Патент на изобретение №2253158

(54) СПОСОБ ДЕМОНТАЖА ДЕФЕКТНЫХ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК

(57) Реферат:

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к методам обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топливом, и особо может быть использовано при демонтаже дефектных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), находящихся в плавучих или береговых хранилищах. Задачей настоящего изобретения является минимизация технологического времени, затрачиваемого на демонтаж всех дефектных ОТВС из хранилища ПТБ, разработка эффективного и максимально радиационно безопасного способа демонтажа. Технический результат – существенное (в несколько раз) уменьшение поглощенной дозы гамма-излучения обслуживающим персоналом и выхода радионуклидов в окружающую среду при демонтаже дефектных ОТВС из хранилища за счет сокращения времени вспомогательных операций установки, центровки и снятия с каждой рабочей позиции специального технологического оборудования. В способе демонтажа дефектных ОТВС из хранилища, расположенного на ПТБ, удаляют защитную пробку загрузочного отверстия поворотной плиты, совмещенного с одним из концентрически расположенных в трубной доске рядов ячеек со сборками, и определяют все дефектные сборки, находящиеся в этом ряду. После этого, вращая поворотную плиту, центрируют это загрузочное отверстие относительно головки пенала с дефектной сборкой и через него вырезают в теле трубной доски кольцеобразную проточку, внутренний диаметр которой незначительно больше наружного диаметра втулки, на глубину, превышающую провар в трубной доске. После этого выполняют подрыв пенала с дефектной сборкой от трубной доски на величину ее толщины и последующий подъем его из ячейки вместе с втулкой на высоту порядка 0,8 м от нижнего края втулки пенала до верхней плоскости поворотной плиты. Затем на цилиндрическую поверхность пенала надевают технологическое разъемное пружинное кольцо, наружный диаметр которого незначительно больше наружного диаметра втулки, и опускают пенал обратно в ту же ячейку трубной доски. Далее загрузочное отверстие поворотной плиты последовательно устанавливают над каждым пеналом с дефектной сборкой в этом ряду и повторяют все вышеуказанные операции. По окончанию этих операций через загрузочное отверстие поочередно извлекают все подорванные пеналы вместе с втулками и технологическими разъемными пружинными кольцами. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к методам обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топливом, и может быть использовано при демонтаже дефектных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), находящихся в плавучих или береговых временных хранилищах.

В настоящее время во временных хранилищах отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), размещенного в плавучих технических базах (ПТБ), находится большое количество ОТВС, подлежащих демонтажу для их дальнейшей переработки или захоронения.

По различным технологическим причинам некоторые ОТВС, находящиеся в специальных пеналах и чехлах, могут быть частично повреждены (деформированы), нарушена герметичность оболочек топливных элементов, корродированны узлы их крепления, могли произойти отдельные механические разрушения элементов ОТВС или изменились положения некоторых ОТВС относительно штатного. Поэтому штатный способ обращения с ОЯТ, включающий захват и втягивание сборки из пенала в перегрузочный контейнер для транспортирования на переработку, не может быть использован.

Кроме того, выгрузка из временных хранилищ ОТВС с вышеуказанными дефектами может привести к их разрушению и, следовательно, к неконтролируемому выделению в окружающую среду радиоактивных веществ (просыпей ОЯТ и т.д.), что способствует увеличению опасности радиационного облучения для обслуживающего персонала, а также ухудшению производственной и экологической среды.

Известен способ демонтажа дефектных ОТВС, расположенных в индивидуальных пеналах в хранилищах ПТБ. Этот способ описан в статье “Плавучее хранилище “Лепсе” (журнал “Атомная техника за рубежом”, 1997 г., №3, с.20-21). Согласно этому способу удаляют защитную пробку загрузочного отверстия поворотной плиты, вращая поворотную плиту, центрируют это отверстие относительно пенала с ОТВС и оценивают состояние верхних частей ОТВС.

В дальнейшем, по одному из вариантов, для обеспечения доступа к ОТВС удаляют поворотную плиту, после чего пеналы с дефектными сборками удаляют целиком с помощью дистанционно управляемых средств демонтажа. Этот способ предусматривает извлечение пеналов после удаления поворотной плиты, которая имеет большие габариты и массу, поэтому ее удаление требует больших трудозатрат. Кроме того, после удаления поворотной плиты открывается доступ ко всем ОТВС, в том числе и с различными дефектами, вследствие чего возможен выход в окружающую среду радиоактивных продуктов и потока -излучения. В целях радиационной безопасности персонала в этом случае требуется максимально быстрое удаление всех пеналов с ОТВС с использованием дистанционных средств демонтажа (робототехнических комплексов), что связано с большими экономическими затратами.

Известен также способ демонтажа дефектных ОТВС, изложенный в патенте №2154864 на “Способ демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок” и принятый за прототип. Согласно этому способу сначала удаляют защитную пробку загрузочного отверстия, расположенного в поворотной плите над одним из концентрически расположенных рядов ячеек с пеналами с ОТВС и, вращая поворотную плиту, через это отверстие определяют дефектные ОТВС. Затем центрируют загрузочное отверстие относительно пенала с дефектной ОТВС и через это отверстие вырезают в теле трубной доски кольцеобразную проточку, внутренний диаметр которой незначительно больше наружного диаметра втулки, на глубину, превышающую провар в трубной доске. После этого захватывают пенал за технологические пазы, имеющиеся в верхней части пенала, отрывают его от трубной доски и извлекают через упомянутое отверстие вместе с дефектной ОТВС и втулкой.

Однако удаление пеналов с дефектными ОТВС таким способом тоже достаточно трудоемко, так как общее технологическое время, затрачиваемое на определение дефектных сборок, вырезку кольцеобразной проточки, подрыв и извлечение подорванного пенала, состоит не только из машинного времени, предназначенного на проведение этих операций, но и из подготовительного времени на установку, центровку и снятие после окончания каждой операции специального технологического оборудования (СТО), предназначенного для обеспечения этих операций. При этом машинное время описанного способа значительно (в несколько раз) меньше подготовительного времени.

Задачей настоящего изобретения является минимизация технологического времени, затрачиваемого на демонтаж всех дефектных ОТВС из хранилища ПТБ, разработка эффективного и максимально радиационно безопасного способа демонтажа.

Техническим результатом при осуществлении предлагаемого изобретения будет являться существенное (в несколько раз) уменьшение поглощенной дозы гамма-излучения обслуживающим персоналом и выхода радионуклидов в окружающую среду при демонтаже дефектных ОТВС из хранилища за счет сокращения времени вспомогательных операций установки, центровки и снятия с каждой рабочей позиции специального технологического оборудования.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе демонтажа дефектных ОТВС из хранилища, расположенного на ПТБ, удаляют защитную пробку загрузочного отверстия поворотной плиты, совмещенного с одним из концентрически расположенных в трубной доске рядов ячеек со сборками и определяют все дефектные сборки, находящиеся в этом ряду. После этого, вращая поворотную плиту, центрируют это загрузочное отверстие относительно головки пенала с дефектной сборкой и через него вырезают в теле трубной доски кольцеобразную проточку, внутренний диаметр которой незначительно больше наружного диаметра втулки, на глубину, превышающую провар в трубной доске. После этого выполняют подрыв пенала с дефектной сборкой от трубной доски на величину ее толщины и последующий подъем его из ячейки вместе с втулкой на высоту порядка 0,8 м от нижнего края втулки пенала до верхней плоскости поворотной плиты. Затем на цилиндрическую поверхность пенала надевают технологическое разъемное пружинное кольцо, наружный диаметр которого незначительно больше наружного диаметра втулки, и опускают пенал обратно в ту же ячейку трубной доски. Далее загрузочное отверстие поворотной плиты последовательно устанавливают над каждым пеналом с дефектной сборкой в этом ряду и повторяют все вышеуказанные операции. По окончании этих операций через загрузочное отверстие поочередно извлекают все подорванные пеналы вместе с втулками и технологическими разъемными пружинными кольцами.

Операция подрыва пенала с дефектной сборкой из ячейки трубной доски на величину ее толщины необходима для преодоления эффекта “холодной сварки” (коррозированной диффузии) между наружной поверхностью втулки пенала и внутренней поверхностью ячейки.

Операция подъема пенала из ячейки трубной доски на высоту 0,8 м от нижнего края втулки до верхней плоскости поворотной плиты требуется для проведения монтажа технологического разъемного пружинного кольца, охватывающего пенал. Величина подъема в 0,8 м определена за счет оптимального сочетания следующих факторов: положение сборки при подъеме относительно поворотной плиты, когда ее твэльная часть (95% радиоактивности) находится под поворотной защитной плитой, а также эргономические возможности обслуживающего персонала.

Установка технологического разъемного пружинного кольца обеспечивает незаклинивание втулки пенала при опускании пенала обратно в ячейку трубной доски.

Благодаря опоре поверхности кольца на поверхность кольцевой проточки будет гарантирована точная центровка пенала, предотвращающая его наклон, который мог бы иметь место при опоре торцом подорванной втулки, имеющей надрывы, заусенцы и т.п. Для усиления этого эффекта в частном случае предлагаемого решения используется пружинное кольцо с горизонтальной опорной поверхностью. Таким образом, в конечном счете, будет обеспечена последующая надежная работа захвата перегрузочного контейнера при извлечении пенала без проведения дополнительных работ по центровке пенала в ячейке трубной доски.

Операция по опусканию пенала обратно в ту же ячейку трубной доски до упора на технологическое кольцо позволяет, не снимая СТО по вырезке кольцеобразной проточки, переместить загрузочное отверстие поворотной плиты радиально и центрировать относительно головки пенала, следующего по этому радиальному ряду ячеек с пеналами, и, в заключение, через загрузочные отверстия поворотной плиты поочередно извлечь все подорванные пеналы с дефектными сборками вместе со втулками и технологическими разъемными пружинными кольцами.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

фиг.1 – общий вид хранилища;

фиг.2 – разрез хранилища по А-А;

фиг.3 – схема вырезки кольцеобразной проточки;

фиг.4 – схема операции подрыва пенала с ОТВС;

фиг.5 – схема подъема пенала с ОТВС и монтажа технологического кольца;

фиг.6 – схема опускания пенала в ячейку до упора технологического кольца на кольцеобразную проточку в трубной доске;

фиг.7 – узел опоры подорванного пенала на технологическое кольцо в увеличенном масштабе;

фиг.8 – схема выгрузки подорванного пенала и установки его в чехле транспортного контейнера.

Хранилище состоит из следующих составных частей: бака 1, трубной доски 2, поворотной плиты 3, защитной пробки 4, загрузочного отверстия (в поворотной плите) 5, пенала 6, ОТВС 7 и втулки 8.

Фланец втулки 8 приварен к трубной доске 2 и к пеналу 6, содержащему ОТВС. Для установки поворотной плиты 2 в определенном положении имеется фиксатор 9.

Все пеналы в трубной доске расположены по концентрическим окружностям (фиг.1). Для каждого концентрического ряда предусмотрено по одному загрузочному отверстию 5, закрытому защитной пробкой 4.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Из загрузочного отверстия 5 извлекают защитную пробку 4 и, вращая поворотную плиту 3, определяют визуально через телекамеры (на чертежах не показаны) все дефектные сборки в этом ряду. Затем центрируют загрузочное отверстие 5 относительно пенала 6 с дефектной сборкой. Проверка этого совмещения может быть осуществлена с помощью калибра. В установленном положении поворотную плиту закрепляют фиксатором 9.

Далее в теле трубной доски вырезают кольцевую проточку 12, соосную с этим пеналом. Операция вырезания может быть произведена, например, посредством кольцевого сверла 10, закрепленного в шпинделе 11 устройства для вырезки пеналов с отработавшими дефектными тепловыделяющими сборками (решение о выдаче патента от 05.06.03 на изобретение по заявке №2002103837/06 от 11.02.2002 г.).

Вырезание кольцевой проточки 12 в теле трубной доски 2 и фланца втулки 8 производят таким образом, чтобы внутренний диаметр проточки незначительно превышал наружный диаметр втулки 8 для предотвращения провала пенала 6 в бак 1 хранилища (см. фиг 2). При этом глубина проточки должна превышать глубину провара в трубной доске 2 (см. фиг 3). Глубина провара определяется известным в технике способом.

Подрыв и извлечение пенала 6 производят следующим образом. В загрузочное отверстие 5 поворотной плиты 3 устанавливается подрывное устройство 13 с кистевым захватом 14. Кистевой захват 14 зацепляет пенал 6 за технологические пазы и производится силовой подрыв пенала 6 из трубной доски 2 на величину А толщины трубной доски 2 (см. фиг 4).

Штатным подъемно-транспортным устройством 15 подрывное устройство 13 вместе с пеналом с ОТВС поднимают на высоту Б порядка 0,8 м от нижней кромки втулки 8 до верхней кромки поворотной плиты 3 (см. фиг 5). Затем надевают на поверхность пенала 6 технологическое разъемное кольцо 16, при этом, если на нем имеется плоская поверхность 17, то ее располагают снизу. После этого штатным подъемно-транспортным устройством 15 опускают подрывное устройство 13 до упора технологического кольца 16 на горизонтальную поверхность кольцеобразной проточки 12 той же ячейки трубной доски 2 (см. фиг.6).

Кистевой захват 14 подрывного устройства 13 разжимают, сохраняя центровку пенала благодаря горизонтальному контакту – упору между собой кольца 16 и кольцевой проточки 12 (см. фиг.7). После этого подъемно-транспортное устройство 15 поднимает подрывное устройство из полости загрузочного отверстия 5 в поворотной плите. При этом пенал 6 с ОТВС вместе с технологическим кольцом 16 остается в кольцеобразной проточке 12 той же ячейки трубной доски 2.

Затем загрузочное отверстие 5 поворотной плиты 3 перемещают радиально и центрируют относительно головки пенала 6, следующего по этому радиальному ряду пеналов с дефектной сборкой. В этом положении также проводят все вышеуказанные операции и так последовательно проходят все ячейки этого радиального ряда.

По окончании работ в этом ряду через загрузочное отверстие 5 поворотной плиты 3 поочередно, с помощью направляющей воронки 18, захвата 19 и перегрузочного контейнера 20, извлекают все подорванные пеналы 6 с дефектными ОТВС вместе со втулками 8 и технологическими кольцами 16 (см. фиг.8) и перегружают их в соответствующие гнезда чехла 21 с упором кольца 16 в горизонтальную поверхность дистанцирующей решетки 22 чехла, что обеспечивает заданные положения пеналов в чехле, размещенном в транспортном контейнере 23 либо в штатном береговом или плавучем хранилище ОТВС.

Формула изобретения

1. Способ демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок из хранилища плавучей технической базы, при котором удаляют защитную пробку загрузочного отверстия поворотной плиты, совмещенного с одним из концентрически расположенных в трубной доске рядов ячеек со сборками в пеналах и, визуально определив через упомянутое отверстие дефектную сборку в этом ряду, соосно ее пеналу вырезают в теле трубной доски кольцеобразную проточку с внутренним диаметром, немного превышающим наружный диаметр проходной втулки, через которую пенал установлен в трубной доске, затем подрывают пенал от трубной доски на величину ее толщины и извлекают его из хранилища вместе с проходной втулкой, отличающийся тем, что после подрыва упомянутого пенала выполняют его подъем вместе со втулкой из ячейки трубной доски на высоту не менее 0,8 м от нижнего края втулки до верхней плоскости поворотной плиты, на пенал надевают технологическое разъемное пружинное кольцо, наружный диаметр которого незначительно больше наружного диаметра втулки, и опускают пенал обратно в ячейку трубной доски, после чего открытое загрузочное отверстие поворотной плиты последовательно устанавливают над каждой дефектной сборкой в этом ряду и повторяют все вышеуказанные операции, а затем через загрузочное отверстие поочередно извлекают все подорванные пеналы вместе с втулками и технологическими кольцами.

2. Способ демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок из хранилища плавучей технической базы по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение упомянутого пружинного кольца представляет собой круг со срезанным параллельно плоскости кольца сегментом, высота которого меньше радиуса круга, причем кольцо срезанной поверхностью устанавливается в проточку в трубной доске.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.10.2005

Извещение опубликовано: 27.01.2007 БИ: 03/2007