Хранилище отработавшего ядерного топлива Российский патент 2023 года по МПК G21F9/24 

Область техники

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно, к пунктам сухого хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) камерного типа и предназначено для временного хранения отработавшего ядерного топлива с целью снижения остаточного тепловыделения топлива перед отправкой на хранение в пристанционном хранилище или на переработку.

Уровень техники

Из патентного документа RU2273067C1, известно хранилище отработавшего ядерного топлива, содержащее вертикальную скважину с перемычкой в верхней части скважины, размещенные в скважине контейнеры (гнезда) с пеналами с отработавшим ядерным топливом и систему вентиляции скважины. Контейнеры выполнены в виде цилиндров с перфорированными участками в нижней части и установлены вертикально на забой скважины. Пеналы с отработавшим ядерным топливом расположены в контейнерах один над другим. При этом в скважине установлен, по меньшей мере, один свободный контейнер, а перемычка в верхней части скважины установлена ниже верхних торцов контейнеров. Контейнеры с пеналами с отработавшим ядерным топливом расположены по периметру скважины, а свободный контейнер установлен между ними в центре скважины.

В описанном хранилище пеналы загружаются в контейнеры (гнезда) один на другой в виде гирлянды и удерживаются в контейнерах на заданной высоте с помощью проставок, а по центру с помощью центраторов. Выделяемое при хранении отработавшего ядерного топлива тепло отводится в атмосферу естественным проветриванием. Холодный воздух через перфорированные участки контейнеров попадает во внутреннее пространство контейнеров и, нагреваясь, поднимается вверх и выводится в атмосферу. При необходимости извлечения нижнего пенала верхние пеналы с ОТВС перегружаются в свободный контейнер без извлечения на поверхность, а нижний пенал извлекается для ремонта или на переработку.

К недостаткам известного хранилища относится то, что атмосферный воздух будет опускаться по скважине в пространстве между контейнерами, движущийся опускным потоком с малой скоростью, вследствие значительного сечения пространства между контейнерами. Исходя из этого воздух в перфорированные участки контейнеров будет поступать уже предварительно подогретым от стенок контейнеров, что приведет к уменьшению его плотности и, соответственно, к снижению естественной тяги, создающейся за счет разности плотностей воздуха в нижней и верхней частях скважины.

В результате, особенно в летний период, снижение естественной тяги может привести к повышению температуры пеналов с ОТВС, учитывая также, что передача тепла от ТВС к атмосферному воздуху имеет низкую эффективность, так как тепловой поток преодолевает термические сопротивления от воздуха внутри пенала к воздуху в контейнере и от воздуха в контейнере к атмосферному воздуху.

Наличие перфорированных участков в нижней части гнезд (ячеек) не позволяет использовать гнезда (ячейки) в качестве дополнительного барьера безопасности.

Из патентного документа RU2572361C1 известно хранилище отработавшего ядерного топлива. Хранилище содержит камеру хранения с монолитными железобетонными защитными стенами, в которой гнезда установлены между ее верхним и нижним перекрытиями. Гнезда снабжены защитными пробками, устанавливаемыми в гнезда на сварке после загрузки двух пеналов и снабженными пробоотборными трубками, соединяющими через запорный клапан внутреннюю полость гнезда с обслуживаемой зоной. Камера хранения снабжена оборудованием, обеспечивающим дистанционную загрузку пеналов с ОЯТ в гнезда хранения и установку в них защитных пробок. Система естественной вентиляции содержит установленные в нижнем перекрытии камеры закладные трубы, соединяющие камеру с подкамерным пространством, соединенным, в свою очередь, с воздухозаборными устройствами. Верхняя часть камеры соединена вытяжными каналами с выхлопными трубами, расположенными на крыше камеры.

К недостаткам известного хранилища следует отнести расход воздуха по гнездам (каналам) хранения с пустыми пеналами, что снижает эффективность охлаждения пеналов с ОТВС.

К основным требованиям, предъявляемым к хранилищам ОЯТ относятся следующие:

- обеспечение ядерной безопасности при хранении и проведении транспортно-технологических операций с отработавшим топливом;

- обеспечение радиационной безопасности персонала и защита окружающей среды;

- контроль отвода остаточного тепловыделения, гарантия целостности топливной оболочки и сохранности топлива в хранилище.

Радиационная безопасность хранилища ОЯТ существенно зависит от состояния оболочек твэлов.

Ключевой характеристикой для целостности ОЯТ при сухом способе хранения является температура оболочек твэлов, что делает задачу повышения эффективности охлаждения ОЯТ в хранилище актуальной.

Раскрытие изобретения

Проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении безопасности хранения ОЯТ.

Технический результат, получаемый при внедрении изобретения, заключается в повышении эффективности охлаждения пеналов с ОЯТ в хранилище и в повышении радиационной безопасности.

Указанный технический результат достигается тем, что в хранилище отработавшего ядерного топлива, содержащем камеру хранения с монолитными железобетонными защитными стенами, пеналы, предназначенные для размещения отработавших тепло-выделяющих сборок, верхнее и нижнее перекрытия, систему естественной вентиляции, в состав которой входят вертикальные отводящие и подводящие воздуховоды с воздухозаборными устройствами, горизонтальные входной и выходной коллекторы, между которыми расположено нижнее перекрытие с установленными закладными трубами для обеспечения направления воздушного потока только через закладные трубы, в верхнем перекрытии соосно с закладными трубами нижнего перекрытия установлены закладные трубы, в которые вставлены пробки, отделяющие хранилище от помещения с перегрузочной машиной, в закладные трубы нижнего перекрытия вставлены пеналы, в каждую трубу встановлен либо пенал с ОЯТ, либо пустой пенал с заглушкой, забор холодного воздуха выполнен на высоте, обеспечивающей невозможность попадания в воздушный коллектор поверхностной воды.

Все закладные трубы нижнего перекрытия до начала загрузки закрыты.

До начала загрузки все закладные трубы нижнего перекрытия перекрыты пустыми пеналами с заглушками.

В закладную трубу нижнего перекрытия либо установлен пенал с ОЯТ, либо пустой пенал с заглушкой.

Пеналы размещены с шагом, обеспечивающим ядерную безопасность хранения.

Пеналы имеют цилиндрическую форму, корпус пеналов имеет оребрение, что увеличивает площадь теплообменной поверхности пенала и, соответственно, повышает эффективность его охлаждения.

Верхняя поверхность пробки снабжена устройством под захват, закрытым крышкой, на заплечиках пробки имеется уплотнение, нижняя часть пробки снабжена теплоизоляцией.

Пенал, в который загружена ОЯТ, заполнен свинцом, что повышает эффективность отвода тепла от твэлов. Нижняя узкая часть пенала представляет собой демпфер, днище корпуса пенала снабжено цанговым захватом для закрепления ОЯТ, крышка пенала имеет грибок под захватное устройство.

Погружение ОЯТ в пенал, предварительно залитый жидким свинцом, осуществляется штатным перегрузочным оборудованием. Предотвращение всплытия обеспечивает цанговый захват пенала.

Входная часть нижнего воздушного коллектора может иметь U-образную форму, в нижней части которой установлен трап, предназначенный для отвода воды в случае её попадания в U-образный коллектор.

Пространство между корпусом пенала и закладной трубой нижнего перекрытия образует вертикальные воздушные каналы, по которым протекает охлаждающий воздух. Пустой пенал с заглушкой, установленный в закладную трубу нижнего перекрытия, перекрывает закладную трубу, тем самым увеличивая поток охлаждающего воздуха в закладных трубах с пеналами с ОЯТ.

Закладные трубы обеспечивают движение воздушного потока только через пространство между корпусом пенала и закладной трубой.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлен один из возможных вариантов реализации изобретения.

На фиг. 1 приведен общий вид хранилища ОЯТ.

На фиг. 2 показан пенал с ОЯТ.

На фиг. 3 приведен пенал с ОЯТ с временной заглушкой.

Хранилище содержит камеру хранения с монолитными железобетонными стенами, образующими подводящие и отводящие воздуховоды, верхним и нижним перекрытиями, в которых соосно установлены закладные трубы.

Для охлаждения установленных в закладные трубы нижнего перекрытия пеналов с ОЯТ хранилище снабжено системой охлаждения, основанной на естественной циркуляции воздуха.

Осуществление изобретения

Далее описан возможный, но не единственный, вариант осуществления заявленного изобретения.

Хранилище может состоять из нескольких отсеков для хранения ОЯТ. Каждый отсек (фиг. 1) включает вертикальные отводящие воздуховоды 1, подводящие воздуховоды 2, горизонтальные входной 3 и выходной 4 коллекторы , верхнее 5 и нижнее 6 перекрытия с закладными трубами 7, пеналы 8 с ОЯТ, пустые пеналы 9 для ОЯТ с заглушками 10, пробки 11. В нижней части воздуховода установлены трапы 12 для отвода попавшей в U-образный коллектор воды. Каждому пеналу соответствует своя ячейка.

Закладные трубы 7 нижнего перекрытия 6 предназначены для упорядоченного размещения в хранилище пеналов с ОЯТ, и направления потока охлаждающего воздуха вдоль ребер пеналов 8 с ОЯТ.

Пробки 11, предназначены для биологической защиты персонала от ионизирующего излучения пеналов 8 с ОЯТ, установленных на хранение, и для предотвращения выхода охлаждающего воздуха в помещение центрального зала (ЦЗ). Пробки 11 установлены в верхнем перекрытии отсеков хранилища над ячейками для пеналов 8 с ОЯТ.

Пробка 11 представляет собой цилиндр из металла, имеющий заплечики для установки в верхнее перекрытие 5. Пробка 11 может иметь внутри наполнитель. Верхняя поверхность пробки 11 снабжена устройством под захват (на фиг. не показано), закрытым крышкой, аналогичным устройству под захват крышки пенала 8. На заплечиках пробки 11 имеется уплотнение. Нижняя часть пробки 11 снабжена теплоизоляцией.

Пенал 8 (9) для ОЯТ 21 (фиг. 2) представляет собой закрытую снизу металлическую трубу 14, заполненную свинцом 15. Нижняя узкая часть пенала 8 (9) представляет собой демпфер 16, предохраняющий находящееся в пенале топливо от повреждений при загрузке ОЯТ в пенал. Днище корпуса пенала 8 (9) снабжено цанговым захватом 17, предназначенным для фиксации ОТВС 21 в пенале 8 (9) от всплытия. Крышка 18 пенала 8 (9) имеет грибок 19 под захватное устройство. Для увеличения поверхности теплообмена корпус пенала 8 (9) имеет оребрение 20.

Пеналы 8 с ОЯТ размещают в закладные трубы 7, установленные в нижнем перекрытии 6.

Заглушка 10 на пустой пенал 9 для ОЯТ (фиг. 3) представляет съемную металлоконструкцию, состоящую из двух одинаковых элементов, надеваемых на пустой пенал 9 для ОЯТ для перекрытия воздушного потока через закладную трубу 7 нижнего перекрытия 6.

Предлагаемое хранилище эксплуатируется следующим образом.

Перед началом загрузки пеналов 8 с ОЯТ во все закладные трубы нижнего перекрытия, кроме одной, должны быть вставлены пустые пеналы 9 с заглушками 10 для обеспечения направления воздушного потока только через закладные трубы, в которые будут установлены пеналы 8 с ОЯТ.

Попавшая в нижнюю U-образную часть воздуховода 2 вода удаляется самотеком через трап 12.

В процессе дальнейшей загрузки хранилища поочередно извлекаются пустые пеналы 9 с заглушками 10 и вместо них устанавливаются пеналы 8 с ОЯТ. На период этих операций пробка 11 извлекается из верхнего перекрытия 5, а после установки пенала 8 с ОТВС устанавливается на место.

Транспортировка пеналов 8 с ОЯТ в хранилище осуществляется с помощью напольной машины 13. Применение напольной машины 13 обеспечивает биологическую защиту персонала и предотвращает разогрев топлива свыше допустимой температуры при транспортировке топлива и в случае возникновения аварийных ситуаций.

В помещении, находящемся над верхним перекрытием 5, поддерживается избыточное давление для предотвращения попадания в него воздуха из хранилища.

После заварки крышки 18 производится контроль герметичности пенала 8 с ОЯТ.

При хранении ОЯТ в приреакторном хранилище ведется контроль температуры воздуха в вытяжных воздуховодах.

Техническое решение согласно изобретению может быть использовано для сухого хранения отработавшего ядерного топлива перед отправкой на длительное хранение в пристанционном хранилище или на переработку.

Изобретение относится к пунктам сухого хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) камерного типа и предназначено для временного хранения отработавшего ядерного топлива. Хранилище отработавшего ядерного топлива содержит камеру хранения с монолитными железобетонными защитными стенами, пеналы, предназначенные для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, верхнее и нижнее перекрытия, систему естественной вентиляции. В систему естественной вентиляции входят вертикальные отводящие и подводящие воздуховоды с воздухозаборными устройствами, горизонтальные входной и выходной коллекторы, между которыми расположено нижнее перекрытие с установленными закладными трубами, в верхнем перекрытии соосно с закладными трубами нижнего перекрытия также установлены закладные трубы. В закладные трубы верхнего перекрытия вставлены пробки, отделяющие хранилище от помещения с напольной машиной. В закладные трубы нижнего перекрытия вставлены пеналы, в каждую трубу установлен либо пенал с ОЯТ, либо пустой пенал с заглушкой. Все закладные трубы нижнего перекрытия до начала загрузки закрыты. Забор холодного воздуха выполнен на высоте, обеспечивающей невозможность попадания в воздушный коллектор поверхностной воды. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Хранилище отработавшего ядерного топлива, содержащее камеру хранения с монолитными железобетонными защитными стенами, пеналы, предназначенные для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, верхнее и нижнее перекрытия, систему естественной вентиляции, в состав которой входят вертикальные отводящие и подводящие воздуховоды с воздухозаборными устройствами, горизонтальные входной и выходной коллекторы, между которыми расположено нижнее перекрытие с установленными закладными трубами, отличающееся тем, что в верхнем перекрытии соосно с закладными трубами нижнего перекрытия установлены закладные трубы, в которые вставлены пробки, отделяющие хранилище от помещения с напольной машиной, в закладные трубы нижнего перекрытия вставлены пеналы, в каждую трубу установлен либо пенал с ОЯТ, либо пустой пенал с заглушкой, при этом все закладные трубы нижнего перекрытия до начала загрузки закрыты, забор холодного воздуха выполнен на высоте, обеспечивающей невозможность попадания в воздушный коллектор поверхностной воды.

2. Хранилище отработавшего ядерного топлива по п. 1, отличающееся тем, что пеналы размещены с шагом, обеспечивающим ядерную безопасность хранения.

3. Хранилище отработавшего ядерного топлива по п. 1, отличающееся тем, что пеналы имеют цилиндрическую форму и корпус пеналов имеет оребрение.

4. Хранилище отработавшего ядерного топлива по п. 1, отличающееся тем, что до начала загрузки все закладные трубы нижнего перекрытия перекрыты пустыми пеналами с заглушками.

5. Хранилище отработавшего ядерного топлива по п. 1, отличающееся тем, что верхняя поверхность пробки снабжена устройством под захват, закрытым крышкой, на заплечиках пробки имеется уплотнение, нижняя часть пробки снабжена теплоизоляцией.

6. Хранилище отработавшего ядерного топлива по п. 1, отличающееся тем, что пенал, в который загружена ОЯТ, заполнен свинцом.

7. Хранилище отработавшего ядерного топлива по п. 1, отличающееся тем, что нижняя узкая часть пенала представляет собой демпфер, днище корпуса пенала снабжено цанговым захватом для закрепления ОЯТ, крышка пенала имеет грибок под захватное устройство.