CN105009222A - 构成和运输包封组件的集成系统及其组装、充填和拆分站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由多个用于包装、储存和运输放射性杆或管的包封的瓶(1)构成的组件，下面叫做束组件(2)，其中：所述瓶(1)是相同的并能够互换；并且所述瓶通过快速紧固装置(3)互相连接，以形成束或簇(2)，所述束(2)包括N个瓶，N≥2；其特征在于，所述瓶(1)由钢形成，并且所述瓶的两端中的一端在一定长度上更厚。

Description

构成和运输包封组件的集成系统及其组装、充填和拆分站
发明主题
本发明涉及包装、储存和运输在满足放射性材料运输国际标准的包封中的放射性物质(燃料、污染的和放射性的物质)。
本发明主要用于民用核电部分，优选是轻水型核电站，并更优选的是压水反应堆型REP(英文为PWR)，尤其相关于维修活动，或拆除废弃束棒导管(TGdGR)。
本发明更特别涉及TGdGR的包装、运输和储存活动。
背景技术和现有技术
在压水或沸水反应堆的核电站中，通过在反应堆的核中移动吸收核裂变产生的中子流的杆来调节反应堆的功率。这些杆组装成插入到燃料组件内的控制束。燃料组件包括一些数量与每束的杆数相同的空心位置。这些空心位置被控制束的导管占据，控制束导管可能随时间退化(加工摩擦后的磨损、高温变形)。
图1示出最低功率为900MW的REP反应堆槽的示意剖面图。槽的除核燃料外的内部设备保证燃料组件、以及控制束引导和仪器的支撑和侧向保持的功能。导管12位于内部设备的上部，穿过支撑板或上支撑帽11，直至上部芯板13，二个板11、13被管形间隔件15分开。
主要在2011年的福岛的核事故之后，许多国家重新考虑了它们的核能政策，并大大增加了它们对核安全问题的要求。现在，特别是在核维护领域，人们发现，由于这些新的立法并由于现有核电站的老化，更换大量来自核电站的反应堆、水池或储存包封的废弃束棒导管(TGdGR)的需求增加，因此迅速、可靠地进行包装和运输的需求也在增加。
目前，在不时地更换核燃料的同时也更换损坏的TGdGR。由于它们在使用中承受很强的中子流，这些从反应堆的核中取出的TGdGR具有可能对操作者的健康有危险的放射水平(例如由于存在放射非常强的伽玛射线的60Co)。直到目前，几十个管子可能封闭在同一类型的包封中，从就地包装到在储存或搬运地进行包装，但始终在核电站周围。
现在，人们希望可以在反应堆建筑物中一有限空间内并用有限的搬运能力以被认可的并且保险、可靠、经济和快速的方式包装这些TGdGR，并运输这些TGdGR。
用于运输放射性材料的包封应遵守国际原子能机构(AIEA)的章程规定的标准。如A型包封是一种对量比较有限但值得注意的放射性产品使用的合格包封。该包封用于防止事故。它能经受用来模拟运输条件的测试。还通过计算证明其符合AIEA规定。B型包封是用于运输放射性非常强的材料使用的合格包封。其设计用于经受住所定义的事故条件，并且因此不仅能够经受用来模拟常用搬运和运输条件的试验，还能够经受用来模拟事故条件的试验(例如自由落体、浸没、压碎、冲压、防火)。
会遇到如下的困难：
-保证优选使用A型包封将TGdGR取出到电站外。因此，如果想在同一包封中运输多个TGdGR，则该包封必须是B型包封。为了设计并符合B型包封，鉴于复杂和严格的强制规则，需要几年时间来考虑这种包封；
-消除或至少减少TGdGR临时储存在池中的时间；
-减少或者消除在电站中TGdGR的存储时间；
-减少区域内的作业时间；
-增加区域内和区域外的作业安全；
-降低作业成本和电站的停工时间；
-提供运输包裹的放射性保护；
-或者直接在从反应堆取出后，或者从它们储存在池中将TGdGR取出到反应堆外，或者取出到不用于运输的储存包封中，使它们经过适当处理或根据严格规定储存在电站内或电站外。
目前并没有达到上述需求。实际上，目前，上面确定的需求并不重要，甚至实际上是次要的。
现有技术中的方法是将这些TGdGR储存在池中，或者将它们置于不用于运输的储存包封中并放置在电站中。只要人员不会一直处于或者靠近该地方，这种包封能够保证放射性保护。
还已知其它现有方法，例如正在发展的能够包含几个、例如五个TGdGR的B型包封。
用于包装来自池中的放射性材料的另一选择是将包封浸入池中，或者将其放在充满水的池子旁边，作业结束时，必须将其排空，并使其干燥。另外，如果包封已经浸在池中，移动前必须去除包封的污染。
现有方法的缺陷如下：
-能力有限：现有包封类型能够并适于运输放射性废料，并且它们可使用的量造成相对于环境(当局、人口、安全等)而言难以接受的许可问题和逻辑问题；
-运输时，在事故情况下，放射性废物集中在单一包封中会提升危险；
-道路上允许的有效负荷和允许的尺寸限制了可输送的材料量；
-与充填B型包封有关的作业需要的注意事项相比于A型增加；
-B型包封需要特殊运输；
-现在的储存包封不能用于运输；
-在电站长时间储存的情况下，如果附近有人存在，储存包封的周围需要附加保护。
这些方法的局限性常常与用于公路运输的重量和体积有关。
还已知其它领域中用于类似需求的现有方法，例如用于气体产品和/或危险产品的公路和铁路运输的瓶(支架)的组装。如果需要，则使用特殊运输(根据道路法增加尺寸)。
现在并不存在可以在安全、持续时间并符合技术、立法和市场经济要求且被社会接受的条件下同时包装、大量取出到反应堆建筑外以及运输TGdGR的系统，而最近出现了这些要求，因为与REP装置的寿命延长有关。
总之，已知用于储存、搬运、甚至输送危险材料(如核电站的放射性材料、特别是已使用的燃料或放射性废物)的容器。这些容器的形状一般为瓶、罐子或有主体、底部、一个或二个盖子的桶，可保证这些容器的封闭。容器可以由一个或几个壳构成，例如外壳和内壳(例如参见EP2172944、WO2009/81078、WO2008/153478、EP1978530、WO2008/97381、EP2059930、US5,431,295、EP186487)。
在某些情况下，储存装置用于储存一定量的桶：下板和上板，二者通过钢制导管连接，上部与引导套筒连接，以便使桶互相堆积并固定(CN201134275U)，沥青材料的柱形容器可以将一些单个的桶堆积在它的内部，桶之间的空间充填聚氨酯泡沫，防止水蒸气渗入以及泄漏和对环境有害的影响(US3,935,467)。
还已知一些包封组件，例如用于输送和储存放射性产品的海运容器或包括支撑和内分隔结构的托盘(EP 2201577、KR20050072025)。
在LT201000049中，容器设有保护部分和用于在垂直位置搬运和公路运输的孔眼和钩子。
文献US2005/0117687公开了一种储存或运输乏核燃料的装置和方法。在一实施例中，储存废核燃料的容器包括多个容纳废核燃料棒的长管。每个管子包括形成矩形横截面的四个侧壁和四个角。多个管形成交替的形式。固定部件将多个管子在角落处互相固定，使相邻管子的二个相邻侧壁基本对齐。
文献JP2001141882提出能够安全、稳定并长时间储存任何放射性材料的混凝土储存容器，而不会遭受大的震动等，并提出带有多个混凝土储存容器的储库装置。为此，在一混凝土桶的容器体的周边表面提供一环形固定皮带。固定皮带包括几个沿圆周方向互相分开的固定部件。每个固定部件固定在至连接部件上。多个混凝土桶通过固定带和连接部件互相连接，构成储库装置。
文献US4,652,422公开了由核反应堆长形燃料元件的至少一部分形成的部件的支撑装置，该支撑装置具有垂直安装在底部表面上的长形容纳套筒，并且套筒的上端具有开口和位于套筒上端的保持装置，用于将该元件悬挂在容纳套筒内。支撑装置包括封闭容纳套筒的上端开口的可拆卸盖体，保持装置固定在盖体内。
发明的目的
本发明的目的在于提出新的用于对A型包封组内的TGdGR进行包装和运输的系统。
本发明的目的还在于可以在对操作者的法定放射性保护条件下搬运和运输TGdGR，并且可以使反应堆的停工时间尽可能短。
本发明的目的还在于可以在通常条件下道路运输TGdGR，而不需要特殊运输。
本发明的主要特征
本发明的第一方面涉及由多个用于包装、储存和运输放射性杆或管的包封瓶构成的组件，下面叫做束组件，其中：
-所述瓶是相同的并可互换；
-所述瓶通过快速紧固装置互相连接，以形成束或簇，所述束包括N个瓶，N≥2；
其特征在于，所述瓶由钢形成，并且两端中的一端在一定长度上更厚。
优选的，束组件是模块化的，并且具有可变的几何形状，即可以分为更小的子组件或者形成为尺寸更小的子组件，并始终使用相同的紧固装置(3)。
同样优选的，每个所述瓶为满足AIEA放射性材料运输规则的A型认证的包封，并且束组件也满足所述A型认证。
本发明的第二方面涉及使用以上描述的束组件，用来包装、储存和运输来自压水或沸水核反应堆的废弃束棒导管。
本发明的第三方面涉及搬运装置，用于在核反应堆建筑中用放射性杆或管子充填A型包封瓶，所述瓶形成如上所述的束组件，所述装置集成到束组件中，使得该集成的装置的占地面积限制为束组件的尺寸。
优选的，在束组件的顶部设置走道，并装备有梯子和起重装置。
本发明的第四方面涉及一种在核反应堆建筑外使用快速紧固装置将A型包封瓶组装成一个或多个如以上所描述的束组件或者组装成该束组件的子组件的、以及将该束组件和子组件进行拆分的装置。
本发明的第五方面涉及一种通过可装配为如上所述束组件的包封瓶来包装、储存和运输来自核反应堆的废弃束棒导管的方法，该方法的特征在于以下步骤：
-在反应堆建筑外的组装/拆分站将垂直放置的A型包封瓶构成束组件，使用快速紧固装置进行包封瓶的组装；
-将由此构成的束组件插入反应堆建筑，垂直放置于搬运站中；
-对于束组件的每个包封瓶，打开瓶，插入废弃束棒导管，并且封闭瓶；
-从反应堆建筑取出束组件，并将它们重新置于组装/拆分站中，其中，在该组装/拆分站中构成束组件的子组件，这些子组件的尺寸小于束组件的尺寸，并满足除了特殊运输的标准规定的道路运输；
-将子组件倾斜至水平位置，并紧固在重载车辆上。
根据该方法的一些优选实施例，本发明的方法包括以下一个或多个特征：
-废弃束棒导管插入包封瓶的步骤在干池外或水下进行，使用重料斗将导管从核反应堆取出；
-废弃束棒导管插入包封瓶的步骤在池中进行，即在反应堆中的水下进行，并设有将瓶进行干燥的另外的操作；
-通过接入装置的缓冲器将束组件从反应堆建筑外向反应堆建筑内转移以及从反应堆建筑内向反应堆建筑外转移，束组件处在垂直或水平位置以进行转移。
附图说明
图1，已经提到的，示意性示出功率大于或等于900MW的REP核反应堆槽的内部设备的上部(根据EDF文献)。
图2A示出根据本发明第一实施例的A型包封的束组件的透视图。
图2B示出根据本发明第二实施例的A型包封的束组件的两个透视图。左边的示图还示出其中一个包封以及它的内容，即用剖面图示出的TGdGR。
图2C示出根据图2B的实施例的束组件的立视图和平面图。
图3示出根据本发明的用于两个束组件的A型包封的组装和拆分站的示例的透视图。
图4示出根据本发明的A型包封的束组件在反应堆建筑内的充填站的示例的透视图。
图5示出将根据本发明的A型包封的子组件装载到半挂重载车上的示例的透视图、立视图和平面图。
本发明的详细描述
在确定了现有技术所不能满足的需求后，申请人设计了由A型包封、多个这些包封的束组件、在反应堆建筑中的充填站、A型包封的组装/拆分站、组装模式、倾斜装置和特殊运输组成的系统，用于将此类放射性废料运输、储存和卸载。通过束或簇形成三维延伸的单个包封的组件，每个包封具有适当的形状，例如只包含单一辐射管的长形罐。这些包封互相连在一起。
束组件形式的A型包封的设计能够：
-限制放射性废料的操作，并限制各种作业所需的空间；
-并行进行多个作业；
-最大化作业的安全性(ALARA方法)；
-最小化在反应堆建筑中的作业时间；
-保证束组件的组成根据以下方面变化：
○TGdGR的替换需求(待包装的TGdGR的数量可以根据它们的状态和电站操作者的决定变化)；
○运输的类型；
○束组件的组装、拆分、充填区；
○储存和处理区；
-能够大量取出TGdGR，并将它们直接包装在能够运输的A型包封中。现在在电站中能够使用的储存包封不允许进行运输，只用于储存在电站中；
-在反应堆建筑中在池外或池内充填A型包封；
-在反应堆建筑外，因此在区外且因此在遮蔽的时候进行组装/拆分。
本发明的特征和要求如下：
-最大接触等效剂量的流量(DDE)为2mSv/h；
-用于REP装置所有类型的TGdGR的系统相同；
-组装A型包封，使束组件保持为A型；
-反应堆建筑中的充填设备集成到束组件中；
-将TGdGR插入包封或者在干燥下进行，或在水下进行。封闭包封，保证TGdGR的密封，然后进行随后的A型包封的充填。重复作业直到束组件完全充填；
-在反应堆建筑外的A型包封快速组装和拆分系统；
-基于当地条件和操作需求来组装子组件，该子组件包括每个束组件最佳数量的A型包封；
-在反应堆建筑中的占地面积严格限制为束组件的尺寸；
-束组件的尺寸与反应堆建筑内的插入装置的尺寸相容；
-束组件的组合与能够使用的起重设备的能力相适应。
现在并不存在任何针对使用该A型设备的应用的解决方法。
优点如下：
-更容易遵守可用于运输此类放射性废料的规定；
-根据标准运输规范进行道路运输；
-容易适应可使用的搬运和运输机械。
本发明的优选实施例的描述
根据本发明一优选实施例(图2A、2B、2C)，每个A型包封1包含单个TGdGR 4。该A型包封用于运输放射性产品。所有A型包封1均相同，并可互换。它们的形状优选为长形的管子或杆，即例如为有底和盖(或有二个盖子)的柱体，柱体的长度至少等于底或盖子的直径。这些包封优选是钢制的。由于TGdGR最靠近反应堆核的端部比另一端更具放射性，在第一端的钢厚度更大(例如150mm的钢对60mm的钢)。包封组装为束组件2。束组件2可以由2至N个A型包封1构成(N>2)。
A型包封1以及束组件2设计为满足运输用放射性保护的法律要求。通过本领域技术人员所熟知的快速连接装置3进行组装。可以通过单位包封1或单位包封1的子组或子组件来进行束组件2的组装/拆分：该束组件是模块化的，并且几何形状可变。束组件2以及它们的子组件设计用于垂直操作和充填，并且通过适当的搬运机械(未出示)倾斜到水平位置。
例如具有12个包封的束组件的总重量小于60吨，可以通过所有已知REP装置的接入装置的缓冲器(TAM)以垂直方向进入反应堆建筑中，但是如果需要，也可以以水平方向进入。
在垂直方向上进行束组件2的充填，一般在池外，优选在重料斗下一个一个地将管子取出。尽管如此，如有需要，束组件的充填也可以在池中进行。
在反应堆建筑外的组装/拆分站5进行束组件的组装和拆分，例如一般设有二个工作位(图3)。为此使用合适的起重机械(未出示)。
组装后，N个A型包封的束组件2进入到反应堆建筑中。
在反应堆建筑中充填时，每个束组件与搬运站6垂直成一整体(图4)。随后，在每个束组件2的顶部设有走道8，并装备有梯子9和起重机械10(绞车、操纵杆等)，以便可以进行充填作业。每个A型包封1的充填可以在垂直位置在干燥情况下进行，或在水中进行。但是操作时间和干燥时间比水下充填大大减少。
相继打开每个属于束组件2的包封，充填它的TGdGR，然后封闭，重复作业直到充填束组件2的所有A型包封1。然后将充填的束组件2转移到反应堆建筑外。
一旦束组件2充填并转移到反应堆建筑外，将它们重新送到组装/拆分站5，以便将其分解为能够通过例如半挂车7的重载车进行标准道路运输的子组件16，例如三个组装的包封(图5)。随后，通过合适的起重机械(未出示)倾斜并紧固在半挂车上的子组件16已准备好进行运输。
参考符号列表
1   单个A型包封瓶
2   束组件
3   快速连接件
4   束棒导管
5   组装/拆分站
6   反应堆建筑内的内部装载组件(搬运站)
7   重载车
8   走道
9   梯子
10  起重机械
11  上支撑板
12  束导管
13  堆芯上板
14  堆芯壳
15  间隔件
16  包封瓶子组件
20  槽

Claims (11)

1.一种由多个用于包装、储存和运输放射性杆或管的包封的瓶(1)构成的组件，以下称为束组件(2)，其中：
-所述瓶(1)是相同的并且能够互换；
-所述瓶(1)通过快速紧固装置(3)互相连接，以形成束或簇(2)，所述束(2)包括N个瓶，N≥2；
其特征在于，所述瓶(1)由钢形成，并且所述瓶的两端中的一端在一定长度上更厚。
2.根据权利要求1所述的束组件(2)，其特征在于，所述束组件是模块化的，并且具有能够变化的几何形状，即所述束组件能够仍然使用相同的紧固装置(3)细分或者成形为更小的子组件。
3.根据权利要求1所述的束组件(2)，其特征在于，每个所述瓶(1)是一种与AIEA放射性材料运输规定的A型认证对应的包封，并且所述束组件(2)也与所述A型认证对应。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的束组件(2)的使用方法，用于包装、储存和运输来自压水或沸水核反应堆的废弃的束棒导管(4)。
5.一种在核反应堆建筑中用放射性杆或管充填A型包封瓶(1)的搬运装置(6)，所述瓶(1)形成根据权利要求1-3中任一项所述的束组件(2)，所述装置集成到所述束组件(2)中，使得集成的装置的占地面积被限定为所述束组件(2)的尺寸。
6.根据权利要求5所述的搬运装置(6)，其特征在于，在所述束组件(2)的顶部设置有走道(8)，并且所述束组件装备有梯子(9)和起重装置(10)。
7.一种在核反应堆建筑外使用快速紧固装置(3)将A型包封瓶(2)组装成一个或多个根据权利要求1-3中任一项所述的束组件(2)并将该一个或多个束组件拆分的、以及将所述A型包封瓶组装成所述束组件的子组件并将该子组件拆分的装置。
8.一种通过能够布置为根据权利要求1-3中任一项所述的束组件(2)的包封瓶(1)对来自核反应堆的废弃束棒导管(4)进行包装、储存和运输的方法，其特征在于以下步骤：
-在位于核反应堆建筑外的组装/拆分站(5)中使用垂直放置的A型的包封瓶(1)形成束组件(2)，使用快速紧固装置(3)进行所述包封瓶(1)的组装；
-将在搬运站(6)中垂直放置的构成的所述束组件(2)插入所述反应堆建筑；
-对于所述束组件(2)的每个包封瓶(1)，打开所述瓶(1)，将废弃束棒导管(4)插入，并且封闭所述瓶(1)；
-从所述反应堆建筑中取出所述束组件(2)，并重新将所述束组件(2)放入所述组装/拆分站(5)中，在该组装/拆分站中构成所述束组件(2)的子组件(16)，该子组件的尺寸小于所述束组件(2)的尺寸，并符合标准规定的不包括特殊运输的道路运输；
-将所述子组件(16)倾斜至水平位置并紧固到重载车辆上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述废弃束棒导管(4)插入所述包封瓶(1)的步骤在干池外进行，或在水下进行，并使用重料斗从所述核反应堆取出导管。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述废弃束棒导管(4)插入所述包封瓶(1)的步骤在池中进行，即在反应堆的水下进行，并提供对瓶进行干燥的另外的操作。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过接入装置的缓冲器将所述束组件(2)从所述反应堆建筑外向所述反应堆建筑内转移以及从所述反应堆建筑内向所述反应堆建筑外转移，所述束组件处于垂直位置或水平位置以进行转移。
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