Двухцелевой транспортный упаковочный комплект для технологического обращения и транспортирования по дорогам общего пользования изделий активной зоны реактора
DUAL-PURPOSE TRANSPORT PACKAGING FOR TECHNOLOGICAL HANDLING AND TRANSPORTATION ON PUBLIC ROADS OF REACTOR CORE PRODUCTS

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к радиационно-защитным контейнерам, предназначенным как для технологического обращения (транспортирование и хранение на площадке объекта) с изделиями активной зоны реакторов на быстрых нейтронах (БР), такими как СТВС (свежая тепловыделяющие сборки), ОТВС (облученная тепловыделяющая сборка), ПИН (пусковой источник нейтронов), отработавшие БО (блоки отражателя) и БЗ (блоки защиты) на площадке энергетического комплекса с замкнутым ядерным топливным циклом (ЗЯТЦ), так и для транспортирования их по дорогам общего пользования, включая временное (транзитное) хранение при транспортировании.
Известен контейнер, предназначенный для транспортирования и временного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС) в виде отработавших тепловыделяющих сборок (RU 2453006), металлический корпус, включающий днище, опору, концентрично закрепленные на днище цилиндрические обечайки с образованием полости, герметичное перекрытие упомянутой полости и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде двух крышек, установленных одна над другой на общем основании, нейтронную защиту, установленную на наружных поверхностях внутренней крышки, днища и цилиндрической обечайке, элементы с высокой теплопроводностью, пропущенные через слой нейтронной защиты, расположенной на цилиндрической обечайке. Полость между цилиндрическими обечайками заполнена вставкой из металла высокой плотности и теплопроводности. В качестве элементов с высокой теплопроводностью использованы ребра V-образной формы, расположенные вдоль корпуса на длине, соответствующей длине внутренней полости контейнера. Стенки ребер перфорированы пазами, расположенными в продольных рядах со смещением паза одного ряда по отношению к пазу другого ряда. Ребра выступают за поверхность нейтронной защиты и скреплены между собой обечайкой. На опоре и на наружной крышке установлены демпферы. Его недостатками являются ограничения по допустимой температуре материала нейтронной защиты.
Известен контейнер для длительного хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива (RU 2465662), содержащий корпус с установленными с радиальным зазором внутренний и наружный стаканы с днищами. Кольцевая полость между стаканами заполнена заливочной композицией. Через заливочную композицию пропущены элементы с высокой теплопроводностью. Внутренний стакан и его днище выполнены за одно целое из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Контейнер включает герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на оголовке внутреннего стакана. Оголовок внутреннего стакана и наружный стакан скреплены с помощью резьбовых соединений. Его недостатками является сложность обеспечения прилегания крупногабаритных элементов слоенного корпуса.
Известен чехол транспортных упаковочных комплектов, используемый в составе двухцелевого транспортного упаковочного комплекта (далее, также, ТУК) для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок (RU 2707504, выбран в качестве прототипа). Чехол ТУК для ОТВС содержит основание, закрепленную на основании центральную стойку, расположенные на стойке по высоте перфорированные стальные диски и перфорированные, выполненные из отдельных сегментов алюминиевые диски переменной толщины, а также трубы, установленные через перфорацию дисков. Перфорация стальных и алюминиевых дисков совпадает в осевом направлении. Между стальными перфорированными дисками расположено не менее двух алюминиевых дисков. Стыки сегментов каждого последующего алюминиевого диска смещены относительно стыков сегментов предыдущего алюминиевого диска. Перфорация сегментов одного диска смещена на угол смещения стыков сегментов другого диска, утолщения выполнены по внешнему периметру сегментов диска. Диски прилегают друг к другу утолщениями. Чехол дополнительно снабжен стяжками. По внешнему периметру дисков выполнены отверстия. Его недостатками являются невозможность передачи остаточного тепловыделения из центральной, по высоте, части чехла к периферийным поверхностям корпуса.
Технической задачей изобретения является создание транспортного упаковочного комплекта с конструкцией чехла, обеспечивающей перераспределение тепла во внутреннем объеме контейнера от наиболее разогретой центральной части ТУК.
Техническим результатом является повышение эффективности теплообмена от ОТВС БР с короткой активной частью к корпусу контейнера.
Двухцелевой транспортный упаковочный комплект (далее - ТУК) имеет следующие важные характеристики:
- конструкция корпуса контейнера, чехла и внешней съемной дополнительной защиты обеспечивают совокупные параметры радиационной защиты контейнера с ОТВС с уран-плутониевым, в том числе плотным, топливом с «малым» (не более года) временем выдержки до загрузки в ТУК;
- конструкция чехла обеспечивает требуемый отвод не менее 60 кВт суммарного остаточного тепловыделения от загруженного ОЯТ (отработавшего ядерного топлива) за счет конструктивных решений с применение материалов с высокой теплопроводностью.
Технический результат достигается в двухцелевом транспортном упаковочном комплекте (ТУК), содержащем металлический корпус с ребрами на внешней поверхности, с днищем с демпфером, с крышками, в полости корпуса установлен чехол, включающий опорную и дистанцирующие плиты, центральную трубу и каналы для тепловыделяющих сборок, а также, выполненные из сплава меди центральную втулку, верхний и нижний стаканы, верхний и нижний стаканы разделены стальными дисками. ТУК включает внешнюю радиационную защиту, расположенную на внешней боковой поверхности корпуса, состоящую из двух полуколец, установленных в пазах корпуса, верхнего и нижнего, скрепленных между собой полосами, между полосами располагаются два ряда гнутых листов, из борированного полиэтилена.
Изобретение поясняется чертежами:
фиг. 1 - ТУК в сборе;
фиг. 2 - чехол.
В состав ТУК входят следующие элементы:
- корпус с системой крышек, обеспечивающий биологическую защиту персонала, населения и окружающей среды от проникающих ионизирующих излучений радиоактивного содержимого, удержание газообразных и аэрозольных радиоактивных материалов от выхода за пределы ТУК, рассеивание в окружающую среду тепла от радиоактивного содержимого;
- чехол, размещаемый внутри ТУК и обеспечивающий упорядоченное расположение содержимого с делящимися материалами, ядерную безопасность обращения с ТУК и отвод тепла от радиоактивного содержимого к корпусу ТУК;
- демпфер, устанавливаемый на внешней поверхности ТУК при выполнении технологических операций для обеспечения снижения внешних воздействий на ТУК и его ядерное делящееся и радиоактивное содержимое, характерных для исходных аварийных событий на площадке ОДЭК;
- транспортные демпферы, устанавливаемые на внешней поверхности ТУК при транспортировании по дорогам общего пользования, обеспечивающие в условиях нормативных аварий снижение ударных нагрузок на упаковку до допустимых значений.
ТУК включает металлический корпус 1 с ребрами 2 на внешней поверхности. Корпус 1 выполнен сварным из трех деталей: днище 8, обечайка, горловина из стали (например, 09Н2МФБА или 09Г2СА-А). В верхней части корпуса 1 установлены две грузовые цапфы 3, обеспечивающие возможность проведения транспортно-технологических операций с применением траверс. В нижней части корпуса 1 имеется пара опорных цапф 4 для кантования и крепления ТУК на транспортере. Любая пара цапф обеспечивает надежное удержание загруженного ТУК.
Наружная поверхность корпуса 1 имеет 160 продольных ребер 2 на внешней поверхности, обеспечивающих интенсификацию теплоотвода от корпуса 1.
Герметизация корпуса 1 осуществляется с помощью системы двух крышек (наружной 5 и промежуточной 7) из стали (например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т или из сталей 09Н2МФБА (09Г2СА-А) с плакированием поверхности зеркала герметизации). Крышки 5, 7 притягиваются к корпусу 1 шпильками и гайками (или болтами). Герметизация крышек 5, 7 выполняется двумя уплотнительными кольцами, расположенными в двух кольцевых канавках, выполненных на нижней поверхности фланца крышек 5, 7. В защитной крышке 6 имеется двадцать одно отверстие с пробками для упорядоченной установки изделий активной зоны, в том числе ОТВС. Пробки так же имеют систему уплотнения. На верхней поверхности пробок имеются гнезда для зацепления с захватом объектовой загрузочной машины (РЗМ). На верхней плоскости защитной крышки 6 расположены четыре штуцера от быстроразъемного соединения системы вакуумирования и заполнения инертной средой с встроенными обратными клапанами и герметизирующей заглушкой и резьбовые отверстия для установки такелажных элементов.
Днище 8 снабжено демпфером 24, установленным снизу днища 8, предназначенным для обеспечения снижения ударных нагрузок при падении на днище. Транспортные демпферы (не показаны) устанавливаются на крышку наружную 5 и днище 8 после установки ТУК на транспортную раму. Транспортные демпферы представляют собой емкость с внутренней и наружной обечайкой, с прорезью под цапфы, стоящей на опоре транспортной рамы. Емкость заполняется демпфирующим материалом. Внутренняя полость транспортного демпфера разделена ребрами на секции.
В полости корпуса 1 установлен чехол (фиг. 2), включающий опорную 9 и дистанцирующие 10 плиты с верхним и нижним кольцами защиты 19, 20, центральную трубу 11 и каналы 12 для тепловыделяющих сборок (ТВС). Чехол состоит из двадцати одного канала 12 для ТВС, выполненных из стальных труб (например, из сталей 15ХМ или 12Х18Н10Т).
Система теплоотвода чехла выполнена из материала с высокой теплопроводностью и состоит из центральной втулки 13, верхнего 14 и нижнего 15 стаканов, выполненных из сплавов меди (сплавы меди с другими металлами, содержащие до 10% легирующих элементов) или алюминия. Верхний и нижний стаканы 14, 15 разделены стальными дисками 26, обеспечивающими конструкционную целостность и необходимую прочность чехла. В верхнем и нижнем 15 стаканах размещены стальные кольца защиты 16 и опорные трубы 17. Опорная, дистанцирующие плиты 9, 10, опорные трубы 17, составляющие вместе с каналами 12 для ТВС и центральной трубой 11 силовую конструкцию чехла, выполнены из стали (например, 15ХМ или 12Х18Н10Т). Между составными частями элементов чехла проложены прокладки (например, из графлекса) для улучшения контактной теплопроводности. Вся конструкция чехла скреплена шпильками (например, из стали 38Н3МФА). На нижней поверхности опорной плиты 9 имеются два отверстия под штифты, установленные в днище 8 и препятствующие повороту чехла вокруг центральной оси. Крепление чехла в корпус 1 осуществляется вверху с помощью упоров.
Выбор материала центральной втулки 13, верхнего 14 и нижнего 15 стаканов определен необходимостью обеспечения эффективного и направленного перераспределения тепла во внутреннем объеме ТУК и его последующее отведение на корпус 1 ТУК. Оценка температур в элементах конструкции ТУК проводилось с использованием специализированных программных комплексов. Были использованы результаты специальных измерений тепловых параметров макетов и аналогов ТУК для опытно-демонстрационного энергетического комплекса (ОДЭК). В результате выполнения теплового расчета определены температуры элементов конструкции ТУК и загруженных в него 20 ОТВС в нормальных условиях хранения на площадке ОДЭК, в нормальных и аварийных (попадание в очаг пожара) условиях транспортирования по дорогам общего пользования. Тепловой расчет проводился в консервативной постановке, то есть все допущения принимались, и неопределенности в исходных данных и граничных условиях учитывались таким образом, что приводили к завышению полученных температур. Показано, что при любых условиях хранения на площадке ОДЭК при тепловыделении 60 кВт расчетные температуры элементов конструкции не превышают допустимые значения. ТУК способен выдержать тепловое испытание и удовлетворяет требованиям, предъявляемым к таким упаковкам.
ТУК включает внешнюю радиационную защиту, расположенную на внешней боковой поверхности корпуса 1, состоящую из двух полуколец 21 из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, установленных в пазах корпуса, верхнего 21 и нижнего 25, скрепленных между собой полосами 22, снаружи и внутри. Между полосами 22 располагаются два ряда гнутых листов 23, из борированного полиэтилена (полиэтилена и полистирола с бором, (массовое содержаний бора - 5%), с рабочим диапазоном температур до 130°С), расположенных, например, в шахматном порядке, для исключения прострела. Внешняя радиационная защита устанавливается в пазы на корпусе 1. Такое исполнение радиационной защиты, поверх ребер 2 корпуса 1, обеспечивает эффективный теплоотвод и не препятствует перераспределению тепла во внутреннем объеме контейнера от наиболее разогретой центральной части ТУК.
Результаты измерений мощностей доз излучения вокруг ТУК с загруженными ОТВС реакторной установки БРЕСТ-ОД-300. Максимальные уровни излучения от упаковки, загруженной 20 ОТВС ЦЗ РУ БРЕСТ-ОД-300 с выдержкой 10 суток после извлечения не превышают допустимых значений для нормальных условий обращения с ТУК на площадке ОДЭК - 10 мЗв/ч на поверхности. Максимальные уровни излучения от упаковки, загруженной 20 ОТВС ЦЗ РУ БРЕСТ-ОД-300 с выдержкой 2 года после извлечения из хранилища не превышают допустимых значений для нормальных условий транспортирования.
Результаты выполненного комплекса расчетных оценок подтверждают соответствие описанной конструкции ТУК для обращения на площадке ОДЭК и транспортирования ОТВС РУ БРЕСТ-ОД-300 требованиям действующих нормативных документов и показывают, что разработанная конструкция обеспечивает безопасную эксплуатацию упаковки.