СПОСОБ ДЕМОНТАЖА КЕССОНОВ ИЗ ХРАНИЛИЩА СУДОВ АТОМНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ С НЕШТАТНО РАЗМЕЩЕННЫМИ В НИХ ДЕФЕКТНЫМИ ОТВС Российский патент 2010 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к методам обращения с радиоактивными отходами, и может быть использовано при демонтаже кессонов с размещенными в них дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС), находящимися в хранилищах судов атомно-технологического обслуживания (АТО).

В настоящее время во временных хранилищах отработавшего ядерного топлива, размещенных, например, на плавучих технических базах и судах АТО, находится большое количество дефектных ОТВС, загруженных ранее на временное хранение не в штатные пеналы, а в объемные кессоны по причине высокой степени разрушенности этих ОТВС. К таким хранилищам относится, например, плавтехбаза «Лепсе», имеющая в баках хранилища кроме пеналов для ОТВС еще 4 объемных кессона. Эти кессоны первоначально были предназначены для хранения ионообменных фильтров или кассет со стержнями системы управления и защиты.

Для доступа ко всем кессонам в поворотной плите хранилища имеется одно специальное отверстие диаметром 520 мм, закрытое защитной пробкой. Однако из-за неприспособленности кессонов для хранения ОТВС при их загрузке невозможно было обеспечить ядерно-безопасный «шаг решетки», загрузка часто происходила с применением силового воздействия на ОТВС, что иногда приводило к повреждению топливной части ОТВС и ее подвески. Кроме того, в кессонах не исключена возможность наличия воды, а потому они относятся к категории аварийных и подлежат дальнейшей утилизации.

Однако использование штатных способов обращения с отработавшим ядерным топливом, включающих захват ОТВС, втягивание ее в перегрузочный контейнер и дальнейшее транспортирование на переработку, невозможно по причине их разрушенности. Вытягивание ОТВС с подобными дефектами из кессона может привести к их дальнейшему разрушению и неконтролируемому выделению в окружающую среду радиоактивных веществ, что отрицательно повлияет на радиационную безопасность для обслуживающего персонала и окружающей среды.

Известен способ демонтажа дефектных ОТВС, расположенных в индивидуальных пеналах с постоянным ядерно-безопасным «шагом решетки» относительно друг друга в баках хранилища плавучих технических баз (ПТБ) или судов АТО, см. статью «Плавучее хранилище «Лепсе» (журнал Атомная техника за рубежом, 1997, №3, стр.20-21). Согласно этому способу пеналы удаляют целиком с помощью дистанционно управляемых средств демонтажа. Однако этот способ предусматривает извлечение пеналов после удаления поворотной плиты, которая имеет большие габариты и массу, достигающую нескольких десятков тонн, что трудоемко и потребует значительных трудозатрат. Кроме того, после удаления поворотной плиты открывается доступ ко всем дефектным ОТВС в пеналах бака, что неизбежно приведет к выходу в окружающую среду большого количества радиоактивных веществ.

Известен также способ по патенту РФ №2154864, наиболее близкий по технической сущности к заявленному и принятый за прототип, по которому через загрузочное отверстие поворотной плиты в трубной доске вокруг приваренного пенала вырезают кольцеобразную проточку, отделяют пенал от трубной доски и захватом пенала за его верхние технологические пазы извлекают пенал вместе с дефектной ОТВС с помощью «штатного» перегрузочного контейнера. Однако этот способ можно использовать только для ОТВС, находящихся в штатных пеналах, и он характеризуется осуществлением последовательной выгрузки пеналов с дефектными ОТВС.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка надежной и экономически недорогой технологии демонтажа кессонов с дефектными ОТВС из хранилищ утилизируемых судов АТО и ПТБ, обеспечивающей ядерную безопасность вследствие невозможности образования самоподдерживающей цепной реакции (СЦР) и достаточную радиационную безопасность и их последующее длительное хранение.

Основным техническим результатом, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, является образование иммобилизационных барьеров внутри кессонов.

Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что по предлагаемому способу в защитной пробке загрузочного кессонного отверстия в поворотной плите, установленной на баке хранилища, выполняют отверстие, через которое, поворачивая плиту и поочередно совмещая это отверстие со всеми кессонами, в полость каждого кессона заливают до верхнего уровня топливной части, выше всех расположенной в кессоне ОТВС, модифицированную эпоксиакриловую композицию МЭАК с повышенной радиационной стойкостью не менее 9000-10000 Мрад, пределом прочности σ_сжатия=30 МПа и обладающую широким спектром свойств - низкой вязкостью при заполнении, а в отвержденном под действием ионизирующего излучения состоянии - низкой охрупчиваемостью и негорючестью. Эта композиция имеет следующий состав, мас.%:

эпоксидная смола 54÷57,

акриловая кислота 36÷38,

пластификатор дибутилфталат или трибутилфосфат 5÷10.

После отверждения композиции в поворотной плите соосно упомянутому загрузочному отверстию растачивают отверстие, диаметр которого больше наружного диаметра кессона, и через полученное отверстие отгибают (рихтуют) вовнутрь все выступающие за габаритный диаметр кессона подвесные части ОТВС. После этого устанавливают поверх каждого кессона технологическую крышку-опалубку, прижав ее упорным винтом к трубной доске бака, при этом крышка-опалубка содержит закладную арматуру, грузовой грибок и патрубок. Затем заливают во все кессоны через соответствующий патрубок бетон-консервант до полного заполнения их внутренних объемов и крышек-опалубок и выполняют технологическую выдержку в течение 28 суток. После омоналичивания бетона поочередно удаляют кессоны из хранилища, для чего, застропив кессон и выполнив под ним соответствующее отверстие в корпусной конструкции хранилища судна, вырезают кессон из трубной доски и днища бака, после чего перегружают его с помощью перегрузочной упаковки, выполненной в виде перевернутого стакана, имеющего в днище отверстие для прохода строповочного троса, в транспортный радиационно-защитный контейнер, который передают на длительное хранение.

В частном случае предлагаемого способа демонтаж кессонов выполняют после удаления из хранилища пеналов с ОТВС.

Благодаря использованию МЭАК в кессонах создается первый иммобилизационный барьер, характеризующийся следующими свойствами:

- надежная фиксация в кессоне топливных частей размещенных в нем дефектных ОТВС с заполнением МЭАК пустот межтвэльных пространств за счет ее низкой вязкости, обеспечивающей хорошую проникающую способность;

- исключение образование микротрещин в МЭАК при силовой правке (отгибке) подвесок дефектных ОТВС за счет снижения охрупчиваемости МЭАК в отвержденном состоянии;

- предотвращение образования самопроизвольной цепной реакции (СЦР) за счет того, что возможные остатки воды в кессоне при медленном заполнении МЭАК поднимаются вверх (из-за разницы удельных весов) и будут отверждены в составе бетона-консерванта при заливке-укладке его в кессон поверх отвержденной МЭАК.

Указанные свойства МЭАК подтверждены экспериментальными испытаниями на образцах-свидетелях (см. Персинен. Радиационно-химические превращения в эпоксидных композициях. Диссертация, д.х.н., СПбГТИ (ТУ), Л., 1990, 430 стр.), а также длительными натурными испытаниями в реальных условиях при консервации хранилищ ОЯТ плавмастерской ПМ-32 на ФГУП «СВРЦ».

За счет заливки в верхнюю часть кессона и крышку-опалубку бетона-консерванта создается второй иммобилизационный барьер, который усиливает вышеуказанные свойства.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:

Фиг.1 - поперечный разрез хранилища с расположением кессонов с дефектными ОТВС в баках судна АТО, установленного на стапельной плите;

Фиг.2 - вид А, вид сверху на баки хранилища;

Фиг.3 - выносной узел Б отдельных положений - этапов (положение 1, 2, 3) демонтажа кессонов с дефектными ОТВС из баков;

Фиг.4 - выносной узел Б отдельных положений - этапов (положение 4, 5) демонтажа кессонов с дефектными ОТВС из баков.

Хранилище ОТВС (фиг.1) судна АТО состоит из помещения обслуживания 1 хранилища, т.е. надбакового помещения, и непосредственно хранилища 2, которые заключены в прочный водонепроницаемый отсек в корпусе судна. В хранилище 2 находятся отдельные баки 3, объединенные в общую биологическую защиту 4.

Каждый бак имеет приваренную сверху трубную доску 5, в которую вварены концентричными рядами пеналы 6 в виде стаканов, содержащих ОТВС, и равномерно по периферии баков - объемные кессоны 7, в которых размещены дефектные ОТВС с расположением их подвесных частей в пространстве между поворотной плитой и трубной доской бака. Каждый объемный кессон имеет внутренние диаметры d₁=485 мм в верхней части и d₂=290 мм в нижней. Кессоны вварены в трубную доску заподлицо с ней и не снабжены технологическими пазами для захвата за них при удалении кессонов из баков, как это предусмотрено у пеналов. Внизу кессоны соединены сваркой с днищем бака 3 и имеют на торце выводную трубу 8 водяного охлаждения с выходом вне бака. Над каждым баком на определенном расстоянии от трубной доски установлена поворотная плита 9 с загрузочным кессонным отверстием, закрытым защитной пробкой 11. Вращая поворотную плиту, это отверстие можно поочередно устанавливать соосно отверстиям всех кессонов, установленных в баке. На плите также имеются загрузочные отверстия для пеналов, закрытые защитными пробками 10. Поворотные плиты снабжены поворотными наводящими устройствами, позволяющими избирательно открывать доступ как к пеналам, так и кессонам, сняв соответствующую защитную пробку.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

В хранилище судна АТО, подлежащего утилизации и установленного на стапельной плите 12, непосредственно на доковых опорных устройствах 13 стапельных тележек 14 после поштучной выгрузки ОТВС из пеналов бака и проверки установки всех защитных пробок 10 приступают к демонтажу кессонов с дефектными ОТВС. Для этого в загрузочной пробке 11 кессона высверливают отверстие d₃ (см. фиг.3, положение 1). Затем вращением поворотной плиты центрируют защитную пробку 11 относительно соответствующего кессона и через установленную воронку (на фиг.3 не показана) заливают МЭАК (по стрелке «а») в кессон до уровня L₁, соответствующего наиболее поднятой топливной части из всех ОТВС, имеющихся в кессоне. При этом процесс заливки контролируют посредством телекамеры, размещенной в свободном пространстве между поворотной плитой и трубной доской бака. Перед заливкой МЭАК производится удаление находящейся в кессоне воды через выводную трубу водяного охлаждения или с использованием специального технологического оборудования.

После отверждения МЭАК в кессоне типовым переносным расточным станком, установленным на поворотной плите, растачивают в ней отверстие D₁ (по линиям резания А) вокруг защитной пробки 11 диаметром больше наружного диаметра кессона. После этого через полученное отверстие производят с помощью ручного механизированного инструмента отгибку (рихтовку) подвесок ОТВС, выступающих за габаритный диаметр кессона, вовнутрь в вертикальную зону кессона.

Затем устанавливают на верхнее отверстие кессона (сверху кессона) технологическую крышку-опалубку 12, прижимаемую к трубной доске упорным винтом 13 с упором непосредственно в ее центральный грузовой грибок 14 и в поворотную плиту. Через патрубок крышки-опалубки 12, имеющий отверстие для выхода воздуха, заполняют бетоном-консервантом верхнюю часть кессона и полностью внутренний объем крышки-опалубки 12, снабженной закладной арматурой 15, с последующей выдержкой в течение 28 суток (см. фиг.3, положение 2).

После полного отверждения бетона-консерванта с помощью установленного между стапельной плитой и днищем корпуса судна АТО технологического газорезательного оборудования (на фиг.3 не показано) вырезают под расположением кессона в баке хранилища по линиям резания С необходимую зону днищевой обшивки с набором 16 судна АТО и зону биологической защиты 17 для обеспечения доступа к вырезке кессона из днищевой части бака.

Затем, застропив кессон, отсоединяют упорный винт 13 и установленным на поворотной плите переносным расточным оборудованием или с помощью оборудования для обработки методом электрохимической коррозии вырезают по линиям В кессон из трубной доски, образовав в ней отверстие D₂ (см. фиг.3, положение 3), и из днищевой части бака. При этом использование оборудования для обработки методом электрохимической коррозии наиболее благоприятно, т.к. при этом отсутствуют высокие тепловые нагрузки, и, следовательно, выделение аэрозолей.

Отделив кессон от бака, кессон с помощью грузоподъемного средства втягивают и загружают в перегрузочную упаковку 18 с последующей установкой на стапельной плите и раскреплением болтами 21 нижней крышки 22 (см. фиг.4 положение 5).

Собранная с нижней крышкой и фиксацией стопорными болтами 23 перегрузочная упаковка 18 транспортируется на загрузку кессона в транспортный радиационно-защитный контейнер и после выполнения загрузки и последующим проведением комплекса операций по его герметизации передается на длительное «сухое» хранение в закрытом помещении.

Далее в долгосрочной перспективе возможна передача кессона с дефектными ОТВС на долговременное хранение до 300 лет или переработку на основе создаваемых новых наукоемких технологий обращения с ОЯТ.

Образование иммобилизационных барьеров внутри кессонов заявленным способом, дальнейшее удаление всех кессонов с дефектными ОТВС из баков хранилища и загрузка их в радиационно-защитные контейнеры обеспечит такой технологии гарантированно минимальные выбросы радиоактивности в окружающую среду, сохранность дефектного ОЯТ, безопасность персонала и устранение угрозы образования СЦР.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к методам обращения с радиоактивными отходами, и может быть использовано при демонтаже кессонов с размещенными в них дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС), находящимися в хранилищах судов атомно-технологического обслуживания (АТО). Сущность изобретения: в защитной пробке загрузочного кессонного отверстия в поворотной плите, установленной на баке хранилища, выполняют отверстие, через которое, поворачивая плиту и поочередно совмещая это отверстие со всеми кессонами, в полость каждого кессона заливают до верхнего уровня топливной части выше всех расположенной в кессоне ОТВС модифицированную эпоксиакриловую композицию МЭАК следующего состава, мас.%: эпоксидная смола 54÷57, акриловая кислота 36÷38, пластификатор дибутилфталат или трибутилфосфат 5÷10 и выдерживают на время отверждения композиции. Затем в поворотной плите соосно упомянутому загрузочному отверстию растачивают отверстие, диаметр которого больше наружного диаметра кессона, и через полученное отверстие отгибают вовнутрь все выступающие за габаритный диаметр кессона подвесные части ОТВС. После этого устанавливают поверх каждого кессона технологическую крышку-опалубку, прижав ее упорным винтом к трубной доске бака, причем крышка-опалубка содержит закладную арматуру, грузовой грибок и патрубок. Затем заливают во все кессоны через соответствующий патрубок бетон-консервант до полного заполнения их внутренних объемов и крышек-опалубок и выполняют технологическую выдержку в течение 28 суток. После омоналичивания бетона поочередно удаляют кессоны из хранилища, для чего, застропив кессон и выполнив под ним соответствующее отверстие в корпусной конструкции хранилища судна, вырезают кессон из трубной доски и днища бака, после чего перегружают его с помощью перегрузочной упаковки, выполненной в виде перевернутого стакана, имеющего в днище отверстие для прохода строповочного троса, в транспортный радиационно-защитный контейнер, который передают на длительное хранение. В частном случае предлагаемого способа демонтаж кессонов выполняют после удаления из хранилища пеналов с ОТВС. Техническим результатом изобретения является надежная и экономически недорогая технология демонтажа кессонов с дефектными ОТВС из хранилищ утилизируемых судов АТО, обеспечивающая ядерную безопасность и достаточную радиационную безопасность, и их последующее длительное хранение. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ демонтажа кессонов из хранилища судов атомно-технологического обслуживания с нештатно размещенными в них дефектными ОТВС, отличающийся тем, что в защитной пробке загрузочного кессонного отверстия в поворотной плите, установленной на баке хранилища, выполняют отверстие, через которое, поворачивая плиту и поочередно совмещая это отверстие со всеми кессонами, в полость каждого кессона заливают до верхнего уровня топливной части выше всех расположенной в каждом кессоне ОТВС модифицированную эпоксиакриловую композицию МЭАК следующего состава, масс.%:
эпоксидная смола 54-57 акриловая кислота 36-38 пластификатор дибутилфталат или трибутилфосфат 5-10

и выдерживают на время отверждения композиции, затем в поворотной плите соосно с упомянутым загрузочным отверстием растачивают отверстие, диаметр которого больше наружного диаметра кессона, и через полученное отверстие отгибают вовнутрь выступающие за габаритный диаметр кессона подвесные части ОТВС, после чего устанавливают поверх каждого кессона технологическую крышку-опалубку, прижав ее упорным винтом к трубной доске бака, при этом крышка-опалубка содержит закладную арматуру, грузовой грибок и патрубок, а затем заливают во все кессоны через соответствующий патрубок бетон-консервант до полного заполнения их внутренних объемов и крышек-опалубок и выполняют технологическую выдержку в течение 28 суток, после омоноличивания бетона поочередно удаляют кессоны из хранилища, для чего, застропив кессон и выполнив под ним соответствующее отверстие в корпусной конструкции хранилища судна, вырезают кессон из трубной доски и днища бака, после чего перегружают его с помощью перегрузочной упаковки, выполненной в виде перевернутого стакана, имеющего в днище отверстие для прохода строповочного троса, в транспортный радиационно-защитный контейнер, который передают на длительное хранение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что демонтаж кессонов выполняют после удаления из хранилища пеналов с ОТВС.