контейнерное устройство для хранения опасных материалов и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Контейнерное устройство для хранения опасного материала, в частности тепловыделяющего материала, такого как радиоактивное топливо для ядерных реакторов, содержащее, по существу, цилиндрический контейнерный блок, имеющий центрально-осевой цилиндрический сквозной канал (13) и содержащий группу емкостей (12) для хранения опасного материала, расположенных между центральным каналом и круговой поверхностью контейнерного блока, и дополнительно содержащий цилиндрическое бетонное тело (14), окружающее группу емкостей для хранения, отличающееся тем, что емкости (12) для хранения установлены прилегающими друг к другу вдоль замкнутой кривой, при этом стенка центрального канала (13) образована преимущественно из участков круговых поверхностей прилегающих емкостей (12) для хранения, причем бетонное тело выполнено непосредственно контактирующим с емкостями (12) для хранения, по существу, по всем частям круговых поверхностей, которые не образуют указанные участки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкости для хранения (12) выполнены с возможностью размещения в них внутренних емкостей (11), содержащих опасный материал.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что емкости для хранения выполнены цилиндрическими из бетона, и предпочтительно содержат периферическое проволочное армирование (12А) и/или осевое армирование.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что емкости (12) для хранения герметизированы путем заполнения бетоном отсеков хранения, выполненных в них.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что емкости (12) для хранения имеют отсеки хранения, содержащие центральное углубление (12Е) для установки внутренних емкостей (11), содержащих опасный материал.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что круговая поверхность бетонного тела (14) окружена элементом (16) бетонной рубашки и дополнительно внешним элементом (17) бетонной рубашки, окружающим указанный выше элемент рубашки.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что элемент (16) рубашки армирован множеством осевых арматурных стержней (19).

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что элемент (16) бетонной рубашки содержит периферическое проволочное армирование (18).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что содержит верхний и нижний концевые элементы (20, 21), имеющие отверстия (20А, 21А), размер и форма которых, по существу, соответствуют поперечному сечению центрального канала (12), и закрывающие соответственно верхний и нижний концы группы емкостей (12) для хранения и бетонного тела.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что концевые элементы (20, 21) также выполнены закрывающими элемент (16) рубашки, при этом арматурные стержни (19) закреплены в концевых элементах (20, 21).

11. Способ изготовления контейнерного устройства для хранения опасного материала, в частности тепловыделяющего материала, такого как радиоактивное ядерное топливо, согласно которому на стенд для изготовления сборных бетонных конструкций помещают основную конструкцию, содержащую нижнюю часть (21), имеющую центральное отверстие (21А) и дополнительно содержащую цилиндрическую рубашку (15); помещают группу цилиндрических емкостей (12) для хранения, которые имеют высоту, приблизительно одинаковую с высотой рубашки (15) основной конструкции, и формируют отсеки для размещения в них опасного материала в вертикальном положении, прилегающими друг к другу на нижней части основной конструкции и к центральному отверстию вокруг него, в результате чего группа емкостей для хранения образует цилиндрическую полость совместно с рубашкой; при этом нижняя часть основной конструкции и, при необходимости, также стеновые элементы соединяют промежутки между емкостями хранения, заполняют цилиндрическую полость бетоном для формирования бетонного тела (14) и устанавливают верхнюю концевую пластину (20), имеющую центральное отверстие (20А), соответствующее центральному отверстию (21А) нижней концевой пластины (21) наверху рубашки (15) и ряд емкостей (12) для хранения.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что включает операцию герметизирования емкостей (12) для хранения с введенным в них опасным материалом, предпочтительно путем заполнения бетоном отсека с опасным материалом до того, как емкости для хранения будут размещены на нижней части основной конструкции.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что операции введения опасного материала в емкости (12) хранения, помещения емкостей (12) хранения с введенным в них опасным материалом в основную конструкцию, и заполнения цилиндрической полости бетоном для формирования бетонного тела (14) выполняют под водой.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к контейнерному устройству для хранения опасного материала, в частности - тепловыделяющего материала, такого как радиоактивное топливо для ядерных реакторов. В частности, настоящее изобретение относится к устройству, содержащему по существу блок цилиндрического контейнера, имеющий центральноосевой сквозной канал и содержащий ряд емкостей для хранения опасного материала, расположенных между центральным каналом и круговой поверхностью блока контейнера, и дополнительно содержащий цилиндрический бетонный корпус, окружающий ряд емкостей хранения.

В публикациях WO 01/78082, WO 01/78083, WO 01/78084 раскрыты примеры известных вариантов осуществлений таких устройств. Центральноосевой канал служит центральным широким охлаждающим каналом, по которому воздух или другой текучий хладагент может протекать за счет естественной конвекции (эффект «дымохода»), или, если потребность в охлаждении значительная, с помощью вентилятора или насоса. Тепло, выносимое наружу от опасного материала через окружающий бетонный корпус в окружающую поверхность, может рассеиваться в окружающую среду с помощью хладагента, такого как вода, текущего по круговой поверхности.

В известных из этих публикаций вариантах осуществления емкости для хранения опасного материала полностью встроены внутрь бетона. Соответственно бетонный слой, обеспечивающий, помимо прочего, механическую защиту емкостей для хранения, расположен между центральноосевым каналом и емкостями для хранения, которые могут быть выполнены, например, из стального листа, и распределены вокруг канала.

В публикации WO 01/78084 описаны, помимо устройства хранения упоминаемого выше вида, способ и установка для изготовления таких устройств для хранения. Изготовление предусматривает выполнение литой бетонной конструкции, которая помещается в подводное положение в резервуаре для бетонирования, после чего емкости для хранения с опасным материалом и постоянно находящиеся в воде помещают в указанную конструкцию, а бетон укладывают в подводной конструкции таким образом, что емкости для хранения становятся полностью встроенными в бетон. После того, как бетон в достаточной степени схватится, конструкцию с образовавшимся в ней телом бетона вынимают из резервуара для бетонирования. Согласно альтернативному варианту осуществления емкости для хранения устанавливают в конструкции перед помещением конструкции в резервуар для бетонирования, после чего опасный материал вводят в емкости для хранения, тоже всегда в подводном положении; и после герметизации емкостей для хранения конструкцию заполняют бетоном таким образом, чтобы емкости для хранения стали встроенными внутри тела бетона.

Настоящее изобретение является усовершенствованием вышеуказанного контейнерного устройства и способа его изготовления.

Согласно настоящему изобретению готовые бетонные емкости для хранения используются для содержания в них опасных материалов, которые можно хранить во внутренней емкости. Емкости для хранения расположены таким образом, что части их круговых поверхностей совместно образуют центральный канал, в то время как остальные части круговых поверхностей совместно образуют постоянную конструкцию для тела бетона.

Контейнерное устройство этой конструкции можно выполнить просто и рентабельно, и при этом также обеспечить надлежащее рассеяние тепла опасного вещества и его защиту, или защиту внутренней емкости, содержащей опасный материал.

Изготовление контейнерного устройства согласно настоящему изобретению предусматривает этапы, согласно которым на стенде для изготовления сборных бетонных конструкций устанавливают основную конструкцию, содержащую нижнюю часть с центральным отверстием и цилиндрическую круговую рубашку; устанавливают ряд цилиндрических контейнеров хранения, высота которых приблизительно одинакова с высотой рубашки, и формируют отсеки для размещения в них опасного материала, в вертикальном положении в прилегании друг к другу на нижней части основной конструкции вблизи и вокруг центрального отверстия, в результате чего группа контейнеров хранения образует цилиндрическую полость совместно с рубашкой, нижнюю часть основной конструкции, и, если необходимо, также стеновые элементы, соединяющие промежутки между контейнерами хранения; заполняют цилиндрическую полость бетоном и устанавливают сверху рубашки и ряда емкостей для хранения верхнюю концевую пластину с центральным отверстием, соответствующим отверстию нижней части. Установку верхней концевой плиты можно выполнить до или после укладки бетона. В последнем случае бетон можно вводить через отверстия в верхней концевой пластине.

Перед укладкой бетона может быть целесообразным крепление вертикальных арматурных стержней в основной конструкции и прикрепление их верхних концов к верхней концевой пластине после ее установки. Арматурные стержни, которые при необходимости могут быть предварительно напряженными, могут также служить в качестве анкеров для монтажных петель или других приспособлений для зацепления контейнерного устройства подъемными устройствами.

Настоящее изобретение далее излагается более подробно со ссылкой на чертежи, где

Фиг.1 показывает вид в перспективе вертикального сечения варианта осуществления контейнерного устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 - горизонтальное сечение контейнерного устройства, показанного на Фиг.1;

Фиг.3 - вид в перспективе, в частичном сечении, установки для изготовления контейнерного устройства, показанного на Фиг.1 и 2; и

Фиг.4А, 4В и 4С - сечения, иллюстрирующие последовательные этапы изготовления закрытой емкости для хранения, составляющей часть контейнерного устройства.

Контейнерное устройство 10, показанное на Фиг.1 и 2, выполнено с возможностью размещения в нем четырех удлиненных герметизированных капсул или внутренних емкостей 11, содержащих опасный материал, в частности - отработанное ядерное топливо, например, в виде топливных блоков или пучков стержневых ТВЭЛов (не показаны). В описанном варианте осуществления внутренние емкости 11 являются по существу круглоцилиндрическими, кроме их концов, которые закруглены, и выполнены из такого металла, как нержавеющая сталь. Они также могут быть выполнены из другого материала, соответствующего характеру опасного материала, для которого они предназначаются. Поскольку подробная конструкция внутренних емкостей не является составной частью настоящего изобретения, она не иллюстрируется и не описывается.

По существу контейнерное устройство 10 в целом имеет форму прямого кругового цилиндра, диаметр и высота которого определяются видом его применения. В приведенном в качестве примера применении, т.е. когда ядерное топливо представляет собой топливные блоки или пучки стержневых ТВЭЛов, диаметр и высота могут составлять, например, 3-3,5 м и около 6 м соответственно.

В своей центральной части контейнерное устройство 10 содержит ряд из четырех круглоцилиндрических емкостей для хранения, также в данном описании называемых промежуточными контейнерами, которые обозначены 12, герметизированы согласно излагаемому ниже способу, и каждый из которых содержит одну из емкостей 11 для хранения. Их высота почти та же, что и высота всего контейнерного устройства. Промежуточные контейнеры 12 расположены таким образом, что все их вертикальные оси расположены на воображаемом вертикальном цилиндре, ось С которого (Фиг.2) формирует ось всего контейнерного устройства или совпадает с ней.

При этом промежуточные контейнеры 12 расположены очень близко друг к другу или контактируют друг с другом, и поэтому сечения их круговых поверхностей совместно определяют центральный цилиндрический вертикальный канал 13, стороны которого являются выпуклыми со стороны оси С. Если промежуточные контейнеры 12 непосредственно не контактируют друг с другом, то разделяющие их промежутки могут быть заполнены такими целесообразными элементами, как уплотняющие полосы соответствующего материала. Настоящее изобретение также предусматривает более широкие промежутки между промежуточными контейнерами 12. В этом случае промежутки, отделяющие контейнеры друг от друга, следует соединить или закрыть стеновым элементом (не показан), например, в самом узком участке разделительного промежутка или вблизи него. Участки круговых поверхностей контейнеров 12 и соединительные стеновые элементы тогда будут образовывать центральный канал 13. Важно, чтобы основная часть канала 13 определялась участками круговых поверхностей промежуточных контейнеров (емкостей для хранения) 12.

Промежуточные емкости 12 сделаны из высококачественного бетона и в радиальном направлении предварительно напряжены стальным армированием 12А, проходящим по круговой поверхности. Настоящее изобретение также предусматривает армирование промежуточных контейнеров и, если необходимо, их предварительное напряжение в осевом направлении, но это не показано подробно на чертеже; тем не менее в сечении на Фиг.2 элементы осевого армирования показаны точками. Они также имеют элементы (не показаны) для прикрепления монтажных петель или других приспособлений для подъема.

Внешне круговое цилиндрическое бетонное тело 14, высота которого по существу та же, что и высота промежуточных контейнеров 12, окружает ряд промежуточных контейнеров 12 на их сторонах. В свою очередь, бетонное тело 14 окружено по его высоте круговой цилиндрической рубашкой 15, согласно описанному варианту осуществления, образованной внутренним армированным элементом 16 рубашки и внешним элементом 17 рубашки, который плотно облегает внутренний элемент рубашки, и может быть армированным или неармированным. Внутренний элемент 16 рубашки имеет предварительно напряженное проволочное армирование 18 вокруг его круговой поверхности и также осевое армирование в виде арматурных стержней 19.

Согласно Фиг.1 и 2 бетонное тело 14 полностью заполняет полость между рядом промежуточных контейнеров 12 и внутренней стороной внутреннего элемента 16 рубашки. Бетон в бетонном теле 14 контактирует с внешним участком круговой поверхности каждого промежуточного контейнера 12, т.е. с тем участком указанной поверхности, которая удалена от центрального канала 13; и этот участок по существу больше половины всей круговой поверхности.

Круглые концевые пластины 20 и 21 из тяжелого стального листа закрывают торцы тела, образованного группой промежуточных контейнеров 12, бетонным телом 14 и рубашкой 15. Эти концевые пластины имеют центральное отверстие 20А и 21А соответственно, которое соответствует центральному каналу 13, образованному промежуточными контейнерами, или совпадают с ним, и таким образом образует продолжение указанного канала. В верхней концевой пластине 20 также имеются круглые отверстия 20В, противоположные каждому промежуточному контейнеру 12. На этой концевой пластине также выполнены монтажные петли 22, используемые для зацепления их подъемными хомутами или другими подъемными приспособлениями для подъема контейнерного устройства 10. Эти монтажные петли прикреплены к арматурным стержням 19.

При изготовлении контейнерного устройства 10 промежуточные контейнеры 12, рубашка 15 и концевые пластины 20, 21 используются в готовом виде. Нижняя концевая пластина 15 установлена на соответствующем стенде для изготовления сборных бетонных конструкций, предпочтительно в резервуаре с водой - согласно приводимому ниже более подробному описанию со ссылкой на Фиг.3. Затем рубашку 15 помещают на концевую пластину 21 для образования с ее помощью открытой вверх основной конструкции. Нижние концы арматурных стержней 19 во внутреннем элементе 16 рубашки закреплены в концевой пластине. Группу герметизированных промежуточных контейнеров 12 помещают в их надлежащих положениях в прилегании к центральному отверстию 21А нижней концевой пластины. При необходимости уплотняющие элементы или стеновые элементы (не показаны) помещают между промежуточными контейнерами 12 в местоположениях, которые близки друг к другу настолько, что образуется по существу сплошная цилиндрическая поверхность, ограничивающая центральный канал 13. Затем бетон укладывают в полость между, с одной стороны, рядом промежуточных контейнеров 12 и уплотняющими элементами или стеновыми элементами, размещенными между ними, и, с другой стороны, внутренней стороной внутреннего элемента 16 рубашки, в результате чего образуется бетонное тело 14. Бетон укладывается таким образом, что он заполняет полость от дна и вверх. Верхнюю концевую пластину устанавливают на более тонкой промежуточной пластине и прикрепляют к верхнему концу арматурных стержней 19. Либо верхнюю концевую пластину 20 устанавливают до укладки бетона. В этом случае полость, в которой формируется бетонное тело 14, заполняется через отверстия в верхней концевой пластине 20.

После готовности контейнерного устройства 10 его перемещают в местоположение для хранения, обозначенное буквой L на Фиг.3.

На фиг.3 более подробно, но схематически, показан пример осуществления способа и установки для изготовления контейнерных устройств 10 в соответствии с приведенным выше кратким описанием. В промежуточном хранилище М отработанное ядерное топливо F в виде топливных блоков или пучков стержневых ТВЭЛов хранится под водой в бассейне. С места 23А изготовления или из другого места: пока открытые внутренние емкости 11 переносятся в резервуар 24, где их размещают под водой. Из промежуточного хранилища М топливо F переносится в транспортных контейнерах Т в резервуар 24, где их помещают во внутренние емкости 11, которые затем герметизируют.

С места изготовления 23В или из другого места: пока открытые промежуточные контейнеры 12 переносятся в резервуарную систему 25 с загрузочной станцией, которой является резервуарная секция 25А резервуарной системы. Герметизированные внутренние емкости 11 доставляют в эту загрузочную станцию, где их переносят, все также под водой, в промежуточный контейнер 12, при этом в каждом промежуточном контейнере имеется одна внутренняя емкость; после этого промежуточные контейнеры 12 герметизируют бетоном, в результате чего внутренние емкости 11 полностью встраиваются в бетон (что более подробно описано ниже).

Затем готовые герметизированные промежуточные контейнеры 12 с расположенными в них внутренними емкостями 11 доставляют в резервуарную секцию 25В резервуарной системы 25, где их помещают под воду - как промежуточный запас герметизированных промежуточных контейнеров для хранения.

Из другого места изготовления 26 или из другого места: рубашки 15 переносят в резервуарную секцию 25С бетонирования в резервуарной системе 25, где их помещают под воду на стенде для изготовления сборных бетонных конструкций, выполненном установленной ранее нижней концевой пластиной 21, в которой затем были закреплены арматурные стержни 19. Четыре герметизированных промежуточных контейнера 12, доставленные из резервуарной секции 25, постоянно расположенные полностью под водой, размещают вокруг центрального отверстия 21А в концевой пластине 21. Очевидно, что промежуточные контейнеры 12 можно разместить на концевой пластине 21 до того, как на ней будет помещена рубашка. При необходимости уплотняющие элементы или стеновые элементы вставляют между промежуточными контейнерами 12, где они будут наиболее близко друг к другу.

Затем конструкцию, образованную нижней концевой пластиной 21, рубашкой 15 и группой промежуточных контейнеров 12 и, в соответствующих случаях, также уплотнительными элементами или стеновыми элементами, заполняют бетоном для образования бетонного тела 14. Эту конструкцию, с еще нетвердым бетонным телом 14, перемещают в четвертую резервуарную секцию 25D в резервуарной системе 25, где устанавливают верхнюю концевую пластину и, возможно, выполняют другие завершающие работы.

Законченные контейнерные устройства 10 затем переносят в хранилище L, где их штабелируют, чтобы воздух мог проходить с наружной стороны штабелей и также через «воздуховоды», образованные соосными центральными проходами 13 в штабелях.

В резервуарной системе 25 вода циркулирует в контуре, который имеет очистную систему 25Е.

Согласно другому варианту осуществления (не показан) способа согласно Фиг.3: конструкция, собранная вне резервуарной системы 25 и имеющая нижнюю часть, образованную концевой пластиной 21 или соответствующую ей, и стенку, образованную рубашкой 15 или соответствующую ей, помещают в секцию 25С укладки бетона. Затем промежуточные контейнеры 12 помещают в эту основную конструкцию как описано выше, после чего осуществляют укладку бетона и установку верхней концевой пластины 20.

На фиг.4А, 4В и 4С показаны этапы операций, выполняемых в загрузочной станции 25А.

«Полуфабрикаты» 12' промежуточных контейнеров 12 в виде емкостей для хранения доставляют в загрузочную станцию - резервуар секцию 25А. Конструкция этих «полуфабрикатов» показана на Фиг.4А, где контурной линией указана внутренняя емкость 11. Полуфабрикат выполнен в виде сосуда 12В круглой цилиндрической формы. Сосуд определяет по существу круглоцилиндрический отсек для хранения, в котором содержится опасный материал. Днище 12D сосуда относительно толстое и имеет центральное углубление 12Е, в которое входит конец внутренней емкости 11. На концах сосуда имеется кольцевой диск 12F из листового металла. Внутренний сосуд 11 вставлен в углубление и таким образом удерживается в центральном положении в сосуде 12В. Указанный внутренний сосуд 11 вставлен в перевернутом виде, т.е. элемент 11А крышки направлен вниз; элемент крышки съемным образом соединен с главным корпусом внутренней емкости на фланце 11В.

На Фиг.4В сосуд 12В показан в герметизированном состоянии: части отсека 12С для хранения оставлены между внутренней стороной и внутренним сосудом 11 и над внутренним сосудом, заполненным бетоном. На Фиг.4С готовый промежуточный контейнер 12 показан перевернутым вниз относительно положения, показанного на Фиг.4В, т.е. внутренний сосуд теперь расположен с элементом 11А крышки на верхнем конце.

Заключение внутренней емкости 11 в хранилище или в промежуточном контейнере 12, как показано на Фиг.4А-С, за счет того, что внутренний сосуд встроен в бетон в промежуточном контейнере 12, обеспечивает высокую степень надежности исключения утечки из внутреннего сосуда в окружающую среду. Настоящее изобретение также предусматривает возможность герметизации промежуточного контейнера другим способом, например, с помощью отдельной крышки или иного укупорочного элемента.

Также возможно использование промежуточных контейнеров 12 в качестве транспортных контейнеров, т.е. для транспортирования контейнеров Т. В этом случае они закрыты таким образом, чтобы их можно было легко открыть для извлечения опасного материала из них. Если они используются в качестве транспортных контейнеров, то они предпочтительно имеют рубашку из стали.