ПЕНАЛ ДЛЯ РЕМОНТА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ВВЭР
CANISTER FOR REPAIR OF VVER FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для хранения, транспортирования и ремонта тепловыделяющих сборок (ТВС) ВВЭР, и предназначено для использования на атомной станции (АС).
Тепловыделяющая сборка (ТВС) реактора ВВЭР состоит из пучка твэлов, направляющих каналов, головки и хвостовика. Твэлы, выполненные в виде стержней, закреплены в нижней и нескольких дистанционирующих решеток. В ходе эксплуатации ВВЭР возможно образование негерметичности циркониевых оболочек твэлов. Для выявления ТВС, содержащих негерметичные твэлы, предусмотрен ряд методик контроля герметичности оболочек твэлов на работающем и остановленном реакторе. Дальнейшая эксплуатация ТВС с негерметичными твэлами ведет к выходу в теплоноситель радиоактивных элементов, в то же время прекращение эксплуатации ТВС, до выработки проектного уровня выгорания, влечет экономические потери.
На АС с ВВЭР применяются устройства для ремонта ТВС в бассейне выдержки (БВ). Принцип ремонта заключается в снятии головки ТВС, извлечении негерметичного твэла, установки на его место имитатора твэла и установки головки ТВС на штатное место. При проведении операции извлечения твэла сохраняется вероятность его дальнейшего разрушения и попадания фрагментов топлива в БВ, что несет риск повышения радиационной нагрузки на окружающую среду.
Из уровня техники известен «Герметичный пенал хранения отработавшего ядерного топлива» (см. патент РФ №2435239, кл. G21C 19/06, опубл. 2010 г.), содержащий корпус, привариваемую к нему крышку с грузозахватным устройством, выполненным на крышке в виде центрального грибка и дублирующего захватного бурта, выполненного по периферии крышки, установленные в центральном грибке крышки клапан для откачки и заполнения пенала средой хранения и контроля герметичности и управляющий им стержень-заглушку, решетку, выполненную в виде набора дисков с соосными отверстиями, образующую ячейки для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, закрепленных на вертикальных стойках, на расстояниях, позволяющих осуществлять установку ампул с заданной непрямолинейностью.
Известен «Пенал для отработавшего ядерного топлива водо-водяного энергетического реактора ВВЭР-1000» (см. патент РФ №2468454, кл. G21C 19/06, опубл. 2011 г.), 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 по оси несущую трубу. Несущая труба имеет квадратное сечение, внутри корпуса смонтированы вертикальные стойки, на которых установлены в несколько ярусов пластины, прикрепленные к корпусу пенала, на боковых гранях пластин выполнены выборки под углом 120°, соединенные угловыми вертикальными облицовками, причем стороны квадратного сечения несущей трубы и угловых вертикальных облицовок образуют шестигранные сечения, превышающие шестигранное сечение ОТВС.
Недостатками известных конструкций является то, что их конструкция не позволяет использовать для хранения ТВС в стеллажах БВ в период эксплуатации ВВЭР и остановов на планово-предупредительный ремонт.
Известен контейнер для дефектного топлива (патент JP №2014095569(А), G21C 19/06, G21F 9/36, опубл. 2014 г.), содержащий цилиндрический корпус с днищем, съемную крышку с уплотнением, съемную корзину внутри корпуса и предохранительный клапан в крышке.
Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению, по совокупности признаков, является "Пенал герметичный" (Техническое задание на поставку нестандартного технологического оборудования/изделия и/или системы филиала АО «Концерн Росэнергоатом» «Балаковская атомная станция» Предмет закупки: Пенал герметичный для хранения негерметичных ОТВС реакторов ВВЭР-1000, АО «Концерн Росэнергоатом», Балаковская АЭС, 2018.04.06 [найдено 2021.09.02]. Найдено в <http://zakupki.rosatom.ru/1805160608329>), содержащий цилиндрический корпус с днищем, съемную пробку, изолированные от внутреннего объема сосуда, трубки охлаждения, проходящие через трубные доски пенала, направляющую, представляющую собой шестигранную трубу и предохранительные клапана в днище и пробке. На пробке располагается грузозахватный элемент. Пробка выполнена в форме двух, соединенных между собой, расположенных друг над другом, концентрических дисков, верхний диск обеспечивает фиксацию пробки в верхней части корпуса пенала, нижний диск с элементами уплотнения обеспечивает герметизацию внутренней полости корпуса от окружающей среды.
Недостатками конструкций контейнера и пенала является то, что после установки в нее ТВС, головка ТВС «закрыта» стенками пенала, и не обеспечивается доступ инструмента для снятия головки и извлечения твэла, что не позволяет использовать данную конструкцию для ремонта ТВС ВВЭР.
Технической задачей изобретения является разработка конструкции пенала для хранения, транспортирования и ремонта ТВС, которая обеспечит возможность снятия головки ТВС ВВЭР при нахождении ТВС в данном пенале. После снятия головки ТВС и последующего извлечения негерметичного твэла, в случае дальнейшего разрушения оболочки твэла, возможные высыпания фрагментов топлива будут локализованы внутри объема пенала.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении выхода радиоактивных элементов в окружающую среду при обращении с негерметичным топливом.
Указанный технический результат достигается тем, что в пенале, содержащем цилиндрический корпус с днищем, съемную пробку, изолированные от внутреннего объема сосуда трубки охлаждения, проходящие через трубные доски пенала, направляющую, представляющую собой шестигранную трубу и предохранительные клапана в днище и пробке. На пробке располагается грузозахватный элемент. Пробка выполнена в форме двух, соединенных между собой, расположенных друг над другом, концентрических стаканов, внешний стакан обеспечивает фиксацию пробки в верхней части корпуса пенала, внутренний стакан с элементами уплотнения обеспечивает герметизацию внутренней полости корпуса и пробки от окружающей среды. Внутренний стакан пробки выполнен таким образом, что его внутренний объем обеспечивает размещение головки ТВС.
Применение такой формы пробки позволяет иметь доступ инструмента к головке ТВС при необходимости ее снятия, а также доступ инструмента к головкам твэлов с возможностью визуального контроля.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5:
фиг. 1 - Общий вид пенала для ремонта для тепловыделяющих сборок ВВЭР;
фиг. 2 - Разрез А-А;
фиг. 3 - Вид Б пробки пенала;
фиг. 4 - Разрез В-В с размещенной ТВС;
фиг. 5 - Разрез В-В с размещенной ТВС и снятой пробкой пенала.
Патентуемый пенал для ремонта тепловыделяющих сборок ВВЭР содержит цилиндрический корпус 1 с днищем 2 и съемной пробкой 3.
В корпусе 1 размещены изолированные от внутреннего объема сосуда трубки 4, проходящие через трубные доски 5 пенала и направляющая 6, представляющая собой шестигранную трубу.
Пробка 3, на которой расположен грузозахватный элемент 7, выполнена в форме двух, соединенных между собой, концентрических стаканов, внешний стакан 8 обеспечивает фиксацию пробки в верхней части корпуса 1 пенала, внутренний стакан 9 с элементами уплотнения обеспечивает герметизацию внутренней полости корпуса 1 и пробки 3 от окружающей среды. Внутренний стакан 9 пробки 3 выполнен таким образом, что его внутренний объем обеспечивает размещение головки ТВС.
Внутренний объем корпуса и внутреннего стакана пробки обеспечивает размещение ТВС 10. Клапан 11, расположенный в съемной пробке 3 открывается при превышении установленной величины внутреннего давления в пенале. В днище 2 корпуса 1 расположен клапан 12, открывающийся при снижении ниже установленной величины внутреннего давления в пенале.
При снятой пробке 3 конструкция пенала позволяет устанавливать ТВС 10. При этом головка ТВС 10 «открыта», и обеспечивается доступ инструмента для снятия головки и извлечения твэла из ТВС 10 ВВЭР, установки на его место имитатора твэла и установки на штатное место головки ТВС 10. В случае разрушения твэла при извлечении или невозможности провести операцию по извлечению твэла, на корпус 1 устанавливается пробка 3, обеспечивая возможность транспортирования и хранения в БВ пенала, с расположенной в нем поврежденной ТВС 10.