ЧЕХОЛ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРА ВВЭР-1000
JACKET TO INSTALL AND STORE SPENT FUEL ASSEMBLIES OF REACTOR VVER-1000

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, а более конкретно к средствам для хранения дефектных отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, и предназначено для использования в хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Основу ядерного энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе РТ-2 после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2020-2025 г. На площадке РТ-2 действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 хранится в водонаполненном бассейне, так называемом «мокром» хранилище. Отработавшее ядерное топливо поступает в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле, из которого в отсеке перегрузки водонаполненного бассейна отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в отсеки хранения ОТВС.
Опыт эксплуатации показал, что есть вероятность поступления в транспортных чехлах дефектных ОТВС с деформацией направляющих каналов, крепящих головку с тепловыделяющей частью ОТВС.
Поскольку при поступлении дефектной сборки неизвестна причина деформации направляющих каналов, существует вероятность деформаций циркониевых трубок пучка тепловыделяющих элементов (твэлов), в которых размещены топливные таблетки, и, как следствие, возможная негерметичность циркониевых оболочек твэлов.
Кроме того, проведенный анализ безопасности также показал, что при перегрузке ОТВС существует вероятность ее падения на дно бассейна и, как следствие, возможная потеря герметичности циркониевых оболочек твэлов. ОТВС с деформированными направляющими каналами, соединяющими головку с тепловыделяющей частью ОТВС, или после их падения не могут быть помещены в штатные чехлы хранения, так как проконтролировать герметичность циркониевых оболочек твэлов не представляется возможным, а их негерметичность при длительном хранении может привести к загрязнению воды в бассейне.
Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению по совокупности признаков является 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 номинальными значениями полярных координат:
R<sub>i</sub>
α<sub>i</sub>
R<sub>i</sub>
α<sub>i</sub>
R<sub>1</sub>=0,1758
α<sub>1</sub>=0°
R<sub>11</sub>=0,1758
α<sub>11</sub>=180°
R<sub>2</sub>=0,4069
α<sub>2</sub>=15°
R<sub>12</sub>=0,4069
α<sub>12</sub>=195°
R<sub>3</sub>=0,2952
α<sub>3</sub>=45°
R<sub>13</sub>=0,2952
α<sub>13</sub>=225°
R<sub>4</sub>=0,5138
α<sub>4</sub>=45°
R<sub>14</sub>=0,5138
α<sub>14</sub>=225°
R<sub>5</sub>=0,4069
α<sub>5</sub>=75°
R<sub>15</sub>=0,4069
α<sub>15</sub>=255°
R<sub>6</sub>=0,1758
α<sub>6</sub>=90°
R<sub>16</sub>=0,1758
α<sub>16</sub>=270°
R<sub>7</sub>=0,4069
α<sub>7</sub>=105°
R<sub>17</sub>=0,4069
α<sub>17</sub>=285°
R<sub>8</sub>=0,2952
α<sub>8</sub>=135°
R<sub>18</sub>=0,2952
α<sub>18</sub>=315°
R<sub>9</sub>=0,5138
α<sub>9</sub>=135°
R<sub>19</sub>=0,5138
α<sub>19</sub>=315°
R<sub>10</sub>=0,4069
α<sub>10</sub>=165°
R<sub>20</sub>=0,4069
α<sub>20</sub>=345°
i
i
где R - номинальное значение полярного радиуса для i-й трубы в единицах стороны А квадратного сечения чехла, а α - номинальное значение полярного угла для i-й трубы.
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 более холодная вода. При постановке в известный чехол дефектных ОТВС в случае негерметичности циркониевых трубок с топливными таблетками может произойти загрязнение радионуклидами воды в бассейне хранилища.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении циркуляции воды в трубах чехла при хранении в них дефектных ОТВС за счет герметизации труб.
Указанный технический результат достигается тем, что чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реакторов типа ВВЭР-1000, выполнен из нержавеющей стали и включает в себя центральную трубу, квадратные дистанционирующие решетки с отверстиями для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки и оси которых расположены симметрично относительно центральной оси чехла, особенностью является то, что трубы снабжены в нижней части 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, крышки снабжены головками, в верхней части которых установлены металлокерамические фильтры.
Кроме того, внешний контур головок крышек соответствует внешнему контуру головок ОТВС.
Снабжение труб в нижней части днищами, а в верхней части фланцами, установка на трубы посредством байонетного соединения крышек с внутренними кольцами, уплотнительные поверхности которых поджимаются байонетным соединением к фланцам труб, позволяют получить практически герметичный объем внутри труб и при установке в них ОТВС исключить циркуляцию воды по трубам, тем самым обеспечить безопасное хранение в бассейне дефектных ОТВС до их последующей переработки.
Установка в верхней части головок крышек металлокерамических фильтров позволяет удалить из труб образующиеся в результате радиолиза воды газы.
Соответствие внешнего контура головок крышек внешнему контуру головок ОТВС позволяет использовать при снятии и постановке крышек на трубы заявляемого чехла штатные штанги, применяемые при перегрузке ОТВС из транспортных чехлов в чехлы хранилища.
Предлагаемый чехол для размещения и хранения дефектных отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 показан вид спереди чехла в разрезе; на фиг.2 показан вид чехла сверху; на фиг.3 - крышка в разрезе с головкой, повторяющей контур серийной ОТВС, установленная на трубу чехла, на фиг.4 - крышка в разрезе с головкой, повторяющей контур несерийной ОТВС, установленная на трубу чехла
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 верхнюю 2, промежуточные 3, нижнюю 4 дистанционирующие квадратные решетки с отверстиями, в которых установлены трубы 5. К центральной трубе 1 также присоединена плита 6 и основание 7, соединенные между собой ребрами 8. К нижнему торцу труб 5 на сварке присоединены днища 9, а к верхним торцам труб 5 - фланцы 10. В верхней части труб 5 установлены три ребра 11, образующие незамкнутый шестигранник. На трубы 5 (см. фиг.3 и 4) посредством байонетного соединения 12 устанавливаются крышки 13 с внутренними кольцами 14, уплотнительные поверхности 15 которых поджимаются байонетным соединением 12 к фланцам 10.
Так как на хранение поступают серийные и несерийные ОТВС реакторов ВВЭР-1000, имеющих различный внешний контур своих головок, для их перегрузки из транспортных чехлов в чехлы хранилища используются два типа штанг. Для установки ОТВС в трубу 5 и последующей постановки на нее крышки 13 одной и той же штангой крышки 13 снабжены головками 16 или 17, повторяющими внешний контур головок серийных или несерийных ОТВС соответственно. В верхней части головок 16 и 17 установлены металлокерамические фильтры 18.
Количество труб 5 в предлагаемом чехле составляет 10 штук исходя из опыта эксплуатации «мокрого» хранилища, показавшего, что поступление дефектных ОТВС и вероятность падения ОТВС при их перегрузке из транспортных чехлов в чехлы хранилища крайне мала. Оси восьми труб 5 располагаются равномерно по периметру квадратного сечения предлагаемого чехла, а еще двух труб 5 равномерно по одной из диагоналей квадратного сечения, при этом наименьшее расстояние между осями труб 5 превышает минимально допустимое условиями ядерной безопасности расстояние.
Заявляемый чехол для размещения и хранения дефектных ОТВС реактора ВВЭР-1000 эксплуатируется следующим образом.
Чехол опускается на дно бассейна хранилища, при этом трубы 5 предварительно заполняются водой для компенсации выталкивающей силы при погружении чехла с герметичными трубами в воду.
Выявленные в процессе эксплуатации дефектные ОТВС с деформированными трубками, соединяющими головку с тепловыделяющей частью ОТВС, из транспортного чехла перегружаются в заявляемый чехол следующим образом. При отклонении головки от вертикальной оси ОТВС, позволяющем зацепить ее соответствующей штатной штангой, дефектная ОТВС извлекается из транспортного чехла и устанавливается в трубу 5 заявляемого чехла. Далее этой же штангой зацепляется крышка 13 и устанавливается на трубу 5, при последующем повороте штанги байонетным соединением 12 уплотнительные поверхности 15 внутренних колец 14 крышки 13 поджимаются к фланцам 10.
7
При отклонении головки от вертикальной оси ОТВС, не позволяющем зацепить ее соответствующей штатной штангой, а также при подъеме ОТВС со дна бассейна в случае ее падения используется «Устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок», используемое в качестве аварийного инструмента (см. патент РФ №2418320, МПК G21C 19/32). С помощью указанного устройства, используемого для подъема и перемещения как серийных, так и несерийных ОТВС, последняя помещается в трубу 5 заявляемого чехла, после чего штатной штангой, соответствующей типу ОТВС, на трубу 5 устанавливается крышка 13 и поджимается к трубе 5 байонетным соединением 12. После установки крышек 13 на трубы 5 и их поджатия байонетным соединением 12 исключается циркуляция воды через трубы 5, а остаточное тепловыделение ОТВС поглощается водой бассейна за счет теплопередачи через стенки трубы 5. Возникающие в результате радиолиза воды газы отводятся из герметичного объема трубы 5 через металлокерамический фильтр 18.