УПАКОВОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И/ИЛИ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к ядерной энергетике, в частности к ядерному топливному циклу реакторных установок различного типа.
Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) - это ядерное топливо, извлеченное из реактора после облучения и не подлежащее дальнейшему использованию без переработки. ОЯТ является ценным сырьем для получения компонент ядерного топлива и некоторых важных изотопов.
Для безопасного транспортирования ОЯТ реакторных установок различного типа с места образования на завод по переработке созданы и сертифицированы транспортные упаковочные комплекты (ТУК) для каждого типа отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС).
В общем случае ТУК для транспортирования ОЯТ состоит из тяжелого защитного контейнера обеспечивающего биологическую защиту и исключение возможности выхода радиоактивных веществ во внешнюю среду; выемной части и/или чехла обеспечивающего размещение и позиционирование ОТВС в контейнере, а так же в некоторых случаях герметичных или негерметичных пеналов, в которых помещают ОТВС. Герметичные пеналы используют, в частности, для транспортирования дефектных ОТВС. Последней составляющей ТУК является, собственно, его содержимое - отработавшее ядерное топливо той реакторной установки, для которой предназначен данный ТУК.
Безопасность транспортирования или долговременного хранения ОЯТ в ТУК, которая подтверждается сертификатом, выданным соответствующим надзорным органом (в РФ - это Ростехнадзор), обосновывается расчетами: прочности, ядерной и радиационной безопасности и тепловым расчетом ТУК на основании соответствующей нормативной документации (МАГАТЭ-73, НП-053-04, ПБЯ-06-00-96).
Наиболее близким аналогом, совпадающий с заявляемой полезной моделью по наибольшему количеству признаков выбран ТУК для транспортировки ОТВС, выполненный на основе металлического контейнера ТК-32 (Ю.В.Нечеткий, З.И.Чечеткина, А.Ф.Грачев, А.Е.Новоселов. Топливо исследовательских реакторов, его хранение и транспортирование. Под общ. ред. Ю.В.Чечеткина. Димитровград, ДИТУД, УлГТУ, 2005, стр.195). ТУК содержит защитный контейнер и выемную часть, внутри которой в один ярус помещены чехлы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок. Корпус контейнера, выемная часть и каждый чехол имеют опорные поверхности, опорная поверхность выемной части сопрягается с опорной поверхностью корпуса контейнера.
Контейнер ТК-32 состоит из корпуса и крышки. Корпус контейнера, изготовленный из стали 10Х18Н10Т, представляет собой сварной цилиндрический сосуд. В верхней части к нему приварены две грузовые цапфы. К корпусу в верхней средней и нижней части приварены полукольца и кольца, а к днищу - 6 опор, к опорам - опорное кольцо. Среднее кольцо с приваренными к нему сверху 20 опорными ребрами служит опорной площадкой при установке контейнера в вагон ТК-ВГ-18.
Опоры, опорное кольцо, кольца и полукольца обеспечивают необходимую амортизацию от перегрузок при падении конструкции.
В верхней и нижней частях корпуса установлены клапаны для дренажа воды из контейнера и вентиляции контейнера. Клапаны закрываются заглушками.
Крышка контейнера (толщиной 240 мм) используется для герметизации контейнера и снижения мощности дозы гамма излучения от находящихся в контейнере ОТВС до приемлемых уровней.
Выемная часть имеет конструктивные отличия для каждого типа отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС).
Выемная часть под чехол 01 служит для размещения в контейнере ТК-32 одного 12-местного чехла для ОТВС исследовательского реактора СМ, и представляет собой сварную конструкцию, состоящую из основания, центральной трубы, трех стоек и фланца. Выемная часть при установке ее в контейнер опирается фланцем на его корпус.
Выемная часть под чехол 02 служит для размещения в контейнере ТК-32 трех 7-местных чехлов для ОТВС исследовательского реактора МИР, и представляет собой сварную конструкцию, состоящую из основания, трех труб, в которые устанавливаются чехлы, двух дистанционирующих диафрагм, для фиксации положения выемной части в контейнере и фланца. Выемная часть при установке ее в контейнер опирается фланцем на его корпус.
Существенным недостатком транспортного упаковочного комплекта при одноярусном размещении ОТВС исследовательского реактора является малое количество ОТВС, загружаемых в контейнер для транспортирования на предприятие по переработке ОЯТ, поскольку чехлы с транспортируемыми ОТВС размещаются в ТК-32 в один ярус.
Технический эффект заявляемой полезной модели состоит в увеличении количества размещаемых в контейнере ОТВС при тех же габаритных размерах контейнера, т.е. повышении экономичности транспортирования и хранения ОТВС, при соблюдении требований ядерной и радиационной безопасности.
Указанный эффект достигается тем, что упаковочный комплект для транспортирования и/или хранения отработавших тепловыделяющих сборок исследовательского ядерного реактора содержит защитный контейнер и выемную часть, включающую, по меньшей мере, два опорных позиционирующих устройства, внутри которых помещены, по меньшей мере, по одному чехлу для размещения отработавших тепловыделяющих сборок. Чехлы располагаются ярусами один над другим. Корпус контейнера, позиционирующие устройства и каждый чехол имеют, по меньшей мере, одну опорную поверхность, причем опорная поверхность одного позиционирующего устройства сопрягается с опорной поверхностью другого позиционирующего устройства или с опорной поверхностью корпуса контейнера.
Опорная поверхность позиционирующего устройства выполнена в его верхней и/или нижней части.
Одно позиционирующее устройство может быть выполнено в виде вкладыша, размещенного внутри второго позиционирующего устройства.
Позиционирующие устройства могут быть размещены ярусами одно над другим, при этом, по меньшей мере, верхнее позиционирующее устройство снабжено фланцем с опорной поверхностью, сопрягаемой с опорной поверхностью корпуса контейнера или с опорной поверхностью нижнего позиционирующего устройства.
Транспортный упаковочный комплект может быть дополнительно снабжен герметичными или негерметичными пеналами для размещения отработавших тепловыделяющих сборок.
Выполнение выемной части из двух и более опорных позиционирующих устройств, а также их конструкция и взаимное расположение обеспечивают размещение ОТВС исследовательского реактора в упаковочном комплекте в два, или более, яруса при неизменной технологии и оборудовании транспортных операций, что в несколько раз повышает экономичность транспортирования и хранения ОТВС. При этом обеспечивается соблюдение требований ядерной и радиационной безопасности.
Конструктивно техническая возможность многоярусного размещения чехлов может быть обеспечена выполнением одного позиционирующего устройства в виде вкладыша, размещенного внутри второго позиционирующего устройства, внутренний диаметр верхней части которого увеличивают. В этом случае вкладыш служит опорой и фиксатором от радиальных смещений размещенного в нем чехла верхнего яруса. При этом чехол нижнего яруса опирается на основание второго позиционирующего устройства, а чехол верхнего яруса - на основание вкладыша. Соответственно опорой вкладыша может служить как фланец второго позиционирующего устройства так и полка, образованная в месте изменения его диаметра с большего на меньший. В последнем случае для обеспечения прочности конструкции в месте перехода должна быть установлена диафрагма.
Возможность многоярусного размещения чехлов может быть обеспечена размещением в контейнере двух (или более) позиционирующих устройств - одно над другим. В этом случае нижнее позиционирующее устройство устанавливается на дно контейнера, а верхнее своим фланцем опирается на корпус контейнера, либо устанавливается непосредственно на нижнее позиционирующее устройство. В последнем случае конструкция нижнего позиционирующего устройства должна быть достаточно прочной, для того, чтобы выдержать дополнительные динамические нагрузки как в условиях нормальной эксплуатации, так и при аварийной ситуации с падением контейнера с высоты, регламентированной нормативными документами, опрокидыванием и т.д.
На рисунке представлена схема упаковочного комплекта для транспортирования и/или хранения отработавших тепловыделяющих сборок исследовательского ядерного реактора, где: 1 - корпус контейнера; 2 - нижнее позиционирующее устройство; 3 - фланец нижнего позиционирующего устройства; 4 - верхнее позиционирующее устройство в виде вкладыша; 5 - фланец верхнего позиционирующего устройства; 6 - чехол для размещения ОТВС; 7 - ОТВС.
Пример 1. Приведенная на схеме конструкция используется для транспортирования и хранения ОТВС ИР СМ-2. ОТВС (7) размещаются в двух 12-местных чехлах (6) в два яруса.
Нижнее позиционирующее устройство (2) состоит из центральной трубы для размещения чехлов, фланца (3), диафрагмы и дна. Центральная труба выполнена из двух труб различного диаметра, расположенных одна над другой и соединенных между собой через диафрагму. Для увеличения жесткости конструкции фланец, диафрагма и дно соединены шестью стойками (на схеме не указаны). Для организации конвективного теплообмена в средней и нижней частях центральной трубы имеются отверстия. В дне имеются отверстия для слива воды. Нижнее позиционирующее устройство (2) фланцем (3) опирается на корпус контейнера (1).
Верхнее позиционирующее устройство в виде вкладыша (4) предназначено для установки в него чехла (6) с ОТВС (7) верхнего яруса и представляет собой сварную конструкцию, состоящую из обечайки, фланца (5) и дна. Вкладыш (4) при установке опирается фланцем (5) на фланец (3) нижнего позиционирующего устройства. В дне вкладыша имеются отверстия для слива воды. Установка и извлечение вкладыша осуществляются при помощи специально изготовленной штанги.
Операции по загрузке упаковочного комплекта проводятся в следующей последовательности:
Перед загрузкой чехлами с ОТВС СМ-2 в контейнер (1) с помощью штатной траверсы устанавливается нижнее позиционирующее устройство (2) без вкладыша, затем контейнер размещают на дне бассейна. При помощи специально разработанных штанг в нижнее позиционирующее устройство (2) устанавливают чехол (6) с ОТВС (7) нижнего яруса, а затем устанавливают вкладыш (4). Затем во вкладыше размещают чехол (6) с ОТВС (7) верхнего яруса.
Разгрузка упаковочного комплекта осуществляется в следующей последовательности:
- при помощи специально разработанной штанги производится выгрузка верхнего чехла (6), чехол устанавливают в подъемник с последующей транспортировкой в бассейн и выгрузкой чехла из подъемника в ячейку для хранения;
-
с помощью специальной штанги извлекается вкладыш (4);
- производится выгрузка нижнего чехла (6) и установка его в подъемник с последующей транспортировкой в бассейн и выгрузкой чехла из подъемника в ячейку для хранения;
- нижнее позиционирующее устройство (2) из контейнера (1) при необходимости извлекается с помощью штатной траверсы.
Пример 2. ОТВС ИР МИР транспортируются в шести 7-местных чехлах, размещенных в два яруса (схема размещения не приведена).
Верхнее позиционирующее устройство состоит из трех несущих труб для размещения чехлов с ОТВС, фланца, дна и основания. Для увеличения жесткости конструкции на трубах установлены две диафрагмы. Позиционирующее устройство при установке в контейнер фланцем опирается на корпус контейнера.
В середине верхнего позиционирующего устройства имеется полая стойка для штанги нижнего позиционирующего устройства. Нижнее позиционирующее устройство состоит из трех несущих труб для размещения чехлов с ОТВС, трех диафрагм и дна. Диафрагмы предназначены для увеличения жесткости конструкции. В диафрагмах, несущих трубах имеются отверстия для обеспечения конвективного теплообмена. Для установки и извлечения нижнего позиционирующего устройства, загруженного чехлами с ОТВС, в центре имеется штанга с грибком. Для удобства работы при проведении транспортно-технологических операций с помощью штатного оборудования штанга выполнена разъемной. Нижняя часть штанги так же оканчивается грибком. Установка и извлечение нижнего позиционирующего устройства может осуществляться как за верхний грибок, так и за грибок нижней части штанги. В дне нижнего позиционирующего устройства имеются отверстия для слива воды. Позиционирующее устройство при установке в контейнер опирается на конусообразное основание. В основании имеются три отверстия для слива воды.
Загрузка упаковочного комплекта осуществляется в следующей последовательности: в бассейн при помощи специальной штанги устанавливается нижнее позиционирующее устройство, после чего оно загружается тремя чехлами с ОТВС РУ МИР при помощи штатного захвата. Затем позиционирующее устройство с чехлами загружается в контейнер. После загрузки нижнего позиционирующего устройства в контейнере размещают незагруженное верхнее позиционирующее устройство. После чего по штатной технологии в него устанавливают три чехла с ОТВС РУ МИР. Затем производят штатные операции по обращению с ТУК: подъем контейнера из бассейна, слив воды, герметизация крышки, продувка контейнера, дезактивация (при необходимости) и т.д.
Предлагаемый упаковочный комплект можно так же применять при контейнерном хранении ОТВС.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет увеличить количество размещаемых в контейнере ОТВС при тех же габаритных размерах контейнера, т.е. повысить экономичность транспортирования и хранения ОТВС, при соблюдении требований ядерной и радиационной безопасности.