DE60224040T2

DE60224040T2 - Schachbrettartige anlage zum zerschneiden und verdichten

Info

Publication number: DE60224040T2
Application number: DE60224040T
Authority: DE
Inventors: James M. Deep River KING; Clair A. Deep River COX
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2022-06-15
Also published as: US20030024411A1; CN1265397C; EP1399926B1; US6523466B1; HK1069669A1; KR20040012954A; DE60224040D1; KR100884127B1; WO2002103708A1; CN1541394A; EP1399926A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Volumenreduktion und Endlagerung von Material, wobei die primäre Anwendung für verstrahltes radioaktives Material erfolgt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen, Verarbeiten und Endlagern von Druckrohren und „Calandria" Rohren von CANDU^® Nuklearreaktoren.
Hintergrund der Erfindung
Um die Betriebslebensdauer von CANDU^® Nuklearreaktoren zu verlängern kann es notwendig sein eine großflächig angelegte Brennelementkanalersetzung vorzunehmen. Einer der Schlüsselprozesse bei der groß angelegten Brennelementkanalersetzung ist das Entfernen der hoch radioaktiven Druckrohren und Calandriarohre von dem Reaktorkern.
Der herkömmliche Prozess beinhaltet das Entfernen von ungefähr 6 Meter langen Druckrohren und Calandriarohren im Ganzen, oder das Halbieren an ihrem Mittelpunkt. Die Reaktorkammer muss auf der Seite, auf der die Rohre entfernt werden, evakuiert werden, was parallele Aktivitäten verhindert und folglich den Arbeitsvorgang verlängert. Ein sehr großer und schwerer bleigefüllter Behälter wird verwendet, um die Druckrohre aus der Reaktorkammer zur Endlagerung zu transportieren. Es ist eine schwierige und zeitaufwendige Arbeit diese Behältergröße durch die Sicherheitshülle eines Kernreaktors vom CANDU^®-Typ zu bewegen, was Kräne und eine andere Einrichtung zur Handhabung schwerer Materialien und eine Personalevakuierung von dem Arbeitsbereich erfordert. Dies unterbricht Material-, Ausrüstungs- und Personalbewegung für das Gesamtreaktorabschalten und ist ein Hauptnachteil bei Planungs- und kritischen Wegberücksichtigungen. Folglich ist es wünschenswert ein Verfahren für eine Druck- und Calandriarohrentfernung und Endlagerung zu haben, das wirtschaftlich attraktiver ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren des Volumens eines zylindrischen Rohrs zur Endlagerung durch den Prozess des Plattquetschens und dann des Schneidens in kleine Coupons. Das Schneiden erfolgt vorzugsweise durch ein Schachbrettgitter von mehreren sich kreuzenden Ebenen und die resultierenden Coupons haben vorzugsweise eine im Wesentlichen quadratische Form.
Die FR-A-2 632 764 wird in Betracht gezogen, um den nächstliegendsten Stand der Technik darzustellen, und offenbart eine Schneidevorrichtung zum Schneiden von Rohrbündeln in der Kernindustrie. Die Vorrichtung enthält eine Mehrzahl von Klingen deren Führungsränder abgestuft sind, um das Bündel sequentiell zu schneiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen zur Reduzierung des Endlagervolumens eines länglichen zylindrischen Rohrs, die ein Paar von nach innen gegenüberliegenden Würfelblöcken enthält, ein Mittel zum Bewegen der Würfelblöcke zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position, und ein Zuführungsmittel zum Positionieren eines Endbereichs des zylindrischen Rohrs zwischen den Blöcken in der offenen Position, wobei jeder der Würfelblöcke eine Anordnung von erhöhten Schneidevorrichtungen und ausgesparten Taschen enthält, wobei jede Schneidevorrichtung von einem der Würfelblöcke angepasst ist, um genau von einer gegenüberliegenden Tasche des anderen der Würfelblöcke aufgenommen zu werden, wenn die Würfelblöcke von der offenen Position zu der geschlossenen Position bewegt werden, um folglich den Endbereich in eine im Wesentlichen flache Struktur zu zerdrücken und sie in eine Mehrzahl von Teile (Coupons) zu trennen.
Vorzugsweise dient die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Reduzieren des Endlagervolumens von verstrahlten radioaktiven Kernreaktorzylinderrohren, ferner enthaltend:
eine bewegbare Montagebasis, die angepasst ist, um operativ benachbart zu einer Reaktorfläche an ausgewählten Röhrenpositionen positioniert zu sein;
eine Zuführeinheit, die das Zuführermittel enthält, das auf der Basis montiert ist zum Angreifen und Vorschieben der ausgewählten Röhre aus dem Reaktor heraus;
eine Pressanordnung, die auf der Basis montiert ist, enthaltend die Würfelblöcke und das Mittel zum Bewegen, wobei die Würfelblöcke positioniert sind, um in der offenen Position den Endbereich des ausgewählten Röhre zwischen sich aufzunehmen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Reduzieren des Endlagervolumens einer länglichen zylindrischen Röhre, enthaltend: (a) Positionieren des Endbereichs der zylindrischen Röhre zwischen einem Paar von nach innen weisenden gegenüberliegenden Würfelblöcken, die bewegbar sind zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position, wobei jeder der Würfelblöcke eine Anordnung von erhöhten Schneidevorrichtungen und ausgesparten Taschen enthält, wobei jede der Schneidevorrichtungen von einem der Würfelblöcke angepasst ist um genau von einer gegenüberliegenden Tasche des anderen der Würfelblöcke aufgenommen zu werden, wenn die Würfelblöcke von der offenen Position zu der geschlossenen Position bewegt werden; (b) Bewegen der Würfelblöcke von der offenen Position zu der geschlossenen Position, um folglich den Endbereich in eine im Wesentlichen flache Struktur zu quetschen und sie in eine Mehrzahl von Teile zu teilen; und (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) bis die zylindrische Röhre in Teile geteilt ist.
Vorzugsweise dient das Verfahren gemäß der Erfindung zum Reduzieren des Endlagervolumens von verstrahlten radioaktiven Kernreaktorzylinderrohren, ferner enthaltend: Kontaktieren des Endes einer ausgewählten Röhre an der Reaktorfläche und Vorschieben eines Bereichs der ausgewählten Röhre aus dem Reaktor heraus.
Die Konstruktion und das Verfahren bezüglich des Betriebs gemäß der Erfindung werden am Besten durch die folgende Beschreibung spezifischer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Endlagervolumenreduktionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Pressanordnung.
3 zeigt eine Elevationsansicht der Pressanordnung.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den schachbrettartigen Würfelblock und die Schneideanordnung zeigt.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Rückholeinheit.
6 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt der Einzieheinheit.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Zuführanordnung.
8 zeigt eine Elevationsansicht im Teilquerschnitt der Zuführanordnung.
9 zeigt eine Elevationsansicht im Querschnitt der Behälteranordnung während des Entladens.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 zeigt das schachbrettartige Schneidevolumenreduktionssystem der vorliegenden Erfindung. Das System enthält eine Einzieheinheit 100, eine Pressanordnung 200, eine Zuführeranordnung 300 und eine Behälteranordnung 400. Das Druckrohrvolumenreduktionssystem ist auf einer Arbeitsplattform 500 montiert, die eine horizontale Lateralbewegung erlaubt, um ein ferngesteuertes Bewegen zwischen Gitterorten zu erlauben und eine Innen/Außen-Bewegung, um eine Bewegung zu und von dem Gitterblatt weg zu erlauben, sowie eine vertikale Bewegung, um eine Bewegung des Gitterblatts nach oben und unten zu erlauben. Eine zylindrische Druckröhre 10 ist in 1 In Position zur Volumenreduktion gezeigt.
Bezugnehmend auf die 2 und 3 die Pressanordnung 200 genauer gezeigt. Die Pressanordnung 200 enthält eine Basis 202 und Endplatten 204. Die Endplatten 204 werden in fester Beziehung zueinander durch Kastenrahmen 208 und eine Bodenplatte 201 und durch parallele Träger 210 gehalten. Die Träger 210 haben eine Schraubverbindung an den vier Ecken der Kastenrahmen 208.
Die Hydraulikzylinder 214 sind fest an den Endplatten 204 mit den zylindrischen Stangen 218 montiert, die sich von den Endplatten 204 nach innen erstrecken. Die zylindrischen Stangen 218 sind an ihren distalen Enden über einen Zylinderbolzen 220 mit Drucktiegel 220 verbunden. Die Drucktiegel 220 haben eine Schraubverbindung mit den Würfelblöcken 226. Die Würfelblöcke 226 sind auf einer Führungsstange 212 durch Bohrungen 224 an ihren 4 Ecken montiert und angepasst zum reziproken horizontalen hin und her gleiten unter der Steuerung von Hydraulikzylindern 214. Gegenüberliegende Würfelblöcke 226 werden auf nach innen weisenden Flächen der Drucktiegel 220 getragen. Die Blöcke 226 enthalten einen verschachtelten Satz von Werkzeugstahlschneideklingen, deren Einzelheiten in 4 zu sehen sind.
Bezugnehmend auf 4 können Einzelheiten der Würfelblöcke 226 gesehen werden. Jeder Würfelblock 226 ist hergestellt, um ein Schachbrettmuster erhöhter Schneidevorrichtungen 228 und ausgesparte Taschen 230, die Auswerfer 232 beinhalten, zu akzeptieren. Wenn sie in eine gegenüberliegende Beziehung gebracht werden, werden die erhöhten Schneidevorrichtungen 228 eines gegenüberliegenden Würfelblocks 226 in den Taschen 230 aufgenommen, die die Auswerfer 232 des anderen gegenüberliegenden Würfelblocks 226 enthalten. Obwohl das Schachbrettmuster gemäß 4 eine 4 × 8 Anordnung von abwechselnden erhöhten Schneidevorrichtungen 228 und ausgesparten Taschen 230 enthält, ist es klar, dass andere Muster ausgewählt werden können in Abhängigkeit von der Größe und Form des zylindrischen Materials, das zu verarbeiten ist.
Die Schneidevorrichtungen 228 haben nach innen weisende Oberflächen 229, die von den Schneiderändern 231 umgeben sind. Die Oberflächen 229 sind derart profiliert, dass der Mittelpunkt jedes oberen und unteren Rands 231 angehoben ist. Die nach innen weisenden Oberflächen der Auswerfer 232 sind gewinkelt, um einen Materialauswurf zu erleichtern.
Die Strecke, die die Schneidevorrichtungen 228 von dem Würfelblock 226 nach innen zurücklegen, reduziert sich gleichmäßig über die Fläche des Würfelblocks. Insbesondere ragen Schneidevorrichtungen 228, die näher zu der Seite 260 des Würfelblocks 226 lokalisiert sind, der weiter weg von der Reaktorfläche ist, um eine größere Strecke nach innen, als Schneidevorrichtungen 228, die näher zu der Seite 262 des Würfelblocks 226 lokalisiert sind, der an dem Rand näher zu der Reaktorfläche ist. Das Ergebnis ist, dass gegenüberliegende Schneidevorrichtungen 238 und Taschen 230 weiter weg von der Reaktorfläche in engerer räumlicher Beziehung sind als gegenüberliegende Schneidevorrichtungen 228 und Taschen 230 näher an der Reaktorfläche. Entsprechend erfolgt ein Zerquetschen und Teilen der Reihe nach, beginnend bei dem Ende der zylindrischen Röhre 10 und in Richtung Reaktorfläche fortschreitend.
Erneut bezugnehmend auf 3 enthalten die Auswerfer 232 Stäbe 240, die sich durch horizontale Bohrungen 242 in den Würfelblöcken 226 hindurch erstrecken. Paare von Auswerferstäben 240, die vertikal ausgerichtet sind, sind an ihren Enden mit einer invertierten „L-förmigen" Auswerferquerstange 238 verbunden, die in einem Längsschlitz in dem Würfelblock 226 abgestützt ist. Untere Querstangenstoppelemente 244 sind horizontal unterhalb der Würfelblocke 226 auf der oberen Fläche der Basis 202 angeordnet, und obere Querstangenstoppelemente 246 sind horizontal auf die nach innen weisenden Flächen der Endplatten 204 angeordnet. Auswerferquerstangen 238 sind größenmäßig derart ausgebildet, dass ihre Enden die Querstangenstoppelemente 244 und 246 kontaktieren. Wenn die Würfelblöcke 226 voneinander weggezogen werden, wenn die Hydraulikzylinder 214 eingezogen werden, werden Auswerferstangen 240 und Auswerferquerstangen 238 in Richtung Endplatten 204 gebracht, bis die Auswerferquerstangen 238 die unteren und oberen Querstangenstoppelemente 244 und 246 kontaktieren. Ein weiteres Einziehen der Hydraulikzylinder 214 zieht die Würfelblöcke 226 zwischen die Querstangenstoppelemente 244 und 246, während die Auswerferquerstangen 238 gegen die Querstangenstoppelemente 244 und 246 gestoppt bleiben. Diese relative Bewegung des Würfelblocks 226 und der Auswerferquerstangen 238 veranlasst die Auswerfer 232 nach außen in die Taschen 230 in die Würfelblöcke 226 gebracht zu werden, um jegliches nicht entferntes geschnittenes Material zu beseitigen. Ein manueller Betrieb der Auswerfer 232 ist möglich, um dabei zu helfen angestautes Material von den Würfelblöcken 226 zu beseitigen.
Die Pressanordnung 200 enthält ferner untere Türen 250, die unmittelbar unterhalb der Würfelblöcke 226 und über der Behälteranordnung 400 montiert sind. Die Türen 250 werden betätigt durch Hydraulikzylinder 252 und eine Verbindung 254, und dienen für zwei Hauptzwecke. Erstens halten sie das gesamte zerquetschte/geschnittene Material innerhalb des Pressbereichs während des gesamten Quetsch/Schneide-Betriebs, um eine vollständige Volumenreduktion sicherzustellen. Zweitens schaffen sie ein Mittel, um die Öffnung unterhalb der Pressanordnung 200 während eines Behälterwechsels zu schließen. Dies reduziert die mögliche Kontaminierung, eliminiert die Möglichkeit, dass ein kleines Druckrohrteil von dem System während des Behälterwechsels abfällt, und erlaubt das Durchführen eines Behälterwechsels mit der Druckröhre innerhalb der Volumenreduktionseinheit in einer Recovery-Modussituation. Zur Verdeutlichung ist nur eine Tür 250 in der offenen Position gezeigt und die andere in der geschlossenen Position. Es ist selbstverständlich, dass in der Praxis beide Türen 250 zu der geschlossenen Position bewegt werden während der Schneideoperation, und beide Türen 250 zu der offenen Position bewegt werden, um ein Entladen des geschnittenen Materials zu ermöglichen.
Bezugnehmend auf 5 ist eine Einzieheinheitenanordnung 100 genauer gezeigt. Die Rückhalteeinheitenanordnung 100 wird verwendet, um zu Beginn die Druckröhre in das Volumenreduktionssystem zur Verarbeitung zu ziehen. Die Einzieheinheit 100 ist unmittelbar außerhalb der Druckanordnung 200 montiert und enthält einen Einziehzapfen 110, ein Kettenmagazin 160, einen Antriebsmotor 170 und hydraulische Schlauchwinde 180. Das Kettenmagazin 160 enthält eine Serapid^TM Kette 162, die durch den Antriebsmotor 170 in jede Richtung angetrieben werden kann. Die Serapid^TM Kette 162 ist eine Maschinenkette, die sich nur in eine Richtung biegen kann, wodurch sie entweder bei Spannung oder Kompression verwendet werden kann. Da Serapid^TM Kette beides, Spannungslast und Kompressionslast unterstützen kann, kann sie verwendet werden, um die Druckröhre aus der Calandriaröhre herauszuziehen, oder die Druckröhre zurück in die Calandriaröhre, in bestimmten Szenarien zu drücken.
Der Einziehzapfen 110 ist am Ende der Serapid^TM Kette 162 montiert. Wenn die Serapid^TM Kette 162 durch den Antriebsmotor 170 gedehnt wird, wird der Einziehzapfen 110 durch den Spalt 234 zwischen den gegenüberliegenden Würfelblöcken 226 der Pressanordnung 200 vorgeschoben, durch die Zuführeranordnung 300 und in das Ende der Druckröhre, die zu entfernen ist.
Wie in 6 gezeigt enthält der Einziehzapfen 110 eine Nase 112, die derart ausgebildet ist, dass sie genau vom Inneren des Endes der Druckröhre, die zu entfernen ist, aufgenommen wird. Die Finger 114 sind fest in radial angeordneten hydraulischen Kolben montiert. Radial angeordnete Hydraulikzylinderbohrungen 118, die in der Nase 112 gebildet sind, nehmen die Hydraulikkolben 116 auf. Hydraulikleitungen 126 erstrecken sich von der Schlauchwinde 180 zu den Hydraulikzylinderbohrungen 118. Wenn der Einziehzapfen 110 in das Ende der Druckröhre, die zu entfernen ist, eingreift, wird ein Hydraulikdruck an die Hydraulikzylinderbohrungen 118 angelegt, Hydraulikkolben 116 und Finger 114 werden radial nach außen in Greifeingriff mit den Innenwänden der Druckröhre, die zu entfernen ist, gebracht. Die Enden 124 der Finger 114 können schräg sein, spitz oder andere Oberflächenbehandlungen haben, um den Eingriff mit der Druckröhre zu verbessern. Die Nase 112 ist axial zu der Einziehnasenbasis 130 gesichert mittels eines Axiallagers 132 und einer Nut 134. Die Nase 112 kann um ihre Achse bezüglich der Einziehzapfenbasis 130 rotieren, um eine Drehung der Druckröhre während eines Einziehens von dem Reaktor zu erlauben. Öldurchflussrinnen 136 und O-Ringdichtungen 138 dienen zur hydraulischen Verbindung über der Drehschnittstelle 140 zwischen der Nase 112 und der Einziehzapfenbasis 130. Ein Adaptorblock 150 verbindet die Serapid 162 mit der Einziehzapfenbasis 130.
Bezugnehmend auf die 7 und 8 ist eine Zuführeranordnung 300 genauer gezeigt. Die Zuführeranordnung 300 enthält einen Wagen 302, der gleitend montiert ist, um auf geradlinigen Schienen 304 in Längsrichtung hin und her bewegt zu werden. Der Wagen 302 wird über die Schienen 304 durch eine Kugelrollspindel 306 angetrieben, die durch einen Elektromotor 308 betätigt wird. Greifer 310 sind horizontal über und unter der Längsachse der Druckröhre, die zu verarbeiten ist, angeordnet. Die Greifer 310 werden durch ein Doppelrack 312 mit einem einzelnen gemeinsamen Kolben 314 angetrieben, der durch einen Hydraulikzylinder 318 betätigt wird. Der Kolben 314 ist auf einem Ballprofil 316 montiert, um mit dem Wagen 308 unter Last bewegt zu werden.
Die Zuführungsanordnung 300 dient zum Zuführen der Druckröhre von der Reaktorfläche in die Pressanordnung 200 nach jedem Zerquetsch/Schneide-Zyklus. Diese Zuführungsbewegung wird erreicht durch Antreiben des Wagens 302 zu seiner inneren Position (also in Richtung Reaktorfläche) mittels eines Motors 308 und durch Schließen der Greifer 310 auf der Außenseite der Druckröhre. Der Wagen 302 wird dann in entgegengesetzte Richtung angetrieben, was das Ende der Druckröhre in der Druckanordnung 200 positioniert. Greifer 310 arbeiten vertikal, wodurch es ihnen möglich wird, in die Pressanordnung zu wandern und die Druckröhre weiter zu halten bis Schneider 228 einen Kontakt bilden. Die manuelle Betätigung der Druckröhrenzuführergreifer 310 und des Wagens 302 über Kugelgewinde 306 und eine hydraulische Zylinderklammer 322 ist möglich, um ein Bergen zu unterstützen.
Ein Wischer 320 ist auf dem unteren Greifer 310 montiert und wird verwendet, um jegliches Ablagerungsmaterial, das sich in dem Zuführeranordnungsbereich ansammeln kann, in den Behälter zu wischen.
Unter Bezugsnahme auf 9 wird die Behälteranordnung 400 genauer beschrieben. Die Behälteranordnung 400 enthält einen zylindrischen Behälter 402 und eine zylindrische Auskleidung 404. Die obere Ladetür 406 ist in der oberen Wand 408 des Behälters 402 montiert zur horizontalen Gleitbewegung. Die obere Ladetür 406 kann geöffnet werden, indem sie mittels einer geeigneten Steuerung (beispielsweise Hydraulik) geschwungen wird, um eine längliche rechteckige Öffnung 410 direkt unterhalb des Bereichs der Würfelblöcke 226 freizulegen. Die Teile, die durch die Aktion der Würfelblöcke 226 geschnitten werden, fallen durch die Öffnung 610 in den Einsatz 404.
Der Einsatz 404 ist ein Container zur einmaligen Verwendung, der aus Edelstahl gebildet ist. Sobald der Behälter 404 mit Teilen gefüllt ist wird der Einsatz 404 von dem Behälter 402 entfernt für eine permanente Endlagerung. Der Einsatz 404 ist innerhalb des Behälters 402 montiert und durch die Endlagerungstür 412 gehalten. Die Endlagerungstür 412 ist im Boden des Behälters 402 montiert zur horizontalen Gleitbewegung. Die Endlagerungstür 412 kann geöffnet werden, indem sie mittels einer geeigneten Steuerung (beispielsweise Hydraulik) bewegt wird, um eine runde Öffnung 416 benachbart zur Unterseite des Einsatzes 404 freizulegen.
Der Behälter 402 wird zuerst von dem Volumenreduktionssystem der vorliegenden Erfindung entfernt zu dem Endlagerbereich 430. Ein Einsatzendlagerwerkzeug 420 enthält Hebestangen 422, die entfernbar an ihren unteren Enden an der oberen Wand 424 des Einsatzes 404 angebracht sind, durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Gewindeeingriff. Die Hebestangen 422 verlaufen durch Öffnungen in der oberen Wand 408 und sind an ihren oberen Enden durch Querstangen 426 verbunden. Der Einsatz 404 wird angeordnet durch Anbringen der Hebestangen 422, wodurch der Einsatz 404 angehoben wird durch die Querstange 426 an dem Anhebeauge 428, die Endlagertür 412 aufgeschwungen wird und der Einsatz 404 in den Endlagebereich abgesenkt wird. Ein neuer Einsatz 404 kann dann in dem Behälter 402 eingesetzt werden, und der Behälter kann in das Volumenreduktionssystem der vorliegenden Erfindung neu zusammengebaut werden. Die Behältergröße kann variieren, um Abschirmanforderungen zu erfüllen und die verfügbare Anhebekapazität der Arbeitsplattform.
Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird gesteuert durch eine PLC basierte Steuerung, die programmiert ist, um automatische Routinen durchzuführen, mit Interlocks, um außergewöhnliche Ereignisse zu verhindern. Die Hauptsteuerungsstation ist in der Kernkammer lokalisiert, jedoch weg von den größten Strahlungsfeldern. Die manuelle Fernsteuerung aller Funktionen ist möglich. Eine satellitengesteuerte Bedientafel kann nahe der Volumenreduktionseinheit lokalisiert sein.
Der Betrieb des Druckröhrenvolumenreduktionssytems gemäß der Erfindung wird jetzt beschrieben. Bevor der Druckröhrenvolumenreduktionsprozess gestartet wird, werden alle Endarmaturen (Anpassungen) und Zuführer entfernt. Die Arbeit kann für jede Reaktorfläche parallel durchgeführt werden. Die Volumenreduktionssysteme werden auf Arbeitsplattformen installiert und Steuerungsstationen werden in der Reaktorkammer gebildet. Eine Gitterröhre und Balgschutzhülle sind auf allen Kanälen mit temporären Gitterröhrenabschirmanschlüssen (oder Äquivalente) installiert.
Eine leere Behälteranordnung 400 wird auf die Volumenreduktionseinheit geladen. Sobald der Kanalort bestimmt ist, wird das Volumenreduktionssystem mit dem Kanal ausgerichtet und der Gitterrohrabschirmanschluss entfernt. Das Volumenreduktionssystem wird letztendlich ausgerichtet und auf den Kanal verriegelt unter Verwendung irgendeiner standardmäßigen mechanischen Verriegelung, für die Gitterröhrenabschirmhülse. Die Serapid^TM Kette 162 wird vorwärts angetrieben durch einen Hydraulikmotor 170, um den Einziehzapfen 110 vorzuschieben und in das Ende der Druckröhre einzuführen. Die Finger 114 kommen in Eingriff mit dem Ende des Druckrohrs und die Serapid-Kette 162 wird in umgekehrter Richtung angetrieben, um das Ende der Druckröhre durch den Spalt 234 zwischen den Würfelblöcken 226 zurückzuziehen. Der Wagen 203 wird nach vorne nach innen begrenzt angetrieben und die Druckrohrzuführergreifer 310 werden geschlossen, um die Druckröhre zu kontaktieren. Untere Drucktüren 250 werden geschlossen. Die Finger 114 werden zurückgezogen, um von der Druckröhre freigegeben zu werden, und die Serapid^TM Kette 162 wird weiter in Rückwärtsrichtung angetrieben, um den Zurückziehzapfen 110 aus dem Spalt 234 herauszubewegen. Die Würfelblöcke 226 werden zusammen in die vollständig geschlossene Position gesteuert. Dies verursacht eine 14 7/16 inch lange Druckröhre in dem Spalt 234 zuerst flach gequetscht zu werden zwischen den inneren Oberflächen 229 und dann durch die Schneidevorrichtungen 228 in 2 1/16 inch Quadratteile geschnitten zu werden, während die Druckröhre auf der Reaktorseite während des Betriebs zentriert bleibt. Die unteren Drucktüren 250 werden geöffnet und Würfelblöcke 226 werden vollständig geöffnet, um alle Druckrohrteile in dem Behälter 402 über die Öffnung 410 zu geben.
Der Wagen 302 wird von der Reaktorfläche weg angetrieben, bis das Ende der Druckröhre erneut zwischen den Würfelblöcken 226 positioniert ist. Untere Drucktüren 250 werden geschlossen und die Würfelblöcke 226 werden zusammen angesteuert in eine 50% geschlossene Position. Die Druckrohrzuführergreifer 310 werden dann geöffnet und die Würfelblöcke 226 werden vollständig geschlossen, während der Wagen 302 zu der vollständig inneren Position gesteuert wird. Die Druckrohrzuführergreifer 310 werden dann geschlossen, um an der Druckröhre anzugreifen, und die unteren Drucktüren 250 werden geöffnet. Die Würfelblöcke 226 werden dann vollständig geöffnet, um alle Druckröhrenteile in dem Behälter 402 auszugeben.
Das periodische Durchlaufen von Presse/Greifer wird wiederholt, bis die vollständige Druckröhre in Teile verarbeitet ist. Anschließend wird das System von dem Kanal freigegeben, der Gitterrohrabschirmanschluss wird entfernt, die Anzahl an verarbeiteten Druckröhren in dem Behälter wird bestätigt und das Volumenreduktionssystem wird ausgerichtet und auf den nächsten Kanal, der zu verarbeiten ist, verriegelt.
Sobald der Behälter 402 voll ist, wird er von dem Volumenreduktionssystem entfernt und von der Arbeitsplattform gehoben. Ein leerer Behälter wird dann unter dem Volumenreduktionssystem installiert und der Prozess wird fortgesetzt bis alle Druckröhren verarbeitet worden sind.
Der innere Raum des Volumenreduktionssystems, einschließlich die Druckanordnung und die Zuführeranordnung in dem Volumen, werden unter einem leicht negativen Druck gehalten, um ein Ausbreiten einer Kontamination durch Oxidstaub oder andere kleine Partikel, die erzeugt werden, verhindert. Ein Abschirmfilter wird verwendet, um den aktiven Staub zu sammeln.
Der schrittweise Prozess, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, erlaubt dem Prozess zu irgendeinem Zeitpunkt auf unbestimmte Zeit zu stoppen und ohne Probleme neu zu starten. Dies ist hilfreich beim Umgang mit Reparaturen oder Fehlfunktionen und ebenso bei derartigen Fällen eines Leistungsausfalls, Verschiebungsänderungen oder nicht volumenreduktionsbezogene Unterbrechungen.
Die Einzieheinheit 100, die Pressanordnung 200 und die Zuführeranordnung 300 haben alle ein modulares Design, um ein schnelles Feldersetzen eines individuellen Subsystems anstelle der Gesamteinheit zu erlauben, wodurch eine Kontaminationsausbreitung minimiert und ein Zeitverlust auf Grund der Reparatur minimiert werden. Da alle Hydraulikzylinder, Elektromotoren und andere Aktuatoren außerhalb abschirmen, können sie repariert oder ersetzt werden, wenn es erforderlich ist mit einer radioaktiven Druckröhre, die in dem Volumenreduktionssystem vorhanden ist. Dies erlaubt eine Reparatur- oder eine Wartungsaktivität in dem Fall, dass eine Fehlfunktion auftritt, während radioaktives Material in dem System immer noch vorhanden ist. Dies vereinfacht stark die Recovery-Szenarien, da ein Entfernen der radioaktiven Druckröhre durch ein Back-Out Mittel nicht erforderlich ist, um eine Reparatur oder eine Wartungsoperation zu bewirken. Darüber hinaus erlaubt das kompakte modulare Design des Volumenreduktionssystems ein einfaches Einpassen der Komponenten in die Abschirmung. Obere Abschirmelemente können in 1 gesehen werden über der Druck- und Zuführeranordnung, sind jedoch weggelassen, um die Figuren zu vereinfachen.
Wie oben erwähnt kombiniert der Volumenreduktionsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung das Zerquetschen des Druckrohrs flach und das Teilen auf einem Schachbrettgitter der mehreren Schnittebenen. Das Zerquetschen verursacht im Allgemeinen, dass die Druckröhre sauber entlang ihrer Seiten senkrecht zu der Quetschkraft bricht, ein Trennen der Druckröhre in zwei vollständige Hälften, die in Takt beleiben. Ein sanfter Übergang von den gequetschten zu den nicht gequetschten Abschnitten wird sofort innerhalb der Würfelblöcke 226 erzeugt. Materialien, die hohen Strahlungspegeln unterworfen werden, erfahren im Wesentlichen Materialeigenschaftsän derungen. Für Zr-2,5%Nb Druckröhren umfasst dies eine Erhöhung der ultimativen Dehnstärke und eine Reduktion der Gesamtlänge (Biegbarkeit).
Das Oberflächenprofilieren der Schneidevorrichtungen 228 erzeugt einen Schneiderand, der eine progressive Scheraktion bewirkt, die die maximale erforderliche Scherkraft reduziert. Darüber hinaus bewirkt die Änderung des Ausmaßes des Vorstehens der Schneidevorrichtungen 228 nach innen von den Würfelblöcken 226, dass eine sequentielle Scheraktion durchgeführt wird, mit enger beabstandeten Schneidevorrichtungen nahe dem Ende der Röhre, die vor dem weiter beabstandeten Schneidevorrichtungen agieren, als von dem Ende der Röhre aus. Dies reduziert ebenfalls die maximale Scherkraft. Es soll verstanden werden, dass die Oberflächenprofile, die Andere sind als die in 3 gezeigten, und Änderungen des gegenüberliegenden Schneidevorrichtungsraums verwendet werden können, um die maximale Scherkraft zu reduzieren. Darüber hinaus müssen die Schneidevorrichtungen 228 nicht quadratisch sein, sondern können konfiguriert sein, um Teile mit anderen Formen zu erzeugen.
Der eine Schritt des Quetsch- und Scherprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert die Druckröhren in kleine flache Coupons (Teile), was viele Vorteile hat. Es hat minimale Materialbehandlungsanforderungen, so dass keine zusätzliche Ausstattung erforderlich ist, um den verstrahlten Müll abzufüllen und keine nachfolgende Materialbehandlung ist erforderlich. Die Teile können einfach fallengelassen werden in den Behälter in einer zufälligen Reihenfolge, wodurch die Komplexität und potentielle Risiken der Systeme verhindert werden, die Mechanismen erfordern zum Ausrichten oder Stapeln von Material. Dies vereinfacht das Design, eliminiert mögliche Fehlermodi und behält eine kompakte Gesamtgröße bei.
Die Form des Abfallmaterials beschränkt nicht die folgende abgeschirmte Behältergröße oder Form, so dass eine maximale Behältergröße und Form gewählt werden kann, um das erforderliche Materialausmaß aufzunehmen, um die Materialbehandlung, Gewicht und Transport, Lagerungs- und Speicherungsbedingungen zu optimieren. Beispielsweise erlaubt die Reduktion des Bruttovolumens des Abfallmaterials die Verwendung eines kleineren und leichteren abgeschirmten Behälters zur Handhabung auf der Endlagerungsseite, wodurch die Gesamtentfernungs/Endlagerungsaufgabe beschleunigt wird, was ökonomisch ist. Das Volumenreduktionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist kompakt und leicht um geeignet an verschiedenen Einsatzorten verwendet zu werden, während es vollständig abgeschirmt bleibt, um einem Personal den Aufenthalt bei oder nahe der Einrichtung zu erlauben.
Obwohl das Volumenreduktionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Verwendung von Druckröhren beschrieben wurde, kann es auch verwendet werden, um Calandriaröhren zu entfernen und zu verarbeiten oder andere hohle zylindrische Komponenten verschiedener Querschnittsformen. Das Entfernen der Caladriaröhren kann separat von den Druckröhren erfolgen oder gleichzeitig. Folglich kann der Hub der Zuführergreifer 310 und der Hub der Würfelvorrichtungen 226 größenmäßig ausgebildet sein, um die Caladriaröhren mit größerem Durchmesser aufzunehmen. Ferner ist ein Skalieren möglich, um das System für eine Verarbeitung anderer Komponenten anzupassen. Die Schachbrettschertechnik gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Lage Komponenten mit dicken Querschnittsabschnitten zu verarbeiten (bis zu 10 mm ist erfolgreich getestet worden) und kann jederzeit nach oben oder nach unten angepasst werden, um die Anforderungen der Anwendung angepasst zu werden. Das Volumenreduktionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann andere kommerzielle Anwendungen umfassen, wie beispielweise die Renovierung und/oder die Stilllegung von radioaktiven Anlagen sowie Volumenreduktionsanwendungen für nicht strahlende Komponenten in nicht nuklearen Industrien wie beispielsweise Abfallmanagementindustrien.

Claims

Vorrichtung zum Reduzieren des Endlagerungsvolumens einer verlängerten zylindrischen Röhre, gekennzeichnet durch ein Paar von nach innen weisenden gegenüberliegenden Würfelblöcken (226), ein Mittel (214, 218) zum Bewegen der Würfelblöcke (226) zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position, und ein Zuführungsmittel (300) zum Positionieren eines Endbereichs der zylindrischen Röhre zwischen die Blöcke (226) in der offenen Position, wobei jeder der Würfelblöcke (226) eine Anordnung von erhöhten Schneidevorrichtungen (228) und ausgesparten Taschen (230) enthält, wobei jede der Schneidevorrichtungen (228) von einem der Würfelblöcke (226) angepasst ist, um genau von einer gegenüberliegenden Tasche (230) des anderen der Würfelblöcke (226) aufgenommen zu werden, wenn die Würfelblöcke (226) von der offenen Position zu der geschlossenen Position bewegt werden, um folglich den Endbereich in eine im Wesentlichen flache Struktur zu zerdrücken und sie in eine Mehrzahl von Teile zu trennen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, enthaltend einen Auswerfer (232) in jeder der Taschen (230) zum Auswerfen eines geschnittenen Teils.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Auswerfer (232) in Antwort auf eine Bewegung der Würfelblöcke (226) von der geschlossenen Position zu der offenen Position betrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder Würfelblock (226) montiert ist für eine Bewegung in Relation zu einer fixierten Abstützung (204), wobei die Abstützung (204) ein Stoppmittel (244, 246) enthält, der Auswerfer (232) ein verlängertes fixiertes Element (240) enthält, das durch den Würfelblock (226) hindurch gleitbar montiert ist und sich zwischen der Tasche (230) und dem äußeren des Würfelblocks (226) erstreckt, wobei das Außenende des Auswerfers positioniert ist, um an das Stoppmittel (244, 246) anzugreifen, wenn der Würfelblock (226) von der geschlossenen Position zu der offenen Position bewegt wird, wodurch das andere Ende in die Tasche (230) in Kontakt mit dem Teil erstreckbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Würfelblöcke (226) zwischen der offenen und der geschlossenen Position durch Hydraulikzylinder (214), die an der fixierten Abstützung (204) montiert sind, bewegt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Reduzieren des Endlagerungsvolumens von verstrahlten radioaktiven zylindrischen Röhren eines Kernreaktors, ferner mit einer bewegbaren Montagebasis (500), die angepasst ist, um operativ benachbart zu einer Reaktorfläche an ausgewählten Röhrenpositionen positioniert zu sein; eine Zuführeinheit, die das Zuführermittel (300) enthält, die auf der Basis (500) montiert ist zum Angreifen und Vorschieben der ausgewählten Röhre aus dem Reaktor heraus; eine Pressanordnung (200), die auf der Basis (500) montiert ist, enthaltend die Würfelblöcke (226) und das Mittel (214, 218) zum Bewegen, wobei die Würfelblöcke positioniert sind, um in der offenen Position den Endbereich der ausgewählten Röhre zwischen sich aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner enthaltend eine Rücknahmeeinheit (100), die auf der Basis (500) montiert ist, zum Angreifen an dem Ende der ausgewählten Röhre und zum Zurückziehen dieser von der Reaktorfläche in eine Position für einen operativen Eingriff mit dem Zuführermittel (300).
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner enthaltend einen entfernbaren Behälter (404), der unterhalb der Würfelblöcke (226) positioniert ist zum Aufnehmen der geschnittenen Teile.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner enthaltend ein Türmittel (250), das unter den Würfelblöcken (226) und über dem Behälter (404) positioniert ist, wobei das Türmittel (250) selektiv bewegbar ist von einer geschlossenen Position zum Aufnehmen der geschnittenen Teile in eine offenen Position zum Ausgeben der Teile in den entfernbaren Behälter (404).
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jede der Schneidevorrichtungen (228) eine nach innen weisende Fläche (229) aufweist, für einen Quetscheingriff mit der Röhre, und einen Schneiderand (231) auf dem Umfang der Fläche, wobei der Scheiderand (231) profiliert ist, um eines der Teile durch einen progressiven Scherungsvorgang zu trennen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jede Schneidevorrichtung (228) einen Schneiderand (231) hat, der im Wesentlichen quadratisch ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abstand zwischen den Schneiderändern (231) der Schneidevorrichtungen (228) und der entsprechenden gegenüber liegenden Taschen (230) über die Anordnung hinweg variiert, so dass die Teile folglich geschert werden, wenn die Würfelblöcke (226) von der offenen Position zu der geschlossenen Position bewegt werden.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abstand zwischen den Schneiderändern (231) der Schneidevorrichtungen (228) und der entsprechenden gegenüberliegenden Taschen (230) über die Anordnung hinweg progressiv zunimmt, so dass die Teile folglich von dem Ende der zylindrischen Röhre aus beginnend geschert werden.
Verfahren zum Reduzieren des Endlagerungsvolumens einer verlängerten zylindrischen Röhre, gekennzeichnet durch: a) Positionieren des Endbereichs der zylindrischen Röhre zwischen einem Paar von nach innen weisenden gegenüberliegenden Würfelblöcken (226), die bewegbar sind zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position, wobei jeder der Würfelblöcke (226) eine Anordnung von erhöhten Schneidevorrichtungen (228) und ausgesparte Taschen (230) enthält, wobei jede der Schneidevorrichtungen (228) von einem der Würfelblöcke (226) angepasst ist um genau von einer gegenüberliegenden Tasche (230) des anderen der Würfelblöcke (226) aufgenommen zu werden, wenn die Würfelblöcke (226) von der offenen Position zu der geschlossenen Position bewegt werden; b) Bewegen der Würfelblöcke (226) von der offenen Position zu der geschlossenen Position, um folglich den Endbereich in eine im Wesentlichen flache Struktur zu quetschen und sie in eine Mehrzahl von Teile zu teilen; c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) bis die zylindrische Röhre in Teile geteilt ist.
Verfahren nach Anspruch 14 zum Reduzieren des Endlagerungsvolumens von verstrahlten radioaktiven zylindrischen Röhren eines Kernreaktors, ferner mit Kontaktieren des Endes einer ausgewählten Röhre an der Reaktorfläche und Vorschieben eines Bereichs der ausgewählten Röhre aus dem Reaktor heraus.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei jede der Schneidevorrichtungen (228) eine nach innen weisende Fläche (229) aufweist für einen zermalmenden Eingriff mit der zylindrischen Komponente, und einen Schneiderand (231) auf dem Umfang der Fläche (229), wobei der Schneiderand (231) profiliert ist, um eines der Teile durch einen progressiven Scherungsvorgang zu teilen.
Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei jede Schneidevorrichtung (228) einen Schneiderand (231) aufweist, der im Wesentlichen quadratisch ist.
Verfahren nach Anspruch 14, 15, 16 oder 17, wobei der Abstand zwischen den Schneiderändern (231) der Schneidevorrichtungen (228) und der entsprechenden gegenüberliegenden Taschen (230) über die Anordnung hinweg variiert, so dass die Teile folglich geschert werden, wenn sich die Würfelblöcke von der offenen Position zu der geschlossenen Position bewegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Abstand zwischen den Schneiderändern (231) der Schneidevorrichtungen (228) und der entsprechenden gegenüberliegenden Taschen (230) über die Anordnung hinweg progressiv zunimmt, so dass die Teile folglich von dem Ende der zylindrischen Röhre aus beginnend geschert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Bewegen der Würfelblöcke (226) zwischen der offenen und der geschlossenen Position durch Hydraulikzylinder (214) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, enthaltend ein Aufnehmen der geschnittenen Teile (404) in einem Behälter, der unter den Würfelblöcken (226) positioniert ist.