Защитный контейнер для транспортирования отработавшего ядерного топлива

Полезная модель относится к области атомной энергетики, а именно к контейнерам для транспортирования отработавшего ядерного топлива, в частности с атомных электростанций.
В связи со все возрастающим распространением атомных электростанций увеличивается необходимость в создании надежных и безопасных способов транспортирования отработавшего ядерного топлива.
Для транспортирования отработавшего ядерного топлива используют контейнеры, в которых по условиям безопасности, не допускается наличие воды во внутренней полости контейнера после загрузки отработавшего топлива из-за опасности образования радиолитического водорода и последующего возникновения гремучей смеси.
Кроме того, должны быть обеспечены условия транспортирования, исключающие возможность возникновения самопроизвольной цепной ядерной реакции. Одним из таких условий также является отсутствие воды в контейнере или ее наличие ниже допустимого по расчетам ядерной безопасности количества. Для этого после загрузки чехлов с отработавшим ядерным топливом в контейнер и перед его транспортированием вода из контейнера должна быть удалена.
В связи с этим контейнер должен быть снабжен узлом, позволяющим осуществлять откачку воды из корпуса контейнера и его осушку.
Известны герметические клапаны, снабженные запорными устройствами (т.е. герметичные перекрытия), установленные в контейнере для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту РФ №2364964, опубл. 20.08.2009 г. В контейнере выполнены полости с возможностью сообщения посредством соответствующих коллекторов (каналов) через герметические клапаны, снабженные запорными устройствами (т.е. через герметичные перекрытия), с внешней системой анализа газовой среды контейнера. При этом каждый герметический клапан с соответствующим запорным устройством (герметичное перекрытие) смонтирован посредством болтовых соединений в гнезде, выполненном с внешней стороны контейнера.
Данные герметические клапаны, снабженные запорными устройствами (герметичные перекрытия), могут использоваться для осушки полостей контейнера при сообщении с атмосферой. Однако конструкции данных устройств снабжены одной или двумя защитными крышками, требующими демонтажа при проведении работ, что усложняет их проведение. Данные устройства состоят из нескольких конструктивных элементов и имеют, соответственно, значительное число сопрягаемых поверхностей, через которые потенциально возможны утечки газов, в том числе и радиоактивных, что снижает радиационную безопасность. К тому же изготовление конструкций таких герметичных перекрытий требует проведения достаточно большого числа расчетов конструктивных элементов, точной подгонки сопрягаемых поверхностей и уплотнительных элементов с целью обеспечения надежной герметизации контейнера, а следовательно, радиационной безопасности. Кроме того, изготовление и монтаж таких герметичных перекрытий являются достаточно трудоемкими.
Известен контейнер для транспортирования отработавшего ядерного топлива (патент РФ №2139582, опубл. 1999.10.10), включающий корпус, вставленную в полость корпуса выемную часть, в которой в отверстиях верхней доски и диафрагмах размещены трубные чехлы. Защитный контейнер закрыт сверху уплотнительной крышкой. Выемная часть снабжена прикрепленным к ней трубным каналом, предназначенным для удаления радиоактивной воды со дна контейнера способом вакуумного отсоса. В известном решении удаление воды из контейнера производится при снятой крышке после загрузки в полость контейнера чехла с отработавшим ядерным топливом, что затрудняет выполнение требований по радиационной безопасности.
Известен защитный контейнер для транспортирования и/или хранения отработавшего ядерного топлива (патент RU №2221291, опубл. 2004.01.10), включающий цилиндрический корпус с днищем, защитные крышки, вставленную в полость корпуса выемную дистанционирующую решетку, вертикальный трубный канал, предназначенным для удаления радиоактивной воды со дна контейнера способом вакуумного отсоса, стыковочное гнездо для присоединения вакуумной системы.
В известном решении удаление воды из контейнера производится через стыковочное гнездо, размещенное в стенке корпуса контейнера, оборудованной радиальным проходным каналом с клапаном и по меньшей мере одной герметизирующей крышкой.
Недостатком известного контейнера является наличие проходного радиального отверстия с крышкой (крышками) в стенке корпуса во внутреннюю полость контейнера в дополнении к загрузочному проему контейнера, который уже существует и, который закрывается как минимум двумя крышками с узлами герметизации. Такое решение способствует снижению надежности в части сохранения герметичности упаковки.
Известен защитный контейнер для транспортирования отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус, выемную часть в виде чехла для отработавшего ядерного топлива с прикрепленным трубным каналом, стыковочный узел для присоединения патрубка системы откачки или вакуумирования, и, по крайней мере, одну уплотнительную крышку, при этом трубный канал дополнительно содержит наконечник с элементом поджатая, и компенсатор радиальных и осевых смещений канала с наконечником, а внутренняя уплотнительная крышка контейнера имеет проходное отверстие с пробкой, в нижней части которого установлено уплотнение для соединения с наконечником трубного канала, а стыковочный узел для присоединения патрубка системы откачки или вакуумирования установлен в верхней части проходного отверстия отработавшего ядерного топлива.
К недостатку известного контейнера можно отнести использование пробки во внутренней уплотнительной крышке контейнера, что снижает ее герметичность.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении ядерной, радиационной и пожарной безопасности при транспортировании отработавшего ядерного топлива путем создания герметичного тракта в контейнере, через который обеспечивается удаление воды из контейнера, загруженного отработавшим ядерным топливом, его вакуумная сушка перед перевозкой, а также заполнение контейнера с отработавшим ядерным топливом водой при его расхолаживании в соответствии с технологией выгрузки отработавшего ядерного топлива после транспортировки.
Технический результат заключается в повышении безопасности транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива за счет повышения степени герметичности тракта в контейнере, через который обеспечивается удаление воды из контейнера.
Указанная задача решается и указанный технический результат достигается благодаря тому, что защитный контейнер для транспортирования отработавшего ядерного топлива, содержит корпус, выемную часть в виде чехла для отработавшего ядерного топлива с прикрепленным трубным каналом, стыковочный узел для присоединения патрубка системы откачки или вакуумирования, и, по крайней мере, одну уплотнительную крышку, при этом трубный канал содержит наконечник с элементом поджатая, компенсатор радиальных и осевых смещений канала с наконечником, а внутренняя уплотнительная крышка контейнера имеет проходное отверстие с клапаном, в нижней части которого установлено уплотнение для соединения с наконечником трубного канала, а стыковочный узел для присоединения патрубка системы откачки или вакуумирования установлен в верхней части проходного отверстия.
На фиг. 1 изображен защитный контейнер для транспортирования отработавшего ядерного топлива в виде ОТВС (продольный разрез, узел откачки воды). На фиг. 1 показаны следующие элементы: кронштейн 1, крышка технологическая 2, клапан 3, крышка внутренняя 4, корпус 5, стяжка 6, гайка 7, сильфон 8, наконечник 9, пружина 10, кольцо стопорное 11, тарелка 12, фланец 13, уплотнение 14, кольцо уплотнительное 15, шток 16, уплотнение 17, прокладка 18.
На фиг. 2 изображена технологическая крышка (продольный разрез). На фиг. 2 показаны штуцер 19 и быстроразъемное соединение 20.
Контейнер содержит узел откачки воды, предназначенный для ее откачки из корпуса контейнера. Указанный узел состоит из следующих элементов: стяжки 6, нижний конец которой расположен на дне корпуса 5, верхний зафиксирован гайкой 7. Корпус 5 предназначен для размещения в нем чехла с ОТВС. Стяжка представляет собой полую шпильку, которая образует канал, и предназначена для фиксации элементов чехла между собой и подачи воды со дна корпуса контейнера. К верхнему концу стяжки 6 приварен сильфон 8, к которому с другого конца приварен наконечник 9. Наконечник является продолжением стяжки, и служит для подачи воды. Наконечник вставляется в кронштейн 1, который крепится винтами к корпусу 5 и фиксирует наконечник. На наконечнике установлены две тарелки 12 и пружина 10, которая фиксируется стопорным кольцом 11.
Тарелки предотвращают заклинивание пружины. Наконечник 9 упирается в уплотнение 14, которое с помощью фланца 13 закреплено на внутренней крышке 4. Уплотнение 14 препятствует обратному попаданию воды в корпус 5. Сильфон совместно с пружиной обеспечивают компенсацию всех перекосов при монтаже внутренний крышки 4 на корпус 5 и гарантированно прижимают наконечник 9 к уплотнению 14, обеспечивая тем самым герметичность.
Во внутренней крышке 4 установлен клапан 3, который предназначен для проведения технологических операций: откачка воды, осушка воды, закачка гелием, расхолаживание, уплотняемый кольцом 15. Сверху внутренней крышки 4 на шпильках с помощью гаек закреплена технологическая крышка 2. Между крышкой внутренней 4 и технологической для герметизации установлена прокладка 18. Для открытия-закрытия клапана 3 в технологической крышке 2 установлен шток 16. Шток может совершать вращательные, а также возвратно-поступательные движения и герметизируется набором уплотнений 17.
Так же в технологической крышке 2 установлены два штуцера 19 и два ниппеля быстроразъемных соединения 20. Быстро разъемное соединение состоит из ниппеля, расположенного в технологической крышке 2 и муфты, к которой присоединяется шланг системы откачки воды. Отверстия от быстро разъемного соединения через кольцевой паз соединяются с клапаном 3.
Для откачки воды из контейнера необходимо выполнить следующие технологические операции:
- демонтируется клапанная крышка, которая ходит в штатный комплект транспортно-упаковочного комплекта (отворачиваются гайки, расположенные на шпильках);
- на ее место устанавливается, на эти же шпильки и фиксируется этими же гайками, технологическая крышка 2, герметичность которой обеспечивается с помощью прокладки 18;
- с помощью ключа торцевого с четырехгранным углублением «под ключ» поворачивается шток 16 на семь оборотов против часовой стрелки, чтобы полностью открылся клапан 3;
- подключается муфта быстро разъемного соединения со шлангом, которые входят в систему откачки воды, для этого отверстие в муфте быстро разъемного соединения вставляется в ниппель до щелчка, что означает соединение герметичное;
- открывается вентиль, и включается вакуумный насос системы откачки воды, вода из контейнера поступает в специальный бак, в котором установлены два датчика уровня;
- после окончания откачки воды (определяется по показанию датчиков) выключается вакуумный насос, и закрывается вентиль системы откачки воды;
- ключом торцевым с четырехгранным углублением «под ключ» поворачивается шток 16 по часовые стрелки до упора, чтобы полностью закрылся клапан 3;
- нажатием кнопки на муфте рассоединяется муфта БРС с ниппелем (автоматическая расстыковка);
- демонтируется технологическая крышка 2;
- на место технологической крышки 2 устанавливается клапанная крышка.
Заявленная конструкция защитного контейнера позволяет обеспечить безопасное транспортирование отработавшего ядерного топлива ядерных реакторов типа ВВЭР-1000/1200.