ЧЕХОЛ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРОВ ВВЭР-1000
CASE FOR STORAGE OF VVER-1000 REACTORS SPENT FUEL ASSEMBLIES

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для хранения дефектных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реактора ВВЭР-1000, и предназначено для использования в хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
На ФГУП «Горно-химический комбинат» эксплуатируется мокрое хранилище, где ОТВС реакторов ВВЭР- 1000 хранятся в водонаполненном бассейне. ОТВС поступают в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле, из которого в отсеке перегрузки под защитным слоем воды ОТВС перегружаются в чехлы хранилища штатными штангами с захватами, зацепляющими ОТВС за их головки.
Известен чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реакторов типа ВВЭР-1000, выполненный из нержавеющей стали и содержащий центральную трубу, квадратные дистанционирующие решетки с двадцатью отверстиями для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, оси труб расположены симметрично относительно центральной оси чехла в точках с определенными значениями полярных координат.
Отверстия в дистанционирующих решетках и трубы, устанавливаемые в них, выполнены круглыми, а в верхней части круглых труб установлены три ребра, образующие незамкнутый шестигранник. По периферии квадратного сечения известный чехол обрамлен ребрами жесткости, расположенными симметрично относительно центральной оси чехла (см. патент РФ №2331943, Кл. G21C 19/06, G21F 5/00).
При хранении ОТВС в трубах известного чехла за счет остаточного тепловыделения ОТВС возникает циркуляция воды в трубах. Подогретая в трубах известного чехла вода поднимается вверх по ним, а снизу в трубы поступает вода с меньшей температурой из бассейна.
Опыт эксплуатации показал, что есть случаи поступления в транспортных чехлах ОТВС с отклонением их головок от вертикальной оси ОТВС с деформацией направляющих каналов, соединяющих головку с тепловыделяющей частью ОТВС, в результате чего ОТВС не может быть зацеплена штатными штангами.
Кроме того, проведенный анализ безопасности также показал, что при перегрузке ОТВС существует вероятность ее падения на дно бассейна и, как следствие, возможные деформации ОТВС и ее головки, а также потеря герметичности топливных трубок.
Поскольку деформации направляющих каналов головки и самой ОТВС при падении в процессе длительного хранения могут привести к потере герметичности циркониевых оболочек твэлов, ОТВС с деформированными направляющими каналами, соединяющими головку с тепловыделяющей частью ОТВС, или после их падения (далее по тексту - дефектные ОТВС), не могут быть помещены в известный чехол, так как в случае негерметичности циркониевых трубок с топливными таблетками циркуляция охлаждающей воды приведет к загрязнению радионуклидами воды в бассейне хранилища.
Наиболее близким устройством по совокупности признаков является чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реакторов ВВЭР-1000 (см. патент №2477899, G21C 19/06), предназначенный для хранения дефектных ОТВС. Известный чехол выполнен из нержавеющей стали и включает в себя основание с присоединенной к нему центральной трубой, квадратные дистанционирующие решетки с отверстиями для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, оси которых расположены симметрично относительно центральной оси чехла. Трубы снабжены в нижней части герметично присоединенными днищами, а в верхней части фланцами. На трубы посредством байонетного соединения установлены крышки с внутренними кольцами, уплотнительные поверхности которых поджимаются байонетным соединением к фланцам труб, а крышки снабжены головками, в верхней части которых установлены металлокерамические фильтры. Внешний контур головок крышек соответствует внешнему контуру головок ОТВС.
7
Известный чехол используется для хранения дефектных ОТВС следующим образом. ОТВС устанавливается в трубу чехла в зависимости от дефекта ее головки штатной штангой или устройствами для подъема и перемещения дефектных ОТВС (см. патенты №№2418320 и 2528398, МПК G21C 19/32). Далее штатной штангой зацепляется крышка и устанавливается на трубу и, при последующем повороте штанги, байонетным соединением уплотнительные поверхности крышки поджимаются к фланцу трубы.
После установки крышек на трубы и их поджатая байонетным соединением прекращается циркуляция воды через трубы, а остаточное тепловыделение ОТВС поглощается водой бассейна за счет теплопередачи через стенки трубы. Возникающие в результате радиолиза воды газы отводятся из герметичного объема трубы через металлокерамический фильтр.
Известный чехол принят заявителем в качестве прототипа.
ОТВС, в связи с предстоящим выводом из эксплуатации мокрого хранилища, должны перегружаться в пеналы в камере комплектации пеналов (ККП) сухого хранилища. При этом дефектные ОТВС из известного чехла также должны передаваться в ККП, в которой проводится осушка ОТВС и их дистанционная загрузка манипуляторами в пеналы хранения. Захваты манипуляторов аналогичны по конструкции захватам штатных штанг мокрого хранилища, предназначенных для работы с ОТВС, не имеющими дефектов в их головках, за которые зацепляются ОТВС.
К недостаткам известного чехла относится то, что дефектные ОТВС из него не могут быть переданы в ККП и загружены в пеналы хранения вследствие невозможности их зацепления штатными захватами ККП.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в создании возможности загрузки дефектных ОТВС в пенал сухого хранилища.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном чехле, содержащем основание, центральную трубу, дистанционирующие решетки с отверстиями для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки и у которых к верхним торцам труб присоединены фланцы, крышки, установленные на трубы посредством байонетного соединения с внутренними кольцами, уплотнительные поверхности которых поджимаются байонетным соединением к фланцам труб, и снабженные головками, внешний контур которых соответствует внешнему контуру головок ОТВС и в верхней части которых установлены металлокерамические фильтры,
трубы выполнены с возможностью их извлечения вместе с установленной в ней дефектной ОТВС из чехла за головки крышек и постановки в пенал хранения. Верхняя поверхность днища выполнена с уклоном к центральной оси и снабжена расточкой, в которую заподлицо установлена сетка, под которой в днище выполнены отверстия. Нижняя поверхность днища выполнена с возможностью плотного прилегания к основанию чехла.
В частном случае сетка зафиксирована в расточке радиальными пластинами, описанный диаметр которых превышает наружный диаметр хвостовика ОТВС.
Выполнение труб с возможностью их извлечения вместе с установленной в ней дефектной ОТВС из чехла за головки крышек и постановки в пенал хранения позволяет осуществить транспортирование трубы с ОТВС в мокром хранилище штангами, а в ККП - манипуляторами и, тем самым, создать возможность загрузки ОТВС, размещенных в трубах, в пенал хранения.
Выполнение верхней поверхности днища с уклоном к центральной оси и снабжение ее расточкой, в которую заподлицо установлена сетка, и выполнение в днище под сеткой отверстий позволяет осуществить полное опорожнение трубы от воды при извлечении ее из бассейна перед передачей трубы с дефектной ОТВС в ККП.
Кроме того, выполнение верхней поверхности днища с возможностью полного опорожнения трубы позволяет сократить количество воды, превращаемой в пар при дальнейшей осушке ОТВС в ККП и, тем самым, сократить продолжительность осушки.
Выполнение нижней поверхности днища с возможностью плотного прилегания к основанию предлагаемого чехла позволяет при хранении в нем дефектных ОТВС в бассейне мокрого хранилища практически исключить тепловую циркуляцию воды в трубах, а остаточное тепловыделение ОТВС отводить в бассейн за счет теплопередачи через стенки трубы от воды в трубе к воде бассейна и, тем самым, обеспечить безопасное хранение в бассейне дефектных ОТВС до их передачи в сухое хранилище.
Фиксирование сетки в расточке радиальными пластинами, описанный диаметр которых превышает наружный диаметр хвостовика ОТВС, позволяет не только зафиксировать сетку в расточке, но и при установке ОТВС в трубу опереть торец хвостовика ОТВС на радиальные пластины, создавая зазоры, образующиеся между пластинами, верхней поверхностью днища и торцом хвостовика ОТВС и, тем самым, способствовать ускоренному стеканию воды из трубы.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - предлагаемый чехол в разрезе;
на фиг. 2 - выносной элемент В на фиг. 1;
на фиг. 3 - труба с дефектной ОТВС, размещенная в пенале хранения.
Предлагаемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 содержит (см. фиг. 1 и 2) центральную трубу 1, присоединенные к центральной трубе 1 дистанционирующие решетки 2 с отверстиями, в которых установлены трубы 3. К центральной трубе 1 также присоединено основание 4 с плитой 5. К нижнему торцу труб 3 на сварке присоединены днища 6, а к верхнему - фланцы 7. На трубы 3 устанавливаются крышки 8, фиксируемые байонетным соединением 9. Крышки 8 снабжены внутренними кольцами 10, прижимаемыми байонетным соединением 9 к фланцам 7.
Крышки 8 снабжены головками 11, повторяющими внешний контур головок 12 ОТВС 13. В верхней части головок 11 установлены металлокерамические фильтры 14.
Верхняя поверхность 15 днища 6 (см. фиг. 2) выполнена с уклоном к центральной оси и снабжена расточкой 16, в которую заподлицо установлена сетка 17, а под сеткой 17 в днище 6 выполнены отверстия 18. Сетка 17 зафиксирована в расточке 16 радиальными пластинами 19, описанный диаметр которых превышает наружный диаметр хвостовика 20 дефектной ОТВС 13, в результате чего образуются зазоры 21 между радиальными пластинами 19, верхней поверхностью 15 днища 6 и торцом хвостовика 20.
Нижняя поверхность 22 днища 6 выполнена с возможностью плотного прилегания к плите 5 основания 4.
Трубы 3 установлены в решетках 2 с возможностью их извлечения из предлагаемого чехла вместе с загруженными в них ОТВС 13 и их размещения (см. фиг. 3) в специальном 3-местном пенале 23 сухого хранилища.
Заявляемый чехол для размещения и хранения дефектных ОТВС реактора ВВЭР-1000 используется следующим образом.
Дефектные ОТВС 13 известными устройствами для подъема и перемещения дефектных ОТВС (на чертежах не показаны) устанавливаются в трубы 3 предлагаемого чехла. Далее штангой (на чертеже не показана) зацепляется крышка 8 и устанавливается на трубу 3 и, при последующем повороте штанги, байонетным соединением 9 внутреннее кольцо 10 крышки 9 поджимается к фланцу 7 трубы 3. После установки крышек 8 на трубы 3 вследствие плотного прилегания нижней поверхности 22 днища 6 к плите 5 основания 4, при хранении дефектных ОТВС 13 в мокром хранилище в предлагаемом чехле практически исключается циркуляция воды через трубы 3, а остаточное тепловыделение дефектной ОТВС 13 отводится в воду бассейна за счет теплопередачи через стенки трубы 3. Возникающие в результате радиолиза воды газы отводятся из герметичного объема трубы 3 через металлокерамический фильтр 14.
При выводе из эксплуатации мокрого хранилища труба 3, выполненная с возможностью извлечения из предлагаемого чехла вместе с установленной в ней дефектной ОТВС 13, зацепляется штангой за головку 11 крышки 8 и загружается в наклонный подъемник (на чертежах не показан), по которому осуществляется передача ОТВС из мокрого хранилища в ККП. После поднятия наклонным подъемником трубы 3 с дефектной ОТВС 13 выше уровня воды в бассейне вода из трубы 3 по зазорам 21 стекает по верхней поверхности 15 днища 6 через сетку 17 и выполненные под ней в днище 6 отверстия 18. В результате осуществляется полное опорожнение трубы 3 от воды, после чего труба 3 с дефектной ОТВС 13 поступает в ККП. В ККП захватами манипуляторов с трубы 3 снимается крышка 8, и за счет остаточного тепловыделения дефектной ОТВС 13 осуществляется осушка влажных поверхностей трубы 3 и дефектной ОТВС 13. Далее на трубу 3 вновь устанавливается крышка 8 и дефектная ОТВС 13 в трубе 3 загружается в специальный пенал 23. После полной загрузки пенала дефектными ОТВС, размещенными в трубах 3, с труб 3 снимаются крышки 8, и далее по установленной технологии осуществляется герметизация пенала 23 и его размещение в гнезде сухого хранилища.