Способ демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способам обращения с ядерными отходами, складируемыми на базах сухого хранения (БСХ), и может использоваться при демонтаже дефектных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), хранящихся на БСХ атомного подводного флота. Способ демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок содержит удаление защитной пробки, вырезку и извлечение пеналов. На площадке базы сухого хранения, где размещены дефектные сборки, устанавливают раму с подвижным порталом, на портале размещают по крайней мере один подвижный защитный скафандр, снабженный системами видеонаблюдения и радиационного контроля, удаление защитной пробки осуществляют с помощью подъемного крана, которым оборудована площадка, устанавливают защитный скафандр над трубным гнездом с дефектной сборкой и опускают его на защитную подушку, при необходимости наклоняя скафандр, вырезают пенал с отработавшей тепловыделяющей сборкой при помощи торцевой фрезы, удерживая при этом дефектную сборку за концевую часть захватом, расположенным в штанге, извлекают пенал с дефектной сборкой с помощью захватов манипуляторов, расположенных в скафандре, отрезают концевые части пенала с дефектной сборкой при помощи дисковых фрез, затем помещают их в емкость для твердых радиоактивных отходов, с помощью портала перемещают скафандр к шахте, в которой размещены транспортные пеналы, совмещают ось активной части дефектной сборки с осью одного из транспортных пеналов, поднимают транспортный пенал внутрь скафандра, помещают в него активную часть сборки, скафандр с транспортным пеналом перемещают к гнезду осушки, в котором размещена кассета с ячейками для пеналов, транспортный пенал устанавливают в одну из ячеек кассеты, операции по извлечению других дефектных сборок и доставку транспортных пеналов в кассету повторяют до полного заполнения кассеты пеналами, кассету закрывают герметичной байонетной крышкой, связанной гибким трубопроводом с системами вакуумирования и заполнения сухим инертным газом, проводят осушку активных частей дефектных сборок, затем кассету с транспортными пеналами загружают в транспортно-упаковочный комплект. Техническим результатом предложенного изобретения является: - создание возможности демонтажа дефектных ОТВС, расположенных на БСХ атомных подводного и надводного флотов; повышение результативности способа за счет демонтажа дефектных ОТВС, имеющих отклонения от вертикали, превышающие допускаемое отклонение; расширение функциональных возможностей способа за счет подготовки демонтируемых ОТВС к осушке и транспортировке на хранение или переработку; обеспечение защиты окружающей среды от гамма- и нейтронного излучений при демонтаже дефектных ОТВС. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способам обращения с ядерными отходами, складируемыми на базах сухого хранения (БСХ), и может использоваться при демонтаже дефектных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), хранящихся на БСХ атомного подводного флота.

На БСХ ОТВС размещают в пеналах, которые вертикально устанавливают в каскадах трубных досок. Количество пеналов в каскаде составляет 5-7 штук. Пеналы прикреплены к трубным доскам кольцевыми сварными швами. Полученные таким образом сборки устанавливают в стальные трубы диаметром около 250 мм, называемые трубными гнездами. К нижней части каждой трубы приварено дно. Трубные гнезда размещены в боксах и сварены между собой перемычками. Пространство между гнездами залито бетоном с образованием поверх них подушки из бетона, являющейся защитой от гамма- и нейтронного излучений. В бетонной подушке над гнездами выполнены отверстия с диаметром, превышающем наружный диаметр труб. Эти отверстия закрыты защитными пробками.

В результате сложившейся практики БСХ располагали около береговой линии моря, что привело к воздействию морской воды на стенки боксов для хранения ОТВС. С течением времени стенки боксов прокорродировали, что привело к растрескиванию бетонной заливки и коррозии труб гнезд, в которых размещены ОТВС. Пеналы, в которые вставлены ОТВС, также прокорродировали и разбухли, что вызвало заполнение материалами коррозии зазоров между ОТВС и пеналами. В результате извлечение ОТВС в штатном варианте стало невозможным. Такие дефектные сборки называют неизвлекаемыми. Положение усугубилось также тем, что часть неизвлекаемых сборок была установлена с отклонениями от вертикали, превышающими допускаемое отклонение, что затрудняет демонтаж сборок.

Предложенное изобретение направлено на решение вопроса демонтажа дефектных ОТВС, хранящихся на БСХ атомных подводного и надводного флотов.

Известен способ демонтажа дефектных ОТВС, помещенных в индивидуальные пеналы, в хранилищах плавучих технических баз, описанный в журнале «Атомная техника за рубежом», №3, 1997 г., с.20-21, «Плавучее хранилище «Лепсе». По известному способу удаляют защитную пробку загрузочного отверстия поворотной плиты, расположенной над пеналами с ОТВС. Вращая поворотную плиту, центрируют загрузочное отверстие относительно пенала ОТВС, оценивают состояние верхних частей ОТВС. В дальнейшем по одному из вариантов удаляют поворотную плиту для обеспечения доступа к ОТВС. Затем пеналы удаляют целиком с помощью дистанционно управляемых средств демонтажа.

Недостатками известного способа являются:

- высокая трудоемкость удаления поворотной плиты;

- возможность выхода в окружающую среду радиоактивных продуктов, выделяющихся от ОТВС, так как после удаления поворотной плиты открыт доступ ко всем ОТВС;

- сложность демонтажа дефектных ОТВС, установленных с отклонениями от вертикали, превышающими допускаемое отклонение.

Известен способ демонтажа ОТВС из временных хранилищ, расположенных на плавучих технических базах, по патенту RU 2154864, выбранный заявителями в качестве прототипа.

По известному способу пеналы с ОТВС приварены к проходным втулкам, вставленным по ходовой посадке в отверстия трубной доски, которые в свою очередь приварены к трубной доске.

Для осуществления известного способа удаляют защитную пробку загрузочного отверстия поворотной плиты, стыкующегося с дефектной ОТВС, затем, вращая поворотную плиту, центрируют это отверстие относительно пенала с дефектной ОТВС. Через загрузочное отверстие поворотной плиты в трубной доске и во фланце проходной втулки выполняют с помощью резца, закрепленного на штанге, кольцеобразную проточку, внутренний диаметр которой несколько больше наружного диаметра проходной втулки и глубина которой превышает провар в трубной доске. Затем с помощью захвата, расположенного в контейнере, захватывают пенал за технологические пазы, имеющиеся в его верней части, и втягивают пенал вместе с проходной втулкой в контейнер через загрузочное отверстие поворотной плиты.

Недостатками прототипа являются:

- невозможность применения известного способа в случаях, когда пеналы с ОТВС установлены в каскаде трубных досок ввиду того, что штанга-резцедержатель не может иметь достаточной жесткости из-за ее большого вылета, необходимого при прорезке средних и нижних трубных досок;

- сложность демонтажа дефектных ОТВС в случаях, когда пеналы с ОТВС установлены с отклонениями от вертикали, превышающими допускаемое отклонение;

- известный способ не предусматривает отрезки у ОТВС концевых частей и помещения их в емкости для твердых радиоактивных отходов, а также помещения активных частей в пеналы, закрытия их крышками, что усложняет в последующем подготовку ОТВС к осушке и транспортировке на хранение или переработку;

- способ не решает вопроса защиты окружающей среды от гамма- и нейтронного излучений, генерируемых дефектными ОТВС во время их демонтажа.

Техническим результатом предложенного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:

- создание возможности демонтажа дефектных ОТВС, расположенных на БСХ атомных подводного и надводного флотов;

- повышение результативности способа за счет демонтажа дефектных ОТВС, имеющих отклонения от вертикали, превышающие допускаемое отклонение;

- расширение функциональных возможностей способа за счет подготовки демонтируемых ОТВС к осушке и транспортировке на хранение или переработку;

- обеспечение защиты окружающей среды от гамма- и нейтронного излучений при демонтаже дефектных ОТВС.

Технический результат достигается тем, что в способе демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок, содержащем удаление защитной пробки, вырезку и извлечение пеналов, согласно изобретению на площадке базы сухого хранения, где размещены дефектные сборки, устанавливают раму с порталом, имеющим возможность перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости, на портале размещают по крайней мере один защитный скафандр, имеющий возможности поворота относительно своей продольной оси симметрии и перемещения вертикально вверх и вниз относительно портала, а также наклона относительно него, снабженный системами видеонаблюдения и радиационного контроля, технологическим оборудованием, удаление защитной пробки осуществляют с помощью подъемного крана, которым оборудована площадка, устанавливают защитный скафандр над трубным гнездом с дефектной сборкой и опускают его на защитную подушку, при необходимости наклоняя скафандр на угол, обеспечивающий соосность или параллельность продольных осей симметрии гнезда и скафандра, вырезают пенал с отработавшей тепловыделяющей сборкой при помощи торцевой фрезы, диаметр внутреннего отверстия которой превышает наружный диаметр пенала, закрепленной на пустотелой штанге, внутренний диаметр которой также превышает наружный диаметр пенала, удерживая при этом дефектную сборку за концевую часть захватом, расположенным в штанге, извлекают пенал с дефектной сборкой с помощью захватов манипуляторов, расположенных в скафандре, отрезают концевые части пенала с дефектной сборкой при помощи дисковых фрез, затем помещают их в емкость для твердых радиоактивных отходов, с помощью портала перемещают скафандр к шахте, в которой размещены транспортные пеналы, совмещают ось активной части дефектной сборки с осью одного из транспортных пеналов, поднимают транспортный пенал внутрь скафандра, помещают в него активную часть сборки, скафандр с транспортным пеналом перемещают к гнезду осушки, в котором размещена кассета с ячейками для пеналов, транспортный пенал устанавливают в одну из ячеек кассеты, операции по извлечению других дефектных сборок и доставку транспортных пеналов в кассету повторяют до полного заполнения кассеты пеналами, кассету закрывают герметичной байонетной крышкой, связанной гибким трубопроводом с системами вакуумирования и заполнения сухим инертным газом, проводят осушку активных частей дефектных сборок, затем кассету с транспортными пеналами загружают в транспортно-упаковочный комплект для отправки дефектных сборок на переработку или хранение.

Кроме того, для разрушенных дефектных отработавших тепловыделяющих сборок производят с помощью второго скафандра вырезку трубы гнезда хранилища, после чего извлекают всю кассету, при необходимости отрезают концевые части кассеты, активную часть загружают в транспортный пенал, проводят осушку для последующей загрузки транспортного пенала с кассетой в транспортно-упаковочный комплект для отправки на переработку или хранение.

Предложенное техническое решение обеспечивает демонтаж ОТВС, расположенных на БСХ, за счет того, что вырезка пеналов из каскада трубных досок производится цилиндрической торцевой фрезой, закрепленной на пустотелой штанге, снабженной захватом концевой части дефектной сборки, а также за счет того, что применение защитного скафандра, имеющего возможность наклона относительно портала, позволяет расположить пустотелую штангу с фрезой под углом, равным углу наклона дефектной сборки, и извлечь пенал со сборкой с направлением силы вытягивания под тем же углом.

Отрезка концевых частей пеналов и ОТВС, помещение их в емкости для твердых отходов, помещение активных частей ОТВС в транспортные пеналы с последующей передачей к гнездам осушки, осушка и упаковка их в транспортно-упаковочный комплекс расширяет функциональные возможности способа, обеспечивает непрерывность технологического процесса подготовки дефектных ОТВС к переработке или хранению.

Применение в предложенном способе защитного скафандра, снабженного системами видеонаблюдения и радиационного контроля, технологическим оборудованием и располагаемого над трубными гнездами с дефектными ОТВС, обеспечивает защиту окружающей среды и операторов от гамма- и нейтронного излучений, генерируемых дефектными ОТВС.

Предложенный способ поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 показана рама 1 с смонтированным на ней порталом 2, имеющим возможность перемещения по направляющим 3 и 4 рамы 1, на портале установлен защитный скафандр 5.

На фиг.2 изображена схема вырезки пенала с ОТВС, включающая защитный скафандр 5, фрезерный станок 6, установленный внутри скафандра 5 с пустотелой штангой 7, оснащенной торцевой фрезой 8 и захватом 9 ОТВС. Скафандр оснащен также гидроподъемником 10 и установлен на защитную подушку 11 из бетона соосно отверстию 12 в подушке, ниже которого расположено трубное гнездо 13, в котором размещена сборка 14, состоящая из каскада трубных досок 15 и пеналов 16, приваренных кольцевыми швами к трубным доскам 15, в пеналах 16 размещены ОТВС 17.

На фиг.3 изображена схема отрезки хвостовиков дефектных ОТВС 17 (пеналы 16 не показаны) с помощью дисковых фрез 18 отрезного станка 19. Дефектная сборка удерживается при этом захватами 20, 21 и 22.

На фиг.4 изображена схема помещения активной части ОТВС 17 в транспортный пенал 23, находящийся в гнезде 24, с помощью захвата 21 и подъемника 25 манипулятора.

На фиг.5 изображена схема установки транспортных пеналов 23 с помощью подъемника 26, расположенного в скафандре 5, в кассету 27. Для закрытия кассеты 27 предусмотрена байонетная крышка 28 с гибким трубопроводом 29. Позицией 30 обозначен пенал транспортно-упаковочного комплекса, размещаемый в гнезде осушки 31.

Предложенный способ демонтажа дефектных ОТВС осуществляется следующим образом.

С помощью крана удаляют защитную пробку трубного гнезда 13. Определяют состояние ОТВС с помощью динамометра, установленного в силовой цепи: подъемный кран - захватное устройство - ОТВС. Если усилие подъема ОТВС превышает регламентированное, это означает, что сборка стала неизвлекаемой в штатном варианте из-за коррозии пеналов и ОТВС.

Над дефектной сборкой 14 с помощью портала 2 устанавливают защитный скафандр 5 и опускают его на защитную подушку 11, совмещая продольную ось скафандра с продольной осью пенала. Если сборка 14 установлена с отклонением от вертикали на угол, превышающий допускаемый, скафандр 5 наклоняют на этот угол с целью совместить или сделать параллельными продольные оси сборки 14 и скафандра 5. Затем вырезают дефектную ОТВС 17 вместе с пеналом 16 из каскада трубных досок 15, используя установленный в скафандре 5 фрезерный станок 6. Вырезка производится с помощью торцевой фрезы 8, прикрепленной к пустотелой штанге 7. Внутренние отверстия фрезы 8 и штанги 7 превышают наружный диаметр пенала 16, что обеспечит вырезку пеналов по всей высоте каскада трубных досок 15. Для удержания ОТВС 17 с пеналом 16 внутри пустотелой штанги 7 при прорезке нижней трубной доски 15 используют захват 9, установленный в штанге 7 на высоте от режущего торца фрезы 8, равной расстоянию от нижней трубной доски до головки ОТВС.

После того, как будет прорезана нижняя трубная доска 15, штангу 7 поднимают вверх до вхождения нижнего конца пенала 16 внутрь скафандра 5, затем под пенал 16 подводят опору (не показана), разжимают захват 9, удерживающий головку ОТВС 17, штангу 7 поднимают вверх, а пенал 16 фиксируют с помощью захватов 20, 21 и 22 манипуляторов. Отрезают концевые части пенала 16 вместе с ОТВС 17 при помощи дисковых фрез 18, штангу 7 поднимают вверх, освобождая головку ОТВС 17. Верхний и нижний манипуляторы, оборудованные захватами 22 и 20, отводят концевые части в сторону и, разжимая захваты, вначале нижний, затем верхний, сбрасывают концевые части в емкость для твердых радиоактивных отходов.

Далее скафандр 5 перемещают к шахте 24, в которой размещены транспортные пеналы 23, совмещают ось одного из пеналов 23 с осью активной части ОТВС 17, транспортный пенал 23 с помощью подъемника 24 подают внутрь скафандра 5 и в него укладывают активную часть. После этого скафандр 5, загруженный транспортным пеналом 23, перемещают к гнезду осушки 31, в котором размещена кассета 27 с ячейками для пеналов. Пенал 23 устанавливают в одну из ячеек кассеты 27. Операции по извлечению других ОТВС и доставку транспортных пеналов в кассету повторяют до полного заполнения кассеты пеналами.

Затем кассету 27 закрывают герметичной байонетной крышкой 28, связанной гибким трубопроводом 29 с системами вакуумирования и заполнения сухим инертным газом, проводят осушку активных частей ОТВС. После этого кассету 27 с транспортными пеналами 23 загружают в транспортно-упаковочный комплект (не показан) для отправки дефектных сборок на переработку или хранение.

Изобретение позволяет проводить последовательно технологические операции по извлечению дефектных ОТВС, их предварительную подготовку перед отправкой на хранение или переработку, обеспечивая при этом защиту операторов от гамма- и нейтронного излучений. В случае, если перечень технологических операций, проводимых с помощью одного скафандра, недостаточен для полного технологического цикла, на портале можно установить второй скафандр, с помощью которого можно выполнить остальные операции.

Так, например, для разрушенных дефектных отработавших тепловыделяющих сборок с помощью второго скафандра вырезают трубы гнезда хранилища, после чего извлекают всю кассету, при необходимости отрезают концевые части кассеты, активную часть загружают в транспортный пенал, проводят осушку для последующей загрузки транспортного пенала с кассетой в транспортно-упаковочный комплект для отправки на переработку или хранение.

1. Способ демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок, содержащий удаление защитной пробки, вырезку и извлечение пеналов, отличающийся тем, что на площадке базы сухого хранения, где размещены дефектные сборки, устанавливают раму с порталом, имеющим возможность перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости, на портале размещают, по крайней мере, один защитный скафандр, имеющий возможности поворота относительно своей продольной оси симметрии и перемещения вертикально вверх и вниз относительно портала, а также наклона относительно него, снабженный системами видеонаблюдения и радиационного контроля, технологическим оборудованием, удаление защитной пробки осуществляют с помощью подъемного крана, которым оборудована площадка, устанавливают защитный скафандр над трубным гнездом с дефектной сборкой и опускают его на защитную подушку, при необходимости наклоняя скафандр на угол, обеспечивающий соосность или параллельность продольных осей симметрии гнезда и скафандра, вырезают пенал с отработавшей тепловыделяющей сборкой при помощи торцевой фрезы, диаметр внутреннего отверстия которой превышает наружный диаметр пенала, закрепленной на пустотелой штанге, внутренний диаметр которой также превышает наружный диаметр пенала, удерживая при этом дефектную сборку за концевую часть захватом, расположенным в штанге, извлекают пенал с дефектной сборкой с помощью захватов манипуляторов, расположенных в скафандре, отрезают концевые части пенала с дефектной сборкой при помощи дисковых фрез, затем помещают их в емкость для твердых радиоактивных отходов, с помощью портала перемещают скафандр к шахте, в которой размещены транспортные пеналы, совмещают ось активной части дефектной сборки с осью одного из транспортных пеналов, поднимают транспортный пенал внутрь скафандра, помещают в него активную часть сборки, скафандр с транспортным пеналом перемещают к гнезду осушки, в котором размещена кассета с ячейками для пеналов, транспортный пенал устанавливают в одну из ячеек кассеты, операции по извлечению других дефектных сборок и доставку транспортных пеналов в кассету повторяют до полного заполнения кассеты пеналами, кассету закрывают герметичной байонетной крышкой, связанной гибким трубопроводом с системами вакуумирования и заполнения сухим инертным газом, проводят осушку активных частей дефектных сборок, затем кассету с транспортными пеналами загружают в транспортно-упаковочный комплект для отправки дефектных сборок на переработку или хранение.

2. Способ демонтажа дефектных отработавших тепловыделяющих сборок по п.1, отличающийся тем, что для разрушенных дефектных отработавших тепловыделяющих сборок производят с помощью второго скафандра вырезку трубы гнезда хранилища, после чего извлекают всю кассету, при необходимости отрезают концевые части кассеты, активную часть загружают в транспортный пенал, проводят осушку для последующей загрузки транспортного пенала с кассетой в транспортно-упаковочный комплект для отправки на переработку или хранение.