УСТАНОВКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ ДЕЛЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ, ИЗ ЯЧЕЕК БЛОКА СУХОГО ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2007 года по МПК G21F9/00 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к методам обращения с радиоактивными отходами, и может быть использовано при утилизации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), находящегося во временных хранилищах.

Одним из используемых методов хранения ОЯТ является способ сухого хранения. Способ сухого хранения предполагает определенный первоначальный срок выдержки ОЯТ в бассейне с водой. После этого отработавшее топливо загружают в контейнер и сохраняют в месте хранения. Это может быть шахта на поверхности, сухая скважина, камера с воздушным охлаждением и т.п. (Справочник по ядерной энерготехнологии. Пер. с англ. Ф. Ран, А. Адамантиадес, Дж. Кентон, Ч.Браун / Под ред. В.А.Леонова. М.: Энергоатомиздат, 1989, с.494-496).

В процессе длительного контейнерного хранения отработанного ядерного топлива ОЯТ могут возникать непредвиденные (нештатные) ситуации, когда во внутреннюю полость контейнера, или ячейки, где находится ОЯТ, попадает вода. В период промежуточного хранения ОЯТ в атмосфере внутренней полости контейнера под воздействием радиации образуются оксиды азота, которые, реагируя с водой, приводят к образованию коррозионно-опасных азотной и азотистой кислот. Пары воды и кислых газов при высокой температуре, до которой нагревается внутренняя полость контейнера за счет тепловыделения ОЯТ, могут вызвать активную коррозию элементов конструкции контейнера. Такие явления часто наблюдаются во временных хранилищах, которые возводились без соблюдения необходимых требований к обеспечению нескольких барьеров защиты ОЯТ.

Поскольку ОЯТ в этих хранилищах находится в специальных пеналах, чехлах, ячейках, которые и сами могут быть частично повреждены, то штатный способ обращения с ОЯТ, включающий захват и втягивание сборки из пенала в перегрузочный контейнер для транспортирования на переработку, не может быть использован без предварительного удаления жидких радиоактивных отходов (ЖРО), находящихся в хранилищах.

Кроме того, выгрузка из временных хранилищ отработавших тепловыделяющих сборок (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.

Для безопасности демонтажа были предложены методы, описанные, например, в RU 2253158, 27.05.2005.

Однако использование известных технических решений при демонтаже ОЯТ из ячеек блока сухого хранения в случае накопления в них жидкой фазы невозможно, т.к. при этом возникает опасность попадания топлива в жидкость. Это в свою очередь может привести к возникновению самопроизвольной цепной реакции, что совершенно недопустимо исходя из требований техники безопасности.

В связи с вышеизложенным появилась необходимость предварительной откачки жидкой фазы из ячеек блока сухого хранения перед их демонтажем.

Методы и устройства для осуществления такой операции из уровня техники не известны.

Для перекачки жидких радиоактивных пульп в атомной промышленности предлагались погружные насосные установки, содержащие пульсационные клапанные насосы, управляемые дистанционно (RU 2097605, 27.11.1997).

Однако использование этих установок для откачивания суспензии из ячейки блока сухого хранения оказалось невозможным.

Задачей настоящего изобретения является разработка установки, обеспечивающей безопасное удаление суспензии радиоактивных отходов, скопившихся в блоках сухого хранения ОЯТ, с разделением жидкой и твердой фазы, а также возможную очистку вторичных жидких отходов.

Поставленная задача ранее не решалась.

Для решения поставленной задачи предложена установка для удаления жидких радиоактивных отходов, содержащих твердые частицы делящихся материалов, из ячеек блока сухого хранения отработавшего ядерного топлива, содержащая по меньшей мере один узел сопряжения с ячейкой блока сухого хранения, трубопровод подачи отходов, соединенный с эжектором, центробежный сепаратор, установленный на выходе камеры смешения эжектора и выполненный в виде плоского поворотного диффузора, снабженного разделительной решеткой, механические фильтры-контейнеры, снабженные микрофильтрами, емкость с рабочей жидкостью, по меньшей мере, один электронасос, обеспечивающий подачу воды по напорной магистрали на вход эжектора, соединительные трубопроводы, отводящие магистрали жидких и газообразных продуктов, дистанционно управляемая запорная арматура, контрольно-измерительные приборы.

В предложенной установке узел сопряжения с ячейкой блока сухого хранения выполнен в виде цилиндрического корпуса, по образующей которого установлены трубки с обеспечением их передвижения в вертикальной плоскости на скользящих опорах, при этом в нижней части упомянутого корпуса установлено самонаводящееся устройство стыковки с ячейкой блока, выполненное в виде полой пробки с крышкой, снабженной проходными отверстиями для трубок, и основанием, соединенным с упомянутой крышкой винтом, установленным по оси пробки.

Предпочтительно узел сопряжения ячейки блока сухого хранения соединен с трубопроводом подачи отходов гибким соединительным шлангом.

Установка может быть дополнительно снабжена одним или несколькими сорбционными фильтрами, установленными на отводящей магистрали жидких радиоактивных продуктов.

Установка снабжена упомянутыми сорбционными фильтрами, содержащими селективные неорганические сорбенты и смесь сульфокатионита в Na⁺-форме и сильноосновного анионита в ОН^--форме.

Установка может содержать в напорной магистрали воды теплообменное устройство для обеспечения ее охлаждения и фильтрующее устройство для ее очистки от взвешенных частиц.

Установка может быть дополнительно снабжена поддоном для сбора возможных протечек.

Установка также может быть снабжена воздушной магистралью для осушки механических фильтров-контейнеров.

Описание установки в статике.

На Фиг.1 изображена установка для удаления жидких радиоактивных отходов, содержащих твердые частицы делящихся материалов, в которой:

1 - узел сопряжения,

2 - ячейка блока сухого хранения,

3 - трубопровод подачи отходов,

4 - дистанционно управляемая запорная арматура и контрольно-измерительные приборы,

5 - эжектор,

6 - центробежный сепаратор,

7 - разделительная решетка,

8а и 8б - механические фильтры-контейнеры,

9 - емкость с водой,

10 - отводящая магистраль газообразных продуктов,

11 - отводящая магистраль воды и ЖРО,

12 - электронасос,

13 - напорная магистраль воды,

14 - теплообменное устройство,

15 - фильтрующее устройство для очистки от взвешенных частиц,

16а - сорбционный фильтр с селективными неорганическими сорбентами,

16б - сорбционный фильтр со смесью катионита и анионита,

17 - поддон,

18 - воздушная магистраль для осушки фильтров-контейнеров.

19 - соединительный шланг.

На Фиг.2 показан разрез узла сопряжения 1, в котором:

20 - цилиндрический корпус,

21 - электропривод,

22 - скользящие опоры,

23 - подвижные трубки,

24 - сальниковое уплотнение,

25 - самонаводящееся устройство стыковки, выполненное в виде пробки,

26 - направляющий канал для трубок,

27 - винт, соединяющий крышку пробки с ее основанием.

Описание работы установки.

Заявленная установка работает следующим образом.

Грузоподъемным оборудованием цилиндрический корпус 20 узла сопряжения 1 подводят к ячейке блока сухого хранения 2 и самонаводящееся устройство стыковки 25 вводят в ячейку, плотно фиксируют корпус соосно с ячейкой с помощью винта 27. По команде оператора включают электропривод 21 скользящих опор 22 и опускают трубки 23 во внутреннее пространство ячейки. По направляющим каналам 26 трубки подают в зазор, образованный между металлической стенкой ячейки и корпусом узла сопряжения, установленного в ячейке. Процесс опускания трубок контролируют по показаниям датчиков, измеряющих дистанцию подачи трубок. При достижении трубкой дна ячейки процесс опускания трубок автоматически блокируется. Трубки соединяют гибким шлангом 19 с трубопроводом подачи отходов 3 и по команде оператора начинают процесс извлечения ЖРО из ячейки.

Из емкости 9 воду подают электронасосом 12 под давлением 4 ати по напорной магистрали 13 к эжектору 5. При этом в подводящем трубопроводе 3 абсолютное давление падает до величины давления насыщения воды, за счет чего ЖРО из блока сухого хранения поступают в эжектор. Образовавшаяся смесь воды и ЖРО по цилиндрическому каналу камеры смешения эжектора поступает в центробежный сепаратор 6. Сепаратор, выполненный в виде плоского поворотного диффузора, за счет изменения направления потока и постепенного увеличения сечения обеспечивает однородность распределения частиц мелкой фракции по всему объему, одновременно частицы крупной фракции теряют свою скорость и выделяются из основного потока. Далее поток попадает на разделительную решетку 7, выполняющую две функции: пеногашения и разделения частиц по фракционному составу. Крупные твердые частицы делящихся материалов с размером больше 1,5 мм накапливаются в фильтре-контейнере 8а, мелкие частицы в фильтре-контейнере 8б. Очищенная от примесей смесь воды и ЖРО вновь поступает в емкость 9 и цикл повторяется, как описано выше.

Если в систему попадает воздух, то его удаляют из емкости по отводящей магистрали газообразных продуктов 10. За счет добавления к первоначальному объему воды некоторого количества ЖРО уровень жидкости в емкости повышается, и ее избыточное количество выводят через сорбционный фильтр 16а, содержащий селективные неорганические сорбенты, поглощающие радионуклиды.

В случае появления α-активности смесь воды и ЖРО дополнительно пропускают через сорбционный фильтр 16б, содержащий смесь сульфокатионита и сильноосновного анионита.

При повышении температуры жидкости в высоконапорной магистрали выше 40°С ее дополнительно охлаждают в теплообменнике 14. При накоплении взвесей ее дополнительно чистят от взвешенных частиц в фильтре 15. Возможные протечки собирают в поддон 17. Периодически фильтры-контейнеры 8а и 8б подвергают осушке воздухом, подаваемым по магистрали 18.

Заявленная установка может содержать несколько узлов сопряжения с одной и/или несколькими ячейками блока сухого хранения, что позволяет обеспечить надежность работы установки и ее высокую производительность. В установке предусмотрено дублирующее оборудование и возможность замены отдельных элементов установки при выходе их из строя.

Установка эффективно работает при наличии в газовой среде ячейки блока сухого хранения воздуха, водяного пара, радиоактивных аэрозолей и газовых продуктов деления. Обеспечена работоспособность установки при температуре окружающего воздуха от 3°С до 35°С и относительной влажности до 98%. Сейсмичность района использования установки не должна превышать 7 баллов.

Как видно из вышеизложенного, предложенная установка позволяет решить задачу безопасного удаления суспензии радиоактивных отходов из блоков сухого хранения с одновременной очисткой извлекаемых отходов от твердых частиц делящихся материалов. Установка позволяет также осуществить очистку вторичных жидких отходов от радионуклидов в сорбционных фильтрах.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к методам обращения с радиоактивными отходами, и может быть использовано при демонтаже и утилизации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), находящегося во временных хранилищах. Установка для удаления жидких радиоактивных отходов, содержащих твердые частицы делящихся материалов, из ячеек блока сухого хранения отработавшего ядерного топлива содержит по меньшей мере один узел сопряжения с ячейкой блока сухого хранения, трубопровод подачи отходов, соединенный с эжектором, центробежный сепаратор, установленный на выходе камеры смешения эжектора, выполненный в виде плоского поворотного диффузора, снабженного разделительной решеткой, механические фильтры-контейнеры, снабженные микрофильтрами, емкость с рабочей жидкостью, по меньшей мере, один электронасос, обеспечивающий подачу рабочей жидкости по напорной магистрали на вход эжектора, соединительные трубопроводы, отводящие магистрали жидких и газообразных продуктов, дистанционно управляемая запорная арматура, контрольно-измерительные приборы. Узел сопряжения с ячейкой блока сухого хранения выполнен в виде цилиндрического корпуса. По образующей корпуса установлены трубки, перемещающиеся в вертикальной плоскости на скользящих опорах. В нижней части корпуса установлено самонаводящееся устройство стыковки с ячейкой блока, выполненное в виде полой пробки с крышкой. Пробка снабжена проходными отверстиями для трубок и основанием, соединенным с упомянутой крышкой винтом, установленным по оси пробки. Установка позволяет решить задачу безопасного удаления суспензии радиоактивных отходов из блоков сухого хранения с одновременной очисткой извлекаемых отходов от твердых частиц делящихся материалов и с обеспечением возможности очистки вторичных жидких отходов от радионуклидов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для удаления жидких радиоактивных отходов, содержащих твердые частицы делящихся материалов, из ячеек блока сухого хранения отработавшего ядерного топлива, содержащая по меньшей мере один узел сопряжения с ячейкой блока сухого хранения, трубопровод подачи отходов, соединенный с эжектором, центробежный сепаратор, установленный на выходе камеры смешения эжектора, и выполненный в виде плоского поворотного диффузора, снабженного разделительной решеткой, механические фильтры-контейнеры, снабженные микрофильтрами, емкость с рабочей жидкостью, по меньшей мере, один электронасос, обеспечивающий подачу воды по напорной магистрали на вход эжектора, соединительные трубопроводы, отводящие магистрали жидких и газообразных продуктов, дистанционно управляемую запорную арматуру, контрольно-измерительные приборы.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел сопряжения с ячейкой блока сухого хранения выполнен в виде цилиндрического корпуса, по образующей которого установлены трубки с обеспечением их передвижения в вертикальной плоскости на скользящих опорах, при этом в нижней части упомянутого корпуса установлено самонаводящееся устройство стыковки с ячейкой блока, выполненное в виде полой пробки с крышкой, снабженной проходными отверстиями для трубок, и основанием, соединенным с упомянутой крышкой винтом, установленным по оси пробки.3. Установка по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что узел сопряжения с ячейкой блока сухого хранения соединен с трубопроводом подачи отходов гибким соединительным шлангом.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена, одним или несколькими сорбционными фильтрами, установленными на отводящей магистрали жидких радиоактивных продуктов.5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что сорбционные фильтры содержат селективный неорганический сорбент и смесь сульфокатионита в Na⁺-форме и сильноосновного анионита в OH^--форме.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в напорной магистрали воды установлено теплообменное устройство для обеспечения ее охлаждения и фильтрующее устройство для ее очистки от взвешенных частиц.7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена поддоном для сбора возможных протечек.8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена воздушной магистралью для осушки механических фильтров-контейнеров.