ПЕНАЛ ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА ВОДО-ВОДЯНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА ВВЭР-1000

Полезная модель относится к атомной энергетике, в частности, к средствам для хранения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реактора ВВЭР-1000 и предназначено для использования в стационарных хранилищах отработанного ядерного топлива и на заводах по регенерации такого топлива.
Хранение отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) является существенной частью любого ядерного топливного цикла. Это может быть временное хранение до переработки отработавшего ядерного топлива, либо достаточно длительное хранение до захоронения топлива в могильниках. Суммарные объемы отработавшего топлива, подлежащего хранению, непрерывно возрастают из-за значительно меньших производственных возможностей перерабатывающих заводов. Растет не только объем хранящегося топлива, но и увеличиваются предполагаемые сроки хранения, поскольку задача захоронения отработавшего ядерного топлива не решена ни в одной стране.
Основу ядерно-энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК-1000. Для реакторов типов ВВЭР и РБМК принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на Опытно-демонстрационном центре и заводе РТ-2 после их ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2025-2030 гг., а создание Опытно-демонстрационного центра в 2015 г. На площадке завода РТ-2 существует «мокрое» хранилище для ОТВС реакторов ВВЭР-1000, которые хранятся в водонаполненном бассейне, и строится для их хранения до переработки «сухое» хранилище. В мокром хранилище ОТВС хранятся в чехлах под слоем воды, а в строящемся сухом хранилище камерного типа ОТВС будут храниться в герметичных пеналах в гнездах хранения.
В «сухое» хранилище будут поступать ОТВС после длительного хранения в «мокром» хранилище и ОТВС с АЭС, транспортируемые в защитном контейнере. ОТВС в камере комплектации пеналов (далее по тексту - ККП) устанавливаются в корпуса пеналов, на которые на сварке устанавливаются крышки с клапаном, и после вакуумирования пеналы заполняются через клапаны азотно-гелиевой смесью под избыточным давлением. Клапаны герметизируются сваркой, а затем пеналы устанавливаются в гнезда хранения в два этажа.
ОТВС реакторов ВВЭР-1000 будут поступать на хранение двух типов: серийные (бесчехловые) и несерийные (чехловые). Оба типа ОТВС имеют шестигранное сечение с той лишь разницей, что расстояние между их параллельными гранями («размер под ключ») серийных ОТВС составляет 234 мм, а несерийных ОТВС - 238 мм. Размер по диагонали серийных ОТВС составляет 270 мм, а несерийных ОТВС - 275 мм.
Известен пенал для отработавшего ядерного топлива водо-водяного энергетического реактора ВВЭР-1000 (см. патент №2510087, МПК G21F 5/00), содержащий корпус с установленными внутри его разделительными перегородками, образующими ячейки, в которые устанавливаются отработавшие тепловыделяющие сборки ОТВС), крышку с грибком, снабженным клапанным устройством и устройством для сцепления крышки с корпусом, установленную внутри корпуса несущую трубу и вертикальные стойки. Вертикальные стойки и несущая труба соединены разделительными перегородками с образованием между ними четырех ячеек. Вертикальные стойки размещены по периметру корпуса таким образом, что углы между разделительными перегородками в двух противолежащих ячейках равны углу между смежными гранями ОТВС, а в двух противолежащих ячейках - углу между несмежными гранями ОТВС, причем в последних разделительные перегородки соединены вертикальными пластинами с образованием половины шестигранного сечения, превышающего шестигранное сечение несерийной ОТВС. Вертикальные стойки в нижней части присоединены на сварке к кольцу. ОТВС в ячейках фиксируется от поворота вследствие того, что при ее зацеплении и расцеплении захватом, последний должен совершать возвратно-поворотное движение.
При изготовлении известного пенала вертикальные стойки соединяют разделительными перегородками с несущей трубой, в результате получая решетку, в которой после установки в корпус совместно с ним получается четыре ячейки. Решетка после установки в корпус крепится к нему приваркой посредством косынок к корпусу.
Работа с известным пеналом осуществляется следующим образом.
Порожний пенал с присоединенной крышкой к корпусу устройством для сцепления крышки с корпусом манипулятором втягивается в камеру комплектации пеналов (ККП) «сухого» хранилища и загружается в гнездо установки герметизации пеналов, где с него снимается крышка. Манипулятором поочередно четыре ОТВС извлекаются из гнезда сушки и устанавливаются в ячейки пенала. На заполненный ОТВС корпус устанавливается крышка и их кромки соединяются дистанционно сваркой. Загерметизированный пенал переставляется в гнездо сушки. Клапанное устройство пенала стыкуется с установкой вакуумной сушки, после завершения которой пенал заполняется смесью азота и гелия при атмосферном давлении. Затем клапанное устройство пенала герметизируется сваркой. Загерметизированный пенал переставляется в гнездо контроля герметичности, где герметичность проверяется гелиевым течеискателем. В случае негерметичности на дефектный участок сварного шва накладывается повторный сварной шов. После контроля герметичности герметичный загруженный пенал из ККП транспортируется с помощью передаточной машины пеналов и перегрузочной машины к гнезду хранения пеналов, в котором они устанавливаются в два яруса.
Известный пенал выбран заявителем в качестве прототипа.
Известный пенал обладает повышенной вместимостью и рассчитан на размещение в нем 4-х ОТВС.
В результате нахождения в ядерном реакторе и длительном хранении в хранилищах, в частности несерийных (чехловых) ОТВС, возможна деформация чехлов ОТВС с увеличением их размеров в шестигранном сечении и искривлениями по их длине. При этом некоторая незначительная часть несерийных ОТВС может не разместиться в ячейках известного пенала, особенно в двух противолежащих ячейках с углом, равным углу между несмежными гранями ОТВС.
Исходя из этого, может возникнуть необходимость размещения искривленных ОТВС в пеналах с увеличенным сечением ячеек и, соответственно, с их меньшим количеством в решетке. При этом количество искривленных ОТВС не определено.
Установка пеналов в гнездо передаточной машины пеналов и в гнездо хранения осуществляется на гибкой канатной подвеске, поэтому центр тяжести пенала должен располагаться на его вертикальной оси.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание возможности установки в пенал ОТВС с увеличенными шестигранными сечениями и искривлениями и возможности установки в пенал решетки с тремя ячейками, вместо решетки известного пенала с четырьмя ячейками, в зависимости от возникающей потребности.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в увеличении площади сечения ячеек и взаимозаменяемости решеток с тремя или четырьмя ячейками.
Для достижения указанного технического результата в пенале для отработавшего ядерного топлива ВВЭР-1000, содержащем корпус, крышку с грибком, снабженным клапанным устройством и устройством для сцепления крышки с корпусом, установленную внутри корпуса решетку, включающую центральную трубу и вертикальные стойки, соединенные разделительными перегородками с получением между ними ячеек, в которые устанавливаются отработавшие тепловыделяющие сборки, ячейки решетки образованы тремя разделительными перегородками, прикрепленными равномерно по окружности к центральной трубе, и соединенными с вертикальными стойками направляющими пластинами. Вертикальные стойки расположены таким образом, чтобы смежные направляющие пластины были расположены попеременно или параллельно друг другу или под углом 120°, а расстояние между параллельными пластинами превышало расстояние между параллельными гранями несерийных ОТВС, но было менее размера по диагонали серийных ОТВС.
В частном случае исполнения направляющие пластины присоединены к разделительным перегородкам и вертикальным стойкам в несколько ярусов.
В другом частном случае исполнения вертикальные стойки решетки в нижней части присоединены на сварке к кольцу, а в верхней части, после установки решетки в корпус, посредством косынок и к корпусу.
Образование ячеек в решетке тремя разделительными перегородками, присоединенными равномерно по окружности к центральной трубе, соединение разделительных перегородок с вертикальными стойками направляющими пластинами в несколько ярусов и установка вертикальных стоек таким образом, что смежные направляющие пластины располагались попеременно или параллельно друг другу или под углом 120° позволяет получить, при установке решетки в корпус пенала, три симметрично расположенные ячейки с увеличенной площадью их сечения. В ячейках ОТВС своими параллельными гранями размещаются между смежными параллельными направляющими пластинами, что позволяет создать решетку с тремя ячейками, взаимозаменяемую с решеткой с четырьмя ячейками. При этом центр тяжести загруженного пенала будет расположен по его вертикальной оси.
Выполнение расстояния между параллельными направляющими пластинами с превышением расстояния между параллельными гранями несерийных ОТВС и менее размера по диагонали серийных ОТВС, позволяет увеличить площадь сечения ячеек, сохранив при этом фиксирование по двум смежным граням серийных и несерийных ОТВС от поворота в ячейках, создав, тем самым, возможность установки в них как серийных, так и несерийных ОТВС с увеличенными шестигранными сечениями и искривлениями.
Присоединение вертикальных стоек решетки на сварке в нижней части к кольцу, а в верхней части, после установки решетки в корпус, посредством косынок и к корпусу, позволили упростить технологию изготовления пенала за счет первоначальной сборки решетки, состоящей из вертикальных стоек, кольца, центральной трубы, разделительных перегородок и направляющих пластин, последующей установки собранной решетки в корпус пенала и ее фиксации в корпусе приваркой косынок к вертикальным стойкам и корпусу пенала.
Присоединение направляющих пластин к разделительным перегородкам и вертикальным стойкам в несколько ярусов позволяет уменьшить массу решетки и сократить количество потребляемого металла при изготовлении решетки.
Предлагаемый пенал иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 показан предлагаемый пенал в разрезе 2;
На фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1.
Предлагаемый пенал (см. фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 с днищем 2, к которому присоединен амортизатор 3 и крышка 4. Внутри корпуса 1 установлена решетка 5, состоящая из центральной трубы 6, присоединенных к ней равномерно по окружности трех разделительных перегородок 7, и шести вертикальных стоек 8, соединенных с разделительными перегородками 7 направляющими пластинами 9. Вертикальные стойки 8 расположены таким образом, что смежные направляющие пластины 9 располагаются попеременно или параллельно друг другу, или под углом α, равным 120°.
После установки решетки 5 в корпус 1 смежные разделительные перегородки 7 и параллельные направляющие пластины 9 совместно с корпусом 1 образуют три симметрично расположенные ячейки 10 для установки в них серийных 11 и несерийных 12 ОТВС. Расстояние между параллельными направляющими пластинами 9 выполняется, например, равным 258 мм, что превышает расстояние между параллельными гранями («размер под ключ») несерийных ОТВС 12, равное 238 мм, но меньше расстояния по диагонали серийных ОТВС 11, равного 270 мм, что позволяет устанавливать в ячейки 10 как серийные 11, так и несерийные 12 искривленные ОТВС, фиксируя их в ячейках 10 от поворота при установке и снятии захватов.
В нижней части вертикальные стойки 8 присоединены к кольцу 13. После установки решетки 5 в корпус 1 вертикальные стойки 8 в верхней части присоединяются на сварке к корпусу 1 косынками 14.
Предлагаемый пенал может эксплуатироваться совместно с известным пеналом следующим образом. При обнаружении невозможности установки ОТВС 11 в пенал с четырьмя ячейками, ОТВС 11 возвращается на временное хранение в мокрое хранилище, где устанавливается в чехол хранения. При накоплении трех таких ОТВС 11, в корпус 1 устанавливается предлагаемая решетка 9 с тремя ячейками 10 и ее вертикальные стойки 8 присоединяются на сварке к корпусу 1 косынками 13.
Порожний пенал с тремя ячейками 10 манипулятором втягивается в камеру комплектации пеналов (ККП) и опускается в гнездо установки и герметизации пеналов, где крышка 4 специальным захватом снимается с корпуса 1. Манипулятором поочередно три ОТВС 11 извлекаются из гнезда сушки и устанавливаются в ячейки 10 пенала, образованные разделительными перегородками 7, параллельными направляющими пластинами 9 и корпусом 1. На корпус 1 загруженного пенала устанавливается крышка 4 и их кромки соединяются дистанционно на сварке. Далее загруженный пенал переставляется в гнездо сушки. Клапанное устройство пенала стыкуется с установкой вакуумной сушки, после завершения которой, пенал заполняется смесью азота и гелия при атмосферном давлении. Затем клапанное устройство пенала герметизируется сваркой.
Загерметизированный пенал переставляется в гнездо контроля герметичности, где герметичность сварных швов проверяется гелиевым течеискателем. В случае негерметичности на дефектный участок сварного шва накладывается повторный сварной шов. После контроля герметичности загруженный пенал из ККП транспортируется с помощью передаточной машины пеналов к перегрузочной машине, которой пеналы устанавливаются в гнездо хранения в два яруса.
Предлагаемая полезная модель позволяет, по мере накопления ОТВС 11 с увеличенными шестигранными сечениями и искривлениями, размещать их в предлагаемом пенале, предварительно установив в корпус 1 решетку 5 с тремя ячейками 10.