<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et dispositif d'élimination, sous forme compacte, d'un squelette irradié d'un assemblage de combustible d'un réacteur nucléaire.
L'invention concerne un procédé et un dispositif d'élimination sous forme compactée d'un squelette irradié d'un assemblage de combustible et en particulier d'un assemblage de combustible d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.
Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent des as- semblages de combustible présentant une forme générale prismatique droite à section carrée. Les assemblages de combustible comportent un faisceau de crayons de combustible constitués chacun d'un tube de gainage fermé par des bouchons à ses extrémités et renfermant un empilement de pastilles de matériau combustible et un squelette assurant le maintien des crayons du faisceau de combustible dans des dispositions parallèles entre elles.
Les squelettes d'assemblages de combustible comportent une plurali- té de grilles-entretoises comportant des cellules dans chacune desquelles est engagé un crayon de combustible, réparties et espacées suivant la direc- tion longitudinale de l'assemblage de combustible ainsi que des tubes- guides parallèles entre eux et se substituant à certains crayons de combus- tible, dans certaines des cellules des grilles-entretoises. Les tubes-guides (par exemple vingt-quatre tubes-guides) répartis dans la section transversale de l'assemblage de combustible constituent un faisceau assurant la rigidité du squelette de l'assemblage de combustible dans la direction longitudinale axiale. Les tubes-guides de l'assemblage de combustible sont fixés par sou- dage ou maintenus par serrage dans les cellules de grilles-entretoises, de sorte que le squelette présente une bonne rigidité.
Les tubes-guides comportent des parties d'extrémité de part et d'autre d'une première et d'une dernière grilles-entretoises du squelette, sur lesquel- les sont fixés des embouts d'extrémité du squelette. Un premier embout, ou embout inférieur, de l'assemblage de combustible comporte des pieds par l'intermédiaire desquels l'assemblage de combustible repose sur une plaque inférieure de support du c#ur, à l'intérieur de la cuve du réacteur nucléaire.
Le second embout de l'assemblage de combustible fixé sur la se- conde partie d'extrémité des tubes-guides, en saillie par rapport à la dernière grille-entretoise, ou grille supérieure, constitue l'embout supérieur de l'as- semblage de combustible qui comporte en particulier des ressorts de main-
<Desc/Clms Page number 2>
tien élastique de l'assemblage de combustible sur lesquels une plaque supé- rieure de c#ur est mise en appui sur les assemblages de combustible dis- posés dans le c#ur du réacteur nucléaire.
Les grilles-entretoises successives sont séparées par des tronçons du faisceau de tubes-guides et, de même, un premier et un dernier tronçons du faisceau de tubes-guides sont placés entre la première grille et le premier embout et la dernière grille et le second embout du squelette, respective- ment.
Après un certain temps de séjour dans le c#ur du réacteur nucléaire, les assemblages de combustible doivent être déplacés à l'intérieur du c#ur ou remplacés par des assemblages de combustible neufs, les assemblages de combustible usagés étant alors transportés et stockés dans une piscine du combustible usé attenante au bâtiment du réacteur nucléaire.
Dans le cas où le squelette a été détérioré, il est nécessaire de trans- férer tous les crayons de combustible de l'assemblage endommagé, dans un squelette neuf (opération appelée "reconstitution") afin de poursuivre leur irradiation.
Il est alors nécessaire d'assurer l'élimination du squelette irradié dété- rioré et vidé de ses crayons et son stockage sous une forme la plus com- pacte possible, dans une zone de stockage de longue durée, à l'intérieur de conteneurs adaptés.
Pour leur élimination, les squelettes d'assemblages de combustible doivent donc être compactés et découpés pour pouvoir être introduits dans des conteneurs de stockage.
Ces opérations, effectuées sur des squelettes fortement irradiés, doi- vent être réalisées sous une profondeur d'eau suffisante, à l'intérieur d'une piscine, ou d'une fosse communiquant avec la piscine, pour assurer une bonne protection biologique des opérateurs chargés de l'élimination des squelettes.
On a proposé, par exemple, dans le FR-2. 538.939, un appareil per- mettant de découper et de mettre sous forme compacte un squelette d'as- semblage de combustible. L'appareil décrit réalise un tronçonnage du sque- lette de l'assemblage de combustible (duquel on a enlevé les crayons de
<Desc/Clms Page number 3>
combustible) par découpage des tubes-guides, à l'intérieur des tronçons du faisceau disposés chacun entre deux grilles-entretoises successives.
Les tronçons de squelette obtenus qui comportent des tronçons de tubes-guides, une grille-entretoise et, éventuellement, un embout d'extrémité de l'assemblage de combustible sont introduits dans une unité de compac- tage placée de manière adjacente à l'unité de découpage de l'appareil utilisé pour l'élimination du squelette.
Le dispositif et le procédé d'utilisation correspondant présentent l'in- convénient de nécessiter l'utilisation d'une unité de découpage et d'une unité de compactage, sans que l'on puisse réaliser une séparation sélective des matériaux constituant le squelette de l'assemblage de combustible. En outre, le découpage du faisceau de tubes guides doit être réalisé dans une cham- bre de cisaillement, dans laquelle il faut introduire le squelette de l'assem- blage de combustible.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'élimination sous forme compacte, d'un squelette irradié d'assemblages de combustible d'un réacteur nucléaire comportant un faisceau de tubes-guides parallèles entre eux, une pluralité de grilles-entretoises réparties et espacées suivant la longueur des tubes-guides qui sont engagés et fixés à l'intérieur de cellules des grilles-entretoises et un premier et un second embouts d'extrémité fixés aux extrémités des tubes-guides, respectivement, à distance d'une première grille-entretoise et d'une dernière grille-entretoise, suivant la direction longi- tudinale du squelette, l'élimination du squelette étant réalisée sous eau dans une piscine, de manière à faciliter le découpage et le compactage de tron- çons du squelette et à séparer les uns des autres,
les différents matériaux métalliques pouvant constituer le squelette.
Dans ce but : - on suspend le quelette par son second embout à un moyen de dé- placement à l'intérieur de la piscine, - on prévoit, dans la piscine, un moyen de compactage et de décou- page du squelette, - on introduit le squelette dans le moyen de compactage et de décou- page par tronçons successifs, dans la direction longitudinale, comportant au
<Desc/Clms Page number 4>
moins l'un de tronçons longitudinaux du faisceau de tubes-guides entre deux grilles-entretoises ou entre un embout et une grille-entretoise, - on compacte, dans au moins deux directions perpendiculaires à la direction longitudinale, les tronçons de tubes-guides et les grilles-entretoises du squelette, successivement, - on découpe les tronçons de tubes-guides à l'état compacté dans une zone adjacente à l'un d'une grille-entretoise et d'un embout, successi- vement,
de manière à séparer du squelette au moins l'un d'un tronçon de tube-guide, d'une grille-entretoise et d'un embout d'extrémité, et - on recueille, dans un premier conteneur, les embouts d'extrémité et, dans un second conteneur, les tronçons de tubes-guides et les grilles- entretoises à l'état compacté.
Il est à remarquer que le terme "piscine" utilisé plus haut recouvre aussi bien la piscine du réacteur nucléaire qu'une fosse communiquant avec la piscine ou prévue dans la piscine, telle qu'une fosse destinée à recevoir un château de plomb.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif d'élimi- nation de squelettes d'assemblages de combustible et son utilisation pour la mise en #uvre du procédé de l'invention.
La figure 1 est une vue en élévation et en coupe verticale de l'ensem- ble du dispositif d'élimination à l'intérieur d'une piscine ou d'une fosse en-eau communiquant avec la piscine d'une centrale nucléaire.
Les figures 2,3, 4,5, 6 et 7 sont des vues en élévation et en coupe verticale schématique du dispositif de découpage et de compactage et d'un squelette d'assemblage de combustible, au cours de différentes phases de mise en #uvre du procédé de l'invention.
Les figures 8 et 9 sont des vues en coupe verticale de moyens de récupération des embouts d'extrémité de l'assemblage de combustible.
Les figures 10 et 11 sont des vues schématiques dans un plan trans- versal des moyens de compactage d'une grille-entretoise, au cours de deux phases successives d'une opération de compactage.
<Desc/Clms Page number 5>
Les figures 12 et 13 sont des vues en élévation et en coupe verticale des moyens de compactage, au cours de deux phases successives de com- pactage d'une grille-entretoise.
La figure 14 est une vue en plan d'une cisaille de découpage d'un tronçon du faisceau de tubes-guides du squelette de l'assemblage de com- bustible.
Sur la figure 1, on a représenté une piscine 1 délimitée par des parois en béton telles que 2 du bâtiment du combustible d'une centrale nucléaire (ce peut être la piscine principale ou une fosse auxiliaire).
La piscine 1 est remplie d'eau jusqu'à un niveau 3 et présente un fond 2a sur lequel est posé et fixé un dispositif de compactage et de découpage désigné, de manière générale, par le repère 4, permettant de réaliser l'élimi- nation à l'état compacté du squelette 5 d'un assemblage de combustible de la centrale nucléaire, sous une hauteur d'eau, par exemple de dix mètres, permettant d'assurer la protection biologique d'opérateurs chargés de piloter les opérations effectuées sur l'assemblage de combustible, depuis un poste de conduite 6 placé sur un plancher de travail 2b, au niveau supérieur de la piscine. Suivant la configuration de la piscine, le dispositif d'élimination de squelettes sera posé et fixé soit sur le fond de la piscine, soit sur les racks de stockage des assemblages irradiés.
Le squelette 5 est un squelette irradié d'un assemblage de combusti- ble dont on a extrait l'ensemble des crayons de combustible, avant de réali- ser les opérations de compactage, de découpage et d'élimination des dé- chets produits.
On prend en charge le squelette 5 irradié de l'assemblage de com- bustible avec un outil de levage et de manutention 7, tel qu'un outil de manu- tention d'assemblages de combustible usagés dans la piscine du combusti- ble.
L'outillage de levage 7 comporte une partie inférieure de préhension qui est engagée dans des parties de préhension de l'embout supérieur 5b du squelette 5.
Le squelette 5 comporte un faisceau de tubes-guides 8 maintenus dans des dispositions parallèles entre elles, chacun des tubes-guides 8 du
<Desc/Clms Page number 6>
faisceau étant engagé et fixé dans une cellule d'une grille-entretoise 9 d'une pluralité de grilles-entretoises réparties et espacées suivant la direction lon- gitudinale de l'ossature 5, de sorte qu'entre deux grilles-entretoises succes- sives 9, le faisceau de tubes-guides 8 se présente sous la forme d'un tron- çon de faisceau d'une longueur sensiblement constante.
De plus, un premier embout 5a, ou embout inférieur, de l'assemblage de combustible et le second embout 5b, ou embout supérieur, sont fixés sur les parties d'extrémité des tubes-guides 8, à la suite de la première grille- entretoise 9a, ou grille-entretoise inférieure et de la dernière grille-entretoise 9b, ou grille-entretoise supérieure, respectivement.
L'embout inférieur 5a comporte des pieds d'appui permettant de faire reposer l'assemblage de combustible sur une plaque inférieure de c#ur, en position de service, dans la cuve du réacteur nucléaire.
L'embout supérieur 5b comporte des ressorts d'appui 5'b de la plaque supérieure de c#ur, pour le maintien des assemblages de combustible en position de service dans le c#ur du réacteur nucléaire.
Le dispositif de compactage et de découpage 4 comporte un conduit
10 d'introduction et de guidage du squelette 5, une unité de compactage et de découpage 11 montée transversalement dans le conduit 10 et une en- ceinte 12 de réception des déchets compactés et découpés dans laquelle débouche, par une partie inférieure à grand diamètre disposée en-dessous de l'unité de compactage et de découpage 11, le conduit 10 d'introduction et de guidage.
Dans la partie inférieure élargie 10a du conduit 10 débouchant dans l'enceinte 12 est placé un volet mobile 13 monté pivotant autour d'un axe 13' actionné par des moyens de commande du volet 13 pour le déplacer entre une position fermée et l'une ou l'autre de deux positions d'ouverture pour le passage des déchets compactés et découpés dans l'enceinte 12.
A l'intérieur de l'enceinte 12, sont placés deux réceptacles 14a et 14b séparés présentant des parois verticales s'étendant au-dessus du fond du réceptacle 12, à l'aplomb de la partie débouchante 10a du conduit de gui- dage 10. Dans une première position d'ouverture du volet 13, les déchets sont guidés vers le premier compartiment 14a, alors que dans une seconde
<Desc/Clms Page number 7>
position du volet 13, les déchets sont guidés vers le second compartiment 14b, par une partie supérieure inclinée de la paroi du réceptacle 14b.
Le dispositif de compactage et de découpage 4 comporte de plus un ensemble d'aspiration et de filtration d'eau dans le conduit 10, en-dessous de l'unité 11de compactage et de découpage, de manière à aspirer, avec l'eau du conduit 10, les déchets produits par le compactage et le découpage du squelette 5 d'assemblage de combustible, les déchets étant ensuite arrê- tés par le filtre du dispositif 15.
Les déchets arrêtés par le filtre peuvent être déversés dans l'un des compartiments 14a et 14b, ou être conditionnés séparément par l'exploitant du réacteur nucléaire.
Une caméra vidéo 16 permet de surveiller, depuis le poste de com- mande 6, au niveau supérieur de la piscine, la zone de compactage et de découpage du dispositif 4 et/ou la zone d'introduction et d'empilement des déchets dans les réceptacles 14a et 14b.
Le fond des compartiments 14a et 14b peuvent comporter des trap- pes mobiles, de manière que les déchets introduits dans les réceptacles 14a et 14b puissent être déversés dans des conteneurs de stockage, les récep- tacles étant déplacés et soulevés au-dessus des conteneurs de stockage.
L'unité de compactage et de découpage 11est reliée par des tuyaute- ries (non représentées) à une centrale hydraulique ou pneumatique dispo- sée au-dessus du niveau de la piscine, sur le plancher 2b, la centrale hy- draulique pouvant fournir de l'eau déminéralisée sous pression ou de l'air comprimé à l'unité 11de compactage et de découpage qui comporte en par- ticulier une presse hydraulique qui peut être actionnée par l'eau déminérali- sée sous pression ou par l'air comprimé.
Le dispositif d'aspiration et de filtration 15 comporte une motopompe qui peut être alimentée en courant électrique par un câble à partir du poste de commande 6, ou être actionnée par de l'air comprimé.
La caméra vidéo 16 est également reliée par un câble vidéo et un câ- ble d'alimentation au poste de commande 6.
Le poste 6 comporte des moyens de commande à distance de l'unité de compactage et de découpage 11 et du dispositif d'aspiration et de filtra-
<Desc/Clms Page number 8>
tion 15 ainsi que des écrans de visualisation des images fournies par la ca- méra vidéo 16 d'au moins une zone du dispositif de compactage et de dé- coupage 4.
On va maintenant décrire une opération de compactage et de décou- page d'un squelette 5 d'assemblage de combustible, en se reportant aux figures 2 à 7 qui montrent les étapes successives mises en #uvre pour le compactage et le découpage d'un squelette 5 d'assemblage de combustible.
Sur la figure 2, on voit le dispositif 4 et le squelette 5 dans une phase initiale dans laquelle la partie inférieure comportant l'embout inférieur 5a du squelette 5 se trouve juste au-dessus de l'entrée du conduit 10 d'introduction et de guidage du dispositif de compactage 4.
Sur la figure 3, on a représenté le squelette 5 dans une phase ulté- rieure dans laquelle on réalise la compression de la première grille- entretoise 9a. Entre la phase initiale représentée sur la figure 2 et la pre- mière phase représentée sur la figure 3, on a fait descendre le squelette 5 à l'aide de l'outil 7, de manière que la première grille entretoise, c'est-à-dire la grille inférieure 9a située immédiatement au-dessus de l'embout inférieur 5a du squelette 5 se trouve dans la zone de compression du dispositif de com- pactage et de découpage 11. Dans la zone de compression, le dispositif 11 comporte des mors tels que 17a et 17b qui sont actionnés par la presse hy- draulique du dispositif 11, pour réaliser leur rapprochement et l'écrasement de la grille 9a, comme représenté par les flèches 18 et 18'.
En se reportant aux figures 10 et 11, on voit que l'unité de compac- tage 11 comporte quatre mors 17a, 17b, 17c et 17d parallèles deux à deux pour constituer un quadrilatère, par exemple un carré, à l'intérieur duquel la grille-entretoise 9 (par exemple la grille inférieure 9a) de forme carrée est placée de manière que ses diagonales soient parallèles aux mors 17a, 17b et 17c, 17d, respectivement.
Les mors 17a, 17b, 17c et 17d sont montés mobiles les uns par rap- port aux autres, dans des directions qui leur sont perpendiculaires, grâce à des éléments de guidage de l'unité de compactage 11.
Les mors 17a, 17b, 17c et 17d peuvent être déplacés entre leur posi- tion représentée sur la figure 10 (avant compression de la grille-entretoise 9)
<Desc/Clms Page number 9>
et leur position représentée sur la figure 11 (après compression de la grille- entretoise 9), grâce à des moyens de déplacement tels que des vérins de la presse hydraulique ou pneumatique de l'unité 11 alimentée en eau déminé- ralisée sous pression ou en air comprimé. La presse hydraulique comporte de préférence quatre vérins associés chacun à un mors de compression des grilles pour son déplacement dans une direction perpendiculaire à sa direc- tion longitudinale.
Le déplacement des mors de compactage produit un écrasement de la grille-entretoise 9 qui est constituée par des bandes métalliques entrecroi- sées et assemblées entre elles pour définir un réseau de cellules à section carrée dans certaines desquelles sont placés et fixés des tubes-guides 8. La grille-entretoise 9 est écrasée suivant les directions de ses deux diagonales, de sorte que sa section est considérablement réduite, les plaquettes métalli- ques constituant les cellules pouvant se déplacer et venir en contact les unes avec les autres sous l'effet de la compression.
De plus, comme il est visible sur les figures 12 et 13 qui montrent, dans une vue schématique en coupe par un plan vertical, la grille-entretoise inférieure 9a avant et après écrasement, le faisceau de tubes 8 se trouve resserré au niveau de la grille-entretoise 9a comprimée entre les mors 17a et 17b de l'unité de compactage 11dans au moins deux directions perpendi- culaires à la direction longitudinale (verticale) de l'assemblage de combusti- ble, de sorte que la section transversale du faisceau de tubes-guides 8 est considérablement réduite, dans une zone située au-dessus de la grille- entretoise 9a et entre la grille-entretoise 9a et l'embout inférieur 5a du sque- lette 5 d'assemblage de combustible.
Comme il est visible sur la figure 4, on réalise, après compactage de la première grille-entretoise 9a et du faisceau de tubes-guides 8, le décou- page d'un premier tronçon du faisceau de tubes-guides 8, un peu au-dessus de l'embout inférieur 5a, à l'aide de deux lames de découpage 19a et 19b actionnées par la presse hydraulique de l'unité 11 de compactage et de dé- coupage. Une cisaille 19 comportant deux lames de cisaille 19a et 19b, en cours de cisaillage d'un faisceau de tubes-guides 8 a été représentée sur la figure 14.
<Desc/Clms Page number 10>
Comme il est visible sur la figure 4, l'embout inférieur 5a du squelette 5 d'assemblage de combustible séparé du premier tronçon du faisceau de tubes-guides 8 dont on a réalisé le découpage tombe dans le réceptacle 14a de l'enceinte 12, le volet 13 étant placé dans une position assurant le gui- dage de l'embout vers le réceptacle 14a.
Comme il est visible sur la figure 5, on réalise, dans une troisième étape du procédé de compactage et de découpage, le découpage d'un se- cond tronçon du faisceau de tubes-guides 8, au-dessus de la grille- entretoise 9a à l'état compacté, en utilisant la cisaille 19.
Le volet 13 est placé de manière que la grille-entretoise 9a à l'état compacté tombe dans le second réceptacle 14b de l'enceinte de récupéra- tion 12.
Comme il est visible sur la figure 6, dans une quatrième étape du pro- cédé, on réalise le compactage du second tronçon du faisceau de tubes- guides 8, en-dessous de la seconde grille-entretoise 9, en utilisant les mors tels que 17a et 17b de la presse hydraulique de l'unité de compactage 11.
Comme il est visible sur la figure 7, dans une cinquième étape du procédé, on utilise la cisaille 19 pour réaliser le découpage du second tron- çon du faisceau de tubes-guides 8, entre la première et la deuxième grille entretoise 9. Il est possible d'effectuer un découpage fin des faisceaux de tubes-guides, en actionnant le compactage et la cisaille à plusieurs reprises sur le tronçon de tubes-guides, en descendant le squelette progressivement.
Le volet 13 est placé dans une position telle que les tubes-guides 8 tombent dans le second réceptacle 14b renfermant la première grille- entretoise 9a à l'état compacté.
Le compactage et le découpage du squelette 5 d'assemblage de combustible sous la forme de déchets compactés récupérés dans les récep- tacles 14a et 14b sont ensuite réalisés en déplaçant le squelette vers le bas, de manière que la seconde grille-entretoise 9 se trouve entre les mors de compactage 17a, 17b, 17c, 17d de la presse hydraulique, dans une position identique à la position de la grille 9a représentée sur la figure 10. On réalise alors le compactage de la seconde grille-entretoise puis le découpage d'un tronçon du faisceau de tubes-guides au-dessus de la seconde grille-
<Desc/Clms Page number 11>
entretoise qui est récupérée à l'état compacté dans le réceptacle 14b, au cours d'une septième et d'une huitième étapes du procédé.
Une neuvième étape du procédé consiste à compacter le tronçon du faisceau de tubes-guides entre la deuxième et la troisième grilles-entretoises et une dixième étape du procédé consiste à découper le tronçon de tubes- guides à l'état compacté entre la deuxième et la troisième grilles-entretoises.
On effectue successivement, en déplaçant l'assemblage de combus- tible vers le bas d'une hauteur voulue, des étapes analogues aux étapes 7, 8,9 et 10, pour compacter et découper, successivement, les grilles- entretoises d'extrémité 9 situées à l'extrémité inférieure du squelette 5 de l'assemblage de combustible jusqu'à la dernière grille-entretoise 9b et des tronçons du faisceau de tubes-guides entre la grille-entretoise d'extrémité et une grille-entretoise voisine.
Lorsqu'on a réalisé le compactage de la dernière grille-entretoise 9b puis le découpage du dernier tronçon du faisceau de tubes-guides au- dessus de la dernière grille-entretoise, on replace le volet 13 dans sa pre- mière position telle que représentée sur la figure 4 et on actionne l'outil de levage 7 pour libérer l'embout supérieur 5b du squelette 5 qui tombe alors dans le réceptacle 14a de l'enceinte 12, comme représenté sur la figure 8.
Le réceptacle 14a renferme les embouts 5a et 5b et le réceptacle 14b, l'ensemble des grilles-entretoises à l'état compacté et l'ensemble des tronçons du faisceau de tubes-guides 8.
Il est possible d'effectuer le compactage et le découpage de plusieurs squelettes d'assemblages de combustible successivement, si les récepta- cles 14a et 14b de l'enceinte 12 ont une capacité suffisante.
Après découpage et compactage d'un squelette, ou de plusieurs squelettes et remplissage des réceptacles 14a et 14b, on transporte les ré- ceptacles, en utilisant un moyen de levage et de manutention, de la piscine du combustible usé vers une zone de conditionnement et on remet en place, dans la zone de compactage et de découpage, une enceinte 12 dont les ré- ceptacles 14a et 14b sont vides, de manière à assurer le recueil de déchets compactés de nouveaux squelettes d'assemblages de combustible.
<Desc/Clms Page number 12>
Dans la zone de conditionnement, comme il est visible sur la figure 9, on peut réaliser à l'aide d'un outil 20 de forme adaptée, le réarrangement des embouts 5a et 5b dans le réceptacle 14a de l'enceinte 12.
L'enceinte 12 peut être séparée du conduit de guidage 10, de ma- nière à donner accès aux réceptacles 14a et 14b.
Le réarrangement des embouts 5a et 5b peut être également réalisé sur l'enceinte 12 au poste de compactage et de découpage.
On transporte les réceptacles 14a et 14b remplis de déchets, vers une zone de transfert dans laquelle les déchets sont déversés dans des conteneurs de stockage, les fonds des compartiments 14a et 14b pouvant comporter des trappes mobiles.
Les conteneurs de stockage peuvent être transportés vers une zone d'entreposage ou de stockage de longue durée.
A la fin d'une opération de compactage et de découpage d'un lot de squelettes, on peut effectuer la décontamination de l'ensemble des équipe- ments utilisés.
Les principaux avantages du procédé et du dispositif suivant l'inven- tion sont que les réceptacles et les squelettes d'assemblage de combustible peuvent être transportés en utilisant les outils de levage et de manutention de la piscine du combustible usé.
Les opérations de compactage et de découpage des squelettes d'as- semblage de combustible sont réalisées dans de très bonnes conditions de sûreté radiologique, l'eau de la piscine assurant une protection biologique des opérateurs.
Les débris générés par le compactage et le découpage des squelet- tes d'assemblages de combustible irradiés sont confinés dans des enceintes et entraînés avec l'eau aspirée par le dispositif d'aspiration et de filtration.
Les différents éléments du dispositif de compactage et de-découpage sont réalisés de manière à empêcher que des débris ne viennent se glisser et se coincer entre certaines parties mobiles des éléments
Le conduit d'introduction et de guidage, l'enceinte et les réceptacles sont réalisés de manière à pouvoir être démontés et nettoyés à distance sous eau. L'enceinte renfermant les réceptacles est conçue de manière à ne
<Desc/Clms Page number 13>
présenter aucun recoin, de sorte qu'on puisse aspirer les débris qui pour- raient tomber dans le fond de l'enceinte, au moyen d'un aspirateur d'entre- tien de piscine de type classique.
L'alimentation en energie et la commande des différents éléments constituant le dispositif de compactage et de découpage sont réalisées en utilisant des fluides propres, tels que l'eau déminéralisée et de l'air compri- mé. On ne risque donc pas d'introduire dans l'eau de la piscine des fluides polluants ou salissants.
L'invention s'applique à l'élimination sous forme compactée de tout squelette ou ossature d'assemblage de combustible d'un réacteur refroidi par de l'eau.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for removing, in compact form, an irradiated skeleton from a fuel assembly of a nuclear reactor.
The invention relates to a method and a device for removing in compacted form an irradiated skeleton from a fuel assembly and in particular from a fuel assembly from a pressurized water nuclear reactor.
Pressurized water nuclear reactors include fuel assemblies having a generally straight prismatic shape with a square section. The fuel assemblies comprise a bundle of fuel rods each consisting of a cladding tube closed by plugs at its ends and containing a stack of pellets of combustible material and a skeleton ensuring the rods of the fuel bundle are kept in arrangements parallel to each other.
The fuel assembly skeletons include a plurality of spacer grids comprising cells in each of which is engaged a fuel rod, distributed and spaced along the longitudinal direction of the fuel assembly as well as guide tubes parallel to each other and replacing some fuel rods in some of the cells of the spacer grids. The guide tubes (for example twenty-four guide tubes) distributed in the cross section of the fuel assembly constitute a bundle ensuring the rigidity of the skeleton of the fuel assembly in the axial longitudinal direction. The fuel assembly guide tubes are fixed by welding or held by clamping in the cells of the spacer grids, so that the skeleton has good rigidity.
The guide tubes have end portions on either side of a first and a last skeleton grid, on which are fixed end caps of the skeleton. A first end piece, or lower end piece, of the fuel assembly comprises feet by means of which the fuel assembly rests on a lower core support plate, inside the vessel of the nuclear reactor.
The second end piece of the fuel assembly fixed on the second end part of the guide tubes, projecting from the last spacer grid, or upper grid, constitutes the upper end piece of the assembly. of fuel which includes in particular hand springs
<Desc / Clms Page number 2>
elastic support of the fuel assembly on which an upper core plate is supported on the fuel assemblies arranged in the core of the nuclear reactor.
The successive spacer grids are separated by sections of the bundle of guide tubes and, likewise, a first and a last sections of the bundle of guide tubes are placed between the first grid and the first end piece and the last grid and the second skeleton tip, respectively.
After a certain period of stay in the core of the nuclear reactor, the fuel assemblies must be moved inside the core or replaced by new fuel assemblies, the used fuel assemblies then being transported and stored in a spent fuel pool adjacent to the nuclear reactor building.
In the case where the skeleton has been damaged, it is necessary to transfer all the fuel rods of the damaged assembly, into a new skeleton (operation called "reconstitution") in order to continue their irradiation.
It is then necessary to ensure the disposal of the damaged irradiated skeleton emptied of its pencils and its storage in the most compact form possible, in a long-term storage area, inside suitable containers. .
For their disposal, the skeletons of fuel assemblies must therefore be compacted and cut to be able to be introduced into storage containers.
These operations, carried out on highly irradiated skeletons, must be carried out under a sufficient depth of water, inside a swimming pool, or a pit communicating with the swimming pool, to ensure good biological protection of the operators. responsible for skeleton removal.
We proposed, for example, in FR-2. 538.939, an apparatus for cutting and compacting a fuel assembly skeleton. The apparatus described performs cutting of the skeleton of the fuel assembly (from which the rods have been removed.
<Desc / Clms Page number 3>
fuel) by cutting the guide tubes, inside the sections of the bundle each disposed between two successive spacer grids.
The skeleton sections obtained which comprise sections of guide tubes, a spacer grid and, optionally, an end fitting of the fuel assembly are introduced into a compacting unit placed adjacent to the unit. cutting the device used for the removal of the skeleton.
The device and the corresponding method of use have the disadvantage of requiring the use of a cutting unit and a compacting unit, without it being possible to carry out a selective separation of the materials constituting the skeleton of fuel assembly. In addition, the cutting of the bundle of guide tubes must be carried out in a shear chamber, into which the skeleton of the fuel assembly must be introduced.
The object of the invention is therefore to propose a process for the elimination in compact form of an irradiated skeleton of fuel assemblies from a nuclear reactor comprising a bundle of guide tubes parallel to each other, a plurality of grids- spacers distributed and spaced along the length of the guide tubes which are engaged and fixed inside the cells of the spacer grids and a first and a second end fittings fixed to the ends of the guide tubes, respectively, at a distance from a first spacer grid and a last spacer grid, in the longitudinal direction of the skeleton, the skeleton being removed underwater in a swimming pool, so as to facilitate cutting and compacting of sections of the skeleton and separate from each other,
the various metallic materials which can constitute the skeleton.
To this end: - the pellet is suspended by its second end piece from a means of movement inside the pool, - provision is made in the pool for means of compacting and cutting the skeleton, - introduces the skeleton into the compacting and cutting means in successive sections, in the longitudinal direction, comprising at
<Desc / Clms Page number 4>
at least one of longitudinal sections of the bundle of guide tubes between two spacer grids or between a nozzle and a spacer grid, - the sections of guide tubes are compacted, in at least two directions perpendicular to the longitudinal direction the grid-spacers of the skeleton, successively, - the sections of guide tubes are cut in the compacted state in an area adjacent to one of a grid-spacer and of a nozzle, successively,
so as to separate from the skeleton at least one of a section of guide tube, a grid-spacer and an end piece, and - the end pieces are collected in a first container and, in a second container, the sections of guide tubes and the spacer grids in the compacted state.
It should be noted that the term "swimming pool" used above covers both the nuclear reactor pool and a pit communicating with the pool or provided in the pool, such as a pit intended to receive a leaden castle.
In order to clearly understand the invention, a description will be given, by way of example, with reference to the appended figures, of a device for removing skeletons from fuel assemblies and its use for setting in & num work of the method of the invention.
FIG. 1 is a view in elevation and in vertical section of the whole of the disposal device inside a swimming pool or a water pit communicating with the swimming pool of a nuclear power plant.
Figures 2,3, 4,5, 6 and 7 are diagrammatic elevation and vertical section views of the cutting and compacting device and of a fuel assembly skeleton, during different phases of setting up. work of the method of the invention.
FIGS. 8 and 9 are views in vertical section of means for recovering the end fittings of the fuel assembly.
FIGS. 10 and 11 are schematic views in a transverse plane of the compaction means of a spacer grid, during two successive phases of a compaction operation.
<Desc / Clms Page number 5>
FIGS. 12 and 13 are views in elevation and in vertical section of the compaction means, during two successive phases of compaction of a spacer grid.
FIG. 14 is a plan view of a shear for cutting a section of the bundle of guide tubes of the skeleton of the fuel assembly.
In Figure 1, there is shown a swimming pool 1 delimited by concrete walls such as 2 of the fuel building of a nuclear power plant (it can be the main swimming pool or an auxiliary pit).
The swimming pool 1 is filled with water up to a level 3 and has a bottom 2a on which is placed and fixed a compacting and cutting device designated, generally, by the reference 4, making it possible to eliminate the nation in the compacted state of the skeleton 5 of a fuel assembly of the nuclear power plant, under a height of water, for example of ten meters, making it possible to ensure the biological protection of operators responsible for piloting the operations carried out on the fuel assembly, from a driving position 6 placed on a working floor 2b, at the upper level of the swimming pool. Depending on the configuration of the pool, the skeleton removal device will be installed and fixed either on the bottom of the pool, or on the storage racks for irradiated assemblies.
The skeleton 5 is an irradiated skeleton of a fuel assembly from which all the fuel rods have been extracted, before carrying out the operations of compacting, cutting and elimination of the waste produced.
The irradiated skeleton 5 of the fuel assembly is taken care of with a lifting and handling tool 7, such as a tool for handling spent fuel assemblies in the fuel pool.
The lifting tool 7 comprises a lower gripping part which is engaged in gripping parts of the upper end piece 5b of the skeleton 5.
The skeleton 5 comprises a bundle of guide tubes 8 held in parallel arrangements with one another, each of the guide tubes 8 of the
<Desc / Clms Page number 6>
beam being engaged and fixed in a cell of a spacer grid 9 of a plurality of spacer grids distributed and spaced along the longitudinal direction of the frame 5, so that between two successive spacer grids 9, the bundle of guide tubes 8 is in the form of a bundle section of a substantially constant length.
In addition, a first nozzle 5a, or lower nozzle, of the fuel assembly and the second nozzle 5b, or upper nozzle, are fixed to the end parts of the guide tubes 8, following the first grid. spacer 9a, or lower spacer grid and the last spacer grid 9b, or upper spacer grid, respectively.
The lower end piece 5a has support feet making it possible to rest the fuel assembly on a lower core plate, in the service position, in the vessel of the nuclear reactor.
The upper nozzle 5b includes support springs 5'b of the upper core plate, for maintaining the fuel assemblies in the service position in the core of the nuclear reactor.
The compacting and cutting device 4 comprises a conduit
10 for introducing and guiding the skeleton 5, a compacting and cutting unit 11 mounted transversely in the duct 10 and an enclosure 12 for receiving the compacted and cut waste into which opens out, via a large diameter lower part arranged below the compacting and cutting unit 11, the conduit 10 for introduction and guidance.
In the enlarged lower part 10a of the conduit 10 opening into the enclosure 12 is placed a movable flap 13 mounted to pivot about an axis 13 'actuated by means of control of the flap 13 to move it between a closed position and one or the other of two opening positions for the passage of the compacted and cut waste in the enclosure 12.
Inside the enclosure 12, two separate receptacles 14a and 14b are placed, having vertical walls extending above the bottom of the receptacle 12, directly above the through portion 10a of the guide duct 10 In a first opening position of the flap 13, the waste is guided towards the first compartment 14a, while in a second
<Desc / Clms Page number 7>
position of the flap 13, the waste is guided towards the second compartment 14b, by an inclined upper part of the wall of the receptacle 14b.
The compacting and cutting device 4 further comprises a set of suction and filtration of water in the conduit 10, below the compacting and cutting unit 11, so as to suck, with the water of the conduit 10, the waste produced by the compacting and cutting of the fuel assembly skeleton 5, the waste then being stopped by the filter of the device 15.
The waste stopped by the filter can be discharged into one of the compartments 14a and 14b, or be packaged separately by the operator of the nuclear reactor.
A video camera 16 makes it possible to monitor, from the control station 6, at the upper level of the swimming pool, the compacting and cutting area of the device 4 and / or the area for introducing and stacking waste in the receptacles 14a and 14b.
The bottom of the compartments 14a and 14b may have movable traps, so that the waste introduced into the receptacles 14a and 14b can be discharged into storage containers, the receptacles being moved and lifted above the containers of storage.
The compacting and cutting unit 11 is connected by pipes (not shown) to a hydraulic or pneumatic power plant located above the level of the pool, on the floor 2b, the hydraulic power plant being able to supply demineralized water under pressure or compressed air to the compacting and cutting unit 11 which in particular comprises a hydraulic press which can be actuated by demineralized water under pressure or by compressed air.
The suction and filtration device 15 comprises a motor pump which can be supplied with electric current by a cable from the control station 6, or be actuated by compressed air.
The video camera 16 is also connected by a video cable and a power cable to the control station 6.
The station 6 comprises means for remote control of the compacting and cutting unit 11 and of the suction and filtration device.
<Desc / Clms Page number 8>
15 as well as screens for viewing the images supplied by the video camera 16 of at least one area of the compacting and cutting device 4.
We will now describe an operation of compacting and cutting a fuel assembly skeleton 5, referring to FIGS. 2 to 7 which show the successive steps implemented for the compacting and cutting of a fuel assembly skeleton 5.
In FIG. 2, the device 4 and the skeleton 5 are seen in an initial phase in which the lower part comprising the lower end piece 5a of the skeleton 5 is located just above the inlet of the conduit 10 for introduction and guidance of the compacting device 4.
In FIG. 3, the skeleton 5 has been shown in a subsequent phase in which the compression of the first spacer grid 9a is carried out. Between the initial phase shown in FIG. 2 and the first phase shown in FIG. 3, the skeleton 5 was lowered using the tool 7, so that the first grid spacer, that is to say the lower grid 9a situated immediately above the lower end piece 5a of the skeleton 5 is located in the compression zone of the compacting and cutting device 11. In the compression zone, the device 11 comprises jaws such as 17a and 17b which are actuated by the hydraulic press of the device 11, to bring them together and crush the grid 9a, as shown by the arrows 18 and 18 '.
Referring to FIGS. 10 and 11, it can be seen that the compacting unit 11 has four jaws 17a, 17b, 17c and 17d parallel in pairs to form a quadrilateral, for example a square, inside which the spacer grid 9 (for example the lower grid 9a) of square shape is placed so that its diagonals are parallel to the jaws 17a, 17b and 17c, 17d, respectively.
The jaws 17a, 17b, 17c and 17d are mounted movable relative to each other, in directions which are perpendicular to them, by means of guide elements of the compacting unit 11.
The jaws 17a, 17b, 17c and 17d can be moved between their position shown in FIG. 10 (before compression of the spacer grid 9)
<Desc / Clms Page number 9>
and their position shown in FIG. 11 (after compression of the spacer grid 9), by means of displacement such as jacks of the hydraulic or pneumatic press of the unit 11 supplied with demineralized water under pressure or by pressurized air. The hydraulic press preferably comprises four cylinders each associated with a compression jaw of the grids for its displacement in a direction perpendicular to its longitudinal direction.
The displacement of the compaction jaws produces a crushing of the spacer grid 9 which is constituted by metallic bands intertwined and assembled together to define a network of cells with square section in some of which are placed and fixed guide tubes 8 The spacer grid 9 is crushed in the directions of its two diagonals, so that its section is considerably reduced, the metal plates constituting the cells being able to move and come into contact with one another under the effect of the compression.
In addition, as can be seen in FIGS. 12 and 13 which show, in a schematic sectional view through a vertical plane, the lower spacer grid 9a before and after crushing, the bundle of tubes 8 is tightened at the level of the spacer grid 9a compressed between the jaws 17a and 17b of the compacting unit 11 in at least two directions perpendicular to the longitudinal (vertical) direction of the fuel assembly, so that the cross section of the bundle of guide tubes 8 is considerably reduced, in an area located above the spacer grid 9a and between the spacer grid 9a and the lower end piece 5a of the fuel assembly skeleton 5.
As can be seen in FIG. 4, after compaction of the first spacer grid 9a and of the bundle of guide tubes 8, the first section of the bundle of guide tubes 8 is cut, slightly in the above the lower end piece 5a, using two cutting blades 19a and 19b actuated by the hydraulic press of the compacting and cutting unit 11. A shear 19 comprising two shear blades 19a and 19b, during the shearing of a bundle of guide tubes 8 has been shown in FIG. 14.
<Desc / Clms Page number 10>
As can be seen in FIG. 4, the lower end piece 5a of the skeleton 5 of fuel assembly separated from the first section of the bundle of guide tubes 8, the cutting of which has been carried out, falls into the receptacle 14a of the enclosure 12, the flap 13 being placed in a position ensuring the guidance of the endpiece towards the receptacle 14a.
As can be seen in FIG. 5, a third step of the compacting and cutting process is carried out, cutting a second section of the bundle of guide tubes 8, above the spacer grid 9a in the compacted state, using the shears 19.
The flap 13 is placed so that the spacer grid 9a in the compacted state falls into the second receptacle 14b of the recovery enclosure 12.
As can be seen in FIG. 6, in a fourth step of the process, the second section of the bundle of guide tubes 8 is compacted below the second spacer grid 9, using the jaws such as 17a and 17b of the hydraulic press of the compacting unit 11.
As can be seen in FIG. 7, in a fifth step of the process, the shears 19 are used to cut the second section of the bundle of guide tubes 8, between the first and the second spacer grid 9. It is it is possible to carry out a fine cutting of the bundles of guide tubes, by activating the compaction and the shears several times on the section of guide tubes, progressively lowering the skeleton.
The flap 13 is placed in a position such that the guide tubes 8 fall into the second receptacle 14b containing the first spacer grid 9a in the compacted state.
The compacting and cutting of the fuel assembly skeleton 5 in the form of compacted waste recovered in the receptacles 14a and 14b are then carried out by moving the skeleton downwards, so that the second spacer grid 9 is located between the compaction jaws 17a, 17b, 17c, 17d of the hydraulic press, in a position identical to the position of the grid 9a shown in FIG. 10. The compaction of the second spacer grid is then carried out, then the cutting of a section of the bundle of guide tubes above the second grid-
<Desc / Clms Page number 11>
spacer which is recovered in the compacted state in the receptacle 14b, during a seventh and eighth steps of the process.
A ninth step of the method consists in compacting the section of the guide tube bundle between the second and the third spacer grids and a tenth step of the method consists in cutting the section of guide tubes in the compacted state between the second and the third spacer grids.
Steps similar to steps 7, 8, 9 and 10 are carried out successively, by moving the fuel assembly downwards by a desired height, in order to compact and cut, successively, the end spacer grids 9 located at the lower end of the skeleton 5 of the fuel assembly up to the last spacer grid 9b and sections of the bundle of guide tubes between the end spacer grid and a neighboring spacer grid.
When the last spacer grid 9b has been compacted and then the last section of the bundle of guide tubes is cut above the last spacer grid, the flap 13 is replaced in its first position as shown in FIG. 4 and the lifting tool 7 is actuated to release the upper end piece 5b from the skeleton 5 which then falls into the receptacle 14a of the enclosure 12, as shown in FIG. 8.
The receptacle 14a contains the end pieces 5a and 5b and the receptacle 14b, all of the spacer grids in the compacted state and all of the sections of the bundle of guide tubes 8.
It is possible to compact and cut several skeletons of fuel assemblies successively, if the receptacles 14a and 14b of the enclosure 12 have sufficient capacity.
After cutting and compacting a skeleton, or several skeletons and filling the receptacles 14a and 14b, the receptacles are transported, using a lifting and handling means, from the spent fuel pool to a packaging area and an enclosure 12 is replaced in the compacting and cutting area, the receptacles 14a and 14b of which are empty, so as to ensure the collection of compacted waste from new skeletons of fuel assemblies.
<Desc / Clms Page number 12>
In the packaging area, as can be seen in FIG. 9, it is possible, using a tool 20 of suitable shape, to rearrange the end pieces 5a and 5b in the receptacle 14a of the enclosure 12.
The enclosure 12 can be separated from the guide duct 10, so as to give access to the receptacles 14a and 14b.
The rearrangement of the end pieces 5a and 5b can also be carried out on the enclosure 12 at the compacting and cutting station.
The receptacles 14a and 14b filled with waste are transported to a transfer zone in which the waste is poured into storage containers, the bottoms of the compartments 14a and 14b possibly having movable hatches.
Storage containers can be transported to a storage or long-term storage area.
At the end of a compacting and cutting operation of a batch of skeletons, it is possible to carry out the decontamination of all the equipment used.
The main advantages of the process and of the device according to the invention are that the fuel assembly receptacles and skeletons can be transported using the lifting and handling tools of the spent fuel pool.
The operations of compacting and cutting the fuel assembly skeletons are carried out under very good conditions of radiological safety, the water in the swimming pool ensuring biological protection of the operators.
The debris generated by the compaction and cutting of the skeletons of irradiated fuel assemblies is confined in enclosures and entrained with the water sucked in by the suction and filtration device.
The various elements of the compacting and cutting device are made so as to prevent debris from slipping and getting caught between certain moving parts of the elements
The introduction and guide duct, the enclosure and the receptacles are made so that they can be dismantled and cleaned remotely under water. The enclosure containing the receptacles is designed so as not to
<Desc / Clms Page number 13>
have no nooks and crannies so that any debris that may fall into the bottom of the enclosure can be sucked up using a conventional pool maintenance vacuum cleaner.
The energy supply and the control of the various elements constituting the compacting and cutting device are carried out using clean fluids, such as demineralized water and compressed air. There is therefore no risk of introducing polluting or dirtying fluids into the pool water.
The invention applies to the elimination in compacted form of any skeleton or fuel assembly framework from a water-cooled reactor.