RU2105364C1

RU2105364C1 - Contained for transportation and/or storage of spent nuclear fuel

Info

Publication number: RU2105364C1
Application number: RU96115952/25A
Authority: RU
Inventors: А.М. Амелин; Ю.В. Гарусов; В.Д. Гуськов; зин Н.Н. Кал; Н.Н. Калязин; В.В. Колчин; К.Б. Ходасевич
Original assignee: Конструкторское бюро специального машиностроения
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-20

Abstract

FIELD: nuclear power engineering. SUBSTANCE: container has internal and external vessels. External vessel is damping casing built up of separable members and made in the form of drum with end walls and shell incorporating central member and end members. Radially arranged tubular members installed at each end wall of casing are joined, respectively, with end members of shell and with each other. Other tubular members respectively joined together and with end member are installed along generating line of each end member of shell. EFFECT: improved design. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к защитным контейнерам для транспортировки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС) в виде тепловыделяющих сборок (ТВС) и предназначено для повышения радиационно- защитных свойств контейнера и снижения нагрузок при возможных аварийных ситуациях в процессе транспортировки, которые необходимо учитывать в соответствии с требованиями МАГАТЭ. The invention relates to protective containers for transporting spent nuclear fuel (SNF) of nuclear power plants (NPPs) in the form of fuel assemblies (FAs) and is intended to increase the radiation-protective properties of the container and reduce loads in case of possible emergency situations during transportation, which must be taken into account in accordance with the requirements of the IAEA.

Известен контейнер для транспортировки радиоактивного материала [1], который снабжен по крайней мере одним съемным противоударным демпфером, установленным на одном из торцов контейнера и выполненным из двух выпуклых наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости. В полости демпфера помещена в качестве поглощающего энергию материала бальзовая древесина, а боковая поверхность демпфера имеет тороидальную форму. В случае падения контейнера в осевом направлении кинетическую энергию в момент удара поглощает наружная чашка демпфера и набивка из бальзовой древесины. В случае удара боковой стенки контейнера кинетическую энергию поглощает выполненная в виде тора боковая поверхность наружной чашки демпфера и массивные концевые ребра. A known container for transporting radioactive material [1], which is equipped with at least one removable shockproof damper mounted on one of the ends of the container and made of two convex outward cups, which are the walls of a hermetically sealed cavity. In the cavity of the damper, balsa wood is placed as an energy-absorbing material, and the side surface of the damper has a toroidal shape. If the container falls in the axial direction, the kinetic energy at the moment of impact is absorbed by the outer damper cup and balsa wood packing. In case of impact of the side wall of the container, kinetic energy is absorbed by the side surface of the outer damper cup made in the form of a torus and massive end ribs.

Недостатком известного контейнера является то, что недостаточно надежно защищена при падении его боковая поверхность, тем более при падении на штырь (аварийная ситуация, предусматриваемая нормативными документами МАГАТЭ). A disadvantage of the known container is that its side surface is not adequately protected when falling, especially when it falls onto the pin (emergency situation provided for by the IAEA regulatory documents).

Известен контейнер для транспортирования и хранения ОЯТ [2], выполненный в виде металлического цилиндра с демпфирующими горизонтальными ребрами T-образного профиля. Между ребрами расположены полые цилиндры, заполненные нейтронозащитным материалом, при этом полые цилиндры установлены на корпусе контейнера с натягом, обеспечивая необходимую теплопроводность и выполнены из металла с коэффициентом теплового расширения большим, чем у корпуса контейнера. При попадании контейнера в очаг пожара стенки полых цилиндров перемещаются от корпуса, упираются в Т-образные ребра и образуют равномерный тепловой зазор по всей окружности, что обеспечивает контейнеру наименьшую теплопередачу. A known container for transporting and storing SNF [2], made in the form of a metal cylinder with damping horizontal ribs of a T-shaped profile. Between the ribs are hollow cylinders filled with neutron-shielding material, while the hollow cylinders are mounted on the container body with interference, providing the necessary thermal conductivity and are made of metal with a coefficient of thermal expansion greater than that of the container body. When the container gets into the fire, the walls of the hollow cylinders move from the body, abut against the T-shaped ribs and form a uniform thermal gap around the entire circumference, which provides the container with the lowest heat transfer.

Недостатком известного контейнера является то, что демпфирующая защита в виде горизонтальных ребер T-образного профиля выполнена несъемной. Это излишне усложняет и удорожает контейнер, так как подобная защита не является необходимой при хранении контейнера. A disadvantage of the known container is that the damping protection in the form of horizontal ribs of the T-shaped profile is made non-removable. This unnecessarily complicates and increases the cost of the container, since such protection is not necessary when storing the container.

Известен контейнер для транспортировки и хранения облученных тепловыделяющих элементов [3]. Контейнер имеет съемную экранирующую оболочку с днищем, выполненную из бетона. Обечайка установлена на контейнере вверх днищем и охватывает контейнер с внутренним зазором, обеспечивающим естественную конвекцию. Known container for transportation and storage of irradiated fuel elements [3]. The container has a removable shielding with a bottom made of concrete. The shell is mounted on the container upside down and covers the container with an internal clearance providing natural convection.

Однако известная конструкция имеет недостатки, заключающиеся в том, что обечайка устанавливается на период хранения ОЯТ и не применима для защиты контейнера при возможных аварийных ситуациях при транспортировке, так как не обладает демпфирующими свойствами. Кроме того, не обеспечивается экранирование со стороны основания контейнера. However, the known design has drawbacks in that the shell is installed for the period of storage of SNF and is not applicable to protect the container in case of possible emergency situations during transportation, since it does not have damping properties. In addition, shielding from the base of the container is not provided.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является контейнер для транспортировки, промежуточного и окончательного хранения выгоревших тепловыделяющих элементов [4]. The closest set of essential features with the claimed invention is a container for transportation, intermediate and final storage of burned-out fuel elements [4].

Известный контейнер выполнен в виде системы из двух резервуаров, вставленных один в другой. Наружный резервуар экранирует радиоактивное излучение во время транспортирования и промежуточного хранения и хорошо отводит тепло, выделяемое тепловыделяющими элементами. Тепловыделяющие элементы вставляют во внутренний резервуар и транспортируют в системе резервуаров к месту промежуточного хранения. Там тепловыделяющие элементы хранятся до достаточно полного затухания радиоактивного излучения и тепловыделения. После этого внутренний резервуар извлекают из наружного резервуара и доставляют к месту окончательного хранения, где он хранится далее. The known container is made in the form of a system of two tanks inserted one into the other. The external tank shields radioactive radiation during transportation and intermediate storage and well removes the heat generated by the fuel elements. The fuel elements are inserted into the inner tank and transported in the tank system to the place of intermediate storage. There, the fuel elements are stored until the radioactive radiation and heat release are completely attenuated. After that, the inner tank is removed from the outer tank and delivered to the place of final storage, where it is stored further.

Недостатком известного устройства является то, что наружный резервуар не обеспечивает демпфирование основного резервуара в случае аварийного падения при транспортировке. A disadvantage of the known device is that the outer tank does not damp the main tank in the event of an accidental fall during transportation.

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения демпфирования контейнера при возможных аварийных ситуациях в процессе транспортировки к месту хранения. The present invention solves the problem of damping the container in case of possible emergency situations during transportation to the storage location.

Эта задача решается благодаря тому, что у контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащего наружный и внутренний резервуары, согласно изобретению наружный резервуар представляет собой демпфирующий кожух из разъемных элементов, причем последний выполнен в виде барабана с торцевыми стенками и обечайкой, включающей центральный и концевые элементы. У каждой торцевой стенки кожуха внутри последнего установлены радиально расположенные трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой. Вдоль образующей каждого концевого элемента обечайки установлены другие трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой. This problem is solved due to the fact that the container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel containing external and internal tanks, according to the invention, the external tank is a damping casing of detachable elements, the latter made in the form of a drum with end walls and a shell, including central and end elements. At each end wall of the casing inside the latter there are installed radially arranged tubular elements, fastened respectively to the end element of the shell and to each other. Along the generatrix of each end element of the shell, other tubular elements are installed, fastened respectively to the end element of the shell and to each other.

Вместе с этим центральный элемент обечайки снабжен выполненными по периметру кольцевыми и продольными ребрами. Along with this, the central element of the shell is provided with annular and longitudinal ribs made along the perimeter.

Кроме того, трубчатые элементы могут быть заполнены поризованным энергопоглощающим материалом. In addition, the tubular elements can be filled with porous energy-absorbing material.

В качестве поризованного энергопоглощающего материала контейнер может содержать цементно-песчаный бетон с заполнителем в виде вспученного керамзита. As a porous energy-absorbing material, the container may contain cement-sand concrete with aggregate in the form of expanded expanded clay.

Такое решение обеспечивает надежную защиту контейнера при любом виде аварийного падения, повышает радиационную защиту благодаря дополнительному экранированию и позволяет снизить конструктивные запасы по прочности контейнера, что в свою очередь позволяет снизить стоимость контейнера. This solution provides reliable protection of the container for any type of accidental fall, increases radiation protection due to additional shielding and reduces the structural reserves of the container's strength, which in turn allows to reduce the cost of the container.

На фиг. 1 схематично представлен общий вид контейнера с разрезом по наружному резервуару; на фиг. 2 - поперечный разрез контейнера по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез контейнера по Б-Б на фиг. 1. In FIG. 1 schematically shows a General view of the container with a cut along the outer tank; in FIG. 2 is a cross-sectional view of the container along AA in FIG. one; in FIG. 3 is a cross-sectional view of the container along BB in FIG. one.

Контейнер для транспортировки и/или хранения ОЯТ содержит внутренний и наружный резервуары 1, 2. Внутренний резервуар предназначен для загрузки ОЯТ и выполнен в виде металлобетонного контейнера (МБК). Наружный резервуар представляет собой демпфирующий кожух из разъемных частей. Количество разъемных составляющих частей кожуха и их конфигурация выбираются исходя из принятой технологии обращения металлобетонного контейнера в условиях АЭС, а также - при транспортировке и хранении МБК при условии выполнения требования, что высота подъема и перемещения МБК при установке последнего в кожух должна быть по возможности минимальной. В целом демпфирующий кожух выполнен в виде барабана с торцевыми стенками 3 и обечайкой, включающей центральный элемент (центральную часть) 4 и концевые элементы (участки, примыкающие к торцевым стенкам) 5. В варианте исполнения изобретения кожух выполнен из четырех разъемных частей. Разъемы кожуха, выполненные в виде фланцевых соединений, расположены на обечайке. При этом обечайка разделена на четыре части: две цилиндрические, примыкающие к соответствующим торцевым стенкам 3, и два полуцилиндра. В результате принятого деления на составные части демпфирующий кожух в варианте исполнения изобретения представляет собой разъемную конструкцию, состоящую из основания 6, верхней крышки 7 и двух торцевых крышек 8 соответственно соединенных между собой посредством фланцевых соединений. При этом упомянутые полуцилиндры обечайки образуют центрирующие кольцевые пояса 9, взаимодействующие с кольцевыми буртами соответствующих торцевых крышек 8. The container for transportation and / or storage of spent nuclear fuel contains internal and external tanks 1, 2. The internal tank is designed to load spent nuclear fuel and is made in the form of a metal-concrete container (MBC). The outer tank is a damping casing of detachable parts. The number of detachable constituent parts of the casing and their configuration are selected based on the adopted technology for handling a metal-concrete container in NPP conditions, as well as during transportation and storage of MBC, provided that the requirement that the lifting and moving height of the MBC when installing the latter in the shell be as small as possible. In general, the damping casing is made in the form of a drum with end walls 3 and a rim comprising a central element (central part) 4 and end elements (sections adjacent to end walls) 5. In an embodiment of the invention, the casing is made of four detachable parts. The casing connectors, made in the form of flange connections, are located on the shell. In this case, the shell is divided into four parts: two cylindrical adjacent to the corresponding end walls 3, and two half-cylinders. As a result of the division into components, the damping casing in an embodiment of the invention is a detachable structure consisting of a base 6, a top cover 7 and two end caps 8, respectively interconnected by means of flange connections. Moreover, the said shell half-cylinders form centering annular belts 9 interacting with the annular collars of the corresponding end caps 8.

Внутри каждой торцевой крышки 8 установлены трубчатые элементы 10, 11. При этом трубчатые элементы 10 расположены радиально и соединены между собой при помощи сварки посредством диафрагмы 12, ребер 13 и раскосов 14. Диафрагма 12 при помощи сварки соединена с концевым элементом 5 обечайки. Трубчатые элементы 11 расположены вдоль образующей концевого элемента (участка) обечайки и соединены при помощи сварки с упомянутой обечайкой, а также между собой посредством кольца 15. Tubular elements 10, 11 are installed inside each end cap 8. In this case, the tubular elements 10 are arranged radially and connected to each other by welding using a diaphragm 12, ribs 13 and braces 14. The diaphragm 12 is connected by welding to the end element 5 of the shell. The tubular elements 11 are located along the generatrix of the end element (section) of the shell and are connected by welding with the said shell, and also with each other through the ring 15.

Центральный элемент обечайки кожуха снабжен выполненными по периметру кольцевыми и продольными ребрами 16, 17. В варианте выполнения упомянутые ребра установлены на наружной поверхности обечайки кожуха. Такое исполнение, обеспечивая достаточную жесткость обечайки, одновременно позволяет улучшить охлаждение контейнера. The Central element of the shell of the casing is provided with circumferential and longitudinal ribs 16, 17. In an embodiment, said ribs are mounted on the outer surface of the shell of the casing. This design, providing sufficient rigidity of the shell, at the same time improves the cooling of the container.

В основании 6 демпфирующего кожуха выполнены опоры 18, взаимодействующие с корпусом внутреннего резервуара 1. Последний внутри демпфирующего кожуха закреплен с помощью, например, резьбовых упоров 19, 20. In the base 6 of the damping casing, supports 18 are made, interacting with the housing of the inner tank 1. The latter inside the damping casing is fixed with, for example, threaded stops 19, 20.

В другом варианте исполнения изобретения (на чертеже не показан) трубчатые элементы 10, 11 заполнены поризованным энергопоглощающим материалом. В качестве последнего используется цементно-песчаный бетон с заполнителем в виде вспученного керамзита. In another embodiment of the invention (not shown), the tubular elements 10, 11 are filled with porous energy-absorbing material. As the latter, cement-sand concrete with aggregate in the form of expanded expanded clay is used.

Контейнер для транспортировки и/или хранения ОЯТ работает следующим образом. A container for transportation and / or storage of SNF works as follows.

Перед транспортировкой контейнера с ОЯТ с АЭС на место дальнейшего хранения или захоронения сначала на опорный фундамент или специальную раму хранилища устанавливают основание 6 демпфирующего кожуха. Затем посредством грузоподъемного средства (на чертеже не показано) на опоры 18 основания 6 устанавливают внутренний резервуар 1 с ОЯТ. При этом высота подъема резервуара над полом хранилища не превышает 300 мм, т.е. - допустимой величины по условиям возможного аварийного падения резервуара 1. После этого устанавливают верхнюю крышку 7 демпфирующего кожуха, которую соединяют с основанием 6 посредством фланцевого соединения. Затем внутренний резервуар закрепляют с помощью резьбовых упоров 19. После этого последовательно устанавливают две торцевые крышки 8 демпфирующего кожуха, которые соединяют с основанием 6 и верхней крышкой 7 посредством фланцевых соединений с центрирующим кольцевым поясом 9. После установки торцевых крышек 8 демпфирующего кожуха внутренний резервуар 1 закрепляют в осевом направлении с помощью резьбовых упоров 20. Затем осуществляют установку контейнера, содержащего внутренний и наружный резервуары 1, 2 на транспортное средство (на чертеже не показано) для транспортировки к месту дальнейшего хранения, где снятие контейнера и освобождение внутреннего резервуара производят в обратном порядке. При этом на транспортном средстве контейнер закрепляется с возможностью установки в вертикальное положение при загрузке отработавших ТВС, и в горизонтальное положение при транспортировке. Before transporting the container with SNF from the nuclear power plant to the place of further storage or burial, the base 6 of the damping casing is first installed on the supporting foundation or a special storage frame. Then, by means of lifting means (not shown in the drawing), an inner tank 1 with SNF is installed on the supports 18 of the base 6. At the same time, the height of the tank above the storage floor does not exceed 300 mm, i.e. - the permissible value under the conditions of a possible accidental fall of the tank 1. After that, the upper cover 7 of the damping casing is installed, which is connected to the base 6 by means of a flange connection. Then, the inner tank is fixed by means of threaded stops 19. After that, two end caps 8 of the damping casing are successively mounted, which are connected to the base 6 and the top cover 7 by flange connections with the centering ring belt 9. After the end caps 8 of the damping casing are installed, the inner tank 1 is fixed in the axial direction using threaded stops 20. Then install the container containing the inner and outer reservoirs 1, 2 on the vehicle (in the drawing not shown) for transportation to the place of further storage, where the container is removed and the inner tank is released in the reverse order. At the same time, the container is fixed on the vehicle with the possibility of installation in a vertical position when loading spent fuel assemblies, and in a horizontal position during transportation.

В случае падения контейнера с транспортного средства, при любом возможном угле падения, в том числе и при падении на штырь, кожух контейнера с его трубчатыми элементами и связывающим их силовым набором деформируется, поглощает кинетическую энергию падения и демпфирует удар. Упругопластические свойства трубчатых элементов выбраны из условия обеспечения снижения действующих на контейнер перегрузок и, соответственно, на размещенные в нем ТВС до допустимого уровня, равного в варианте исполнения изобретения 100...150. In the case of a container falling from the vehicle, at any possible angle of incidence, including falling onto the pin, the container casing with its tubular elements and the force set connecting them is deformed, absorbs the kinetic energy of the fall and dampens the impact. The elastoplastic properties of the tubular elements are selected from the condition of ensuring the reduction of the overloads acting on the container and, accordingly, on the fuel assemblies placed in it to an acceptable level equal to 100 ... 150 in the embodiment of the invention.

Кроме того, оснащение внутреннего резервуара с ОЯТ объемным полностью закрывающим его кожухом обеспечивает дополнительную радиационную защиту при транспортировке в соответствии с требованиями, предъявляемыми нормативными документами (Основные правила безопасности и физической защиты при перевозке ядерных материалов. ОПБЗ-83. Москва 1984). In addition, equipping the internal tank with SNF with a volumetric casing completely covering it provides additional radiation protection during transportation in accordance with the requirements of regulatory documents (Basic Safety and Physical Protection Rules for the Transport of Nuclear Materials. OPBZ-83. Moscow 1984).

При обеспечении "Норм радиационной безопасности НРБ -76/87 и основных санитарных правил. . . ОСП - 72/87", с учетом дополнительных экранирующих конструкций в хранилище контейнеров с ОЯТ, требования к радиационно-защитным свойствам внутреннего резервуара могут быть понижены (Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87 и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСН- 72/87. Министерство здравоохранения СССР. 3-е изд., переработанное и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988). Это дает возможность уменьшить массу и снизить стоимость изготовления внутреннего резервуара контейнера, как основного (базового) и тиражируемого элемента в концепции сухого хранения ОЯТ и, соответственно, снизить стоимость реализации этой концепции. Providing the "Norms of radiation safety NRB -76/87 and the basic sanitary rules.. OSP-72/87", taking into account additional shielding structures in the storage container with SNF, the requirements for radiation-protective properties of the internal tank can be reduced (Radiation Norms safety NRB-76/87 and the basic sanitary rules for working with radioactive substances and other sources of ionizing radiation OSN-72/87. Ministry of Health of the USSR. 3rd ed., revised and supplemented by M .: Energoatomizdat, 1988). This makes it possible to reduce weight and reduce the cost of manufacturing the container’s internal reservoir as the main (base) and replicated element in the concept of dry spent fuel storage and, accordingly, reduce the cost of implementing this concept.

Таким образом, благодаря особенностям выполнения предлагаемое устройство обеспечивает предохранение контейнера с ОЯТ от разрушения при возможных аварийных ситуациях, повышает радиационную защиту персонала при транспортировке и дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения ОЯТ. Thus, due to the specifics of the implementation, the proposed device provides protection of the container with SNF from destruction in case of emergency situations, increases the radiation protection of personnel during transportation and makes it possible to reduce the cost of implementing the concept of dry storage of SNF.

Claims

1. A container for transporting and / or storing spent nuclear fuel, comprising an outer and inner reservoirs, characterized in that the outer reservoir is a damping casing of detachable elements, the latter made in the form of a drum with end walls and a shell including central and end elements , at each end wall of the casing inside the latter there are installed radially arranged tubular elements, fastened respectively to the end element of the shell and to each other, and along the image For each end element of the shell, other tubular elements are mounted, fastened respectively to the end element of the shell and to each other.

2. The container according to claim 1, characterized in that the Central element of the shell is provided with circumferential and longitudinal ribs.

3. The container according to claim 1, characterized in that the tubular elements are filled with porous energy-absorbing material.

4. The container according to claim 3, characterized in that as a porous energy-absorbing material contains cement-sand concrete with a filler in the form of expanded expanded clay.