СПОСОБ ДЕМОНТАЖА КЕССОНОВ ИЗ ХРАНИЛИЩА СУДОВ АТОМНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ С НЕШТАТНО РАЗМЕЩЕННЫМИ В НИХ ДЕФЕКТНЫМИ ОТВС
METHOD FOR REMOVING CAISSONS FROM STORAGE WAREHOUSE OF NUCLEAR PROCESS SERVICE VESSELS WITH DEFECTIVE SFA OFF-NORMALLY ARRANGED IN THEM

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к методам обращения с радиоактивными отходами, и может быть использовано при демонтаже кессонов с размещенными в них дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС), находящимися в хранилищах судов атомно-технологического обслуживания (АТО).
В настоящее время во временных хранилищах отработавшего ядерного топлива, размещенных, например, на плавучих технических базах и судах АТО, находится большое количество дефектных ОТВС, загруженных ранее на временное хранение не в штатные пеналы, а в объемные кессоны по причине высокой степени разрушенности этих ОТВС. К таким хранилищам относится, например, плавтехбаза «Лепсе», имеющая в баках хранилища кроме пеналов для ОТВС еще 4 объемных кессона. Эти кессоны первоначально были предназначены для хранения ионообменных фильтров или кассет со стержнями системы управления и защиты.
Для доступа ко всем кессонам в поворотной плите хранилища имеется одно специальное отверстие диаметром 520 мм, закрытое защитной пробкой. Однако из-за неприспособленности кессонов для хранения ОТВС при их загрузке невозможно было обеспечить ядерно-безопасный «шаг решетки», загрузка часто происходила с применением силового воздействия на ОТВС, что иногда приводило к повреждению топливной части ОТВС и ее подвески. Кроме того, в кессонах не исключена возможность наличия воды, а потому они относятся к категории аварийных и подлежат дальнейшей утилизации.
Однако использование штатных способов обращения с отработавшим ядерным топливом, включающих захват ОТВС, втягивание ее в перегрузочный контейнер и дальнейшее транспортирование на переработку, невозможно по причине их разрушенности. Вытягивание ОТВС с подобными дефектами из кессона может привести к их дальнейшему разрушению и неконтролируемому выделению в окружающую среду радиоактивных веществ, что отрицательно повлияет на радиационную безопасность для обслуживающего персонала и окружающей среды.
Известен способ демонтажа дефектных ОТВС, расположенных в индивидуальных пеналах с постоянным ядерно-безопасным «шагом решетки» относительно друг друга в баках хранилища плавучих технических баз (ПТБ) или судов АТО, см. статью «Плавучее хранилище «Лепсе» (журнал Атомная техника за рубежом, 1997, №3, стр.20-21). Согласно этому способу пеналы удаляют целиком с помощью дистанционно управляемых средств демонтажа. Однако этот способ предусматривает извлечение пеналов после удаления поворотной плиты, которая имеет большие габариты и массу, достигающую нескольких десятков тонн, что трудоемко и потребует значительных трудозатрат. Кроме того, после удаления поворотной плиты открывается доступ ко всем дефектным ОТВС в пеналах бака, что неизбежно приведет к выходу в окружающую среду большого количества радиоактивных веществ.
Известен также способ по патенту РФ №2154864, наиболее близкий по технической сущности к заявленному и принятый за прототип, по которому через загрузочное отверстие поворотной плиты в трубной доске вокруг приваренного пенала вырезают кольцеобразную проточку, отделяют пенал от трубной доски и захватом пенала за его верхние технологические пазы извлекают пенал вместе с дефектной ОТВС с помощью «штатного» перегрузочного контейнера. Однако этот способ можно использовать только для ОТВС, находящихся в штатных пеналах, и он характеризуется осуществлением последовательной выгрузки пеналов с дефектными ОТВС.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка надежной и экономически недорогой технологии демонтажа кессонов с дефектными ОТВС из хранилищ утилизируемых судов АТО и ПТБ, обеспечивающей ядерную безопасность вследствие невозможности образования самоподдерживающей цепной реакции (СЦР) и достаточную радиационную безопасность и их последующее длительное хранение.
Основным техническим результатом, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, является образование иммобилизационных барьеров внутри кессонов.
сжатия
Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что по предлагаемому способу в защитной пробке загрузочного кессонного отверстия в поворотной плите, установленной на баке хранилища, выполняют отверстие, через которое, поворачивая плиту и поочередно совмещая это отверстие со всеми кессонами, в полость каждого кессона заливают до верхнего уровня топливной части, выше всех расположенной в кессоне ОТВС, модифицированную эпоксиакриловую композицию МЭАК с повышенной радиационной стойкостью не менее 9000-10000 Мрад, пределом прочности σ=30 МПа и обладающую широким спектром свойств - низкой вязкостью при заполнении, а в отвержденном под действием ионизирующего излучения состоянии - низкой охрупчиваемостью и негорючестью. Эта композиция имеет следующий состав, мас.%:
эпоксидная смола 54÷57,
акриловая кислота 36÷38,
пластификатор дибутилфталат или трибутилфосфат 5÷10.
После отверждения композиции в поворотной плите соосно упомянутому загрузочному отверстию растачивают отверстие, диаметр которого больше наружного диаметра кессона, и через полученное отверстие отгибают (рихтуют) вовнутрь все выступающие за габаритный диаметр кессона подвесные части ОТВС. После этого устанавливают поверх каждого кессона технологическую крышку-опалубку, прижав ее упорным винтом к трубной доске бака, при этом крышка-опалубка содержит закладную арматуру, грузовой грибок и патрубок. Затем заливают во все кессоны через соответствующий патрубок бетон-консервант до полного заполнения их внутренних объемов и крышек-опалубок и выполняют технологическую выдержку в течение 28 суток. После омоналичивания бетона поочередно удаляют кессоны из хранилища, для чего, застропив кессон и выполнив под ним соответствующее отверстие в корпусной конструкции хранилища судна, вырезают кессон из трубной доски и днища бака, после чего перегружают его с помощью перегрузочной упаковки, выполненной в виде перевернутого стакана, имеющего в днище отверстие для прохода строповочного троса, в транспортный радиационно-защитный контейнер, который передают на длительное хранение.
В частном случае предлагаемого способа демонтаж кессонов выполняют после удаления из хранилища пеналов с ОТВС.
Благодаря использованию МЭАК в кессонах создается первый иммобилизационный барьер, характеризующийся следующими свойствами:
- надежная фиксация в кессоне топливных частей размещенных в нем дефектных ОТВС с заполнением МЭАК пустот межтвэльных пространств за счет ее низкой вязкости, обеспечивающей хорошую проникающую способность;
- исключение образование микротрещин в МЭАК при силовой правке (отгибке) подвесок дефектных ОТВС за счет снижения охрупчиваемости МЭАК в отвержденном состоянии;
- предотвращение образования самопроизвольной цепной реакции (СЦР) за счет того, что возможные остатки воды в кессоне при медленном заполнении МЭАК поднимаются вверх (из-за разницы удельных весов) и будут отверждены в составе бетона-консерванта при заливке-укладке его в кессон поверх отвержденной МЭАК.
Указанные свойства МЭАК подтверждены экспериментальными испытаниями на образцах-свидетелях (см. Персинен. Радиационно-химические превращения в эпоксидных композициях. Диссертация, д.х.н., СПбГТИ (ТУ), Л., 1990, 430 стр.), а также длительными натурными испытаниями в реальных условиях при консервации хранилищ ОЯТ плавмастерской ПМ-32 на ФГУП «СВРЦ».
За счет заливки в верхнюю часть кессона и крышку-опалубку бетона-консерванта создается второй иммобилизационный барьер, который усиливает вышеуказанные свойства.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:
Фиг.1 - поперечный разрез хранилища с расположением кессонов с дефектными ОТВС в баках судна АТО, установленного на стапельной плите;
Фиг.2 - вид А, вид сверху на баки хранилища;
Фиг.3 - выносной узел Б отдельных положений - этапов (положение 1, 2, 3) демонтажа кессонов с дефектными ОТВС из баков;
Фиг.4 - выносной узел Б отдельных положений - этапов (положение 4, 5) демонтажа кессонов с дефектными ОТВС из баков.
Хранилище ОТВС (фиг.1) судна АТО состоит из помещения обслуживания 1 хранилища, т.е. надбакового помещения, и непосредственно хранилища 2, которые заключены в прочный водонепроницаемый отсек в корпусе судна. В хранилище 2 находятся отдельные баки 3, объединенные в общую биологическую защиту 4.
1
2
Каждый бак имеет приваренную сверху трубную доску 5, в которую вварены концентричными рядами пеналы 6 в виде стаканов, содержащих ОТВС, и равномерно по периферии баков - объемные кессоны 7, в которых размещены дефектные ОТВС с расположением их подвесных частей в пространстве между поворотной плитой и трубной доской бака. Каждый объемный кессон имеет внутренние диаметры d=485 мм в верхней части и d=290 мм в нижней. Кессоны вварены в трубную доску заподлицо с ней и не снабжены технологическими пазами для захвата за них при удалении кессонов из баков, как это предусмотрено у пеналов. Внизу кессоны соединены сваркой с днищем бака 3 и имеют на торце выводную трубу 8 водяного охлаждения с выходом вне бака. Над каждым баком на определенном расстоянии от трубной доски установлена поворотная плита 9 с загрузочным кессонным отверстием, закрытым защитной пробкой 11. Вращая поворотную плиту, это отверстие можно поочередно устанавливать соосно отверстиям всех кессонов, установленных в баке. На плите также имеются загрузочные отверстия для пеналов, закрытые защитными пробками 10. Поворотные плиты снабжены поворотными наводящими устройствами, позволяющими избирательно открывать доступ как к пеналам, так и кессонам, сняв соответствующую защитную пробку.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:
3
1
В хранилище судна АТО, подлежащего утилизации и установленного на стапельной плите 12, непосредственно на доковых опорных устройствах 13 стапельных тележек 14 после поштучной выгрузки ОТВС из пеналов бака и проверки установки всех защитных пробок 10 приступают к демонтажу кессонов с дефектными ОТВС. Для этого в загрузочной пробке 11 кессона высверливают отверстие d (см. фиг.3, положение 1). Затем вращением поворотной плиты центрируют защитную пробку 11 относительно соответствующего кессона и через установленную воронку (на фиг.3 не показана) заливают МЭАК (по стрелке «а») в кессон до уровня L, соответствующего наиболее поднятой топливной части из всех ОТВС, имеющихся в кессоне. При этом процесс заливки контролируют посредством телекамеры, размещенной в свободном пространстве между поворотной плитой и трубной доской бака. Перед заливкой МЭАК производится удаление находящейся в кессоне воды через выводную трубу водяного охлаждения или с использованием специального технологического оборудования.
1
После отверждения МЭАК в кессоне типовым переносным расточным станком, установленным на поворотной плите, растачивают в ней отверстие D (по линиям резания А) вокруг защитной пробки 11 диаметром больше наружного диаметра кессона. После этого через полученное отверстие производят с помощью ручного механизированного инструмента отгибку (рихтовку) подвесок ОТВС, выступающих за габаритный диаметр кессона, вовнутрь в вертикальную зону кессона.
Затем устанавливают на верхнее отверстие кессона (сверху кессона) технологическую крышку-опалубку 12, прижимаемую к трубной доске упорным винтом 13 с упором непосредственно в ее центральный грузовой грибок 14 и в поворотную плиту. Через патрубок крышки-опалубки 12, имеющий отверстие для выхода воздуха, заполняют бетоном-консервантом верхнюю часть кессона и полностью внутренний объем крышки-опалубки 12, снабженной закладной арматурой 15, с последующей выдержкой в течение 28 суток (см. фиг.3, положение 2).
После полного отверждения бетона-консерванта с помощью установленного между стапельной плитой и днищем корпуса судна АТО технологического газорезательного оборудования (на фиг.3 не показано) вырезают под расположением кессона в баке хранилища по линиям резания С необходимую зону днищевой обшивки с набором 16 судна АТО и зону биологической защиты 17 для обеспечения доступа к вырезке кессона из днищевой части бака.
2
Затем, застропив кессон, отсоединяют упорный винт 13 и установленным на поворотной плите переносным расточным оборудованием или с помощью оборудования для обработки методом электрохимической коррозии вырезают по линиям В кессон из трубной доски, образовав в ней отверстие D (см. фиг.3, положение 3), и из днищевой части бака. При этом использование оборудования для обработки методом электрохимической коррозии наиболее благоприятно, т.к. при этом отсутствуют высокие тепловые нагрузки, и, следовательно, выделение аэрозолей.
Отделив кессон от бака, кессон с помощью грузоподъемного средства втягивают и загружают в перегрузочную упаковку 18 с последующей установкой на стапельной плите и раскреплением болтами 21 нижней крышки 22 (см. фиг.4 положение 5).
Собранная с нижней крышкой и фиксацией стопорными болтами 23 перегрузочная упаковка 18 транспортируется на загрузку кессона в транспортный радиационно-защитный контейнер и после выполнения загрузки и последующим проведением комплекса операций по его герметизации передается на длительное «сухое» хранение в закрытом помещении.
Далее в долгосрочной перспективе возможна передача кессона с дефектными ОТВС на долговременное хранение до 300 лет или переработку на основе создаваемых новых наукоемких технологий обращения с ОЯТ.
Образование иммобилизационных барьеров внутри кессонов заявленным способом, дальнейшее удаление всех кессонов с дефектными ОТВС из баков хранилища и загрузка их в радиационно-защитные контейнеры обеспечит такой технологии гарантированно минимальные выбросы радиоактивности в окружающую среду, сохранность дефектного ОЯТ, безопасность персонала и устранение угрозы образования СЦР.