защитный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива

Формула изобретения

1. Защитный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий цилиндрический корпус с днищем, защитные крышки, выемную дистанционирующую решетку, вертикальный трубный канал для откачки воды, нижний срез которого расположен с зазором над днищем контейнера, и стыковочное гнездо для присоединения вакуумной системы, отличающийся тем, что стыковочное гнездо размещено в стенке корпуса контейнера и снабжено радиальным проходным каналом, внутреннее отверстие которого соединено с упомянутым вертикальным трубным каналом, при этом в радиальном проходном канале установлены герметичный клапан и по меньшей мере одна герметизирующая крышка, а вертикальный трубный канал расположен между дистанционирующей решеткой и корпусом и закреплен на внутренней оболочке корпуса контейнера.

2. Защитный контейнер по п.1, отличающийся тем, что в его днище под трубным каналам выполнен приямок.

3. Защитный контейнер по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что зазор между нижним срезом трубного канала и днищем составляет не более одного диаметра трубного канала.

4. Защитный контейнер по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что корпус контейнера выполнен с внутренней и наружной цилиндрическими оболочками с днищами, а полость между наружной и внутренней цилиндрическими оболочками и днищами заполнена армированным бетоном.

5. Защитный контейнер по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками установлен силовой стакан.

6. Защитный контейнер по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что герметичный клапан снабжен винтовым приводом открывания и закрывания трубного канала.

7. Защитный контейнер по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стыковочное гнездо дополнительно снабжено съемным присоединительным устройством, обеспечивающим связь радиального проходного канала с вакуумной системой, при этом присоединительное устройство выполнено с поворотным валиком, один конец которого состыкован с винтовым приводом клапана, а второй конец выведен наружу и снабжен ручкой для его вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к конструкции железобетонных контейнеров.

Одной из проблем, возникающих при загрузке контейнера отработавшим ядерным топливом (ОЯТ), осуществляемой под водой, является проблема безопасности на стадии откачки воды и осушки внутренней полости контейнера.

С учетом решения данной проблемы разработан ряд конструкций контейнеров.

Известен, например, железобетонный контейнер CONSTROL, содержащий металлические внутреннюю и наружную обечайки с днищем, пространство между которыми заполнено бетоном, систему герметичных крышек с эластомерными уплотнительными прокладками, причем в нижней крышке выполнено два отверстия, одно из которых служит для вакуумирования и закачки инертного газа, а второе для дренирования, т. е. для откачки воды (Гарту Р. и др. "Опыт создания контейнеров для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива" Теплоэнерготехника 5, 2002, стр.15-16, рис.2).

Недостатки данной конструкции: отсутствие стационарного канала для откачки воды из зоны днища и необходимость его установки в виде зонда, а также невозможность контроля состава внутренней атмосферы контейнера и ее корректировки после установки и обварки наружных герметизирующих крышек. Кроме того, при подстыковке оборудования для дренирования и вакуумирования (осушки) обслуживающий персонал вынужден находиться в зоне наибольшей интенсивности радиационного излучения.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавших сборок ТВЭЛов ядерных реакторов, содержащий корпус с днищем, внутренней и наружной защитными герметизирующими крышками и торцевыми демпфирующими элементами, вставленный в полость корпуса чехол, включающий соединенные между собой диафрагмы с отверстиями для установки отработанных сборок ТВЭЛов и снабженный торцевыми демпфирующими элементами, установленными по окружности соответственно на верхней и нижней диафрагмах чехла с наружной стороны последних, причем торцевые демпфирующие элементы, установленные на нижней диафрагме, одновременно являются опорными элементами чехла, взаимодействующими с днищем корпуса, а торцевые демпфирующие элементы, установленные на верхней диафрагме, выполнены с возможностью взаимодействия с внутренней защитной герметизирующей крышкой, при этом один из торцевых демпфирующих элементов, установленных на верхней диафрагме, одновременно выполняет роль присоединительного элемента вертикального трубного канала, пропущенного через диафрагмы для отсоса воды со дна полости корпуса (RU 2189648, G 21 F 5/008, 20.09.02).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является защитный контейнер для хранения и транспортирования отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус, вставленную в полость корпуса выемную часть - дистанционирующую решетку, в отверстиях верхней доски и диафрагм которой размещены трубные чехлы с ОЯТ, защитную уплотнительную крышку, при этом выемная часть контейнера снабжена прикрепленным к ней трубным каналом, ось которого смещена относительно оси контейнера на расстояние 0,75-0,95 величины радиуса внутренней полости контейнера, верхний торец трубного канала вставлен в верхней доске выемной части в стыковочное гнездо присоединения вакуумной системы для отсоса воды со дна контейнера через трубный канал, а нижний торец трубного канала расположен над дном контейнера с зазором не более внутреннего радиуса трубного канала, при этом нижний фланец контейнера оснащен дополнительным съемным фланцем, имеющим уклон в сторону трубного канала на угол 1-4^o (RU 2139582, G 21 F 5/008, 10.10.99).

Недостатком известных конструкций является сложность эксплуатации, так как для отсоса воды необходим съем защитно-герметизирующих крышек, что резко повышает радиационную опасность.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции, позволяющей производить откачку воды из внутренней полости контейнера и осушку его внутренней полости при установленных крышках контейнера с обслуживанием средств откачки воды и осушки контейнера с боковой стороны (без необходимости размещения обслуживающего состава на крышке контейнера).

Поставленная задача решается описываемым защитным контейнером для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, который содержит цилиндрический корпус с днищем, защитные крышки, выемную дистанционирующую решетку, вертикальный трубный канал для откачки воды, нижний срез которого расположен с зазором над днищем контейнера, и стыковочное гнездо для присоединения вакуумной системы, размещенное в стенке контейнера и снабженное радиальным проходным каналом, внутреннее отверстие которого соединено с упомянутым вертикальным трубным каналом, при этом в радиальном проходном канале установлен герметичный клапан и, по меньшей мере, одна герметизирующая крышка, причем вертикальный трубный канал расположен между дистанционирующей решеткой и корпусом и закреплен на внутренней оболочке корпуса контейнера.

В одном из возможных вариантов контейнера в его днище под трубным каналом выполнен приямок.

Предпочтительно зазор между нижним срезом трубного канала и днищем составляет не более одного диаметра трубного канала.

В одном из вариантов выполнения защитный корпус контейнера выполнен с внутренней и наружной цилиндрическими оболочками с днищами, полость между которыми заполнена армированным бетоном.

В одном из вариантов между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками может быть установлен силовой стакан.

Предпочтительно герметичный клапан снабжен винтовым приводом открывания и закрывания трубного канала.

Предусматривается, что стыковочное гнездо снабжено съемным присоединительным устройством, обеспечивающим связь радиального проходного канала с вакуумной системой, при этом присоединительное устройство выполнено с поворотным валиком, один конец которого состыкован с винтовым приводом клапана, а второй конец выведен наружу и снабжен ручкой для его вращения.

Конструкция контейнера для транспортировки и/или хранения отработавших сборок ТВЭЛов ядерных реакторов схематично представлена на чертежах. На фиг. 1 показан общий вид контейнера, продольный разрез. На фиг.2 представлен разрез стыкового гнезда для присоединения вакуумной системы. На фиг.3 представлено присоединительное устройство в стыковом гнезде контейнера.

Контейнер для транспортировки и/или хранения отработавших сборок ТВЭЛов ядерных реакторов содержит корпус 1 (фиг.1), внутренняя полость "а" которого перекрыта защитными крышками 2 и 3. Во внутреннюю полость контейнера вставлена дистанционирующая решетка 4, содержащая ряд диафрагм 5 с отверстиями, внутри которых установлены трубы 6. Внутри труб размещены отработавшие сборки ТВЭЛов. В другом варианте непосредственно в отверстиях диафрагм расположены ампулы (пеналы) с размещенными в них сборками ТВЭЛов (на чертеже не показаны).

В зазоре между дистанционирующей решеткой 4 и внутренней оболочкой контейнера установлен вертикальный трубный канал 7. Он прикреплен к внутренней оболочке, его верхний срез соединен с проходным радиальным каналом "б", выполненным в стенке контейнера, а нижней срез расположен с удалением от днища не более чем на один его диаметр.

В изображенном на фиг.1 варианте исполнения нижний срез трубного канала расположен в приямке "в", выполненном на днище контейнера, что обеспечивает более полное удаление воды из внутренней полости контейнера.

В радиальном канале "б" установлен клапан 8 с винтовым приводом 9 для его закрывания и открывания и герметизирующей крышкой 10, перекрывающей клапан снаружи и выполняющей его стопорение (предохранение от возможного самоотвинчивания при эксплуатации - транспортировке).

В данном исполнении клапан с установленной на нем крышкой обеспечивает как минимум два контура герметизации.

В изображенном варианте исполнения радиальный проходной канал "б" дополнительно снабжен наружной герметизирующей крышкой 11, предохраняющей клапан 8 с крышкой 10 от возможности воздействия на него внешних предметов в аварийных условиях (например, согласно нормативным документам Российской Федерации и рекомендациям МАГАТЭ при падении контейнера на штырь с высоты 1 м).

С установленной наружной герметизирующей крышкой перекрытие проходного канала, как минимум, обеспечивает три контура герметизации.

Для повышения герметичности контейнера и его радиационно-защитных свойств между наружной и внутренней оболочкою контейнера установлен дополнительный силовой стакан (герметичная цилиндрическая оболочка с днищем) 12.

Предложенная конструкция работает следующим образом.

После загрузки отработавшего топлива и установки защитной крышки 3, контейнер извлекают из бассейна выдержки и на посту обслуживания при снятых крышках 10 и 11 в стыковочном гнезде к клапану 8 подсоединяют устройство, обеспечивающее связь радиального и трубного каналов с вакуумной системой посредством шланга.

Присоединительное устройство снабжено приводом 13 вращения винта 9 клапана, выведенным наружу из полости канала (наружным приводом), чем обеспечивается защита обслуживающего персонала от возможного воздействия радиоактивных продуктов.

Посредством насосной установки производят откачку воды из донной области контейнера. С целью исключения возможности образования вакуума во внутренней полости контейнера (препятствующего процессу удаления воды) крышка контейнера 10 в этот период находится в неподжатом к уплотнительным устройствам положений.

В одном из вариантов исполнения предусмотрено наличие дополнительного канала (отверстия) для исключения образования в контейнере разрежения, препятствующего откачке воды через трубный канал (на чертеже не показано). После откачки воды это отверстие герметично перекрывают.

После удаления воды осуществляют закрепление и герметизацию внутренней крышки 10 с контролем ее герметичности и установку последующей крышки 11.

В этом положении производится откачка воздуха из контейнера с образованием в нем вакуума, обеспечивающего интенсивное испарение находящихся в контейнере остатков влаги и удаление парообразных продуктов. Данную операцию производят несколько раз, чем гарантируется сведение к минимуму парообразных коррозионно-опасных продуктов в контейнере. После осушки внутренней полости через проходной радиальный канал производят заполнение контейнера инертным газом, в частности азотом, с обеспечением заданного парциального давления (~ 0,8 атм).

Затем закрывают клапан, отсоединяют присоединительное устройство, закрывают крышки клапана, контролируют герметичность клапанного устройства, закрывают наружную крышку радиального канала и производят контроль ее герметичности.

После выполнения операций по удалению влаги из контейнера, его осушки и заполнения инертным газом производят закрывание наружных крышек 3 и 2 - их герметизацию и при необходимости производят обварку наружного герметизирующего листа 2 (наружной крышки). В результате контейнер готов к длительному хранению и/или транспортировке отработавшего ядерного топлива.

Как видно из описания, работа предложенной конструкции позволяет не только откачать воду из внутренней полости контейнера, но и произвести его осушку, заполнение инертным газом и герметизацию, соблюдая максимальную безопасность для обслуживающего персонала и достаточную простоту выполнения всех необходимых операций.