RU75496U1 - TRANSPORT PACKAGING KIT FOR TRANSPORT AND STORAGE OF WASTE NUCLEAR FUEL - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к ядерной энергетике, к устройствам для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлив атомных электростанций, исследовательских реакторов и судовых установок в виде отработавших тепловыделяющих сборок. Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива содержит корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, чехол и демпферы при этом внутренняя и наружная поверхности корпуса контейнера и наружная поверхность чехла снабжены теплоотводящими элементами, например, в виде кольцевых или продольных ребер соответственно, и выполнены сопряженными, при этом чехол выполнен металлическим монолитным с каналами для установки тепловыделяющих сборок. Полезная модель обеспечивает увеличение отвода остаточного тепла в окружающую среду без перегрева ОТВС и наружной поверхности корпуса контейнера. 1 н.п. ф-лы, 1 фиг.The utility model relates to nuclear energy, to devices for transporting and storing spent nuclear fuel from nuclear power plants, research reactors and ship installations in the form of spent fuel assemblies. A transport packaging set for transporting and storing spent nuclear fuel comprises a container body, inner and outer covers, a cover and dampers, while the inner and outer surfaces of the container body and the outer surface of the cover are provided with heat-removing elements, for example, in the form of ring or longitudinal ribs, respectively, and are made conjugate, while the cover is made of metal monolithic with channels for installing fuel assemblies. The utility model provides an increase in the removal of residual heat into the environment without overheating of the SFA and the outer surface of the container body. 1 n.p. f-ly, 1 Fig.

Description

Полезная модель относится к ядерной энергетике, к устройствам для транспортирования и хранения высокоактивного отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС), исследовательских реакторов (ИР) и судовых установок и может быть использовано для транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) с учетом возможности возникновения аварийных ситуаций.The utility model relates to nuclear energy, to devices for transporting and storing highly active spent nuclear fuel (SNF) of nuclear power plants (NPPs), research reactors (IR) and ship installations, and can be used to transport spent fuel assemblies (SFA), taking into account the possibility of occurrence emergency situations.

В соответствии с нормами ядерной и радиационной безопасности и рекомендациями МАГАТЭ упаковочные комплекты должны обеспечивать высокие радиационно-защитные и прочностные свойства, в том числе при аварийных ситуациях, возможных в процессе транспортирования и хранения ОТВС. Наряду с этим ТУК, создаваемые для транспортировки и хранения высокоактивного ОЯТ, должны обеспечивать возможность использования существующей инфраструктуры, предназначенной для обращения с ОЯТ.In accordance with the standards of nuclear and radiation safety and IAEA recommendations, packaging sets must provide high radiation-protective and strength properties, including in emergency situations, possible during the transportation and storage of SFAs. At the same time, TUKs created for transportation and storage of highly active SNF should provide the possibility of using the existing infrastructure intended for SNF management.

Для транспортирования и хранения ОТВС используются транспортные упаковочные комплекты (ТУК), которые в связи с отсутствием или нехваткой мощностей по переработке ОЯТ используются также для промежуточного, а иногда и длительного хранения ОТВС. Кроме того, емкости приреакторных бассейнов выдержки (хранилищ), в которых хранятся ОТВС ядерных реакторов АЭС, практически переполнены. Для уменьшения срока хранения ОЯТ в бассейнах выдержки необходимо транспортировать к месту промежуточного или окончательного хранения высокоактивное ОЯТ, что предъявляет повышенные требования к обеспечению эффективного отвода тепла, поскольку при транспортировании ОТВС является возможность возникновения неконтролируемой самопроизвольной цепной реакции деления ядер, которая сопровождается выделением значительной энергии вплоть до возникновения теплового взрыва.For transportation and storage of spent fuel assemblies, transport packaging kits (TUKs) are used, which, due to the lack or lack of SNF processing facilities, are also used for intermediate and sometimes long-term storage of spent fuel assemblies. In addition, the capacities of the near-reactor exposure pools (storages) in which the spent fuel assemblies of nuclear reactors are stored are almost full. To reduce the shelf life of spent nuclear fuel in the storage pools, it is necessary to transport highly active spent nuclear fuel to the place of intermediate or final storage, which makes it more demanding to ensure efficient heat removal, since during the transportation of spent fuel assemblies there is the possibility of an uncontrolled spontaneous chain reaction of nuclear fission, which is accompanied by the release of significant energy up to the occurrence of a thermal explosion.

Для стабилизации температуры на поверхности контейнеров задачу отвода мощного теплового потока осуществляют с использованием систем охлаждения.To stabilize the temperature on the surface of the containers, the task of removing a powerful heat flux is carried out using cooling systems.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (патент ФРГ №3816195, МПК G21F 5/00, опубл. 1989.11.23.), содержащий корпус из бетона, в боковой стенке которого установлены каналы охлаждения в виде вертикальных металлических труб, отделенных от бетона тепловой изоляцией.A well-known container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel (German patent No. 3816195, IPC G21F 5/00, publ. 1989.11.23.), Containing a housing made of concrete, in the side wall of which cooling channels are installed in the form of vertical metal pipes, separated from concrete thermal insulation.

Недостатком данной конструкции является то, что расположение охлаждающих каналов вблизи топливных элементов приводит к активизации протекающего по ним воздуха, кроме того, при попадании в очаг пожара контейнер подвержен сильному воздействию высокой температуры с разрушением бетона и потерей герметичности.The disadvantage of this design is that the location of the cooling channels near the fuel elements activates the air flowing through them, in addition, when it enters the fire, the container is exposed to strong heat with destruction of concrete and loss of tightness.

Известен железобетонный контейнер для хранения и транспортировки отработавших ТВЭЛ ядерного реактора (RU 2082232 C1, G21F 5/008, опубл. 1997.06.20). Известный контейнер представляет собой цилиндрический двухстенный резервуар с днищами, выполненный из стали, закрываемый защитным перекрытием с устройством его крепления и герметизации. В кольцевом пространстве между оболочками с днищами установлена арматура в виде прутков-тепловодов. Наружная стальная оболочка выполнена оребренной и не имеет жесткой связи с бетоном и внутренней стальной оболочкой. Конструктивная схема железобетонного контейнера позволяет максимально наполнить стальными прутками-тепловодами бетонное заполнение стенки, что увеличивает в 2-3 раза общий коэффициент теплопроводности по сравнению с одним бетоном и позволяет отводить через стенку тепловые потоки, сравнимые с потоками в стальных контейнерах, без снижения радиационной безопасности. Однако конструктивная схема контейнера предполагает большой объем сварочных работ, что приводит к снижению ударной вязкости материала, например арматуры и внутренней стальной оболочки и ее днища, при эксплуатации контейнера в условиях низких температур, например, при минус 50°С. К недостаткам известного контейнера также можно отнести применение литого высокопластичного бетона. Подобные бетоны имеют сравнительно невысокие прочность и трещиностойкость.Known reinforced concrete container for storage and transportation of spent fuel elements of a nuclear reactor (RU 2082232 C1, G21F 5/008, publ. 1997.06.20). The known container is a cylindrical double-walled tank with bottoms made of steel, closed with a protective overlap with a device for its fastening and sealing. In the annular space between the shells with the bottoms installed reinforcement in the form of rods, heat pipes. The outer steel shell is made of finned and does not have a rigid connection with concrete and the inner steel shell. The structural scheme of a reinforced concrete container allows to fill the concrete filling of the wall with steel rods-heat conductors, which increases by 2-3 times the overall coefficient of thermal conductivity compared to one concrete and allows you to remove heat fluxes through the wall that are comparable to the flows in steel containers, without reducing radiation safety. However, the design of the container involves a large amount of welding work, which leads to a decrease in the toughness of the material, for example, reinforcement and the inner steel shell and its bottom, when the container is operated at low temperatures, for example, at minus 50 ° С. The disadvantages of the known container can also include the use of cast highly plastic concrete. Such concrete has a relatively low strength and crack resistance.

Известен железобетонный контейнер (патент РФ №2082233, МПК G21F 5/008, опубл. 1997.06.20), предназначенный для хранения и транспортировки ОЯТ и содержащий корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек, между которыми размещены материал радиационной защиты и контактирующие с оболочками арматурные теплопроводящие элементы, чехол для размещения отработавшего топлива и каналы охлаждения, соединенные о атмосферой. Каналы охлаждения выполнены в виде кольцевого зазора между наружной металлической оболочкой корпуса и наружным кожухом с тяговой трубой, который надет на контейнер. Недостатком известного контейнера является отсутствие непосредственного охлаждения чехла с отработавшим топливом и донной части контейнера, которые изолированы от наружной оболочки корпуса, активно охлаждаемой обтекающим воздухом, другими элементами контейнера. Кроме этого, недостаточное охлаждение вызвано ограниченным отводом тепла от внутренней оболочки арматурными теплопроводящими элементами, выполненными в A reinforced concrete container is known (RF patent No. 2082233, IPC G21F 5/008, publ. 1997.06.20), designed for storage and transportation of spent nuclear fuel and containing a housing with a lid, consisting of an outer and inner shell, between which radiation protection material is placed and in contact with shells reinforcing heat-conducting elements, a cover for placing spent fuel and cooling channels connected about the atmosphere. The cooling channels are made in the form of an annular gap between the outer metal shell of the housing and the outer casing with a traction pipe, which is worn on the container. A disadvantage of the known container is the lack of direct cooling of the case with spent fuel and the bottom of the container, which are isolated from the outer shell of the body, actively cooled by the flowing air, and other elements of the container. In addition, insufficient cooling is caused by the limited heat removal from the inner shell by reinforcing heat-conducting elements made in

виде прутков, что объясняется малой площадью контакта (в виде точек) прутков с оболочками.the form of rods, which is explained by the small contact area (in the form of points) of the rods with shells.

Известен конвекционно-охлаждаемый контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (патент RU 2231837, МПК G21F 5/008, опубл. 2004.06.27), содержащий корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек. Между оболочками размещены материал радиационной защиты и арматурные теплопроводящие элементы, контактирующие с наружной и внутренней оболочками. Контейнер содержит чехол для отработавшего топлива и соединенные с атмосферой каналы охлаждения. Чехол размещен в выемном металлическом сосуде, который выполнен с теплоотводящими ребрами, снабжен, по крайней мере, двумя герметичными крышками. Он установлен посредством ребер, контактирующих с внутренней оболочкой, внутри корпуса с образованием зазора для прохода воздуха. При этом часть каналов охлаждения выполнена в боковой стенке корпуса в виде металлических труб, проходящих снизу вверх и жестко соединенных с арматурными теплопроводящими элементами, а другие каналы выполнены в нижней части корпуса и крышке и сообщены с зазором.Known convection-cooled container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel (patent RU 2231837, IPC G21F 5/008, publ. 2004.06.27), comprising a housing with a lid, consisting of outer and inner shells. Between the shells are placed radiation protection material and reinforcing heat-conducting elements in contact with the outer and inner shells. The container contains a cover for spent fuel and cooling channels connected to the atmosphere. The cover is placed in a removable metal vessel, which is made with heat-removing ribs, equipped with at least two sealed covers. It is installed by means of ribs in contact with the inner shell inside the housing with the formation of a gap for the passage of air. Moreover, part of the cooling channels is made in the side wall of the casing in the form of metal pipes passing from bottom to top and rigidly connected to reinforcing heat-conducting elements, while other channels are made in the lower part of the casing and the lid and are connected with a gap.

Известный конвекционно-охлаждаемый контейнер обеспечивает увеличение теплоотвода за счет создания независимых конвекционных воздушных потоков. Однако, если принять во внимание, что оболочки ОТВС могут иметь повреждения, возникшие при эксплуатации в реакторе, или при транспортировании, или в результате протекания коррозионных процессов после длительного хранения в бассейнах выдержки, то появляется опасность перехода газообразных и летучих радионуклидов из-под оболочки ОТВС в полость контейнера и по конвекционным каналам в окружающую среду и снижается уровень радиационной защиты. К недостаткам известного контейнера также можно отнести то, что в нем не предусмотрены средства амортизации при кантовании контейнера в возможных транспортных аварийных ситуациях.Known convection-cooled container provides an increase in heat dissipation by creating independent convection air flows. However, if we take into account that the SFA shells can have damage that occurred during operation in the reactor, or during transportation, or as a result of corrosion processes after prolonged storage in the storage pools, there is a danger of the passage of gaseous and volatile radionuclides from under the SFA into the cavity of the container and through convection channels into the environment and reduces the level of radiation protection. The disadvantages of the known container can also be attributed to the fact that it does not provide depreciation when tipping the container in possible transport emergencies.

Наиболее близким по совокупности признаков является транспортный упаковочный комплект (ТУК) для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива в виде отработавших тепловыделяющих сборок RU 56704, G21F 5/008, опубл. 2006.09.10, содержащий выполненный из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, чехол для установки отработавших тепловыделяющих сборок и деревянные демпферы, установленные на торцах контейнера, корпус контейнера, иThe closest in combination of features is a transport packaging set (TUK) for transportation and storage of spent nuclear fuel in the form of spent fuel assemblies RU 56704, G21F 5/008, publ. 2006.09.10, comprising a container body made of high strength cast iron with spherical graphite, an inner and outer lid, a cover for installing spent fuel assemblies, and wooden dampers mounted on the ends of the container, a container body, and

Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи обеспечения ядерной и радиационной безопасности транспортирования и хранения ОЯТ как в условиях The proposed utility model is aimed at solving the problem of ensuring nuclear and radiation safety of transportation and storage of spent nuclear fuel as in

нормальной эксплуатации (хранение и транспортирование всеми видами транспорта), так и в аварийных ситуациях.normal operation (storage and transportation by all means of transport), and in emergency situations.

При решении указанной задачи полезная модель обеспечивает получение технического результата, заключающегося в увеличении отвода остаточного тепла в окружающую среду без перегрева ОТВС и наружной поверхности корпуса контейнера.When solving this problem, the utility model provides a technical result, which consists in increasing the removal of residual heat into the environment without overheating of the SFA and the outer surface of the container body.

Указанный технический результат достигается тем, что в транспортном упаковочном комплекте для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива, содержащем корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, чехол и демпферы, внутренняя и наружная поверхности корпуса контейнера и наружная поверхность чехла снабжены теплоотводящими элементами, например, в виде кольцевых или продольных ребер соответственно, при этом теплоотводящие элементы внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности чехла выполнены сопряженными, а чехол выполнен металлическим монолитным с каналами для установки тепловыделяющих сборок.The specified technical result is achieved in that in a transport packaging kit for transporting and storing spent nuclear fuel, comprising a container body, inner and outer covers, a cover and dampers, the inner and outer surfaces of the container body and the outer surface of the cover are provided with heat-removing elements, for example, in the form annular or longitudinal ribs, respectively, while the heat-removing elements of the inner surface of the housing and the outer surface of the cover are paired, and Jehol is metallic monolith with channels for installation of fuel assemblies.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фигуре изображен транспортный упаковочный комплект. ТУК содержит корпус 1 контейнера наружная и внутренняя поверхности которого снабжены теплоотводящими элементами в виде кольцевых точеных ребер 2, внутреннюю крышку 3 и наружную крышку 4, чехол 5, наружная поверхность которого снабжена продольными ребрами 6, и демпферы 7.The essence of the utility model is illustrated in the drawing. The figure shows a transport packaging set. The TUK contains a container body 1, the outer and inner surfaces of which are equipped with heat-removing elements in the form of turned turned ribs 2, the inner lid 3 and the outer lid 4, a cover 5, whose outer surface is provided with longitudinal ribs 6, and dampers 7.

Корпус 1 контейнера выполнен из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Наличие графита в металлической матрице чугуна обеспечивает высокую защиту от радиоактивных излучений. Кроме того, корпус 1 контейнера имеет продольные каналы, заполненные термостойким полиэтиленом, обеспечивающим защиту обслуживающего персонала, населения и окружающей среды от нейтронного излучения.The container body 1 is made of ductile iron with spherical graphite. The presence of graphite in the metal matrix of cast iron provides high protection against radioactive radiation. In addition, the container body 1 has longitudinal channels filled with heat-resistant polyethylene, which protects the staff, the public and the environment from neutron radiation.

Для увеличения поверхности передачи тепла между чехлом 5, корпусом 1 контейнера и окружающим воздухом наружная поверхность корпуса 1 контейнера имеет кольцевые точеные ребра 2, а внутренняя поверхность корпуса 1 контейнера и наружная поверхность чехла 5 имеют сопряженные ребра охлаждения 6, обеспечивающие интенсификацию теплоотвода от ОТВС к корпусу 1 контейнера и далее в окружающую среду в процессе транспортирования и временного хранения ТУК.To increase the surface of heat transfer between the cover 5, the container body 1 and the surrounding air, the outer surface of the container body 1 has annular turned ribs 2, and the inner surface of the container body 1 and the outer surface of the cover 5 have conjugated cooling fins 6, which enhance the heat removal from the SFA to the case 1 container and further into the environment during transportation and temporary storage of TUK.

Торцевые деревянные демпферы 7 предназначены для демпфирования ударных нагрузок в случае возникновения аварийной ситуации при транспортировании.End wooden dampers 7 are designed for damping shock loads in the event of an emergency during transportation.

Полезная модель может быть осуществлена следующим образом:A utility model can be implemented as follows:

Укомплектованный ТУК поступает в помещение для загрузки. Перед загрузкой ОТВС в транспортный упаковочный комплект демонтируются демпферы 7 и The completed TUK enters the premises for loading. Before loading the SFA in the transport packaging set, the dampers 7 and

раскрепляются и удаляются на позицию хранения последовательно наружная крышка 43 и внутренняя крышка 3. Корпус 1 контейнера с чехлом 5 устанавливают в загрузочный бассейн, бассейн заполняется водой и осуществляется загрузка под водой герметичных отработавших тепловыделяющих сборок. После загрузки на корпусе 1 контейнера устанавливается внутренняя крышка 2. После контроля герметичности устанавливается наружная крышка 3. Далее корпус 1 контейнера извлекают из бассейна, затем устанавливаются демпферы 7 и ТУК транспортируют на площадку временного хранения. ТУК транспортируют и обслуживают в вертикальном положении.the outer cover 43 and the inner cover 3 are unfastened and removed to the storage position sequentially. The container body 1 with the cover 5 is installed in the loading pool, the pool is filled with water and the sealed spent fuel assemblies are loaded under water. After loading, the inner cover 2 is installed on the container body 1. After tightness control, the outer cover 3 is installed. Next, the container body 1 is removed from the pool, then dampers 7 are installed and TUKs are transported to the temporary storage site. TUK transport and serve in an upright position.

Отработавшее топливо в виде ОТВС, находящееся в чехле 5, постоянно выделяет энергию, в том числе тепловую, тепловая мощность при полной загрузке может достигать нескольких десятков киловатт. Тепло, выделяясь из ОТВС, через стенку чехла передается корпусу 1 контейнера и далее в окружающую среду. Отвод тепла осуществляется путем конвекции и излучения тепла через теплоотводящие элементы 2 и 6.Spent fuel in the form of SFA, located in the case 5, constantly emits energy, including thermal, thermal power at full load can reach several tens of kilowatts. The heat released from the SFA through the wall of the case is transferred to the container body 1 and then to the environment. Heat is removed by convection and heat radiation through the heat-removing elements 2 and 6.

Полезная модель позволяет транспортировать и хранить в нормальных условиях и при аварийных ситуациях в одном контейнере большое число ОТВС с высоким остаточным тепловыделением, обеспечивая температуру наружных поверхностей контейнера, не превышающую 85°С, а температуру ОТВС, не превышающую допустимые значения. Использование полезной модели обеспечивает снижение ударных нагрузок на транспортируемые ОТВС и повышает ядерную и радиационную безопасность транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива.The utility model allows transporting and storing under normal conditions and in emergency situations in a single container a large number of SFAs with high residual heat, providing a temperature of the outer surfaces of the container not exceeding 85 ° C, and a SFA temperature not exceeding the permissible values. The use of the utility model reduces shock loads on transported SFAs and increases the nuclear and radiation safety of the transportation and storage of spent nuclear fuel.

Claims (2)

1. Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, чехол и демпферы, отличающийся тем, что внутренняя и наружная поверхности корпуса контейнера и наружная поверхность чехла снабжены теплоотводящими элементами, например, в виде кольцевых или продольных ребер, при этом теплоотводящие элементы внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности чехла выполнены сопряженными.1. A transport packaging set for transporting and storing spent nuclear fuel, comprising a container body, inner and outer covers, a cover and dampers, characterized in that the inner and outer surfaces of the container body and the outer surface of the cover are provided with heat-removing elements, for example, in the form of ring or longitudinal ribs, while the heat-removing elements of the inner surface of the housing and the outer surface of the cover are paired. 2. Транспортный упаковочный комплект по п.1, отличающийся тем, что чехол выполнен металлическим монолитным с каналами для установки тепловыделяющих сборок.

2. The transport packaging set according to claim 1, characterized in that the cover is made of monolithic metal with channels for installing fuel assemblies.