КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ЗАХОРОНЕНИЯ И/ИЛИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области атомной физики, а именно к защитным устройствам от радиоактивного излучения, преимущественно к металлическим (металлобетонным, железобетонным) контейнерам, предназначенным для длительного хранения и/или транспортирования твердых или отвержденных радиоактивных отходов (РАО), преимущественно кондиционированных форм РАО низкого уровня активности, атомных электростанций и спецпредприятий, а также химических и иных производств и может быть использована в инженерных сооружениях и захоронениях в поверхностных или подземных могильниках.
Анализ уровня техники в указанной области показал, что известно устройство контейнера, используемого для консервации РАО, содержащего корпус, образованный боковыми стенками и днищем, снабженный крышкой, выполненной со штуцером подачи отверждающего материала во внутрь корпуса и выполненной с возможностью взаимоукладывания выступа, смонтированного на днище корпуса, на крышку при транспортировании (Патент на изобретение Японии №4-58599 В4, МПК: G21F 9/36, публ. РЖ ИСМ №06 за 1994 г.)
Невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым устройством, обуславливается тем, что контейнер аналога конструктивно усложнен за счет наличия в нем и экранирующего контейнера и дополнительной емкости, что приводит к необходимости консервации полости контейнера с РАО в два этапа, что удлиняет процесс отверждения. Кроме того, заполнение производится сверху, что сказывается на появлении несплошностей в отвердителе, приводящих к снижению качества отверждения и ухудшению радиоактивной защиты контейнера. При транспортировании имеющийся выступ на днище недостаточно устойчив и не является демпфером, что также снижает возможность обеспечения безопасности при случайном ударе контейнера.
Известен контейнер, описанный в способе изготовления контейнера для транспортировки и/или хранения ОЯТ, содержащий корпус образованный боковыми стенками и днищем, снабженный такелажными узлами и крышкой, штуцерами подачи отверждающего материала во внутрь корпуса, выполненных в виде подающих трубопроводов (Патент на изобретение РФ №2088984, МПК: G21F 5/008, публ. Бюл. №24 от 27.08.97 г.).
Невозможность достижения технического результата, достигаемого заявленным устройством обуславливается тем, что контейнер аналога конструктивно усложнен, так как выполнен с множеством подающих трубопроводов подачи отверждающего материала с целью обеспечения его равномерной укладки, а также требует дополнительных денежных и эксплуатационных затрат на необходимость переворачивания его вверх дном при закачке отверждающего материала для исключения несплошностей, что приводит к его достаточно высокой цене.
Известно контейнерное устройство для хранения опасного материала, содержащее корпус, образованный боковыми стенками и днищем, снабженный такелажными узлами и крышкой, сопрягаемой с верхней торцевой поверхностью стенки корпуса посредством крепежных элементов, и снабженной штуцером подачи отверждающего материала во внутрь корпуса с установленным в нем подающим трубопроводом, смонтированным вдоль вертикальной образующей боковой стенки корпуса, наружный конец которого установлен в штуцере, а нижний конец расположен вблизи днища камеры корпуса (Патент на изобретение РФ №2383071 С2, МПК: G21F 5/005, публ. Бюл. №6 от 27.02.1010 г.).
Невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым устройством, обуславливается тем, что конструкция аналога выполнена в виде субконтейнера, благодаря чему хотя и была повышена радиационная защита, однако, это вызвало и необходимость наличия для каждого корпуса множества подающих трубопроводов из-за целесообразности равномерного введения отвердителя в полость контейнеров а также наличия нескольких опорных деталей. Таким образом, указанный контейнер выполнен достаточно конструктивно сложным, что увеличивает его стоимость. Кроме того, указанный контейнер не приспособлен для его транспортирования или штабелирования, что согласно нормативам, принятым в атомной энергетике, является необходимым особым условием эксплуатации контейнеров с радиоактивным материалом при их хранении.
Из известных устройств наиболее близким к заявляемому является контейнер для захоронения радиоактивных отходов, содержащий корпус, образованный боковыми стенками и днищем, снабженный такелажными узлами и крышкой, сопрягаемой с верхней торцевой поверхностью стенки корпуса посредством крепежных элементов, включающих болты и гайки, концентрично расположенных на крышке с возможностью прохождения болтов через посадочные отверстия, выполненные в выборке крышки, концентрично расположенной относительно ее центра, и снабженной штуцером подачи отверждающего материала во внутрь корпуса (Патент на полезную модель РФ №87036, МПК: G21F 9/30, публ. 20.09.2009 г.).
Невозможность достижения технического результата, достигаемого заявленным устройством обуславливается тем, что отверждающая масса поступает в контейнер через штуцер сверху и, следовательно, не исключается защемление воздуха в нижней части корпуса, где находятся РАО, и в связи с этим образование пустот, что приведет в дальнейшем к недостаточной эксплуатационной надежности контейнера.
Кроме того, в конструкции контейнера прототипа не предусмотрена возможность его подстраховки при транспортировании в пакетах путем укладки контейнеров друг на друга и возможном падении, что также приведет к низкой эксплуатационной надежности.
И, наконец, при упомянутом падении возможен разлом крепежных элементов, что также скажется на недостаточности эксплуатационной надежности.
В совокупности указанных недостатков конструкции прототипа низкая эксплуатационная надежность приведет к несоответствию требований нормативов, предъявляемых к защите от радиационной безопасности, и, следовательно, к защите экологической среды.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является повышение экологической безопасности контейнера при его хранении и/или транспортировке.
При решении указанной задачи был достигнут технический результат, заключающийся в повышении радиационной защиты контейнера, путем разработки конструкции, позволяющей исключить наличие несплошностей в отверждающем материале за счет подачи его снизу, равномерно распределяя по всему объему контейнера, а также ввести в конструкцию страховочные элементы, предотвращающие попадание радиации в окружающую среду при возможном падении контейнера в процессе укладывания на хранение и/или транспортировке контейнера.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что контейнер для захоронения и/или транспортирования радиоактивных отходов, содержит корпус, образованный боковыми стенками и днищем, снабженный такелажными узлами и крышкой, сопрягаемой с верхней торцевой поверхностью стенки корпуса посредством крепежных элементов, включающих болты и гайки, концентрично расположенных на крышке с возможностью прохождения болтов через посадочные отверстия, выполненные в выборке крышки, концентрично расположенной относительно ее центра, и снабженной штуцером подачи отверждающего материала во внутрь корпуса.
Новым в конструкции контейнера является то, что контейнер снабжен подающим трубопроводом отверждающего материала, наружный конец которого выполнен в виде штуцера, а нижний конец расположен внутри корпуса с возможностью его взаимодействия с коллектором, выполненным в виде системы перфорированных труб, равномерно расположенных по внутренней поверхности днища контейнера, болты выполнены замоноличенными в верхнюю торцевую поверхность стенки корпуса, а выборка выполнена в виде периферийной полосы крышки, снабженной ребрами жесткости, расположенными с возможностью взаимоукладывания на них серединной части соответствующих демпфирующих элементов, смонтированных на наружной поверхности днища контейнера, при транспортировании.
Кроме того, что корпус может быть выполнен в виде восьмигранной призмы с чередующимися узкими и широкими гранями, такелажные узлы могут быть выполнены каждый в виде проушин, расположенных на узких гранях корпуса и на крышке.
Ребра жесткости могут быть симметрично расположены по периметру выборки крышки, на передней части которой может быть смонтирован штуцер с наружным концом подающего трубопровода, а контейнер может быть снабжен патрубком для установки датчика уровня и приспособлением для истечения воздуха.
Стенки контейнера могут быть жестко соединены с уголками, верхняя торцевая поверхность корпуса может быть выполнена в виде трубы прямоугольного сечения с отверстиями в верхней части, а возможность замоноличивания болтов в нее осуществляется путем прохождения болтов через отверстия и герметичной приварки их к нижней части трубы.
Болты могут быть выполнены в виде штырей с нарезкой, стенки корпуса могут быть выполнены из бетона или железобетона.
Система перфорированных труб может быть выполнена в виде центральной трубы, соединенной с нижним концом подающего трубопровода, и выполненной, по меньшей мере, с двумя боковыми трубами, расположенными перпендикулярно к ней и параллельно друг другу.
Высота ребер жесткости может быть равна или несколько больше высоты боковой стенки крышки.
Устройство контейнера представлено на чертежах, где изображено на:
Фиг.1 - общий вид устройства;
Фиг.2 - поперечный вид устройства;
Фиг.3 - вид устройства сверху;
Фиг.4 - разрез А-А на Фиг.1;
Фиг.5 - разрез В-В на Фиг.1 в увеличенном масштабе;
Фиг.6 - разрез С-С на Фиг.1 по трубе подачи отвердителя в увеличенном масштабе;
Фиг.7 - вид устройства снизу.
Контейнер для хранения и/или транспортирования радиоактивных отходов содержит корпус 1 (Фиг.1), образованный боковыми стенками, выполненными в виде внешней оболочки 2 с образованием между ними внутренней полости 3 и днищем 4. Корпус может быть выполнен в виде, например, восьмигранной призмы с чередующимися узкими и широкими боковыми гранями. Оболочки могут быть выполнены, например, металлическими, либо стенки корпуса могут быть выполнены бетонными, железобетонными и т.д. Внутри полости располагаются уголки 5 (Фиг.2 и 4) вдоль длины стенок, жестко приваренные к ним и предназначенные для придания конструкции жесткости и прочности, особенно при установке контейнера в штабель и транспортировании. Сверху контейнер закрыт съемной крышкой 6, выполненной по форме корпуса, герметично соединяемой с ним и сопрягаемой своей нижней плоской поверхностью 7 (Фиг.2) с плоской верхней торцевой поверхностью 8 корпуса, выполненной предпочтительно в виде ломаной по форме корпуса трубы прямоугольного сечения, посредством крепежных элементов 9 (Фиг.3). Труба 8 прямоугольного сечения выполнена с отверстиями в верхней части, а возможность замоноличивания крепежных элементов 9 в нее осуществляется путем прохождения их через указанные отверстия и герметичной приварки их к нижней части трубы.
В случае выполнения стенок бетонными или железобетонными трубы 8 отсутствуют, а крышка соприкасается непосредственно с верхней торцевой поверхностью бетонной стенки, в которую замоноличиваются болты. Крышка выполнена с выборкой 10, концентрично расположенной относительно центра крышки, через который проходит ось 11 крышки, совпадающей с вертикальной осью корпуса. Выборка выполнена в виде периферийной полосы крышки, на которой расположены посадочные отверстия 12 под крепежные элементы 9, включающие болты 13, выполненные в виде штырей с нарезкой, герметично укрепленных в верхней торцевой поверхности 8 стенки корпуса путем их замоноличивания в нее сваркой, и симметрично а также концентрично расположенных вдоль ее периметра и относительно центра крышки, а также гаек 14, ответно располагаемых на штырях. Выборка крышки 10 выполнена с ребрами жесткости 15, симметрично расположенными соответственно на боковых 16 (Фиг.3), угловых 17, задней 18 и передней частях выборки 10 крышки, для установки контейнеров друг на друга при транспортировании. На передней части крышки расположен, выполненный в виде штуцера подачи отверждающего материала во внутрь корпуса, наружный конец 19 (Фиг.6) подающего трубопровода 20, проходящего в полости 3 вдоль вертикальной образующей стенки корпуса с возможностью его взаимодействия нижним концом 21 (Фиг.4) через, например, переходной фитинг (на чертеже не показан), с коллектором 22 выполненным в виде системы перфорированных труб 23, равномерно расположенных по внутренней поверхности днища 24 и смонтированных друг относительно друга из условия равномерного заполнения внутреннего пространства контейнера отверждающим материалом. Например, заявляемая система перфорированных труб 23 выполнена в виде центральной перфорированной трубы, соединенной с нижним концом подающего трубопровода, и выполненной, по меньшей мере, с двумя боковыми перфорированными трубами, расположенными перпендикулярно к ней и параллельно друг другу. Каждое отверстие 25 боковых труб и центральной трубы закрывается сеткой (на чертеже не показана), и фиксируется прижимом 26.
На узких гранях корпуса располагаются такелажные узлы 27, выполненные каждый в виде проушин, используемых для транспортирования контейнера.
На нижней поверхности днища корпуса выполнены опорные демпфирующие устройства в виде выступов 28 прямоугольного сечения, расположенных по периферийному контуру днища корпуса, примыкающих к соответствующим боковым граням корпуса и предназначенные для гашения удара при неожиданном падении контейнера. Высота «h» ребер 15 (Фиг.6) должна быть равна или несколько больше. высоты «а» боковой стенки 29 (Фиг.5) крышки 6. Расстояние между ребрами 15 «S» (Фиг.3) соответствует расстоянию «L» (Фиг.1) между серединами соответствующих выступов 28, укладываемых своими серединами на соответствующие ребра на боковых 16, угловых 17 и передней частях крышки при транспортировании контейнеров или их штабелировании. Выступы выполнены из, например, энергоемкого металла с проемами между ними для обслуживания контейнера вилочным погрузчиком.
На боковой стенке контейнера смонтирован карман 30 для документов.
На боковой стенке 29 крышки контейнера смонтировано приспособление для истечения воздуха из контейнера в процессе заполнения внутренней камеры контейнера отверждающим материалом, выполненное в виде отверстия с заглушкой 31.
В контейнере предусмотрена установка патрубка 32, в который устанавливается датчик уровня, сигнализирующий об окончании заполнения внутренней полости контейнера.
В нижней части корпуса установлены трубы 33 (Фиг.2), выполненные аналогично трубе 8, прикрепленной к днищу контейнера стяжками 34, и смонтированные из уголков и придающие жесткость днищу контейнера.
Монтаж контейнера производится следующим образом.
Контейнер собирается в заводских условиях.
Устанавливают корпус 1 контейнера с толщиной металлических стенок 5 мм и днищем толщиной 8 мм при снятой крышке 6 на демпфирующие элементы 28, приваренные к нему. Устанавливается через штуцер в контейнер подающая труба концом 19, нижний конец 21 которой соединяется фитингом с центральной трубой коллектора 22, к которой предварительно были присоединены боковые перфорированные трубы. Приваривают уголки 5, ломаную из приваренных друг к другу частей трубу 8 в случае использования металлических боковых стенок. Грузоподъемным механизмом устанавливают крышку 6 на корпус 1. Установка осуществляется таким образом, чтобы болты 13 прошли сквозь посадочные отверстия 12 концентрической выборки 10, а наружный конец 19 подающего трубопровода 20 попал во штуцер на крышке, закрываемый заглушкой, надевают на болты 13 соответствующие шайбы и навинчивают на них гайки 14. Для подстраховки соединение корпуса с крышкой возможно производить за счет болтового соединения с установкой между ними дополнительно герметизирующей прокладки (на чертеже не показана). Подъемно-транспортные операции осуществляются с помощью вилочных погрузчиков или иным грузоподъемным механизмом. Грузоподъемным механизмом захватывают собранный контейнер за проушины такелажных узлов 27, установленных на скошенных гранях, и транспортируют готовый контейнер к месту заполнения его РАО. Такелажные узлы установлены также и на крышке.
Работа устройства заключается в следующем.
Грузоподъемным механизмом снимают крышку, заполняют полость контейнера отверждаемыми радиоактивными отходами и вновь устанавливают крышку на корпус как описано выше.
Подводят рукава распределительного устройства к штуцеру, заливают отверждающий материал с высокопроникающим цементом, например, самоотверждающийся бетон, который, проходя по трубопроводу 20, попадает в перфорированные трубы 23 а из них через отверстия 25 во внутреннюю камеру контейнера, равномерно растекаясь сначала по дну камеры, а затем поднимаясь вверх, самоуплотняясь и исключая появление воздушных пустот. Лишний воздух стравливается через отверстие с заглушкой 31. При этом производят периодический контроль уровня поднимающейся массы посредством датчика уровня 32, который сигнализирует также и об окончании заполнения внутреннего пространства контейнера. После окончания заполнения наружный конец подающего трубопровода закрывают заглушкой.
При необходимости транспортирования указанных контейнеров на место захоронения или для их штабелирования при хранении на указанном месте выступы 28 каждого укладываемого сверху контейнера, устанавливаемого посредством грузоподъемного механизма (на чертеже не указан) на нижний контейнер, подгоняют на соответствующее положение путем взаимоукладывания выступов и ребер. Осуществляется это таким образом, чтобы выступы 28 своей срединной частью устанавливались каждый на соответствующее ребро жесткости 15 периферической выборки 10. При этом при равенстве высот «h» и «а» выступ своей отдаленной от края стенки частью ляжет и на верхнюю поверхность крышки для подстраховки положения.
Возможность осуществления заявляемого контейнера подтверждается использованием известных средств и недефицитных материалов, в том числе представленных на уровне функционального обобщения, используемых в области ядерной техники, и с достижением технического результата, заключающегося в повышении радиоактивной безопасности контейнера путем устранения воздушных пустот, являющихся зонами низкой плотности, пропускающих излучение, за счет введения конструкций в контейнер, позволяющих нагнетать отверждающий материал равномерно снизу, а также путем создания особых условий использования контейнера с РАО согласно нормативным требованиям безопасности, предъявляемым в атомной энергетике, путем безопасной кладки контейнеров друг на друга за счет взаимоукладывания демпфирующих выступов днища и ребер крышки, а также замоноличивания болтов и их расположения, исключающих их поломки при падении контейнеров в процессе транспортирования и/или штабелирования при хранении.