Бизнес

Яндекс.Метрика

Транспортные упаковочные комплекты

Содержание материала

Основными направлениями работ института в области безопасности атомной энергии и обращения с облученным ядерным топливом (ОЯТ) являются:

1. Разработка и организация производства транспортных упаковочных комплектов (ТУК) для сухого хранения и перевозок облученного ядерного топлива разных типов реакторов. Изготовлен опытный образец ТУК для транспортирования и длительного хранения ОЯТ реакторов АМБ в чехлах К-17 Белоярской АЭС, который в 2004 году успешно прошел комплекс приемочных испытаний и рекомендован к серийному производству.

Cтартовая позиция ТУК перед броском с 9-ти метров под углом 45°

Разработана конструкторская документация на ТУК ОЯТ АМБ в чехлах К-35 Белоярской АЭС и для транспортирования ОЯТ реактора БН-350 Мангышлакского атомного энергокомбината (г. Актау, республика Казахстан). В разной стадии разработки находятся еще ряд ТУК 3/4 для ОЯТ исследовательских реакторов, ЭГП-6 Билибинской АЭС, ОЯТ ВВЭР-1000 и некоторых других. Для разрабатываемых ТУК институт проводит комплекс расчетно-теоретических и конструкторских работ по переводу ОЯТ с "мокрого" на "сухое" хранение. На данный вид деятельности институт имеет лицензии Госатомнадзора;

2. Разработка методик обеспечения безопасности при хранении ОЯТ, радиоактивных и ядерных материалов и радиоактивных отходов, внедрение современных методов диагностики и технических средств, в том числе с применением робототехники, с целью повышения эксплуатационной безопасности на объектах ядерной энергетики.

Выполнены работы по предотвращению и ликвидации протечек в бассейнах выдержки (БВ) ОЯТ энергетических реакторов. Разработана методика дистанционного обнаружения мест повреждений в БВ, которая нашла практическое применение на АЭС.

Проведено обследование могильника на Белоярской АЭС с помощью телевизионного устройства повышенной радиационной стойкости, образец которого был выполнен в подразделении.

Действующая модель робота вертикального перемещения

Создан опытный образец платформы робота вертикального перемещения, передвигающегося по вертикальным поверхностям с помощью системы вакуумно-инжекторных присосок. Образец платформы передан в Центр робототехники Минатома России и введен в реестр дистанционно управляемых технических устройств, находящихся в арсенале центра;

3. Внедрение новых расчетных методик и программ для оценки ядерной и радиационной безопасности работ с ОЯТ, создание баз данных по характеристикам ОЯТ разных типов реакторов. В данном направлении проведен комплекс исследований радиационного разогрева различных материалов на исследовательском реакторе ИГР Национального ядерного центра Республики Казахстан и реакторе ИГРИК отделения экспериментальной физики ВНИИТФ.

Эксперименты выполнялись с целью оценки степени разогрева конкретных деталей для масштабных исследований, а также отработки и верификации расчетных программ. В экспериментах осуществлены измерения разогрева образцов материалов: тантал, молибден, хром, медь, цирконий, никель, железо, графит, титан, олово, свинец, полиэтилен, а также алюминиевых сплавов в нейтронных и фотонных полях;

4. Расчетно-экспериментальное обоснование методик по обнаружению значимых количеств отходов ядерной деятельности, отработка методик идентификации топлива исследовательских ядерных реакторов. Данные работы ведутся в интересах решения проблемы нераспространения ядерных материалов, повышения устойчивости объектов ядерной энергетики против несанкционированных действий;

5. Участие в работах по демилитаризации бывшего Семипалатинского полигона. Организована и осуществлена безопасная перевозка на территорию России необлученного и облученного ядерного топлива различных композиций, использовавшихся для отработки ядерных ракетных двигателей. Возвращено в Россию более 400 кг обогащенного урана;

6) Участие в проведении работ в интересах экологии Уральского региона. Проведено радиационное обследование территории хранения ториевого концентрата на складах г. Красноуфимска Свердловской области.

КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСПОРТНОГО УПАКОВОЧНОГО КОНТЕЙНЕРА ТУК-84

ПРОВЕДЕНИЕ ПРИЕМОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТРАНСПОРТНОГО УПАКОВОЧНОГО КОМПЛЕКТА ТУК-84/1

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПЛАКАТЫ

РАЗРАБОТКИ ЦЕНТРА ПРОБЛЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ


 

На заводе Уралхиммаш в г. Екатеринбурге завершились приемочные испытания транспортного упаковочного комплекта (ТУК-84/1) для транспортирования и длительного сухого хранения облученного ядерного топлива реакторов АМБ (ОЯТ АМБ) первой очереди Белоярской АЭС. Протоколы работы приемочной комиссии утверждены заместителем руководителя Федерального агентства по атомной энергии А.Б. Малышевым.

Новый упаковочный комплект – ТУК-84/1, документация на который была разработана в Центре проблем безопасности атомной энергетики ФГУП "РФЯЦ – ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина", позволяет загрузить кассету с 35 тепловыделяющими сборками, что в два раза превышает возможности ранее разработанного и испытанного комплекта ТУК-84.

ТУК-84/1 имеет следующие характеристики:

  • общий вес, включая загруженное топливо – 102 т;
  • длина (с демпферами) – 15 800 мм;
  • диаметр (с демпферами) – 1600 мм.

Облученное ядерное топливо реакторов АМБ подлежит вывозу (транспортировке) за пределы Белоярской АЭС либо в хранилище на Красноярский ГХК, либо на переработку на комбинат "Маяк".

С этой целью на Тверском вагоностроительном заводе изготовлены два специальных вагона, позволяющих использовать существующий железнодорожный коридор в здании Белоярской АЭС для загрузки пеналов с топливными сборками реактора АМБ в ТУК.

Вагоны оснащены специальными гидроподъемниками, делающими возможной вертикальную загрузку топливных пеналов с последующим переводом ТУК в горизонтальное положение.

Специальный 8-осный вагон недавно прошел ходовые испытания на железнодорожном полигоне с имитатором ТУК (в качестве которого использовалась ранее разработанная модель ТУК-84).

Совместные приемочные испытания ТУК-84/1 и вагона-контейнера будут проходить на заводе Уралхиммаш и затем непосредственно на транспортной ветке Белоярской АЭС в ноябре–декабре 2007 г.


ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

РФЯЦ – ВНИИТФ совместно с ОАО "Уралхиммаш" по заданию и при поддержке руководства Белоярской АЭС и концерна "Росэнергоатом" разработал конструкцию металлического транспортно-упаковочного комплекта, предназначенного для транспортирования и длительного хранения 17-местного чехла с ОТВС АМБ, удовлетворяющего современным российским и международным нормам безопасности.

Конструкция ТУК соответствует III категории радиационной опасности, I классу ядерной безопасности, является сейсмически стойкой на уровне 7 баллов по шкале MSK-64. Основные технические характеристики ТУК представлены в табл. 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики ТУК-84

Наименование показателя Значение
Масса загруженного ТУК, кг, не более 86 500
Масса загруженного пенала ТУК, кг, не более 9000
Количество размещенных в ТУК 17-местных чехлов 1

Габаритные размеры ТУК:

– максимальный диаметр, мм

– максимальная длина, мм

 

1400

15 170

Габаритные размеры пенала ТУК:

– максимальный диаметр, мм

– максимальная длина, мм

 

970

14 634
Допустимый диапазон воздействующей на ТУК температуры внешней среды, °С от минус 50 до плюс 45
Температура легкодоступной (наружной) поверхности ТУК с учетом инсоляции 942 Вт/м2 на горизонтальные и вертикальные поверхности ТУК в течение 12 ч,  °С, не более 55
Температура оболочек твэл ОТВС, °С, не более 72
Эффективный коэффициент размножения нейтронов в ТУК (при нормальных условиях эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации и проектных авариях), не более 0,845
Мощность эквивалентной дозы излучения в любой точке внешней поверхности ТУК, м3в/ч (мбэр/ч), не более 0,3 (30)
Мощность эквивалентной дозы излучения на расстоянии 2 м от поверхностей ТУК, м3в/ч (мбэр/ч), не более 0,05 (5)
Класс герметичности контейнера ТУК согласно ПНАЭ Г-7-019-89 IV
Наименование показателя Значение
Класс герметичности пенала ТУК согласно ПНАЭ Г-7-019-89 IV
Количество ступеней герметизации 2
Срок службы ТУК, лет, не менее 50
Виды транспорта при транспортировании ТУК Железнодорожный, автомобильный

Конструктивно ТУК-84 состоит из двух независимых ступеней герметизации: пенала и контейнера. Пенал представляет собой металлический сосуд с толщиной стенки 10 мм, выполненный из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса, состоящий из корпуса и крышки. Контейнер состоит из корпуса и крышки и является основным элементом, обеспечивающим биологическую защиту и предохраняющим внутреннее содержимое от различных воздействий при нормальных и аварийных условиях перевозки ТУК. Крышка контейнера оснащена гермовыводом, предназначенным для передачи информации от датчиков контроля к внешней регистрирующей аппаратуре, а также клапаном, необходимым для проведения работ по вакуумированию и газонаполнению межкрышечного пространства ТУК. Контейнер снабжен тремя поясами цапф. На крышку и днище контейнера устанавливаются демпферы для предохранения ТУК при транспортировании. На рис. 1 и 2 показан ТУК-84 при подготовке к бросковым испытаниям на стенде СМ-Э322 КБСМ и пенал ТУК-84 в цехе 40 ОАО "Уралхиммаш".

Рис. 1. ТУК-84 на испытательном стенде СМ-Э322 КБСМ

Рис. 2. Пенал ТУК-84 в цехе ОАО "Уралхиммаш"

В ТУК-84 реализована следующая схема закрепления его составных частей. 17-местный чехол с ОТВС АМБ расположен во внутренней полости пенала и своей фланцевой частью однозначно крепится к фланцу пенала при помощи крепежных элементов. Пенал с закрепленным чехлом расположен во внутренней полости контейнера и своим фланцем опирается на фланцевую часть перехода контейнера ТУК. Однозначное размещение пенала в корпусе ТУК обеспечивается пазом фланца пенала и направляющей контейнера. В конструкции не предусмотрено закрепление пенала к контейнеру при помощи крепежных элементов. Для обеспечения минимального осевого перемещения пенала в контейнере и его защиты при аварийных воздействиях, в конструкции предусмотрен амортизатор, установленный на внутренней поверхности крышки ТУК.


Для герметизации имеющихся в ТУК стыков (крышка контейнера – корпус контейнера, крышка пенала – корпус пенала и т.д.) применены спирально-навитые прокладки, которые выдерживают высокие температуры в условиях пожара, стойкие к воздействию ионизирующих излучений. Конструктивно прокладки имеют кольцевую форму и выполнены посредством спиральной навивки двух чередующихся лент: профилированной холоднокатанной коррозионностойкой стальной ленты и графитовой фольги "Графлекс", которая изготавливается из высококачественного природного графита специальными методами химической и термической обработки с последующим прессованием без связующего. Для контроля герметичности стыков дополнительно к спирально-навитой прокладке предусмотрена установка резинового кольца и наличие проточки, расположенной между спирально-навитой прокладкой и резиновым кольцом. Проверка герметичности стыков проводится манометрическим методом контроля путем создания и контроля давления аргона или азота в объеме, образованного проточкой. В случае повреждения резинового кольца в результате воздействия пожара герметичность ТУК обеспечивается спирально-навитой прокладкой.
Отличительной особенностью конструкции ТУК является применение рулонированных (многослойных) обечаек для изготовления его корпуса, промышленное производство которых освоено на ОАО "Уралхиммаш". Конструкция рулонированной обечайки (царги) ТУК-84 состоит из центральной обечайки, рулонной листовой стали и наружного кожуха. Изготовление царги производится посредством непрерывной навивки рулонной ленты на центральную обечайку до необходимой толщины с последующим завальцовыванием и сваркой наружного кожуха. Для обеспечения плотного прилегания слоев производится обкатка обечайки. Далее обечайка калибруется до минимального значения допуска овальности, производится подготовка торцов обечайки под сварку и наплавка торцов царг автоматической сваркой. Внешний вид рулонированных обечаек показан на рис. 3.

Рис. 3. Рулонированные обечайки (царги)

Корпус контейнера ТУК-84 состоит из 9 царг и 6 поковок. Царги и поковки соединены между собой монолитными сварными швами. Шлиф сварного шва, соединяющего царгу с поковкой, показан на рис. 4.

Рис. 4. Шлиф сварного шва, соединяющего царгу с поковкой:

1 – центральная обечайка;
2 – рулонная лента;
3 – сварной шов;
4 – наплавка торца царги;
5 – поковка;
6 – антикоррозионная наплавка;
7 – наружный кожух

 

В качестве материала для изготовления корпуса контейнера используется сталь кремнемарганцовистой группы. Листы из стали 09Г2С применяются для изготовления рулонированных обечаек; а поковки из стали 09Г2СА-А – для изготовления фланца, перехода, вставок, днища.

Применение рулонированных обечаек позволяет:

  • при одинаковых коэффициентах запаса прочности стенки корпусов сосудов в рулонированном исполнении выполнять меньшей толщины, что достигается за счет использования тонколистовой стали с более высокими прочностными характеристиками металла;
  • повысить надежность корпуса ТУК при аварийных воздействиях. Это достигается за счет собственных демпфирующих способностей рулонированных обечаек, а также того, что в многослойной стенке трещина, образовавшаяся в одном слое, не может перейти через зазор, а по другую сторону должна начаться заново, что затрудняет и замедляет распространение трещины. Кроме этого, наличие незначительных зазоров между слоями является существенной преградой, предохраняющей перегрев ОТВС выше допустимого уровня в случае попадания ТУК в очаг пожара;
  • основную несущую стенку корпуса выполнять из относительно недорогой стали 09Г2С, к которой предъявляются требования только по механической прочности, а специальные требования, вытекающие из учета среды как внутри, так и снаружи ТУК, предъявлять только к центральной обечайке и наружному кожуху;
  • добиться более высокого коэффициента использования металла по сравнению с изготовлением ковано-сварных сосудов.

В соответствии с требованиями ТЗ и ГОСТ 24797-81 контролируемыми параметрами технического состояния ТУК в течение всего периода транспортирования и хранения ОТВС являются температура и давление газовой среды во внутреннем объеме пенала и давление газовой среды в объеме между контейнером и пеналом.


Для измерения давления выбраны преобразователи Метран-100ДА с диапазоном измерения абсолютного давления от 0 до 0,4 МПа. Преобразователи устанавливаются на крышке пенала (рис. 5). Один из них при помощи штуцерного соединения сообщается с внутренним объемом пенала и предназначен для измерения давления в первой ступени герметизации. Другой предназначен для измерения давления во второй ступени герметизации. При эксплуатации датчиков необходима их поверка с интервалом раз в 3 года, которая проводится при снятой крышке ТУК. Задаточное давление подается в пенал через пневмоклапан и сравниваются показания Метран-100 и образцового манометра.

Рис. 5. Внешний вид датчиков на крышке пенала:
1 – преобразователь Метран-100ДА;
2 – термопреобразователь ТСМ-02

 

 

Для измерения температуры используется термопреобразователь сопротивления ТСМ-02 с диапазоном измерения температуры от минус 50°С до плюс 120°С. При его эксплуатации необходима поверка с интервалом раз в год, которая проводится при снятой крышке ТУК. Сравниваются показания температуры ТСМ-02 и образцового термометра в месте установки ТСМ-02.

 

Все датчики серийно изготавливаются концерном "Метран" (г. Челябинск) и НПО "ТЕХНО-ЛУЧ" (г. Подольск Московской обл.) и допущены к применению на объектах атомной энергетики.

Вывод электрических цепей осуществляется через гермовывод, разработки и изготовления РФЯЦ – ВНИИТФ (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид гермовывода

Авторы благодарят специалистов ОАО "Уралхиммаш" В.Б. Ромашевского, В.В. Геймура, В.Г. Куроптева, М.В. Гладышеву и специалистов РФЯЦ – ВНИИТФ В.А. Зацепина, С.Г. Вагина, В.К. Железникова, А.Г. Кокорина, Л.П. Галченко, И.А. Винокурову за помощь, оказанную при разработке конструкции.

Анфалова О.В., Воробьев А.И., Краев В.С., Чемеркин М.А. (РФЯЦ – ВНИИТФ), Осокин Л.И. (ОАО "Уралхиммаш")

 

  

© РФЯЦ – ВНИИТФ. Настоящий сайт поддерживается информационной службой РФЯЦ – ВНИИТФ и является официальным источником информации
о ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ имени академика Е.И. Забабахина».
За недостоверную информацию, представленную на других сайтах, информационная служба ответственности не несет.