки крышки и боковые стенки углубления корпуса имеют клиновидные выступы, смещенные на шаг друг относительно друга, а между выступами выполнен зазор для заполнения герметизирующим вяжущим материалом раствором расширяющегося глиноземистого цемента (патент РФ №2056653).
Этот контейнер не может быть использован как оборотный, потому что после загрузки контейнера РАО и установки крышки боковой зазор между корпусом и крышкой заполняется специальным герметизирующим вяжущим материалом (раствор расширяющегося глиноземистого цемента), который при разгрузке РАО из контейнера перед снятием крышки необходимо удалять. Такая операция очень трудоемка, а в условиях радиационных полей является радиационно опасной. При проведении этой операции будут нарушены уплотняющие поверхности, как корпуса, так и крышки, поэтому рассматриваемый контейнер не может быть использован как оборотный.
Кроме того, отсутствие механических прижимных запирающих устройств крышки с корпусом приводит также к снижению герметичности стыка крышка-корпус и его прочности, как при нормальных условиях эксплуатации, так и при аварийных ситуациях.
Известен также контейнер бетонный для длительного хранения и транспортирования радиоактивных отходов (патент РФ №2195724), содержащий корпус, крышку, выполненную под углубление в верхней части корпуса и закрепленную на корпусе отдельными клиновыми замками, а между боковыми стенками корпуса и крышки имеется зазор, расширяющийся вверх для заполнения гипсоглиноземистым расширяющимся цементом, являющимся герметизирующим материалом.
После загрузки в этот контейнер РАО, установки крышки и запирания клиновых замков производят заполнение зазора между крышкой и корпусом гипсоглиноземистым расширяющимся цементом, который при выгрузке РАО из контейнера перед снятием крышки необходимо удалять. Такая операция очень трудоемка и радиационно опасна. При этом, будут нарушены уплотняющие поверхности крышки и корпуса, а, следовательно, сам контейнер становится не ремонтно-пригодным и не может быть оборотным.
Недостатком этого контейнера, помимо изложенного, является то, что в углубленном пространстве между верхним краем корпуса и верхом крышки, образованном для возможности вертикального штабелирования контейнеров после дезактивации его наружных поверхностей скапливается радиоактивная вода из-за отсутствия сливных устройств из этих пространств.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является контейнер ста-лежелезобетонный герметичный для хранения, транспортировки и захоронения РАО и способ его изготовления (патент РФ №2315379), содержащий корпус, крышку, установленную в углубление верхней части корпуса с образованием зазора между их боковыми стенками для укладки герметизирующего материала, а также противоположно расположенные по периметру корпуса клиновые замки, цилиндрические опоры которых расположены на корпусе, а клиновые на крышке и соединены клиньями. Опоры замков установлены на плоских стальных основаниях, заанкерованных в железобетонные конструкции корпуса и крышки, а упомянутый зазор между корпусом и крышкой выполнен расширяющимся книзу и имеет зазор в верхней части 20÷30 мм.
После загрузки в этот контейнер РАО, установки крышки и запирания клиновых замков производят заполнение зазора между крышкой и корпусом герметизирующим материалом, который при выгрузке РАО из контейнера перед снятием крышки необходимо удалять. Эта операция трудоемка и радиационно опасна, при этом, будут нарушены уплотняющие поверхности крышки и корпуса, сам контейнер становится не ремонтно-пригодным, а, следовательно, не может быть оборотным.
Задачей настоящего изобретения является создание оборотного, герметичного для обращения с твердыми РАО контейнера на стадиях сбора, формирования упаковки с РАО в этом контейнере, транспортирования в составе транспортного упаковочного комплекта, выгрузки из контейнера упаковки с РАО в пунктах длительного хранения или захоронения, проведение, при необходимости, дезактивации для подготовки контейнера в пункт возврата.
Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в его оборотоспособности, а также повышении технологичности и уменьшении трудоемкости при погрузо-разгручных работах упаковки с РАО.
В предлагаемом техническом решении контейнер оборотный герметичный для обращения с РАО содержит корпус, крышку, установленную в углублении верхней части корпуса с образованием зазора для укладки и зажима радиационно-стойкого резинового уплотнения по периметру крышки, и противоположно расположенные на равном расстоянии клиновые замки, цилиндрические опоры которых расположены на корпусе, а угловые на крышке и соединены клиньями цилиндрической формы с переходом на угловую поверхность. Боковые поверхности крышки и боковые поверхности углубления верхней части корпуса имеют зет-образные плоскости под углом 15° к вертикальной плоскости, обеспечивающие установку крышки относительно корпуса с лабиринтным зазором 2-3 мм по всему периметру и равномерный зажим резинового уплотнения, при этом, дно крышки имеет форму выступа, высота которого не более 8 мм, а его боковые стенки выполнены под углом 45° в сторону внутренней полости корпуса.
На внутренней и внешней поверхностях корпуса и крышки нанесено покрытие, стойкое к дезактивирующим растворам.
В состав контейнера также входит герметичный вкладыш с подложкой, изготовленные в соответствии с формой внутренней полости корпуса контейнера, и строповое устройство с грузовыми скобами, которые могут временно храниться, например, во внутренней полости корпуса контейнера.
Стенки внутренних полостей корпуса контейнера выполнены с уклоном, обеспечивающим технологичность при бетонировании корпуса и съеме опалубки, а также удобства при выгрузке сформированной в контейнере упаковки с РАО.
Благодаря тому, что боковые поверхности крышки и боковые поверхности углубления верхней части корпуса имеют зет-образные угловые плоскости, выполненные из стали и обеспечивающие установку крышки относительно корпуса с лабиринтным зазором 2-3 мм по всему периметру, достигаются:
- равномерный зажим резинового уплотнения;
- равномерное запирание клиновых замков;
- получение возможности взаимозаменяемости корпусов и крышек и точности собираемости их между собой на клиньях клиновых замков;
- снижение трудоемкости на операциях установки и закрепления крышки на корпусе;
- уменьшение радиационного излучения на персонал из-за лабиринтного зазора 2-3 мм по периметру между крышкой и корпусом;
- отсутствие необходимости заполнения зазора между корпусом и крышкой специальным расширяющимся цементным раствором, так как эту функцию выполняет резиновое уплотнение.
Выступ на дне крышки высотой не более 8 мм с боковыми стенками под углом 45° в сторону внутренней полости корпуса позволяет провести уплотнение засыпанной в свободном объеме полиминеральной кембрийской глины, и, тем самым, создать защитный барьер от миграции радионуклидов и дополнительную герметичность между корпусом и крышкой контейнера.
Покрытие всех внутренних и внешних поверхностей контейнера, стойкое к дезактивирующим растворам, позволит производить многократную дезактивацию, что является одним из основных требований оборотного контейнера.
Свободно заложенное в корпус контейнера строповое устройство с грузовыми скобами, в которое вложен герметичный вкладыш с подложкой, изготовленные в соответствии с формой и размерами внутренней полости контейнера, позволяют заложить РАО в полиэтиленовый герметичный вкладыш, произвести заливку бетона и его отверждение без адгезии залитого бетона к боковым поверхностям внутренней полости контейнера, то есть создать упаковку с РАО для захоронения, состоящую из стропового устройства с грузовыми скобами, герметичного вкладыша с монолитом РАО и подложкой, произвести транспортировку контейнера с упаковкой с РАО на пункты длительного хранения или захоронения РАО (ПДХ или ПЗ), где выгрузить из контейнера упаковку с РАО и установить на штатное место для длительного хранения или захоронения.
Размеры и зет-образная конфигурация лабиринтного зазора при установке крышки в корпус контейнера, величина и форма выступа на дне крышки, зажим резинового уплотнения, величина недолива цементного раствора в герметичный вкладыш с РАО, величина высоты засыпки в свободный объем полиминеральной кембрийской глины экспериментально проверены на действующем макете контейнера.
За счет указанных отличительных признаков расширены функциональные возможности контейнеров, так как один и тот же контейнер можно применять не только на всех стадиях обращения с РАО (сбор, сортировку, перетарку, временное хранение, транспортирование и захоронение РАО), но и формировать в нем легко выгружаемую упаковку с РАО для длительного хранения или захоронения, при этом сам контейнер становится оборотным.
Внедрение оборотных контейнеров для обращения с РАО в области атомной энергетики позволит в несколько раз сократить численность парка существующих контейнеров для обращения с РАО (в настоящее время - 10000÷15000 шт. ), что даст большой экономический эффект, так как стоимость изготовления одного контейнера 120000÷150000 руб.
В качестве прототипа к заявляемому способу формирования и обращения с упаковкой с РАО в контейнере оборотном выбран способ, изложенный в описании к патенту РФ №2315380. Способ цементирования РАО по прототипу производится в контейнере, куда заложены РАО, а после затвердевания цементного компаунда с РАО производят заполнение свободного объема контейнера нерадиоактивным защитным покрытием - полиминеральной кембрийской глиной до верха внутренней полости контейнера, которую затем уплотняют крышкой для герметизации.
Недостатком этого способа формирования упаковки с РАО в контейнере для транспортировки в пункты длительного хранения является то, что в результате его реализации происходит адгезия внутренней поверхности корпуса контейнера и цементного связующего с РАО, и, в результате, получается железобетонный монолит, который невозможно использовать как оборотный контейнер, но его можно установить на длительное хранение или захоронение в хранилище.
В предлагаемом способе формирования и обращения с упаковкой РАО в контейнере во внутренней полости корпуса контейнера проводят операции в указанной последовательности:
- укладывают внутрь корпуса контейнера герметичный вкладыш с подложкой и строповым устройством;
- в герметичный вкладыш с РАО заливают цементный раствор с недоливом 40÷50 мм до верхнего края внутренней полости корпуса контейнера;
- в течение трех суток проводят технологическую выдержку для отверждения цементного раствора;
- закладывают в корпус резиновое уплотнение;
- засыпают оставшийся внутренний свободный объем полиминеральной кембрийской глиной до уровня 4÷5 мм от опорной плоскости корпуса-крышки;
- устанавливают на корпус крышку и запирают ее на корпусе клиновыми замками;
- проводят радиационный контроль внешних поверхностей контейнера;
- контейнер пломбируют, маркируют и транспортируют в пункт захоронения РАО, где производят выгрузку упаковки с РАО.
Перечисленные операции, их последовательность формирования и обращения с упаковкой с РАО позволяют:
- создать герметичную универсальную упаковку с РАО монолитного типа в пределах внутренних габаритных размеров и конфигурации полости корпуса контейнера, герметичного вкладыша и подложки;
- создать упаковку с РАО, оснащенную индивидуальным строповым устройством с грузовыми скобами, обеспечивающим выгрузку из контейнера упаковки с РАО и установку ее на место штатного хранения или захоронения без какой-либо дополнительной подготовки и без применения специальной траверсы;
- создать упаковку с РАО, которая после затвердевания цементного раствора с РАО с герметичном вкладыше на подложке могла бы свободно выгружаться из полости корпуса контейнера из-за отсутствия адгезии между поверхностью полости корпуса контейнера и сформированной упаковки РАО. Между цементной поверхностью контейнера и полиэтиленовой пленкой герметичного вкладыша процесс адгезии отсутствует;
- в результате недолива цементного раствора в герметичный вкладыш с РАО на 40÷50 мм до верхнего края внутренней полости корпуса контейнера создать внутренний свободный объем между крышкой и верхней поверхностью упаковки с РАО, который засыпают полиминеральной кембрийской глиной и при установке крышки на корпус с помощью выступа на дне крышки производят герметизацию между крышкой контейнера и корпусом, при этом, при раскрытии клиновых замков, крышка может свободно сниматься с корпуса, так как полиминеральная кембрийская глина является сыпучим материалом;
- произвести засыпку внутреннего свободного объема полиминеральной кембрийской глиной до уровня 5÷6 мм от опорной поверхности корпуса-крышки, что позволит с помощью выступа на дне крышки при ее установке уплотнить объем полиминеральной кембрийской глины, и тем самым, создать дополнительный, надежный иммобилизационный барьер на пути возможной миграции радионуклидов из упаковки с РАО к зазору между крышкой и корпусом.
В предлагаемом способе глиняное покрытие в виде полиминеральной глиняной засыпки не может быть нарушено при транспортировке (не трескается в отличие от цементного).
Даже в случае отрыва крышки от контейнера при аварии и высыпании (нерадиоактивной) глины, та же глина может быть засыпана заново, а защитное покрытие восстановлено. В случае нарушения герметичности и попадания в контейнер влаги покрытие становится герметичным и пластичным, обеспечивая затягивание повреждений в цементном компаунде (упаковке с РАО) и контейнере.
Предлагаемая последовательность операций способа позволяет создать иммобилизационный барьер на путях возможной миграции радионуклидов из упаковки с РАО к зазору между крышкой и корпусом контейнера, сформировать в контейнере легко выгружаемую упаковку с РАО, при этом, сам контейнер становится оборотным.
И так, предлагаемой группой изобретений решаются задачи по созданию оборотного сталежелезобетонного герметичного контейнера, повышения надежности герметизации и прочности соединения его корпуса и крышки, расширения функциональных возможностей контейнера, а также формирования упаковки с РАО в самом контейнере, обеспечивающей ее длительное хранение или захоронение в условиях хранилищ ПДХ и ПЗ.
Сущность группы изобретений поясняется следующими графическими изображениями:
Фиг. 1. Общий вид контейнера (сверху).
Фиг. 2. Вертикальный разрез контейнера А-А.
Фиг. 3. Узел Б. Клиновый замок в сборе с резиновым уплотнением.
Фиг. 4. Сечение В-В. Уплотнение между крышкой и корпусом.
Фиг. 5. Схема формирования упаковки с РАО в контейнере.
Фиг. 6. Схема формирования упаковки с РАО в контейнере и выгрузка упаковки из контейнера.
Фиг. 7. Эскиз сформированной упаковки с РАО.
Заявляемый оборотный контейнер предназначен для обращения с РАО и формирования в нем упаковки с РАО.
Контейнер состоит из герметичного корпуса 1 и установленной в его углублении герметичной крышки 2, прижатых друг к другу на опорной плоскости 3 клиновыми замками 4. Каждый клиновой замок состоит из цилиндрической опоры 5 корпуса и клиновой опоры 6 крышки, которые соединяются между собой клином 7 (см. Фиг. 3). При этом цилиндрические и клиновые опоры 5 и 6, соосно расположенных пар клиновых замков, закреплены сваркой на соответствующих стальных плоских основаниях и арматуре в виде сеток и каркасов, корпуса и крышки соответственно, и забетонированных тяжелым бетоном в соответствующие железобетонные конструкции корпуса и крышки.
Между боковой стенкой 8 в углублении корпуса и боковой стенкой 9 крышки имеется зет-образный зазор 2÷3 мм по всему периметру. Зет-образный зазор 10 образуется между угловыми и вертикальными плоскостями боковых стенок крышки и корпуса при установке крышки 2 на корпус контейнера 1 (см. Фиг. 4).
Плоскости 11 крышки и корпуса относительно вертикальных плоскостей 12 крышки и корпуса расположены под углом 15°, при этом, угловые плоскости развернуты в противоположные стороны от вертикальной плоскости. Заданные углы обеспечивают необходимую центровку крышки относительно корпуса с лабиринтным зазором 2÷3 мм, а также обеспечивают необходимое обжатие резинового уплотнения 27 при герметизации разъема между крышкой и корпусом (см. Фиг. 4).
Монтаж и демонтаж крышки 2 на корпусе 1 осуществляется с помощью такелажных скоб 13, установленных на крышке (см. Фиг. 1 и 2).
Для удобства транспортирования, подъема и компактного многоярусного штабелирования контейнера на узких боковых наружных гранях корпуса выполнены углубления - ниши 14, в которые входят штатные захватные устройства грузоподъемных средств, а для обслуживания вилочными погрузчиками в нижней части корпуса выполнены специальные проемы 15 (см. Фиг. 2).
Для уплотнения свободного объема, заполненного полиминеральной кембрийской глиной, при установке крышки в корпус, дно крышки 2 имеет форму выступа 16, высота которого ниже опорной плоскости крышки не более 8 мм в сторону внутренней полости корпуса контейнера. Боковые стенки выступа 16 имеют уклон по всему периметру к центру крышки под углом 45° (см. Фиг. 4).
Для формирования упаковки с РАО во внутреннюю полость корпуса 1 свободно заложено строповое устройство 17 с грузовыми скобами 18, в которое вложен герметичный вкладыш 19 с подложкой 20, изготовленные в соответствии с формой внутренней полости корпуса 1 контейнера (см. Фиг. 5-а).
Строповое устройство 17 может быть спроектировано и изготовлено в соответствии с эскизом Фиг. 7. Строповое устройство 17 можно изготовить из серийно выпускаемых Чебоксарским ОАО «Лента» строп текстильных ленточных, например, из полиэстера.
Преимущества ленточных мягких стропов:
- малый собственный вес, позволяющий легко перемещать грузозахватное приспособление (в отличие от изготовленного из металла);
- устойчивость к повышению влажности воздуха, радиационному излучению, УФ-излучению и химически активным средам (щелочи, кислоты, нефтепродукты);
- мягкость и эластичность материала, дающие удобства в изготовлении и использовании;
- компактность при хранении;
- минимальная травмоопасность для персонала;
- высокие прочностные характеристики, широкие температурные пределы;
- доступная цена по сравнению с цепными или тросовыми аналогами.
В качестве грузовых скоб 18 могут быть использованы скобы (серийно изготавливаемые) ООО «Стропкомплект».
Герметичный вкладыш 19 с подложкой 20 изготовлены в соответствие с формой внутренней полости корпуса 1.
Герметичный вкладыш 19 может быть изготовлен из армированной полиэтиленовой пленки. Такой материал состоит из двух полиэтиленовых пленок, между которыми находятся армирующие нити из синтетических или природных волокон или редкая стеклянная ткань. Для защиты донной части герметичного вкладыша 19 от повреждений при укладке РАО на дно герметичного вкладыша укладывается подложка 20, изготовленная, например, из полиэтиленового листа толщиной 4÷6 мм.
Преимущества применения полиэтиленовой пленки и листов:
- не смачивается водой;
- устойчивы к действию водных растворов солей, кислот, щелочей;
- устойчивы к ударным нагрузкам;
- устойчивы при эксплуатации при температурах от -70°С до +100°С;
- обладают повышенной радиационной стойкостью;
- отсутствие адгезии между соприкасающимися поверхностями изделий из полиэтилена и цементного раствора.
На всех внутренних и внешних поверхностях корпуса 1 и крышки 2 нанесено покрытие, стойкое к дезактивирующим растворам в соответствии с ОСТ 95.10562-2001.
Загрузка в контейнер РАО, формирование и обращение с упаковкой с РАО в этом контейнере осуществляется в следующей последовательности и изображено на Фиг. 5 (5-а, 5-б, 5-в) и Фиг. 6 (6-г, 6-д).
Этап 1. Фиг. 5 (5-а). В контейнер со снятой крышкой 2 в корпус 1 свободно укладываются строповое устройство 17 с грузовыми скобами 18. Внутрь стропового устройства 17 закладывается герметичный вкладыш 19, на внутреннюю донную поверхность 22 которого помещают подложку 20. На подложку 20 загружают РАО 21.
Этап 2. Фиг. 5 (5-б). После загрузки определенного количества РАО 21 во внутреннюю полость герметичного вкладыша 19 укладывают цементный раствор 26 с недоливом 40÷50 мм до верхнего края внутренней полости корпуса 1. В течение 3-х суток проводят технологическую выдержку для отверждения цементного раствора.
Этап 3. Фиг. 5 (5-в). После отверждения цементного раствора с РАО герметичный вкладыш 19 герметизируют следующим образом и в указанной последовательности:
- закручивают горловину 23 герметичного вкладыша 19;
- нижнюю часть горловины 23 перевязывают шнуром или липкой лентой (на схеме не показано);
- нижнюю и верхнюю части горловины 23 пломбируют и закрепляют липкой лентой на наружной поверхности герметичного вкладыша 19 (на схеме не показано);
- устанавливают резиновое уплотнение 27 (Фиг. 3).
Грузовые скобы 18 разворачивают во внутреннюю полость корпуса 1 и засыпают оставшийся свободный объем полиминеральной кембрийской глиной 24 до уровня 4÷5 мм от опорной плоскости корпуса-крышки Фиг. 4 (В-В сечение) и Фиг. 5 (5-в);
Этап 4. Фиг. 6 (6-г). На корпус 1 устанавливают крышку 2, которая донным выступом 16 вдавливается под действием силы тяжести крышки 2 в полиминеральную кембрийскую глину 24, засыпанную в свободный объем между крышкой 2 и верхним уровнем 25 упаковки с РАО. Таким образом, создается герметичное уплотнение и иммобилизационный барьер между крышкой 2 и корпусом 1.
Закрывают и пломбируют все клиновые замки 4 (Фиг. 3). Проводят наружный радиационный контроль контейнера и, при необходимости, проводят дезактивацию. Контейнер полностью подготовлен для транспортировки в пункты длительного хранения или захоронения РАО. Для строповки контейнера используются углубления - ниши 14, а для строповки крышки - такелажные скобы - 13.
Этап 5. Фиг. 6 (6-д). После доставки контейнера с упаковкой с РАО в назначенные пункты длительного хранения или захоронения производят выгрузку упаковки с РАО из контейнера, выполняя в указанной последовательности следующие операции:
- расклинивают все клиновые замки 4 Фиг. 3; Фиг. 6 (6-г);
- снимают с корпуса 1 крышку 2 и резиновое уплотнение 27;
- удаляют полиминеральную кембрийскую глину 24;
- грузовые скобы 18 разворачивают вертикально и с помощью такелажных стропов 28 и подъемно-транспортного устройства 29 Фиг. 6 (6-д) выгружают упаковку с РАО Фиг. 7 из корпуса 1 контейнера, а затем производят ее установку на штатное место в хранилище;
- производят радиационный контроль внешних и внутренних поверхностей корпуса 1 и крышки 2 и, при необходимости, производят дезактивацию;
- в корпус 1 закладывают резиновое уплотнение 27, устанавливают крышку 2, закрывают все клиновые замки 4 Фиг. 3 и пломбируют. Контейнер готов к возврату на пункт сбора и переработки РАО.
Таким образом, конструктивные особенности заявленного контейнера и способ формирования и обращения с упаковкой с РАО в этом контейнере в совокупности обеспечивают свойства оборотного контейнера и упаковки с РАО, подготовленной для длительного хранения и захоронения в соответствии с требованиями норм радиационной безопасности и ФГУП «Национальный оператор».