СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОБОЛОЧКИ С ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА И ЛИНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2004 года по МПК G21C19/365 G21C21/02 

Изобретения относятся к ядерной энергетике и могут найти применение на предприятиях изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), сборки их в тепловыделяющие сборки (ТВС) для водо-водяных энергетических ядерных реакторов (ВВЭР) 440, 1000, а более конкретно при удалении оболочки с бракованного ТВЭЛа ядерного реактора, преимущественно водо-водяного типа, содержащего размещенное в газосборнике продуктов деления средство для поджатия топливного столба в виде цилиндрической пружины (см. патент Российской Федерации № 2150150, MПK 7 G 21 C 3/8 от 03.11.1998). В процессе изготовления ТВЭЛа стержневого типа для ядерного реактора ВВЭР-440, имеющего длину ~2,5 м, и для ядерного реактора ВВЭР-1000, имеющего длину ~4,0 м, и сборки ТВЭЛ в ТВС предусмотрен контроль ТВЭЛов, при котором не исключено выявление окончательного брака ТВЭЛов и вывод их из технологического процесса. Различаются виды брака ТВЭЛ по несоответствию оболочки требованиям, предъявляемым к оболочкам ТВЭЛ, и несоответствию требованиям, предъявляемым к столбу топливных таблеток и средству для поджатия столба топливных таблеток внутри оболочки ТВЭЛа, а также по давлению гелия внутри оболочки ТВЭЛа. Давление гелия в ТВЭЛах реакторов с водой под давлением составляет 25-30 кгс/см² (см. Разработка производства и эксплуатация ТВЭЛ энергетических реакторов. Книга 2 под редакцией Ф.Г. Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995, с.286).

Наиболее близким по техническим условиям и достигаемому эффекту является способ удаления оболочки с бракованного стержневого ТВЭЛа, состоящего из трубчатой оболочки и размещенного в ней столба топливных таблеток ядерного топлива, включающий нагрев оболочки ТВЭЛа, по крайней мере, до температуры пластичности оболочки и извлечение ядерного топлива через торцевую часть оболочки (см. патент Японии JP 6031800 В4 от 26.01.87, опубликован 27.04.94, МПК G 21 C 19/37. Способ удаления оболочки с отработавших стержневых ТВЭЛов).

В способе-прототипе разрушение оболочки осуществляют путем пропускания ее между двумя обжимными вальцами, сплющивания с разрушением находящегося внутри ядерного топлива, извлечением его через торцевые части оболочки. При этом полного извлечения разрушенного ядерного топлива из сплющенной оболочки не достигается, так как ядерное топливо по бокам сплющенной оболочки ТВЭЛа будет зажато сплющенной оболочкой и потребуются химические методы извлечения диоксида урана растворением последнего. Разрушение оболочки сплющиванием с разрушением ядерного топлива (топливных таблеток) лишает возможности использования в дальнейшем оболочек и таблеток ядерного топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является линия удаления оболочки с бракованного стержневого тепловыделяющего элемента, состоящего из трубчатой оболочки и размещенного в ней столба таблеток ядерного топлива, включающая механизм нагрева оболочки, механизм разрушения оболочки и механизм извлечения ядерного топлива из оболочки через торцевые части оболочки (см. патент Японии JP 60318004 от 26.01.87, опубл. 27.04.94, МПК G 21 С 19/37). В линии-прототипе ТВЭЛы полностью нагревают, по крайней мере, до температуры восстановления пластичности оболочек, затем путем пропускания между двумя обжимными вальцами сплющивают их, разрушая находящееся внутри ядерное топливо, и извлекают разрушенное топливо через торцевые части оболочки. При этом полное извлечение разрушенного ядерного топлива из сплющенной оболочки не достигается, так как ядерное топливо по бокам сплющенной оболочки ТВЭЛа будет зажато сплющенной оболочкой и потребуется растворение и перевод ядерного топлива в жидкое состояние для его удаления из оболочки. Разрушение оболочки сплющиванием с разрушением топливных таблеток лишает возможности использования их повторно.

Технической задачей изобретения является снижение трудозатрат за счет повторного использования таблеток ядерного топлива при снаряжении новых ТВЭЛ и оболочек ТВЭЛ ВВЭР-1000 для изготовления новых ТВЭЛ ВВЭР-440.

Эта техническая задача решается тем, что в способе удаления оболочки с ТВЭЛа, состоящего из трубчатой оболочки и размещенного в ней столба таблеток ядерного топлива под давлением гелия со средством поджатия, включающем нагрев оболочки ТВЭЛа, разрушение оболочки и извлечение ядерного топлива; согласно изобретению проводят сортировку бракованных ТВЭЛ по видам брака, отбирают ТВЭЛы ВВЭР-1000 с оболочками, соответствующими требованиям, предъявляемым к оболочкам ТВЭЛ, нагрев оболочки ТВЭЛа осуществляют на границе между концом столба таблеток ядерного топлива и средством их поджатия до температуры, достаточной для разрушения оболочки в месте нагрева внутренним давлением гелия с уширением места разрыва, извлечение таблеток ядерного топлива из оболочки через место разрыва осуществляют при расположении оболочки под углом 45-55° к горизонтальной оси, таблетки ядерного топлива подвергают сортировке, годные таблетки ядерного топлива направляют на повторное снаряжение ТВЭЛ, бракованные таблетки ядерного топлива - на термическое окисление в закись-окись урана, оболочку после извлечения из нее таблеток ядерного топлива подвергают резке в размер оболочки для ТВЭЛа ВВЭР-440 и направляют на снаряжение ТВЭЛ ВВЭР-440, а остальные оболочки, не соответствующие требованиям, предъявляемым к оболочкам ТВЭЛ, подвергают резке на мерные заготовки и отмывке в азотнокислом растворе.

Способ позволяет снизить трудозатраты за счет повторного использования таблеток ядерного топлива и оболочек ВВЭР-1000 для изготовления оболочек меньшей длины ВВЭР-440.

Эта техническая задача решается тем, что в линии удаления оболочки с бракованного стержневого тепловыделяющего элемента, состоящего из трубчатой оболочки и размещенного в ней столба таблеток ядерного топлива под давлением гелия внутри оболочки, включающей механизм нагрева оболочки, механизм разрушения оболочки и механизм извлечения ядерного топлива из оболочки через торцевую часть оболочки; согласно изобретению механизм нагрева и механизм разрушения оболочки совмещены в агрегат электроконтактной резки, выполненный в виде размещенных на штоке пневмоцилиндра водоохлаждаемых электродов зажима оболочки стержневого тепловыделяющего элемента, механизм извлечения таблеток ядерного топлива из оболочки через отрезанную часть выполнен в виде кантователя оболочки стержневого тепловыделяющего элемента отрезанным концом вниз, линия дополнительно снабжена механизмом отрезки оболочки ВВЭР-1000 после удаления из нее таблеток ядерного топлива в размер оболочки ВВЭР-440 и на мерные заготовки и пульсационным реактором отмывки мерных заготовок в сетчатом контейнере, при этом вся линия размещена в перчаточном боксе, снабженном узлом герметичного ввода в перчаточный бокс стержневых ТВЭЛ в виде поворотного вала с пазами для стержневых ТВЭЛ, транспортным средством проводки их по перчаточному боксу с механизма на механизм, форкамерой вывода отмытых мерных заготовок, фильтром для фильтрации раствора из пульсационного реактора со сборными емкостями и системой газоочистки. Такое выполнение линии позволит снизить трудозатраты за счет повторного использования таблеток ядерного топлива при снаряжении новых ТВЭЛ и оболочек ТВЭЛ ВВЭР-1000 для изготовления новых ТВЭЛ ВВЭР-440, осуществлять эту пылящую операцию в перчаточном боксе, снабженном пылеулавливающей системой.

На чертежах представлена линия удаления оболочки с бракованных стержневых ТВЭЛ, где на фиг.1 - общий вид линии, вид сбоку; на фиг.2 - линия, вид с торца; на фиг.3 - агрегат контактной резки; на фиг.4 - бракованный ТВЭЛ; на фиг.5 - узел герметичного ввода ТВЭЛ вместе с механизмом резки; на фиг.6 - пульсационный реактор; на фиг.7 - кантователь; на фиг.8 - положение оболочки при извлечении таблеток.

Линия удаления оболочки с бракованного стержневого ТВЭЛа, состоящего из трубчатой оболочки 1 и размещенного в ней столба таблеток 2 ядерного топлива и средства 3 их поджатия (фиксатора), включает механизм нагрева оболочки 1, механизм разрушения оболочки 1 и механизм извлечения ядерного топлива из оболочки 1 через торцевую часть оболочки 1.

Механизм нагрева оболочки 1 и механизм разрушения оболочки 1 совмещены в агрегат 4 контактной резки, выполненный в виде размещенных на штоке 5 пневмоцилиндра 6 водоохлаждаемых электродов 7 зажима оболочки 1 стержневого тепловыделяющего элемента.

Механизм извлечения таблеток 2 ядерного топлива из оболочки 1 через отрезанную часть выполнен в виде кантователя 8 оболочки 1 стержневого тепловыделяющего элемента отрезанным концом вниз. Линия дополнительно снабжена механизмом 9 отрезки оболочки 1 ВВЭР-1000 после удаления из нее таблеток ядерного топлива в размер оболочки ВВЭР-440 и на мерные заготовки 10 и пульсационным реактором 11 отмывки мерных заготовок 10 в сетчатом контейнере 12. Линия размещена в перчаточном боксе 13, снабженном узлом герметичного ввода в перчаточный бокс 13 стержневых тепловыделяющих элементов в виде поворотного вала 14 с пазами 15 для тепловыделяющих элементов, транспортным средством 16 проводки их по перчаточному боксу 13 с механизма на механизм, форкамерой 17 вывода отмытых мерных заготовок 10, фильтром для фильтрации раствора (не показан) из пульсационного реактора 11 со сборными емкостями (не показаны) и системой газоочистки (не показана). Узел герметичного ввода стержневых тепловыделяющих элементов снабжен наклонным столом 18 под углом 5-7° к горизонтальной оси с ложементом 19 и отсекателем 20 поштучной подачи стержневых тепловыделяющих элементов в перчаточный бокс 13. Под таким же углом 5-7° внутри бокса имеется наклонный стол 21 подачи на ложемент 22 агрегата 4 электроконтактной резки, на кантователь 8 и наклонный стол 23 подачи на транспортное средство 16 - рольганг.

Способ осуществляют следующим образом.

Бракованные ТВЭЛы сортируют по видам брака, т.е. отбирают ТВЭЛы ВВЭР-1000, у которых оболочка 1 соответствует требованиям, предъявляемым к ТВЭЛам.

Бракованный ТВЭЛ из ложемента 19 по наклонному столу 18 через отсекатель 20 поштучной подачи поступает в паз 15 в поворотном валу 14, который, поворачиваясь вокруг своей оси, вводит бракованный ТВЭЛ в перчаточный бокс без нарушения герметичности последнего. В боксе 13 бракованный ТВЭЛ по наклонному столу 21 поступает в ложемент 22, где часть ТВЭЛа со стороны фиксатора 3 отрезается на агрегате контактной резки 4. При этом штоком 5 пневмоцилиндра 6 водоохлаждаемые электроды 7 зажимают оболочку между топливным столбом таблеток 2 и средством 3 поджатия и при нагреве места реза в течение 4-5 с электрическим током силой 150-160 А под действием гелия, находящегося внутри оболочки 1 под давлением 25-30 кгс/см², оболочка 1 в месте реза развивается. Оболочка 1 поступает на кантователь 8, где открытым концом к низу, а другим концом под углом α=45-55° к горизонтальной оси поднимается вверх. Таблетки 2 ядерного топлива высыпаются в тару, сортируются на годные и брак. Угол α=45-55° выбран оптимальным. При угле более 55° возможно разрушение таблеток из-за большой скорости падения, а при угле меньше 45° идет медленное их извлечение. Брак направляют на переработку, а годные таблетки 2 ядерного топлива - на повторное снаряжение новых ТВЭЛ. Оболочка 1 от ТВЭЛа ВВЭР-1000, не имеющая повреждений, поступает на отрезку на механизм 9 в размер “L” оболочки ВВЭР-440, т.е. из 4-метровой трубки получают трубку 2,5 метра и направляют на снаряжение ТВЭЛ ВВЭР-440.

Оболочки с дефектами режут на мерные заготовки 10, которые загружают в сетчатый контейнер 12 и отмывают в пульсационном реакторе 11. Перемещение по перчаточному боксу 13 трубок осуществляют рольгангом 16 и по наклонным столам 23, 21. Отмытые мерные заготовки 10 из перчаточного бокса 13 выгружают через форкамеру 17 без нарушения герметичности перчаточного бокса 13.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов ТВЭЛ для тепловыделяющих сборок ТВС энергетических ядерных реакторов (ЯР). В способе удаления оболочки проводят сортировку бракованных ТВЭЛ по видам брака, отбирают ТВЭЛ ВВЭР-1000 с оболочками, соответствующими требованиям, предъявляемым к оболочкам, нагрев оболочки осуществляют на границе между концом столба таблеток ядерного топлива и средством их поджатия до температуры, достаточной для разрушения оболочки в месте нагрева внутренним давлением гелия с уширением места разрыва, извлечение таблеток ядерного топлива из оболочки через места разрыва осуществляют при расположении оболочки под углом 45-55° к горизонтальной оси, таблетки подвергают сортировке, годные таблетки направляют на повторное снаряжение, бракованные - на переработку, оболочку после извлечения таблеток подвергают резке в размер оболочки для ТВЭЛ ВВЭР-440 и направляют на снаряжение, а остальные оболочки подвергают резке на мерные заготовки и отмывке в азотнокислом растворе. Механизм линии нагрева оболочки и механизм линии разрушения оболочки совмещены в агрегат электроконтактной резки, выполненный в виде размещенных на штоке пневмоцилиндра водоохлаждаемых электродов зажима оболочки ТВЭЛ, механизм извлечения таблеток из оболочки через отрезанную часть выполнен в виде кантователя оболочки ТВЭЛ отрезанным концом вниз, дополнительно линия снабжена механизмом отрезки оболочки ТВЭЛ ВВЭР-1000 в размер оболочки ТВЭЛ ВВЭР-440 и на мерные заготовки и пульсационным реактором отмывки мерных заготовок в сетчатом контейнере, при этом вся линия размещена в перчаточном боксе, снабженном узлом герметичного ввода в него ТВЭЛ в виде поворотного вала с пазами для ТВЭЛ, транспортным средством проводки их по перчаточному боксу с механизма на механизм, форкамерой вывода отмытых мерных заготовок, фильтром для фильтрации раствора из пульсационного реактора со сборными емкостями и системой газоочистки. Технический результат: повторное использование таблеток ядерного топлива при снаряжении новых ТВЭЛ ВВЭР-1000 и для изготовления новых ТВЭЛ ВВЭР-440. 2 с.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ удаления оболочки с тепловыделяющего элемента, включающий нагрев оболочки, разрушение оболочки и извлечение из оболочки таблеток ядерного топлива, отличающийся тем, что проводят сортировку бракованных тепловыделяющих элементов по видам брака, отбирают тепловыделяющие элементы реактора ВВЭР-1000 с годными оболочками, нагрев оболочки бракованных тепловыделяющих элементов осуществляют на границе между концом столба таблеток ядерного топлива и средством их поджатия до температуры, достаточной для разрушения оболочки в месте нагрева внутренним давлением гелия с уширением места разрыва, извлечение таблеток ядерного топлива из оболочки через места разрыва осуществляют при расположении оболочки под углом 45-55° к горизонтальной оси, таблетки подвергают сортировке, годные таблетки направляют на повторное снаряжение тепловыделяющих элементов, бракованные - на переработку, оболочку тепловыделяющего элемента для реактора ВВЭР-1000 после извлечения таблеток ядерного топлива подвергают резке в размер оболочки тепловыделяющего элемента для реактора ВВЭР-440 и направляют на снаряжение, а остальные оболочки подвергают резке на мерные заготовки и отмывке в азотнокислом растворе.2. Линия для осуществления способа удаления оболочки с тепловыделяющего элемента, включающая механизмы нагрева и разрушения оболочки, механизм извлечения таблеток ядерного топлива из оболочки через ее торцевую часть, отличающаяся тем, что механизмы нагрева и разрушения оболочки совмещены в агрегат электроконтактной резки, выполненный в виде размещенных на штоке пневмоцилиндра водоохлаждаемых электродов зажима оболочки тепловыделяющего элемента, механизм извлечения таблеток из оболочки через отрезанную часть выполнен в виде кантователя оболочки тепловыделяющего элемента отрезанным концом вниз, дополнительно линия снабжена механизмом отрезки оболочки тепловыделяющего элемента для реактора ВВЭР-1000 в размер оболочки тепловыделяющего элемента ВВЭР-440 и на мерные заготовки и пульсационным реактором отмывки мерных заготовок в сетчатом контейнере, при этом вся линия размещена в перчаточном боксе, снабженном узлом герметичного ввода в него тепловыделяющих элементов в виде поворотного вала с пазами для тепловыделяющих элементов, транспортным средством проводки тепловыделяющих элементов по механизмам перчаточного бокса, форкамерой вывода отмытых мерных заготовок, фильтром для фильтрации раствора из пульсационного реактора со сборными емкостями и системой газоочистки.