ES2962339T3 - Contenedores de almacenamiento de residuos nucleares - Google Patents
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Abstract
Un sistema de almacenamiento en seco para materiales de desechos nucleares radiactivos en una realización incluye un recipiente que tiene una carcasa tubular que define una cavidad interna para almacenar material de desechos nucleares, una tapa soldada de forma sellable a un extremo de la carcasa y un cierre de extremo unido a un segundo extremo de la carcasa. caparazón. El cierre de extremo incluye una placa base que tiene una pestaña de cierre anular periférica vuelta hacia arriba. En una realización, se forma una junta a tope que se extiende circunferencialmente entre la brida de cierre y el segundo extremo de la carcasa que se sella herméticamente mediante una soldadura a tope que atraviesa todo el espesor de la pared. Varias realizaciones pueden incluir además barreras secundarias de retención de presión que encierran el recipiente o partes seleccionadas del mismo más susceptibles a fallar bajo ciertas condiciones. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Contenedores de almacenamiento de residuos nucleares
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad a la Solicitud Provisional de EE. UU. N° 62/242.458 presentada el 16 de octubre de 2015.
Antecedentes
La presente invención generalmente se refiere a sistemas de almacenamiento en seco para materiales de residuos nucleares de alto nivel radiactivo, y más particularmente a un sistema contenedor para almacenar tales materiales. En la operación de reactores nucleares tales como los usados en plantas de generación de energía nuclear, se queman tubos huecos de Zircaloy llenos de uranio enriquecido, conocidos como conjuntos combustibles, dentro del núcleo de reactor nuclear para producir vapor para el ciclo de generación de energía de Rankine. Es necesario retirar estos conjuntos combustibles del reactor después de que su energía se haya agotado hasta un nivel predeterminado. Tras el agotamiento y retirada posterior del reactor, estas barras de combustible nuclear gastado (“SNF”) son todavía altamente radiactivas y producen considerable calor, requiriendo que se tenga mucho cuidado en su posterior embalaje, transporte y almacenamiento. Específicamente, el SNF emite neutrones y fotones gamma extremadamente peligrosos. Es imperativo que estos neutrones y fotones gamma estén contenidos en todo momento posterior a su retirada del núcleo de reactor.
Al descargar combustible de un reactor nuclear, el SNF se retira del reactor y se coloca bajo agua, en lo que generalmente se conoce como piscina o estanque de almacenamiento de combustible gastado. El agua de la piscina facilita la refrigeración del SNF y proporciona una protección contra la radiación adecuada. El SNF se almacena en la piscina durante un período de tiempo que permite que el calor y la radiación desciendan a un nivel suficientemente bajo de modo que el SNF se pueda transportar con seguridad. No obstante, debido a cuestiones de seguridad, espacio y economía, el uso de la piscina solo no es satisfactorio cuando el SNF necesita ser almacenado durante cualquier período de tiempo considerable. De este modo, cuando se requiere un almacenamiento a largo plazo del SNF, es una práctica estándar en la industria nuclear almacenar el SNF en un estado seco posterior a un breve período de almacenamiento en la piscina de combustible gastado. El almacenamiento en seco del SNF típicamente comprende almacenar el SNF en una atmósfera de gas inerte seco encerrado dentro de una estructura que proporciona una protección contra la radiación adecuada.
Mantener el confinamiento del contenido de materiales radiactivos tales como los SNF u otros materiales de residuos contaminados es una función principal de los contenedores soldados usados hasta ahora. Uno de tales contenedores, conocido como contenedor multipropósito (“MPC”), se describe en la Patente de EE. UU. 5.898.747, de Krishna P. Singh, emitida el 27 de abril de 1999.
Normalmente, el SNF se carga en un contenedor abierto que se sumerge bajo el agua en una piscina de combustible. Una vez cargado con el SNF, el contenedor se retira de la piscina, se coloca en un área de preparación, se deshidrata, se evacua, se seca, se sella herméticamente y se transporta a una instalación de almacenamiento a largo plazo. El contenedor típicamente contiene una cesta interna que comprende una matriz de celdas para almacenar y soportar una pluralidad de barras de SNF colocadas dentro de la cavidad del contenedor (véase, por ejemplo, la Patente de EE.<U u .>5.898.747).
En su forma estándar, el límite de confinamiento del contenedor consiste en una placa base gruesa soldada a un armazón cilíndrico de paredes relativamente delgadas. Típicamente, se suelda una tapa superior de pared gruesa a la extremidad superior del armazón después de que el combustible usado se cargue en el contenedor, conduciendo a un límite de confinamiento totalmente soldado. De este modo, los denominados “residuos de alta actividad”, que incluyen el combustible nuclear usado, se confinan en un espacio rodeado por un contenedor cilíndrico que consiste en un armazón de pared relativamente delgada soldada a una placa base gruesa y una tapa superior gruesa soldada a su extremidad inferior y superior, respectivamente (véase, por ejemplo, la FIG. 1A). Los recintos inferior y superior son estructuras de tipo placa que deben ser suficientemente gruesas para resistir la presión de diseño aplicable al papel del contenedor como recipiente a presión para formar un límite de retención de presión apropiado. La placa base y la tapa superior típicamente están en el intervalo de alrededor de 3 a 9 pulgadas (7,62 a 22,86 centímetros) de grosor, respectivamente (la tapa superior normalmente es mucho más gruesa que la placa base para limitar la dosis de radiación al equipo de soldadura de la tapa). Algunas veces, se suelda un anillo de cierre superior anular estrecho a la tapa del contenedor para proteger los puertos de ventilación y drenaje, como se ilustra, por ejemplo, en la FIG. 1B.
Los contenedores soldados generalmente se almacenan en el interior de módulos exteriores ventilados llamados “barriles” o “sobreembalajes” que vienen en dos variaciones de sistemas de almacenamiento conocidos: sistemas de almacenamiento horizontal en los que los contenedores se almacenan horizontalmente (véase, por ejemplo, la FIG.
2A) y sistemas de almacenamiento verticales en los que los contenedores se almacenan verticalmente (véase, por ejemplo, la FIG. 2B). El material de construcción que se usa casi universalmente en el contenedor interno de almacenamiento de materiales de residuos nucleares es clásicamente acero inoxidable austenítico o una de sus adaptaciones más recientes conocida como acero inoxidable Dúplex. El acero inoxidable es notablemente resistente a todo tipo de corrosión excepto al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), cuya ocurrencia requiere que estén presentes simultáneamente tres parámetros, esto es, un campo de esfuerzo de tracción en la superficie expuesta al medio ambiente, una concentración adecuada de haluros y todos acompañados por una alta humedad relativa en el aire ambiental. Típicamente está presente un nivel de concentración de haluro adecuado en las instalaciones de almacenamiento situadas en la costa, lo que ayuda a desencadenar el SCC. El nivel de humedad umbral, típicamente considerado que es del 20%, también está presente en los emplazamientos costeros. Debido a que el combustible usado envasado en un contenedor está emitiendo calor (tanto como 50 kilovatios, en algunos casos), la mayor parte de la superficie del contenedor se calienta, lo que da como resultado en una reducción concomitante de la humedad del aire en contacto con la superficie externa del contenedor (a medida que el aire se calienta, su humedad relativa disminuye). De este modo, la parte de la superficie del contenedor vulnerable al SCC es el armazón (las placas superior e inferior son gruesas y por lo tanto tienen una reserva mucho mayor contra la propagación de grietas a través de la pared). Más específicamente, la parte más vulnerable del armazón es la región que no está lo suficientemente caliente y, por lo tanto, en contacto con el aire húmedo. En los contenedores verticales, la región o parte inferior donde el aire más frío golpea el contenedor en los barriles/sobreembalajes ventilados es más vulnerable al SCC.
En la medida que el almacenamiento del combustible nuclear en contenedores soldados durante períodos prolongados ha llegado a ser cada vez más el método más preferido en EE. UU., en Reino Unido, en España y en muchos otros países, la necesidad de asegurar una larga vida útil ha llegado a ser importante. Granallar las superficies vulnerables para introducir un estado de tensión de compresión parece ser un medio eficaz para eliminar uno del trío de parámetros que inducen el SCC (esfuerzo de tracción). No obstante, los resultados de esta medida no se conocerán hasta dentro de mucho tiempo.
Se desea un contenedor de almacenamiento de materiales de residuos nucleares mejorado.
Compendio
La presente descripción proporciona un contenedor y un sistema de almacenamiento en seco de materiales de residuos nucleares que emplean un diseño de larga vida útil definitivo que comprende un sistema de protección de contenedor protegido profilácticamente para mitigar los efectos adversos del agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), asegurando por ello la integridad a largo plazo del contenedor de almacenamiento interior y del límite para contener contaminantes radiactivos. Se describen diferentes realizaciones que proporcionan niveles variables de protección adaptados para contenedores almacenados o bien horizontal o bien verticalmente.
El contenedor para almacenamiento en seco de material de residuos nucleares comprende: un primer armazón tubular vertical que define una cavidad interna para almacenar material de residuos nucleares; una tapa superior unida, de manera que se puede sellar, a un primer extremo del primer armazón; un cierre de extremo inferior unido a un segundo extremo del primer armazón, el primer cierre de extremo que comprende una placa base y una pestaña de cierre anular dada la vuelta dispuesta en una parte periférica de la placa base; una junta a tope que se extiende circunferencialmente formada entre la pestaña de cierre anular y el segundo extremo del primer armazón; y una soldadura a tope que se extiende circunferencialmente formada en la junta a tope que sella herméticamente la pestaña de cierre anular al segundo extremo del primer armazón; caracterizado por que un faldón de armazón anular es colindante y se suelda a una parte inferior del primer armazón próximo a su segundo extremo, el faldón de armazón que se extiende circunferencialmente alrededor de la parte inferior y que tiene una altura menor que la altura completa del primer armazón, en donde el faldón de armazón forma una barrera de retención de presión secundaria sellada herméticamente; y en donde el faldón de armazón cubre la junta a tope; en donde partes del primer armazón por encima del faldón de armazón permanecen expuestas hacia el exterior.
Breve descripción de los dibujos
Las características de las realizaciones preferidas se describirán con referencia a los siguientes dibujos, donde elementos similares se etiquetan de manera similar y en los que:
la FIG. 1A es una vista lateral en sección transversal de un contenedor de almacenamiento de material de residuos nucleares conocido;
la FIG. 1B es una vista del mismo que muestra un anillo de cierre parcial superior adicional;
la FIG. 2A es un diagrama esquemático general de un sistema de almacenamiento en seco horizontal existente; la FIG. 2B es un diagrama esquemático general de un sistema de almacenamiento en seco vertical existente; la FIG. 3 es una vista en perspectiva de un sistema de almacenamiento en seco según la presente descripción que comprende un contenedor interno para contener materiales de residuos nucleares y un sobreembalaje o barril de almacenamiento externo;
la FIG. 4 es una vista lateral parcial en sección transversal de las juntas soldadas de la FIG. 3 entre el armazón del contenedor y la placa base y la tapa superior;
la FIG. 5 es una vista lateral del mismo que muestra la adición de una barrera de contención secundaria parcial en forma de un faldón de armazón anular;
la FIG. 6 es una vista en perspectiva separada de un sistema contenedor de doble pared que comprende un conjunto de contenedor interno y de armazón externa que forma una barrera de contención secundaria de cobertura total que encapsula el contenedor interno;
la FIG. 7 es una vista lateral parcial en sección transversal de juntas soldadas usadas en un sistema contenedor que tiene un armazón de doble pared y una tapa superior única;
la FIG. 8 es una vista lateral parcial en sección transversal de la FIG. 7 que muestra la adición de una placa base secundaria, un anillo de cierre parcial opcional en la parte superior y de una fijación de soporte opcional que soporta la segunda placa base;
la FIG. 9 es una vista lateral parcial en sección transversal de las juntas soldadas usadas en el sistema de contenedor de la FIG. 6 que tiene un armazón de doble pared y una tapa superior secundaria; y
la FIG. 10 es una vista de extremo de un contenedor horizontal que tiene un faldón de armazón parcial en una parte inferior del armazón de contenedor.
Todos los dibujos son esquemáticos y no están necesariamente a escala. Una referencia en la presente memoria a un número de figura en la presente memoria que puede incluir múltiples figuras del mismo número con diferentes sufijos alfabéticos se interpretará como una referencia general a todas esas figuras a menos que se señale específicamente de otro modo.
Descripción detallada
Las características y beneficios de la invención se ilustran y describen en la presente memoria mediante referencia a realizaciones ejemplares (“de ejemplo”). Esta descripción de realizaciones ejemplares se pretende que se lea en conexión con los dibujos que se acompañan, que se han de considerar parte de la descripción escrita completa. Por consiguiente, la descripción no se debería limitar expresamente a tales realizaciones ejemplares que ilustran alguna posible combinación no limitante de características que pueden existir solas o en otras combinaciones de características.
En la descripción de las realizaciones descritas en la presente memoria, cualquier referencia a dirección u orientación está destinada meramente a facilitar la descripción y no se pretende de ninguna forma que limite el alcance de la presente invención. Términos relativos tales como “inferior”, “superior”, “horizontal”, “vertical”, “encima”, “debajo”, “arriba”, “abajo”, “parte de arriba” y “parte de abajo”, así como derivados de los mismos (por ejemplo, “horizontalmente”, “hacia abajo”, “hacia arriba”, etc.) se deberían interpretar que se refieren a la orientación según se describe luego o como se muestra en el dibujo bajo discusión. Estos términos relativos solamente son para facilitar la descripción y no requieren que el aparato se construya u opere en una orientación particular. Términos tales como “unido”, “fijado”, “conectado”, “acoplado”, “interconectado” y similares se refieren a una relación en donde las estructuras están aseguradas o unidas entre sí, o bien directa o bien indirectamente a través de estructuras intermedias, así como en uniones o relaciones tanto móviles como rígidas, a menos que expresamente se describa de otro modo.
Como se usa en todo momento, cualquier intervalo descrito en la presente memoria se usa como abreviatura para describir todos y cada uno de los valores que están dentro del intervalo. Cualquier valor dentro del intervalo se puede seleccionar como término del intervalo.
La FIG. 3 muestra un sistema de almacenamiento en seco vertical según la presente descripción para almacenamiento a largo plazo de materiales de residuos nucleares radiactivos tales como combustible nuclear gastado (SNF) u otros materiales de residuos que pueden haber sido contaminados radiactivamente, tal como en una instalación de generación de energía nuclear. El sistema de almacenamiento en seco comprende un contenedor interno 20 que se inserta de manera extraíble en el interior de un sobreembalaje o barril 30 de almacenamiento protegido radioactivamente externo. El barril y el contenedor están configurados para el almacenamiento vertical recto de los materiales de residuos nucleares.
El barril de almacenamiento 30 es un recipiente cilíndrico de acero y hormigón de paredes pesadas que tiene una construcción compuesta que comprende un armazón de metal interno cilíndrico 35, un armazón de metal externo cilíndrico 36 y una estructura de hormigón intermedia cilíndrica 37 dispuesta entre los armazones de metal. Una tapa 31 extraíble cierra el extremo superior abierto 38 del barril 30 y una placa inferior 33 cierra el extremo inferior abierto opuesto 39. El barril es una estructura generalmente masiva y pesada que absorbe los neutrones y los flujos gamma que emanan del combustible nuclear gastado (SNF) almacenado en el contenedor 20. El barril 30 define una cavidad interna 34 que se extiende entre los extremos superior e inferior 38, 39 opuestos del armazón interno 35 que está dimensionado y configurado para ajustarse al contenedor 20 dentro del mismo.
Preferiblemente, se forma un hueco anular 40 entre los armazones internos 35 y el contenedor 20 que proporciona una ruta para que el aire de refrigeración fluya hacia arriba y elimine el calor generado por el combustible nuclear gastado que se desintegra radiactivamente en el interior del contenedor 20. Una o más entradas de aire de refrigeración 41 y salidas de aire de refrigeración 42 separadas circunferencialmente están formadas en los extremos inferior y superior 39, 38 del barril 30 que están en comunicación fluida con el hueco anular 40. En operación, el aire en el hueco anular 40 calentado por el SNF en el interior del contenedor 20 fluye hacia arriba a través de circulación natural entre el contenedor 20 y el barril 30. El aire de refrigeración calentado se descarga radialmente y/o hacia arriba y hacia fuera desde la parte superior del hueco a través de las salidas de aire 42, arrastrando por ello aire frío ambiental nuevo radialmente y/o hacia arriba y hacia dentro a través de las entradas de aire 41 hacia la parte inferior del hueco anular 40 (véanse las flechas direccionales de flujo de aire de refrigeración que muestran la trayectoria de flujo).
Haciendo referencia a las FIGS. 3-5, el contenedor 20 tiene un cuerpo hueco cilíndrico alargado que comprende un armazón tubular 50 que define una cavidad interna 51 para almacenar material de residuos nucleares. Una cesta de SNF, tal como se describe en la Patente de EE. UU. 5.898.747, se puede disponer en la cavidad para facilitar el almacenamiento de las barras de combustible usadas. Una tapa superior 52 está unida de manera que se puede sellar a un extremo superior 53 del armazón 50 y un cierre de extremo 54 está unido de manera que se puede sellar a un extremo inferior 57 opuesto del armazón. La tapa y el cierre de extremo pueden tener preferentemente forma circular para adaptarse al armazón tubular circular. En algunas disposiciones, la tapa 52 se puede recibir parcial o completamente en la cavidad 51 a través del extremo superior 53 del armazón 50 como se muestra. Por lo tanto, la superficie superior de la tapa 52 que se orienta hacia arriba puede quedar a ras con el extremo superior del armazón en una implementación como se muestra mejor en las FIGS. 4 y 5, o en otras configuraciones puede rebajarse en la misma o extenderse parcialmente por encima del extremo superior del armazón. El contenedor 20 tiene una construcción completamente soldada que sella herméticamente la cavidad interna 51 que almacena el combustible nuclear gastado dentro del mismo.
El cierre de extremo inferior 54 del contenedor 20 comprende una placa base primaria 55 y una pestaña de cierre anular periférica dada la vuelta 56 dispuesta en el área o parte periférica anular de la placa base. El borde anular 59 de la pestaña está orientado verticalmente y define un borde de apoyo 59 que tiene una superficie extrema que se orienta hacia arriba para formar una junta a tope con la superficie extrema que se orienta hacia abajo del extremo inferior del armazón de contenedor 50, como se describe además en la presente memoria. El borde 59 de la pestaña 56 puede estar sustancialmente a ras con la superficie superior de la placa base 55 en algunas realizaciones, como se ilustra en las FIGS. 4 y 5, que se encuentra en el mismo plano de superficie horizontal. No obstante, en otras posibles realizaciones, la pestaña 56 puede sobresalir hacia arriba una distancia corta más allá del plano horizontal definido por la superficie superior de la placa base 55. La pestaña 56 está formada integralmente con la placa base 55 como una parte estructural unitaria de la misma de modo que no haya una junta anular única entre el armazón 50 y la placa base.
En una realización, la tapa 52 y la placa base 55 del contenedor 20 pueden ser preferiblemente sustancialmente más gruesas que el armazón 50 siguiendo los planteamientos de construcción estándar usados para los contenedores de almacenamiento en seco de material de residuos nucleares. El armazón, la tapa y el cierre del extremo inferior del contenedor 20 están hechos preferiblemente de un metal resistente a la corrosión adecuado, tal como, sin limitación, acero inoxidable, incluyendo aceros inoxidables ferríticos, austeníticos (por ejemplo, 316L y 317L) y Dúplex (por ejemplo, aleación S31803 y S32205). El acero inoxidable Dúplex es un acero inoxidable de doble fase con una estructura de grano que comprende tanto ferrita como austenita. Se pueden usar otros materiales metálicos adecuados, incluyendo metales que contienen boro, para fabricar los contenedores de almacenamiento de SNF.
Continuando con la referencia a las FIGS. 3-5, una junta a tope 58 que se extiende circunferencialmente se forma entre el borde orientado verticalmente 59 de la pestaña de cierre anular periférica 56 y el extremo inferior 57 del armazón tubular 50. Una soldadura a tope 60 que se extiende circunferencialmente sella y une herméticamente de manera permanente el cierre de extremo inferior 54 al armazón del contenedor 20. Ventajosamente, la configuración de junta de esquina estándar y las soldaduras de surco/borde de grosor parcial usadas en las uniones de armazón/placa base de contenedor anteriores (véase, por ejemplo, la FIG. 1A) se reemplazan por lo tanto por la configuración de soldadura a tope de grosor completo que se extiende completamente a través de la junta desde el interior hasta el exterior como se muestra, por ejemplo, en las FIGS. 4 y 5. La soldadura a tope proporciona varios beneficios. En primer lugar, la junta de soldadura a tope 58 facilita la prueba mejorada del examen sin destrucción (NDE) de la junta de armazón/placa base mediante técnicas tales como radiografía y ultrasonidos (volumétricos) que se puedan requerir por las agencias reguladoras gubernamentales. La integridad de las soldaduras de borde de la técnica anterior, debido a la configuración geométrica de tales uniones, es menos susceptible a las técnicas de NDE usadas para identificar posibles irregularidades o inclusiones bajo la superficie, tales como las pruebas por radiografía y ultrasónicas. Además, la junta de soldadura a tope descrita en la presente memoria también ayuda a minimizar las tensiones residuales atrapadas en la soldadura que pueden servir como núcleos para el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) en ciertos entornos ambientales.
La junta a tope 58 se coloca preferiblemente próxima a la placa base 55. En una realización, se puede formar una depresión de superficie cóncava 84 hacia arriba que se extiende circunferencialmente en la superficie superior de la placa base 55 entre la placa base y la pestaña de cierre anular adyacente a la pestaña anular 56 y a la junta a tope 58 para permitir que la junta sea situada lo más cerca posible del plano horizontal de la superficie superior de la placa base, como en la realización ilustrada de las FIGS. 4 y 5. El borde 59 de la pestaña anular y la junta a tope, por lo tanto, están sustancialmente a ras en su posición con la superficie superior de la placa base 55. La depresión 84 crea un mayor acceso al lado interior de la junta a tope 58 para facilitar que ambos formen la junta soldada a tope y el NDE posterior de la soldadura en tal disposición acoplada estrechamente. No obstante, en otras realizaciones menos preferidas, pero aún satisfactorias, la pestaña de cierre anular 56 del cierre de extremo inferior 54 puede sobresalir hacia arriba una distancia corta por encima de la superficie superior de la placa base 55 (no mostrada) formando una especie de pared de entramado circular vertical corta que luego se suelda a tope al armazón de extremo inferior 50. Se puede usar cualquier disposición.
El borde periférico anular de la tapa superior 52 se puede soldar por completo y sellar herméticamente al extremo superior 53 del armazón de contenedor 50 usando cualquier tipo de soldadura adecuada, tal como una soldadura de surco 61. En una realización mostrada en las FIGS. 4 y 5, la soldadura 61 que se extiende circunferencialmente alrededor de todo el extremo superior del contenedor puede ser una soldadura de surco biselada como se muestra; no obstante, se pueden usar otros tipos adecuados de soldaduras de surco u otras dependiendo de la configuración de la interfaz de la tapa al contenedor. Está bien dentro del ámbito de los expertos en la técnica seleccionar un tipo apropiado de soldadura, material de relleno de soldadura y perfil de borde de tapa/armazón correspondiente según se necesite.
Debido a que la parte inferior del contenedor 20 expuesta al aire más frío es la ubicación más susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) como se ha tratado anteriormente, la presente descripción proporciona varias técnicas para mitigar el inicio o propagación de este mecanismo de fallo. En los sistemas de almacenamiento en seco verticales, la región de extremo inferior del contenedor 20 es el área problemática para el SCC dado que el aire de refrigeración más frío entra en el sobreembalaje externo o barril 30 en esta ubicación (véase, por ejemplo, la FIG. 3).
Para contenedores 20 de almacenamiento en seco verticales, se puede usar una construcción de contenedor de doble pared/paredes múltiples para combatir el SCC. El contenedor de paredes múltiples, como su nombre indica, comprende diseñar el contenedor con dos recintos sellados discretos que están configurados de manera que una grieta a través de la pared que se origina en uno no se propague al otro, proporcionando por ello un armazón sellado redundante o de respaldo para protección contra posibles fugas de contaminación radiactiva del contenedor. Para este propósito, los dos armazones se sitúan preferiblemente íntimamente cerca uno de otro formando un espacio intersticial extremadamente pequeño entre ellos, pero no están unidos físicamente entre sí mediante técnicas explosivas u otras que permitirían que una grieta que se origina en un armazón migre al siguiente armazón. Como se describe además a continuación, en las realizaciones que siguen se presenta la geometría de construcción de armazón de doble pared en diversos niveles para envoltura del límite de confinamiento de material radiactivo.
La FIG. 5 representa una primera construcción de contenedor de paredes múltiples con faldón que comprende una cobertura de armazón de doble pared parcial para un contenedor de almacenamiento en seco vertical 20 utilizable en el sistema de almacenamiento en seco vertical mostrado en la FIG. 2B anterior, según la invención reivindicada. El faldón del segundo armazón externo anular parcial 70 envuelve solamente una región o parte inferior del armazón interno 50 para elegir como objetivo el área más fría del contenedor 20 como barrera de contención final. El faldón 70 se extiende alrededor de la circunferencia completa del armazón 50. El faldón 70 tiene una altura menor que la altura total del armazón interno 50, y más preferiblemente menor o igual que la mitad de la altura total del armazón interno. El faldón 70 tiene una forma cóncava arqueada que se adapta al diámetro y a la geometría del armazón de contenedor interno 50. En una realización, se usan una pluralidad de soldaduras para sellar herméticamente el faldón de armazón externo 70 a la parte inferior del armazón interno 50. Esto puede incluir una pluralidad de soldaduras de tapón 62 separadas circunferencialmente formadas alrededor del faldón para asegurarlo preferiblemente a la placa base 55 del contenedor 20 que tiene un grosor de material mayor que el armazón interno, proporcionando una conexión más robusta. El extremo superior de forma anular 74 del faldón de armazón 70 se puede sellar al armazón interno 50 a través de una soldadura en ángulo circunferencial completa 63. El extremo inferior de forma anular 75 del faldón se puede sellar a la placa base 55 a través de otra soldadura en ángulo circunferencial completa 63. Se pueden usar otros tipos de soldaduras en otras realizaciones. El faldón de armazón externo 70 se sella herméticamente al armazón interno 50 para formar un límite de retención de presión secundario correspondiente a la extensión del armazón interno cubierta por el faldón.
La FIG. 10 muestra un faldón de armazón de cobertura parcial 700 adaptado para un contenedor de almacenamiento en seco horizontal 200 tal como los usados en el sistema de almacenamiento de material de residuos nucleares en seco horizontal mostrado en la FIG. 2A anterior, no obstante, que no forma parte de la invención reivindicada.
El faldón 700 tiene una forma cóncava que se adapta al diámetro y a la geometría del armazón de contenedor de almacenamiento. El faldón 700 tiene una extensión circunferencial menor que la circunferencia completa del armazón interno 50 y preferiblemente una longitud al menos de la misma extensión que la longitud del armazón interno. En una realización, el faldón 700 puede cubrir toda la mitad inferior del contenedor 200 como se muestra, o en otras realizaciones una extensión circunferencial mayor o menor del armazón de contenedor. Se pueden usar soldaduras en ángulo 63, u otras soldaduras adecuadas, para sellar herméticamente el faldón de armazón externo 700 al contenedor 200.
Las FIGS. 6-9 representan ejemplos que no forman parte de la invención reivindicada de una construcción de contenedor de paredes múltiples con cobertura más completa, cada uno que comprende comúnmente un sistema de armazón de doble pared completo como punto de partida. En la realización de las FIGS. 7-8, un segundo armazón externo tubular 71 es colindante y envuelve todo el armazón interno 50 durante al menos la altura completa del armazón interno 50 que se extiende desde al menos el extremo superior 53 hasta el extremo inferior 57 del armazón interno. El armazón externo 71 define una cavidad interna 76 configurada y dimensionada para contener el armazón interno 50. El armazón externo 71 está preferentemente en muy estrecha proximidad al armazón interno 50 tanto como sea posible para minimizar el tamaño de cualquier espacio intersticial anular formado entre los mismos para minimizar la cantidad de aire atrapado en el mismo que se puede evacuar y llenar con un gas inerte.
El armazón externo 71 tiene una altura mayor que el armazón interno 50 en una realización de manera que el extremo inferior del armazón externo se extienda por debajo del extremo inferior del armazón interno para soldarse a la placa base 55 del armazón interno. Los extremos superiores de los armazones interno y externo 50, 71 pueden estar a la misma elevación o altura como se muestra. El extremo superior de forma anular del armazón externo 71 se puede sellar al armazón interno 50 a través de una soldadura de surco circunferencial completa 64 entre los extremos superiores 72, 53 de los armazones externo e interno, respectivamente. El extremo inferior de forma anular 73 del armazón externo 71 se puede sellar a la placa base 55 a través de las mismas soldaduras de tapón 62 y soldaduras en ángulo circunferenciales completas 63 descritas anteriormente (véase, por ejemplo, la FIG. 7). Se pueden usar otros tipos de soldaduras en otras realizaciones. El armazón externo 71 está sellado herméticamente al armazón interno 50 para formar un límite de retención de presión secundario que corresponde a la extensión completa del armazón interno 50 cubierta.
Se puede proporcionar una cobertura de armazón y de placa base completa en una realización alternativa de un contenedor de paredes múltiples 20 como se muestra en las FIGS. 7 y 8. En esta configuración, la placa base primaria 55 soldada al armazón interno primario 50 puede estar cubierta/encerrada y protegida por una placa base secundaria 82 soldada al armazón externo secundario 71. Esta realización incluye una única tapa superior primaria 52. Opcionalmente, la tapa superior 52 también puede incluir un anillo de cierre anular 80 como ya se ha descrito anteriormente. La placa base secundaria exterior 82 es colindante y cubre completamente la superficie inferior que se orienta hacia abajo de la placa base primaria interna 55 que está muy estrecha proximidad a la misma. El espacio intersticial entre los límites interno y externo de los armazones 50, 71 y las placas base 55, 82 se puede evacuar y llenar con un gas inerte (por ejemplo, helio o nitrógeno). La cubierta exterior 71 se puede sellar herméticamente a la placa base secundaria 82 mediante una soldadura adecuada que se extiende circunferencialmente, tal como una soldadura de surco 61. En esta realización, el extremo inferior 73 del armazón externo 71 puede ser de la misma extensión que la superficie inferior de la placa base interna 55 como se muestra en la FIG. 8.
En la realización de la FIG. 8, un anillo de cierre superior anular 80 se puede soldar opcionalmente a la tapa superior 52 y a los extremos superiores 72, 53 de los armazones interno y externo 50, 71, respectivamente. Se puede proporcionar cualquier tipo adecuado de soldadura. En una realización, se puede proporcionar una soldadura en ángulo circunferencial completa 63 sobre los lados interno y externo del anillo de cierre 80 para sellar herméticamente el anillo al contenedor 20. El anillo 80 tiene preferiblemente una anchura suficiente para cubrir y cerrar todos los puertos de paso 81 u otras aberturas que se extienden completamente a través de la tapa hacia la cavidad 51 del contenedor que se pueden usar para evacuar el aire y secar el interior del contenedor durante el proceso de secado de contenedor descrito anteriormente.
En algunas realizaciones, la placa base secundaria 82 opcionalmente puede estar apuntalada por una pluralidad de fijaciones de soporte 83 de cualquier tipo adecuado, como se muestra en la FIG. 8. Las fijaciones 83 se extienden completamente a través de la placa base exterior 82 y solamente parcialmente dentro de la placa base interna 55 hasta una profundidad que proporciona suficiente agarre para asegurar las fijaciones en la misma. En una realización, se pueden usar fijaciones roscadas tales como pernos o tornillos para reforzar la unión entre las placas base interna y externa 55, 82. Las fijaciones de soporte pueden ser necesarios si la placa base secundaria 82 y su unión con el armazón externo 71 no es estructuralmente suficiente para resistir la presión interna bajo el escenario hipotético en el que se supone que el armazón de confinamiento interno ha desarrollado una fuga. Esto forma una barrera de retención de presión secundaria o de respaldo.
En una realización y variación alternativa de la construcción de contenedor de paredes múltiples (doble armazón) mostrada en las FIGS. 6 y 9, se puede proporcionar una cobertura completa de los límites de confinamiento superior, inferior y lateral para el armazón interno, su placa base y su conjunto de cierre inferior. Esta configuración concibe rodear todo el límite de confinamiento primario del contenedor 20 formado por el armazón interno 50 por un límite de confinamiento secundario completo. Una tapa superior secundaria externa 79 está soldada de manera que se puede sellar a lo largo de su borde periférico al extremo superior 77 del armazón externo 71, que por ello cubre y encierra por completo la tapa superior 52 en el armazón interno 50. Se puede usar una soldadura de surco circunferencial completa 61 para sellar la tapa 79 al armazón 71 (véase, por ejemplo, la FIG. 9). La tapa superior 79 está preferiblemente en estrecha proximidad a la tapa superior 52. En esta construcción, el armazón externo 71 se extiende por encima del extremo superior 53 del armazón interno 50 (véase, por ejemplo, la FIG. 6) en contraste con la disposición sin una tapa superior secundaria 79 en la que los extremos de los armazones interno y externo están a ras uno con otro (véase, por ejemplo, las FIGS. 7 y 8). La placa base primaria 55 en el extremo inferior del armazón interno 50 ya está cubierta y encerrada por la placa base secundaria 82 como se describe en la presente memoria.
Como medida adicional de defensa en profundidad, el espacio intersticial entre las dos paredes de los armazones interno y externo 50, 71 en las construcciones de paredes múltiples anteriores se puede evacuar y llenar con un gas inerte tal como, sin limitación, helio o nitrógeno. También vale la pena señalar que ya sea que se proporcione un armazón externo parcial o completo para un contenedor de paredes múltiples 20, la cavidad 34 del barril de almacenamiento externo 30 todavía está dimensionada para insertar y alojar el contenedor en la misma de una manera que mantenga el hueco anular 40 entre el contenedor y el barril para una refrigeración por convección natural.
Se apreciará que cualquiera de los conjuntos de contenedores de doble pared o con faldón anteriores se puede almacenar en el sobreembalaje o barril 30 mostrado en la FIG. 3 dimensionando la cavidad 34 apropiadamente para alojar las partes de mayor diámetro de los contenedores de doble pared o con faldón. También se apreciará que todas las soldaduras descritas en la presente memoria, con excepción de las soldaduras de tapón 62, son soldaduras circunferenciales completas que se extienden completamente alrededor del contenedor y de su armazón, tapas o placas base, según sea aplicable, para formar límites de presión sellados de manera completamente hermética.
Si bien la descripción y los dibujos anteriores representan realizaciones preferidas o ejemplares de la presente invención, se entenderá que se pueden hacer diversas adiciones, modificaciones y sustituciones en la misma dentro del alcance de las reivindicaciones que se acompañan.
El alcance de la invención que se define por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (9)
1. Un contenedor para el almacenamiento en seco de material de residuos nucleares, el contenedor que comprende: un primer armazón tubular vertical (50) que define una cavidad interna para almacenar material de residuos nucleares;
una tapa superior (52) unida de manera que se puede sellar a un primer extremo del primer armazón;
un cierre de extremo inferior unido a un segundo extremo del primer armazón, el cierre de extremo que comprende una placa base (55) y una pestaña de cierre anular dada la vuelta (56) dispuesta en una parte periférica de la placa base;
una junta a tope (58) que se extiende circunferencialmente formada entre la pestaña de cierre anular (56) y el segundo extremo (57) del primer armazón; y
una soldadura a tope (60) que se extiende circunferencialmente formada en la junta a tope que sella herméticamente la pestaña de cierre anular al segundo extremo del primer armazón;
caracterizado por comprender
un faldón de armazón anular (70) colindante y soldado a una parte inferior del primer armazón próximo a su segundo extremo, el faldón de armazón que se extiende circunferencialmente alrededor de la parte inferior y que tiene una altura menor que la altura completa del primer armazón, en donde el faldón de armazón forma una barrera de retención de presión secundaria sellada herméticamente; y en donde el faldón de armazón cubre la junta a tope (58); en donde partes del primer armazón (50) por encima del faldón de armazón (70) permanecen expuestas hacia fuera.
2. El contenedor según la reivindicación 1, en donde la pestaña de cierre anular (56) tiene un borde que está orientado verticalmente en la junta a tope para acoplarse con el segundo extremo del primer armazón.
3. El contenedor según las reivindicaciones 1 o 2, en donde la tapa superior (52) está sellada herméticamente al primer extremo del primer armazón mediante una junta anular soldada (61).
4. El contenedor según la reivindicación 3, que comprende además un anillo de cierre anular (80) soldado a la tapa superior y al primer extremo del primer armazón que cubre la junta soldada de la tapa.
5. El contenedor según la reivindicación 1, en donde la pestaña de cierre anular (56) está formada integralmente con la primera placa base como una parte estructural unitaria de la misma.
6. El contenedor según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 5, que comprende además una depresión de superficie cóncava anular (84) formada en una superficie superior de la placa base adyacente a la pestaña anular y a la junta a tope.
7. El contenedor según la reivindicación 1, en donde el primer armazón (50), la placa base (55) y la tapa (52) están formadas de acero inoxidable.
8. El sistema de contenedor según la reivindicación 1, en donde un borde superior de la pestaña de cierre anular dada la vuelta (56) del cierre de extremo está sustancialmente a ras con una superficie superior de la placa base (55).
9. El sistema de contenedor según la reivindicación 1, en donde la pestaña de cierre anular dada la vuelta (56) del cierre de extremo se proyecta hacia arriba una distancia más allá de un plano horizontal definido por la superficie superior de la placa base (55).
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