RU2518159C1

RU2518159C1 - Transport packaging set for transportation and storage of nuclear fuel

Info

Publication number: RU2518159C1
Application number: RU2012152144/07A
Authority: RU
Inventors: Пётр Михайлович Гаврилов; Владимир Алексеевич Глазунов; Борис Николаевич Бараков; Юрий Вячеславович Гамза; Юрий Сергеевич Ильиных
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат"
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-10

Abstract

FIELD: energy industry.

SUBSTANCE: transport packaging set (TPS) for transportation and storage of nuclear fuel comprises a housing with two covers. The housing consists of a shell, which is a pipe on which ends the flanges are installed and on the welding the bearings and the strap lugs are attached. Inside the shell a socket is mounted, made of circular tube. Part of the socket, where the active area of the fuel assembly is located, is provided with longitudinal ribs and limiters and is filled with neutron absorbing compound. Inside the socket the removable hexagonal socket is placed, formed by welding two half-shells, which are attached to semi-disks on both sides, which form a circular cross section with an outer diameter, forming a gap with the inner diameter of the socket pipe. At each inner face of the removable socket the fluoroplastic plates are mounted.

EFFECT: exclusion of gaps in the socket of the TPS housing, increase in biological protection of the service staff.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано для транспортирования и хранения ядерного топлива, в частности свежего смешанного уран-плутониевого топлива, при его перевозках в нормальных условиях и с учетом возникновения аварийных ситуаций от завода-изготовителя тепловыделяющих сборок к потребителю на атомные станции, а также при его хранении в складских помещениях.The invention relates to the field of nuclear engineering and can be used for transportation and storage of nuclear fuel, in particular fresh mixed uranium-plutonium fuel, during its transportation under normal conditions and taking into account emergencies from the manufacturer of the fuel assemblies to the consumer at nuclear plants, as well as when it is stored in storage facilities.

Из уровня техники известен транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива (смотри патент РФ №2241268, МПК G21F 5/008). Известный транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива (ТУК) содержит корпус, образованный трубами с фланцами и опорными стойками. К опорным стойкам присоединены верхние опоры с фиксаторами, нижние опоры с отверстиями под размещение фиксаторов и грузовые проушины. Крышки с крепежными деталями закреплены на фланцах труб. Пеналы и деревянные вкладыши, устанавливаемые внутри труб, образуют рабочие ячейки для размещения тепловыделяющих сборок. На фланцах труб закреплены конической формы демпферы, опирающиеся на крышки. К нижним опорам присоединены с помощью амортизаторов опорные листы с отверстиями для размещения фиксаторов. Деревянные вкладыши снабжены выемками, в которых по длине активной зоны тепловыделяющей сборки размещены поглощающие поток нейтронов, примыкающие к пеналам стальные пластины. Суммарная толщина стенки пенала и пластины определяется по формуле (1,05-0,01S) меньше 1, где S - суммарная толщина стенки пенала и пластины.The prior art transport packaging kit for transporting and storing nuclear fuel (see RF patent No. 2241268, IPC G21F 5/008). Known transport packaging for transportation and storage of nuclear fuel (TUK) contains a housing formed by pipes with flanges and support racks. The upper supports with clamps, the lower supports with holes for the placement of clamps and cargo eyes are attached to the support posts. Covers with fasteners are mounted on pipe flanges. Cases and wooden liners installed inside the pipes form the working cells for the placement of fuel assemblies. On the pipe flanges are fixed conical shape dampers, based on the cover. To the lower supports are attached, with the help of shock absorbers, support sheets with holes for accommodating the clamps. Wooden liners are provided with recesses in which along the length of the active zone of the fuel assembly there are absorbing neutron flux, steel plates adjacent to the canisters. The total wall thickness of the pencil case and plate is determined by the formula (1.05-0.01S) less than 1, where S is the total wall thickness of the pencil case and plate.

К недостаткам известного ТУК относится то, что использование стальных пластин для поглощения потока нейтронов не является оптимальным решением исходя из соотношения их массы к коэффициенту поглощения нейтронов. Более эффективными нейтронопоглощающими материалами являются боросодержащие сплавы, органические полимерные материалы.The disadvantages of the known TAC include the fact that the use of steel plates to absorb a neutron flux is not an optimal solution based on the ratio of their mass to the neutron absorption coefficient. More effective neutron-absorbing materials are boron-containing alloys, organic polymeric materials.

Кроме того, применение деревянных вкладышей не позволяет проводить эффективную дезактивацию известного ТУК.In addition, the use of wooden liners does not allow for the effective decontamination of known TUK.

Известен комплект транспортный упаковочный ТК-С68 (проект Л.65.713.00.000, разработанный ОАО «Восточно-Европейский головной научно-исследовательский и проектный институт энергетических технологий», г.Санкт-Петербург), предназначенный для транспортировки и хранения тепловыделяющих сборок со свежим смешанным уран-плутониевым топливом (МОКС-топливом) ядерных реакторов на быстрых нейтронах БН-600, БН-800, который выбран заявителем в качестве прототипа.Known transport packaging set TK-S68 (project L.65.713.00.000, developed by JSC East European Head Research and Design Institute for Energy Technologies, St. Petersburg), designed for transportation and storage of fuel assemblies with fresh mixed uranium - plutonium fuel (MOX fuel) of fast-neutron nuclear reactors BN-600, BN-800, which is selected by the applicant as a prototype.

Комплект транспортный упаковочный ТК-С68 (далее по тексту - ТК-С68) состоит из корпуса и двух крышек. Корпус состоит из следующих основных частей: обечайка, гнездо и гнездо выемное. Обечайка представляет собой трубу, на торцах которой установлены фланцы, к которым на болтах крепятся крышки. Сверху и снизу к обечайке на сварке присоединены опоры и сверху - строповочные проушины. Верхние опоры снабжены фиксаторами, а нижние - отверстиями для возможности штабелирования ТК-С68 при транспортировке и хранении. Опоры также служат в качестве амортизаторов, предназначенных для снижения возможных динамических нагрузок, действующих на ТК-С68 в аварийных условиях. Внутри обечайки установлено гнездо с шестигранным сечением, образуемым свариваемыми между собой по всей длине контактной сваркой шестью ванночками. В части гнезда, в которой располагается топливная зона тепловыделяющей сборки, внутри ванночек установлены продольные ребра с Т-образным профилем, а по краям ребер - поперечные ограничители, закрывающие ванночки по торцам продольных ребер. Ванночки между поперечными ограничителями заполнены твердой биологической защитой, предназначенной для защиты обслуживающего персонала от фотонного и нейтронного излучения свежего МОКС-топлива. В качестве нейтронной защиты применяется компаунд КЛ-1505 ТУ 38.103684-89. Внутри гнезда устанавливается выемное гнездо шестигранного сечения, образуемого при сварке двух полуоболочек. На каждую грань выемного гнезда установлены фторопластовые накладки.The transport packaging set TK-S68 (hereinafter referred to as TK-S68) consists of a body and two covers. The housing consists of the following main parts: shell, nest and removable socket. The shell is a pipe, at the ends of which flanges are installed, to which covers are mounted on bolts. Above and below, supports are attached to the weld shell and, from above, lifting eyes. The upper supports are equipped with clamps, and the lower ones have holes for the possibility of stacking TK-S68 during transportation and storage. Supports also serve as shock absorbers designed to reduce the possible dynamic loads acting on the TK-S68 in emergency conditions. Inside the shell there is a socket with a hexagonal section formed by six baths welded together along the entire length by contact welding. In the part of the nest where the fuel zone of the fuel assembly is located, longitudinal ribs with a T-shaped profile are installed inside the bathtubs, and lateral ribs are installed along the edges of the ribs, closing the bathtubs along the ends of the longitudinal ribs. The baths between the transverse stops are filled with solid biological protection designed to protect service personnel from the photon and neutron radiation of fresh MOX fuel. As a neutron protection, the compound KL-1505 TU 38.103684-89 is used. Inside the socket, a removable socket of a hexagonal section is formed, which is formed during welding of two half-shells. Fluoroplastic overlays are installed on each face of the removable socket.

К недостаткам известного ТК-С68 относится то, что гнездо с шестигранным сечением образовано свариваемыми между собой контактной сваркой шестью ванночками. Гнутые из тонколистовой стали ванночки длиной 3667 мм после сварки не образуют шестигранное сечение необходимой точности в результате воздействия сварочных напряжений и не обладают достаточной жесткостью.The disadvantages of the known TK-C68 include the fact that the socket with a hexagonal cross section is formed by six baths welded together by contact welding. After welding, 3667 mm long bended from sheet steel, after welding, do not form a hexagonal section of the required accuracy as a result of exposure to welding stresses and do not have sufficient rigidity.

После сварки между ванночками остаются сквозные зазоры, соединяющие внутреннюю и наружную полости гнезда. Наличие сквозных зазоров затрудняет дезактивацию внутренней поверхности гнезда, так как в зазорах могут оставаться загрязнения. Кроме того, дезактивирующий раствор с загрязнениями может через зазоры проникать в замкнутую, недоступную для дезактивации полость между наружной поверхностью гнезда и обечайкой и в последующем загрязнить тепловыделяющие сборки. Кроме того, через сквозные зазоры после заполнения ванночек компаундом поток нейтронов проходит без поглощения, что снижает биологическую защиту.After welding, there are through gaps between the baths connecting the inner and outer cavities of the socket. The presence of through gaps makes it difficult to decontaminate the inner surface of the nest, as contamination may remain in the gaps. In addition, a decontamination solution with contaminants can penetrate through gaps into a closed cavity inaccessible for decontamination between the outer surface of the nest and the shell and subsequently contaminate the fuel assemblies. In addition, through the through gaps after filling the bathtubs with a compound, the neutron flux passes without absorption, which reduces biological protection.

Также отмечены затруднения при извлечении из гнезда шестигранного сечения выемного гнезда тоже шестигранного сечения вследствие недостаточной их жесткости и изменения формы в результате воздействия сварочных напряжений.Difficulties were also noted in the removal of the hexagonal section of the withdrawal socket, also of a hexagonal section, due to their insufficient rigidity and shape change as a result of exposure to welding stresses.

Кроме того, технология изготовления гнезда шестигранного сечения, включающая значительное количество сварных соединений, сложна и трудоемка и требует высокой точности изготовления.In addition, the manufacturing technology of the hexagonal socket, including a significant number of welded joints, is complex and time-consuming and requires high precision manufacturing.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является улучшение условий дезактивации внутренней поверхности гнезда и повышение биологической защиты обслуживающего персоналаThe problem solved by the invention is to improve the conditions for the decontamination of the inner surface of the nest and increase the biological protection of staff

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении зазоров в гнезде и повышении технологичности его изготовления.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to eliminate gaps in the socket and increase the manufacturability of its manufacture.

Для достижения указанного технического результата в транспортном упаковочном комплекте для транспортирования и хранения ядерного топлива, в отличие от известного, гнездо выполнено из трубы круглого сечения, а к полуоболочкам выемного гнезда прикреплены полудиски, образующие круглое сечение с наружным диаметром, образующим зазор с внутренним диаметром трубы гнезда.To achieve the specified technical result, in the transport packaging for transporting and storing nuclear fuel, in contrast to the known one, the nest is made of a round pipe, and half disks are attached to the half-shells of the removable socket, forming a circular cross-section with an outer diameter forming a gap with the inner diameter of the nest pipe .

Выполнение гнезда из трубы круглого сечения исключает зазоры на внутренней поверхности гнезда и между секциями нейтронопоглощающего компаунда, что повышает радиационную защиту и облегчает дезактивацию внутренней поверхности гнезда. Также выполнение гнезда из трубы круглого сечения делает его конструкцию более жесткой, сокращает количество сварных соединений и упрощает технологию его изготовления.The execution of the nest from the pipe of circular cross-section eliminates gaps on the inner surface of the nest and between sections of the neutron-absorbing compound, which increases radiation protection and facilitates the decontamination of the inner surface of the nest. Also, the implementation of the nest from the pipe of circular cross-section makes its design more rigid, reduces the number of welded joints and simplifies the technology of its manufacture.

Прикрепление к полуоболочкам выемного гнезда полудисков, образующих круглое сечение с наружным диаметром, образующим зазор с внутренним диаметром трубы гнезда, позволяет извлекать выемное гнездо без затруднений.Attaching half-disks to the half-shells of the removable nest, forming a circular cross section with an outer diameter forming a gap with the inner diameter of the socket pipe, makes it possible to remove the removable nest without difficulty.

Предлагаемый транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.The proposed transport packaging for transportation and storage of nuclear fuel is illustrated by the drawings shown in figures 1 and 2.

На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого ТУК в вертикальном положении;Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed TUK in a vertical position;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.figure 2 is a section aa in figure 1.

Предлагаемый ТУК (см. фиг.1) содержит корпус 1, переднюю 2 и заднюю 3 крышки. Корпус 1 состоит из обечайки 4, гнезда 5 и выемного гнезда 6, во внутреннюю полость которого устанавливается тепловыделяющая сборка 7. Обечайка 4 представляет собой трубу, на торцах которой установлены фланцы 8, к которым на болтах 9 крепятся крышки 2 и 3. К обечайке 4 на сварке присоединены опоры 10 и проушины 11. Верхние опоры 10 снабжены фиксаторами 12, а нижние - отверстиями 13 для возможности штабелирования ТУК при транспортировке и хранении. Установленное внутри обечайки 4 гнездо 5 имеет круглое сечение и состоит из трубы 14, на наружной поверхности которой равномерно по окружности установлены на сварке продольные ребра 15 с Т-образным профилем. Продольные ребра 15 установлены в части гнезда 5, в которой размещается топливная зона тепловыделяющей сборки 7, транспортируемой в предлагаемом ТУК. По краям продольных ребер 15 устанавливаются кольца 16, образующие вместе с ребрами 15 и трубой 14 ванночки 17 для их заполнения твердой биологической защитой 18 (компаундом).The proposed TUK (see figure 1) contains a housing 1, front 2 and rear 3 covers. The housing 1 consists of a shell 4, a socket 5 and a removable socket 6, into the internal cavity of which a fuel assembly 7 is installed. The shell 4 is a pipe, at the ends of which are installed flanges 8, to which the covers 2 and 3 are attached to the bolts 9. To the shell 4 on welding, supports 10 and lugs 11 are connected. The upper supports 10 are equipped with clamps 12, and the lower ones with holes 13 for the possibility of stacking TUKs during transportation and storage. The socket 5 installed inside the shell 4 has a circular cross-section and consists of a pipe 14, on the outer surface of which longitudinal ribs 15 with a T-shaped profile are evenly mounted on the circumference for welding. Longitudinal ribs 15 are installed in the part of the socket 5, which houses the fuel zone of the fuel assembly 7, transported in the proposed TUK. Along the edges of the longitudinal ribs 15, rings 16 are installed, forming, together with the ribs 15 and the tube 14, the bathtubs 17 for filling them with solid biological protection 18 (compound).

Внутри гнезда 5 устанавливается выемное гнездо 6 шестигранного сечения, образуемого при сборке двух полуоболочек 19 сваркой на электрозаклепках 20.Inside the socket 5, a removable socket 6 of a hexagonal section is formed, which is formed during the assembly of two half-shells 19 by welding on electric rivets 20.

С наружной поверхности на полуоболочки 19 установлены на сварке верхние 21 и нижние 22 полудиски, образующие круглое сечение с наружным диаметром, образующим зазор с внутренним диаметром трубы 14 гнезда 5. На каждую внутреннюю грань выемного гнезда 5 установлены фторопластовые накладки 23 на заклепках 24.The upper 21 and lower 22 half-disks are installed on the weld from the outer surface on the half-shells 19, forming a circular cross section with the outer diameter forming a gap with the inner diameter of the pipe 14 of the socket 5. Fluoroplastic overlays 23 on the rivets 24 are installed on each inner face of the extraction socket 5.

Передняя и задняя крышки 2 и 3 содержат фланцы 25, к которым прикреплены конические амортизаторы 26 и твердая биологическая защита 27. В передней крышке установлен клапан 28, на штуцер которого установлена заглушка 29.The front and rear covers 2 and 3 contain flanges 25 to which conical shock absorbers 26 and solid biological protection 27 are attached. A valve 28 is installed in the front cover, and a plug 29 is installed on its fitting.

Предлагаемый ТУК эксплуатируется аналогично эксплуатации ТК-С68.The proposed TUK is operated similarly to the operation of the TK-S68.

На предприятии-поставщике при загрузке ТУК переводится в вертикальное положение и с него снимается передняя крышка 2. Тепловыделяющая сборка 7 опускается в выемное гнездо 6, при этом ее грани скользят по фторопластовым накладкам 23. Затем устанавливается передняя крышка 2 и динамометрическим ключом осуществляется затяжка болтов 9 крепления передней крышки 2. ТУК переводится в горизонтальное положение и переносится на участок обслуживания, где осуществляется дозиметрический контроль и, при необходимости, дезактивация наружных поверхностей. Далее осуществляется контроль герметичности присоединения передней крышки 2. Специальное приспособление (на чертеже не показано) присоединяется к штуцеру клапана 28, во внутреннюю полость ТУК подается избыточное давление и контролируется его падение. При положительных результатах испытаний на герметичность специальное приспособление отсоединяется от клапана 28 и на штуцер клапана устанавливается заглушка 29. ТУК готов к перевозке.At the supplier's enterprise, when loading, the TUK is placed in a vertical position and the front cover 2 is removed from it. The fuel assembly 7 is lowered into the removable socket 6, while its faces slide along the fluoroplastic plates 23. Then the front cover 2 is installed and the bolts 9 are tightened with a torque wrench fastenings of the front cover 2. The TUK is moved to a horizontal position and transferred to the service area, where dosimetric monitoring and, if necessary, decontamination of the external surfaces are carried out th. Next, the tightness of the front cover 2 is checked. A special device (not shown in the drawing) is connected to the valve fitting 28, overpressure is supplied to the internal cavity of the TUK and its drop is controlled. If the leak test results are positive, the special device is disconnected from the valve 28 and a plug 29 is installed on the valve fitting. The fuel assembly is ready for transportation.

На предприятии-потребителе перед выгрузкой тепловыделяющей сборки осуществляется снижение избыточного давления воздуха, которое может возникнуть в результате теплового расширения, для чего со штуцера клапана 28 снимается заглушка 29, к клапану 28 присоединяется специальное приспособление для сдувки (на чертеже не показано). Давление внутри ТУК снижается до атмосферного, причем воздух из ТУК сдувается в систему газоочистки. Клапан 28 закрывается и специальное приспособление для сдувки отсоединяется от клапана 28. ТУК переносится на кантователь, устанавливается им в вертикальное положение. Отсоединяется передняя крышка 2 и тепловыделяющая сборка извлекается из ТУК. После ее выгрузки ТУК переводится в горизонтальное положение и доставляется на участок обслуживания, где осуществляется дозиметрический контроль и, при необходимости, дезактивация внешних и внутренних поверхностей ТУК протиркой ветошью, смоченной дезактивирующими растворами.At the consumer enterprise, before unloading the fuel assembly, the excess air pressure that may occur as a result of thermal expansion is reduced, for which a plug 29 is removed from the valve fitting 28, a special blowing device is attached to the valve 28 (not shown in the drawing). The pressure inside the TUK decreases to atmospheric, and the air from the TUK is blown into the gas cleaning system. The valve 28 closes and a special device for blowing is disconnected from the valve 28. TUK is transferred to the tilter, it is installed in a vertical position. The front cover 2 is disconnected and the fuel assembly is removed from the TUK. After its unloading, the TUK is transferred to a horizontal position and delivered to the service site where dosimetric monitoring and, if necessary, decontamination of the external and internal surfaces of the TUK are carried out by wiping with a rag moistened with deactivating solutions.

Устанавливается передняя крышка 2, заглушка 29 на клапан 28 и порожний ТУК отправляется предприятию-поставщику.The front cover 2 is installed, the plug 29 on the valve 28 and the empty TUK is sent to the supplier.

Claims

Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива, содержащий крышки и корпус, состоящий из обечайки, представляющей собой трубу, на торцах которой установлены фланцы, на сварке присоединены опоры и строповочные проушины, внутри обечайки установлено гнездо, часть которого, где располагается активная зона тепловыделяющей сборки, снабжена продольными ребрами и ограничителями и заливается нейтронопоглощающим компаундом, внутри гнезда расположено выемное гнездо шестигранного сечения, образуемого при сварке двух полуоболочек, а на каждую внутреннюю грань выемного гнезда установлены фторопластовые накладки, отличающийся тем, что гнездо выполнено из трубы круглого сечения, а к полуоболочкам выемного гнезда прикреплены с двух сторон полудиски, образующие круглое сечение с наружным диаметром, образующим зазор с внутренним диаметром трубы гнезда. A transport packaging set for transporting and storing nuclear fuel, comprising covers and a housing consisting of a shell, which is a pipe, at the ends of which flanges are installed, supports and sling eyes are attached to the welding, a nest is installed inside the shell, part of which contains the active zone of the fuel assembly, is equipped with longitudinal ribs and stops and is filled with a neutron-absorbing compound, inside the nest there is a removable socket of a hexagonal section formed at two half-shells are cooked, and fluoroplastic linings are installed on each inner face of the withdrawal socket, characterized in that the socket is made of a circular pipe, and half-discs are attached to the half-shells of the removable socket on two sides, forming a circular cross-section with an outer diameter forming a gap with the inner diameter of the pipe nests.