BR112020026964A2 - Método de fabricação de um conjunto de combustível para um reator nuclear - Google Patents
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Abstract
método de fabricação de um conjunto de combustível para um reator nuclear. a invenção se refere à engenharia de energia nuclear e pode ser utilizada em empresas para a fab¬ricação de conjuntos de combustível (cc), principalmente para reatores nucleares água-água e os refrigerados por metal líquido. a essência da invenção: no método de montagem de elementos de combustível em conjuntos de combustível, incluindo as operações de fabricação e monitoramento dos elementos de combustível, aplicação de revestimento protetor a cada elemento de combustível, montagem dos elementos de combustível preparados no conjunto de combustível, fixação do cabeçote e haste, lavagem do revestimento protetor e secagem, aplicação de revestimento protetor e montagem de elementos de combustível no conjunto de combustível são combinados usando como um revestimento protetor uma graxa solúvel em água contendo alquil fenol oxietilado e ácidos graxos insaturados monobásicos, que, durante a montagem de elementos de combustível no conjunto de combustível no suporte de montagem, é aplicada à superfície do elemento de combustível, que é movido horizontalmente ao longo de seu próprio eixo para as células de grades espaçadoras através de um dispositivo de aplicação de revestimento protetor instalado no suporte de montagem. a operação de lavagem do revestimento protetor é realizada com jatos de água à temperatura ambiente sob pressão.
Description
[001] A invenção se refere à engenharia de energia nuclear e pode ser utilizada em empresas para a fabricação de conjuntos de combustível (CC), principalmente para reatores nucleares água-água e os refrigerados por metal líquido.
[002] É conhecido que o processo de fabricação de conjuntos de combustível (CC) inclui o processo de instalação de elementos de combustível preparados para montagem empurrando através das células coaxiais das grades espaçadoras, instaladas paralelamente entre si e junto com canais de guia formando a estrutura do conjunto de combustível (ver B.A. Dementyev. Reatores de energia nuclear. – Moscovo, Energoatomizdat, 1990, pp. 42-44). O elemento combustível é o elemento estrutural mais crítico e tenso do núcleo de um reator de energia nuclear. Garantir a confiabilidade, mantendo a estanqueidade do revestimento do elemento combustível e sua fixação confiável na estrutura durante a montagem dos conjuntos de combustível (CC), garante a confiabilidade e segurança de operação do conjunto de combustível e do reator como um todo.
[003] Sabe-se que as ligas de zircônio, usando as quais é feita a casca do elemento combustível, são propensas à corrosão, principalmente em locais de danos superficiais – arranhões, cavidades desiguais (ver Metalurgia do Zircônio (traduzido do inglês), editado por G.A. Meerson e Y.A. Gagarinsky – Moscovo: Editora "Literatura Estrangeira", 1959, p. 298). Para evitar danos à superfície dos elementos de combustível durante sua montagem é aplicada uma película protetora na estrutura do conjunto de combustível.
[004] Existe um método para a fabricação de conjuntos de combustível para um reator nuclear, incluindo o processo de tratamento de superfície de elementos de combustível em um invólucro de zircônio, de acordo com o qual o tratamento de superfície de elementos de combustível com a formação de uma película é realizado mergulhando-os verticalmente em uma solução quente de verniz polivinil solúvel em água com retenção, revestimento adicional com uma solução aquosa de glicerina e removendo a película antes de embalar os conjuntos de combustível com vapor vivo em água quente (ver patente RF Nº 2265903, publicado em 10.12.2005 Boletim Nº 34), cujas desvantagens são a espessura desigual do revestimento de laca aplicado à superfície do elemento combustível ao longo de seu comprimento, devido à posição vertical do elemento combustível durante a retenção, levando a um afinamento da película na parte superior dos elementos combustíveis e, como consequência, a uma deterioração nas propriedades de proteção da película; alto consumo e complexidade de preparação da solução de verniz polivinil solúvel em água e, consequentemente, baixa capacidade de fabricação, impossibilidade de compactação do processo produtivo, associadas à necessidade de grandes locais para colocação de equipamentos para envernizamento, alto consumo de metal e energia, baixo nível de automação.
[005] Existe um método conhecido de fabricação de conjuntos de combustível para um reator nuclear, a implementação do qual consiste no fato de que o processo de preparação de elementos de combustível para montagem em CC é realizado aplicando um revestimento de verniz na superfície dos elementos de combustível, colocando a superfície dos elementos de combustível em contato com o verniz em um dispositivo para aplicar um revestimento de verniz movendo-os horizontalmente ao longo de seu próprio eixo sequencialmente através da área de aplicação de verniz e da área de secagem deste dispositivo, molhando a superfície cilíndrica do elemento combustível com verniz na zona de aplicação de verniz passando através de um elemento capilar-poroso elástico bem ajustado, no qual o verniz é alimentado até preencher seus poros, enquanto o movimento dos elementos combustíveis é realizado com o auxílio de rolos formando dois suportes localizados, respectivamente, na frente da área de aplicação do verniz e após a zona de secagem. (ver patente RF Nº 2537951, publicado em 10.01.2015. Boletim Nº 1). As desvantagens deste método são a irregularidade da espessura do revestimento de verniz, não apenas ao longo do comprimento, mas também em cada seção do elemento combustível, o que, durante o processo de secagem, leva ao seu inchaço e separação em camadas e, como resultado, a superfície é exposta, levando às cavidades desiguais e adesão durante montagem; a necessidade de uma unidade multicomponente com dimensões significativas, dotada de um complexo de automação complexo; a duração do processo de preparação da superfície do elemento combustível para montagem, associada, entre outras coisas, à necessidade de assegurar a secagem completa – polimerização do revestimento de película duro.
[006] Mais próximo em essência técnica e em resultado alcançado é o método de fabricação de conjuntos de combustível (CC) (ver patente RF № 2140674, publicado em 27.10.1999 Boletim № 30) – um protótipo, incluindo as processos de fabricação, controle de elementos de combustível, aplicação e secagem de revestimento protetor de verniz em cada elemento de combustível antes de montar os elementos de combustível em conjuntos de combustível, montagem de elementos de combustível em conjuntos de combustível no suporte de montagem, fixação do cabeçote e haste, lavagem do revestimento protetor e secagem, a desvantagem é a eficiência insuficiente do processo tecnológico associada à necessidade de aplicar uma mistura de laca como revestimento protetor para elementos combustíveis, que é uma solução de água destilada com álcool polivinílico: a tecnologia de aplicação de tal revestimento requer equipamento volumoso, conforme indicado nos análogos; após o revestimento, é necessária a secagem da película formada , o que também consome tempo e requer trabalho intensivo. A qualidade do revestimento aplicado também não é satisfatória devido às dificuldades em aplicá-lo e secá-lo formando uma camada uniforme, necessária para garantir a ausência no futuro de cavidades desiguais e adesões etc. durante a montagem de conjuntos de combustível. Não está excluída a violação - rupturas do revestimento de verniz, levando à formação de cavidades superiores a 30 mícrons, motivo da substituição do elemento combustível, ou formação de adesões, que devem ser removidas manualmente com dispositivos especiais.
[007] Problema técnico da invenção proposta é garantir a qualidade de fabricação do conjunto de combustível de reator nuclear, garantindo a eficiência do processo tecnológico e a redução associada no custo de fabricação dos conjuntos de combustível.
[008] Problema é resolvido pelo fato de que o método de fabricação de conjunto de combustível para um reator nuclear inclui os processos de fabricação e monitoramento de elementos de combustível, aplicação de um revestimento protetor a cada elemento de combustível, montagem de elementos de combustível preparados em conjuntos de combustível no suporte de montagem, fixação do cabeçote e haste, limpeza do revestimento protetor e secagem, ao mesmo tempo, de acordo com a invenção, os processos de aplicação de um revestimento protetor e montagem de elementos de combustível em conjuntos de combustível no suporte de montagem são combinados, passando cada elemento de combustível, que é movido horizontalmente ao longo de seu próprio eixo durante a montagem de elementos de combustível nos conjuntos de combustível no suporte de montagem nas grades espaçadoras que formam a estrutura do conjunto de combustível através de um dispositivo de aplicação de revestimento protetor instalado no suporte de montagem. Um lubrificante solúvel em água é usado como revestimento protetor, o qual contém alquil fenol oxietilado em uma quantidade de 20% a 45% e ácidos graxos insaturados monobásicos em uma quantidade de 80% a 55%.
[009] Problema também é resolvido pelo fato de a operação de lavagem do revestimento protetor ser realizada por meio de jatos sob pressão com água em temperatura ambiente.
[010] A implementação do método proposto para a fabricação de conjuntos de combustível de um reator nuclear permite resolver o problema de fabricação de conjuntode combustível com a qualidade exigida, garantindo a operação segura dos conjuntos de combustível em um reator nuclear, ao mesmo tempo aumentando a eficiência do processo tecnológico e reduzindo o custo de produção.
[011] Lubrificante solúvel em água da composição proposta, utilizado como revestimento protetor, é capaz de ser distribuído por toda a superfície do elemento combustível em uma camada fina uniforme, envolvendo uma vez o perímetro do elemento combustível com um material impregnado com lubrificante, e não precisa de secagem, o que torna possível aplicar o lubrificante na superfície dos elementos combustíveis movendo-se em um fluxo contínuo para o conjunto de elementos de combustível diretamente no suporte de montagem, alcançando um revestimento protetor de alta qualidade na superfície do elemento de combustível.
A ausência de tendência a gotejar e à formação de revestimento irregular é devido à presença no lubrificante de um aditivo na forma de alquil fenol etoxilado, que, em uma mistura com ácidos graxos monobásicos, permite que o lubrificante seja distribuído uniformemente ao longo de todo o comprimento da casca.
A presença do aditivo garante a viscosidade necessária do lubrificante e aumenta a adesão do lubrificante às ligas, incluindo ligas de zircônio, devido à qual, durante a montagem de elementos de combustível em conjuntos de combustível no suporte de montagem, quando os elementos de combustível contatam os rebites das grades espaçadoras, o lubrificante solúvel em água da composição selecionada não é deslocado das juntas de contato de "o rebite da grade espaçadora é um elemento combustível ", com isso, elimina-se o risco de formação de arranhões, cavidades desiguais e adesões na superfície dos elementos combustíveis.
Assim, a utilização de um lubrificante da composição proposta leva a um aumento na eficiência do processo tecnológico: são excluídos os procedimentos inevitáveis no início do processo tecnológico para a fabricação de conjuntos de combustível antes da montagem de elementos de combustível em conjuntos de combustível no suporte de montagem, como desmontagem do cassete interoperativo, fixação dos elementos de combustível em uma unidade longa de pintura, lavagem preliminar dos elementos de combustível por 15-20 minutos, imersão em uma solução preparada com marcas raras de verniz polivinil à base de água, secagem dos elementos combustíveis a uma temperatura de 70-90C por 12-15 minutos. e montagem subsequente em uma cassete interoperável; agora é possível combinar o processo de montagem de elementos de combustível em conjuntos de combustível no suporte de montagem com o processo de aplicação de um revestimento protetor.
[012] A presença de ácidos graxos no lubrificante tem um efeito positivo tanto na qualidade do revestimento quanto em sua remoção completa. Assim, é alcançado o objetivo para otimizar o processo de fabricação de conjuntos de combustível como um todo, para reduzir seu custo sem diminuir a qualidade da montagem.
Melhor modo de realizar a invenção
[013] método de fabricação de um conjunto de combustível para um reator nuclear é implementado como segue.
[014] Os elementos de combustível, que são tubos longos, feitos principalmente de liga de zircônio, selados em ambas as extremidades, pré-carregados com pelotas de combustível e que passaram por todas as operações de controle, são montados em um pacote – um conjunto de elementos de combustível destinados à montagem de um cartucho – conjunto de combustível, embalados em um cartucho interoperacional e, em seguida, transportados para o suporte de montagem CC.
[015] A operação de montagem dos elementos de combustível no suporte de montagem é realizada empurrando os elementos de combustível, que são movidos pelo mecanismo empurrador horizontalmente ao longo de seu próprio eixo, através do dispositivo para aplicar um revestimento protetor e as células da grade espaçadora, na estrutura do conjunto de combustível. Como um dispositivo para a aplicação de um revestimento protetor pode ser usado, por exemplo, uma matriz, a superfície interna da qual é coberta com um material elástico poroso impregnado com um lubrificante solúvel em água da composição proposta, que pode ser instalada no suporte de montagem diretamente na frente da grade espaçadora que está localizada primeiro na direção do movimento do elemento de combustível, ou um recipiente localizado de forma semelhante preenchido com um lubrificante da composição proposta e que tem orifícios coaxiais para passagem do elemento combustível.
[016] Depois de instalar todos os elementos de combustível que compõem um conjunto de combustível, o cabeçote e a haste são fixados no conjunto de combustível.
[017] Em seguida, os conjuntos de combustível são lavados da lubrificante solúvel em água por jatos de água pressurizada em temperatura ambiente usando uma unidade de limpeza a jato. Também é possível a limpeza sequencial usando uma unidade de limpeza a jato de pressão, colocando o cassete em uma retorta com água em temperatura ambiente com borbulhamento por 30 minutos e, em seguida, drenando com duas repetições de lavagem, enquanto a última lavagem é feita com água quente a uma temperatura de 80-90C.
[018] A secagem dos conjuntos de combustível é realizada a uma temperatura de 100-120 C por 40 minutos.
Aplicabilidade industrial
[019] Método proposto para a fabricação de conjuntos de combustível de um reator nuclear utilizando um lubrificante solúvel em água da composição selecionada como alternativa ao processo de pintura de laca passou por testes padrão em condições de produção.
[020] Os imitadores dos elementos de combustível, movidos no suporte de montagem através do dispositivo para aplicação de um rivestimento protetor, foram empurrados através das grades da estrutura CC-2M, consistindo em grades espaçadoras fixadas nos canais de guia, o tubo central, enquanto a força de empuxo ao longo do comprimento da estrutura era registrada. As características estatísticas das forças de empuxo dos imitadores ao realizar testes padronizados do CC-2M usando lubrificantes são as seguintes: - valor médio é 244,7 N; - desvio padrão da média é 47,9 N; - valor mínimo é 68,6 N; - valor máximo é 358,5 N.
[021] Teste usou um lubrificante contendo 30% de alquil fenol oxietilado e 70% de mistura de ácidos graxos insaturados monobásicos.
[022] Durante o processo de montagem, foi realizado o controle de qualidade da aplicação do revestimento lubrificante. Os resultados do controle confirmaram que os valores da viscosidade do lubrificante e sua segurança durante contato com os elementos de mola da grade espaçadora são necessários e suficientes para aderir à superfície do elemento combustível , permitindo a aplicação de lubrificante na superfície do elemento combustível uma vez. O controlo dos elementos de combustível que passaram o processo de montagem mostrou que a profundidade máxima das riscas, medida pelo método do "molde", era de 9-13 mícrons. A maioria das riscas tem profundidade de 5 a 8 mícrons, o que não excede os valores permitidos para danos mecânicos (30 mícrons) e não é perigosa do ponto de vista da corrosão. Não houve adesões e cavidades desiguais.
[023] A capacidade do lubrificante de cobrir a superfície do elemento combustível com uma camada fina garante seu consumo mínimo no processo tecnológico:
1,0-1,5 litros para a montagem de um conjunto de combustível.
[024] A operação de montagem de elementos de combustível em um conjunto de combustível usando um lubrificante da composição proposta não requer mudanças no projeto dos suportes de montagem existentes. A montagem é realizada com equipamento padrão.
[025] Assim, a implementação do método proposto para a fabricação de um conjunto de combustível de reator nuclear nos permite resolver a tarefa de garantir a qualidade de fabricação do conjunto de combustível, garantindo a eficiência do processo tecnológico e a redução associada no custo de fabricação de conjuntos de combustível. O método abre a possibilidade de criar um ciclo contínuo de fabricação de elementos de combustível e montá-los em conjuntos de combustível.
Claims (2)
1. Método de fabricação de conjuntos de combustível para um reator nuclear, caracterizado por incluir as operações de fabricação e monitoramento de elementos de combustível, aplicação de um revestimento protetor a cada elemento de combustível, montagem dos elementos de combustível preparados em conjuntos de combustível, fixação do cabeçote e haste, lavagem do revestimento protetor e secagem, caracterizado pelo fato de que as operações de aplicação de revestimento protetor e de conjunto de elementos de combustível são combinados movendo cada elemento de combustível durante a montagem de elementos de combustível para o conjunto de combustível no suporte de conjunto na direção horizontal ao longo de seu próprio eixo para as células das grades espaçadoras através do dispositivo para aplicar um revestimento protetor instalado no suporte de conjunto, enquanto em um lubrificante solúvel em água contendo alquil fenol oxietilado e ácidos graxos insaturados monobásicos é usado como revestimento protetor.
2. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a operação de lavagem do revestimento protetor ser realizada por meio de jatos sob pressão com água à temperatura ambiente.
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