RU2796637C1 - Spent nuclear fuel storage facility - Google Patents
Spent nuclear fuel storage facility Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796637C1 RU2796637C1 RU2022130228A RU2022130228A RU2796637C1 RU 2796637 C1 RU2796637 C1 RU 2796637C1 RU 2022130228 A RU2022130228 A RU 2022130228A RU 2022130228 A RU2022130228 A RU 2022130228A RU 2796637 C1 RU2796637 C1 RU 2796637C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- storage
- nuclear fuel
- canisters
- spent nuclear
- canister
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к атомной энергетике, а именно, к пунктам сухого хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) камерного типа и предназначено для временного хранения отработавшего ядерного топлива с целью снижения остаточного тепловыделения топлива перед отправкой на хранение в пристанционном хранилище или на переработку.SUBSTANCE: invention relates to nuclear power engineering, namely, to chamber-type dry storage facilities for spent nuclear fuel (SNF) and is intended for temporary storage of spent nuclear fuel in order to reduce residual heat release of fuel before being sent for storage in an on-site storage facility or for reprocessing.
Уровень техникиState of the art
Из патентного документа RU2273067C1, известно хранилище отработавшего ядерного топлива, содержащее вертикальную скважину с перемычкой в верхней части скважины, размещенные в скважине контейнеры (гнезда) с пеналами с отработавшим ядерным топливом и систему вентиляции скважины. Контейнеры выполнены в виде цилиндров с перфорированными участками в нижней части и установлены вертикально на забой скважины. Пеналы с отработавшим ядерным топливом расположены в контейнерах один над другим. При этом в скважине установлен, по меньшей мере, один свободный контейнер, а перемычка в верхней части скважины установлена ниже верхних торцов контейнеров. Контейнеры с пеналами с отработавшим ядерным топливом расположены по периметру скважины, а свободный контейнер установлен между ними в центре скважины.From patent document RU2273067C1, a storage facility for spent nuclear fuel is known, containing a vertical well with a bridge in the upper part of the well, containers (nests) with canisters with spent nuclear fuel placed in the well, and a well ventilation system. The containers are made in the form of cylinders with perforated sections in the lower part and are installed vertically on the bottom of the well. Canisters with spent nuclear fuel are located in containers one above the other. In this case, at least one free container is installed in the well, and the jumper in the upper part of the well is installed below the upper ends of the containers. Containers with canisters with spent nuclear fuel are located along the perimeter of the well, and a free container is installed between them in the center of the well.
В описанном хранилище пеналы загружаются в контейнеры (гнезда) один на другой в виде гирлянды и удерживаются в контейнерах на заданной высоте с помощью проставок, а по центру с помощью центраторов. Выделяемое при хранении отработавшего ядерного топлива тепло отводится в атмосферу естественным проветриванием. Холодный воздух через перфорированные участки контейнеров попадает во внутреннее пространство контейнеров и, нагреваясь, поднимается вверх и выводится в атмосферу. При необходимости извлечения нижнего пенала верхние пеналы с ОТВС перегружаются в свободный контейнер без извлечения на поверхность, а нижний пенал извлекается для ремонта или на переработку.In the described storage, canisters are loaded into containers (nests) one on top of the other in the form of a garland and are held in containers at a given height with the help of spacers, and in the center with the help of centralizers. The heat released during storage of spent nuclear fuel is removed to the atmosphere by natural ventilation. Cold air through the perforated sections of the containers enters the interior of the containers and, being heated, rises and is discharged into the atmosphere. If it is necessary to remove the lower canister, the upper canisters with SFAs are reloaded into a free container without being taken to the surface, and the lower canister is removed for repair or processing.
К недостаткам известного хранилища относится то, что атмосферный воздух будет опускаться по скважине в пространстве между контейнерами, движущийся опускным потоком с малой скоростью, вследствие значительного сечения пространства между контейнерами. Исходя из этого воздух в перфорированные участки контейнеров будет поступать уже предварительно подогретым от стенок контейнеров, что приведет к уменьшению его плотности и, соответственно, к снижению естественной тяги, создающейся за счет разности плотностей воздуха в нижней и верхней частях скважины.The disadvantages of the known storage include the fact that atmospheric air will descend along the well in the space between the containers, moving downstream at low speed, due to the significant cross section of the space between the containers. Based on this, air will enter the perforated sections of the containers already preheated from the walls of the containers, which will lead to a decrease in its density and, accordingly, to a decrease in the natural draft created due to the difference in air densities in the lower and upper parts of the well.
В результате, особенно в летний период, снижение естественной тяги может привести к повышению температуры пеналов с ОТВС, учитывая также, что передача тепла от ТВС к атмосферному воздуху имеет низкую эффективность, так как тепловой поток преодолевает термические сопротивления от воздуха внутри пенала к воздуху в контейнере и от воздуха в контейнере к атмосферному воздуху.As a result, especially in summer, a decrease in natural draft can lead to an increase in the temperature of the canisters with SFAs, also taking into account that the heat transfer from the fuel assemblies to the atmospheric air has a low efficiency, since the heat flow overcomes thermal resistance from the air inside the canister to the air in the container and from the air in the container to atmospheric air.
Наличие перфорированных участков в нижней части гнезд (ячеек) не позволяет использовать гнезда (ячейки) в качестве дополнительного барьера безопасности.The presence of perforated sections in the lower part of the nests (cells) does not allow the nests (cells) to be used as an additional safety barrier.
Из патентного документа RU2572361C1 известно хранилище отработавшего ядерного топлива. Хранилище содержит камеру хранения с монолитными железобетонными защитными стенами, в которой гнезда установлены между ее верхним и нижним перекрытиями. Гнезда снабжены защитными пробками, устанавливаемыми в гнезда на сварке после загрузки двух пеналов и снабженными пробоотборными трубками, соединяющими через запорный клапан внутреннюю полость гнезда с обслуживаемой зоной. Камера хранения снабжена оборудованием, обеспечивающим дистанционную загрузку пеналов с ОЯТ в гнезда хранения и установку в них защитных пробок. Система естественной вентиляции содержит установленные в нижнем перекрытии камеры закладные трубы, соединяющие камеру с подкамерным пространством, соединенным, в свою очередь, с воздухозаборными устройствами. Верхняя часть камеры соединена вытяжными каналами с выхлопными трубами, расположенными на крыше камеры.From patent document RU2572361C1, a storage facility for spent nuclear fuel is known. The storage contains a storage chamber with monolithic reinforced concrete protective walls, in which nests are installed between its upper and lower floors. The nests are equipped with protective plugs that are installed in the nests during welding after loading two canisters and equipped with sampling tubes connecting the internal cavity of the nest with the serviced area through a shut-off valve. The storage chamber is equipped with equipment that ensures remote loading of canisters with spent nuclear fuel into storage nests and installation of protective plugs in them. The natural ventilation system contains embedded pipes installed in the lower ceiling of the chamber, connecting the chamber with the under-chamber space, connected, in turn, with air intake devices. The upper part of the chamber is connected by exhaust channels with exhaust pipes located on the roof of the chamber.
К недостаткам известного хранилища следует отнести расход воздуха по гнездам (каналам) хранения с пустыми пеналами, что снижает эффективность охлаждения пеналов с ОТВС. The disadvantages of the known storage include the air flow through the nests (channels) of storage with empty canisters, which reduces the cooling efficiency of canisters with SFAs.
К основным требованиям, предъявляемым к хранилищам ОЯТ относятся следующие:The main requirements for SNF storage facilities include the following:
- обеспечение ядерной безопасности при хранении и проведении транспортно-технологических операций с отработавшим топливом;- ensuring nuclear safety during storage and transport and technological operations with spent fuel;
- обеспечение радиационной безопасности персонала и защита окружающей среды;- ensuring the radiation safety of personnel and protecting the environment;
- контроль отвода остаточного тепловыделения, гарантия целостности топливной оболочки и сохранности топлива в хранилище.- control of residual heat removal, guarantee of the integrity of the fuel cladding and the safety of the fuel in the storage.
Радиационная безопасность хранилища ОЯТ существенно зависит от состояния оболочек твэлов. The radiation safety of the spent nuclear fuel storage depends significantly on the state of the fuel cladding.
Ключевой характеристикой для целостности ОЯТ при сухом способе хранения является температура оболочек твэлов, что делает задачу повышения эффективности охлаждения ОЯТ в хранилище актуальной.The key characteristic for the integrity of SNF in the dry storage method is the temperature of the fuel cladding, which makes the task of increasing the efficiency of SNF cooling in storage relevant.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении безопасности хранения ОЯТ.The problem to be solved by the invention is to improve the safety of SNF storage.
Технический результат, получаемый при внедрении изобретения, заключается в повышении эффективности охлаждения пеналов с ОЯТ в хранилище и в повышении радиационной безопасности.The technical result obtained by implementing the invention is to increase the efficiency of cooling canisters with SNF in the storage facility and to improve radiation safety.
Указанный технический результат достигается тем, что в хранилище отработавшего ядерного топлива, содержащем камеру хранения с монолитными железобетонными защитными стенами, пеналы, предназначенные для размещения отработавших тепло-выделяющих сборок, верхнее и нижнее перекрытия, систему естественной вентиляции, в состав которой входят вертикальные отводящие и подводящие воздуховоды с воздухозаборными устройствами, горизонтальные входной и выходной коллекторы, между которыми расположено нижнее перекрытие с установленными закладными трубами для обеспечения направления воздушного потока только через закладные трубы, в верхнем перекрытии соосно с закладными трубами нижнего перекрытия установлены закладные трубы, в которые вставлены пробки, отделяющие хранилище от помещения с перегрузочной машиной, в закладные трубы нижнего перекрытия вставлены пеналы, в каждую трубу встановлен либо пенал с ОЯТ, либо пустой пенал с заглушкой, забор холодного воздуха выполнен на высоте, обеспечивающей невозможность попадания в воздушный коллектор поверхностной воды.The specified technical result is achieved by the fact that in the storage of spent nuclear fuel, containing a storage chamber with monolithic reinforced concrete protective walls, canisters designed to accommodate spent fuel assemblies, upper and lower floors, a natural ventilation system, which includes vertical outlet and inlet air ducts with air intake devices, horizontal inlet and outlet manifolds, between which there is a lower ceiling with installed embedded pipes to ensure that the air flow is directed only through the embedded pipes, in the upper ceiling, coaxially with the embedded pipes of the lower ceiling, embedded pipes are installed, into which plugs are inserted that separate the storage from the room with the refueling machine, canisters are inserted into the embedded pipes of the lower ceiling, either a canister with SNF or an empty canister with a plug is inserted into each pipe, the cold air intake is made at a height that makes it impossible for surface water to enter the air collector.
Все закладные трубы нижнего перекрытия до начала загрузки закрыты.All embedded pipes of the lower floor are closed before loading.
До начала загрузки все закладные трубы нижнего перекрытия перекрыты пустыми пеналами с заглушками.Prior to loading, all embedded pipes of the lower floor are covered with empty canisters with plugs.
В закладную трубу нижнего перекрытия либо установлен пенал с ОЯТ, либо пустой пенал с заглушкой.Either a canister with SNF or an empty canister with a plug is installed in the embedded pipe of the lower ceiling.
Пеналы размещены с шагом, обеспечивающим ядерную безопасность хранения. The canisters are placed with a step that ensures nuclear safety of storage.
Пеналы имеют цилиндрическую форму, корпус пеналов имеет оребрение, что увеличивает площадь теплообменной поверхности пенала и, соответственно, повышает эффективность его охлаждения.The canisters have a cylindrical shape, the body of the canisters has ribs, which increases the area of the canister's heat exchange surface and, accordingly, increases its cooling efficiency.
Верхняя поверхность пробки снабжена устройством под захват, закрытым крышкой, на заплечиках пробки имеется уплотнение, нижняя часть пробки снабжена теплоизоляцией.The upper surface of the cork is equipped with a gripping device closed with a lid, there is a seal on the shoulders of the cork, and the lower part of the cork is provided with thermal insulation.
Пенал, в который загружена ОЯТ, заполнен свинцом, что повышает эффективность отвода тепла от твэлов. Нижняя узкая часть пенала представляет собой демпфер, днище корпуса пенала снабжено цанговым захватом для закрепления ОЯТ, крышка пенала имеет грибок под захватное устройство.The canister in which SNF is loaded is filled with lead, which increases the efficiency of heat removal from fuel rods. The lower narrow part of the canister is a damper, the bottom of the canister body is equipped with a collet gripper for fixing SNF, the canister cover has a fungus for the gripping device.
Погружение ОЯТ в пенал, предварительно залитый жидким свинцом, осуществляется штатным перегрузочным оборудованием. Предотвращение всплытия обеспечивает цанговый захват пенала.Immersion of SNF into a canister preliminarily filled with liquid lead is carried out by standard refueling equipment. Prevention of ascent provides a collet grip of the pencil case.
Входная часть нижнего воздушного коллектора может иметь U-образную форму, в нижней части которой установлен трап, предназначенный для отвода воды в случае её попадания в U-образный коллектор. The inlet part of the lower air collector can have a U-shape, in the lower part of which a ladder is installed, designed to drain water in case it enters the U-shaped collector.
Пространство между корпусом пенала и закладной трубой нижнего перекрытия образует вертикальные воздушные каналы, по которым протекает охлаждающий воздух. Пустой пенал с заглушкой, установленный в закладную трубу нижнего перекрытия, перекрывает закладную трубу, тем самым увеличивая поток охлаждающего воздуха в закладных трубах с пеналами с ОЯТ.The space between the casing of the canister and the laying pipe of the lower floor forms vertical air channels through which cooling air flows. An empty canister with a plug, installed in the embedding pipe of the lower ceiling, closes the embedding pipe, thereby increasing the flow of cooling air in the embedded pipes with canisters with SNF.
Закладные трубы обеспечивают движение воздушного потока только через пространство между корпусом пенала и закладной трубой.Embedded pipes ensure the movement of air flow only through the space between the canister body and the embedded pipe.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлен один из возможных вариантов реализации изобретения.The invention is illustrated by drawings, which show one of the possible embodiments of the invention.
На фиг. 1 приведен общий вид хранилища ОЯТ.In FIG. 1 shows a general view of the SNF storage facility.
На фиг. 2 показан пенал с ОЯТ. In FIG. 2 shows a canister with spent nuclear fuel.
На фиг. 3 приведен пенал с ОЯТ с временной заглушкой.In FIG. 3 shows a canister with spent nuclear fuel with a temporary plug.
Хранилище содержит камеру хранения с монолитными железобетонными стенами, образующими подводящие и отводящие воздуховоды, верхним и нижним перекрытиями, в которых соосно установлены закладные трубы. The storage contains a storage chamber with monolithic reinforced concrete walls forming inlet and outlet air ducts, upper and lower ceilings, in which embedded pipes are installed coaxially.
Для охлаждения установленных в закладные трубы нижнего перекрытия пеналов с ОЯТ хранилище снабжено системой охлаждения, основанной на естественной циркуляции воздуха.To cool the canisters with SNF installed in the embedded pipes of the lower ceiling, the storage facility is equipped with a cooling system based on natural air circulation.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Далее описан возможный, но не единственный, вариант осуществления заявленного изобретения.The following describes a possible, but not the only, embodiment of the claimed invention.
Хранилище может состоять из нескольких отсеков для хранения ОЯТ. Каждый отсек (фиг. 1) включает вертикальные отводящие воздуховоды 1, подводящие воздуховоды 2, горизонтальные входной 3 и выходной 4 коллекторы , верхнее 5 и нижнее 6 перекрытия с закладными трубами 7, пеналы 8 с ОЯТ, пустые пеналы 9 для ОЯТ с заглушками 10, пробки 11. В нижней части воздуховода установлены трапы 12 для отвода попавшей в U-образный коллектор воды. Каждому пеналу соответствует своя ячейка.The repository may consist of several SNF storage compartments. Each compartment (Fig. 1) includes vertical
Закладные трубы 7 нижнего перекрытия 6 предназначены для упорядоченного размещения в хранилище пеналов с ОЯТ, и направления потока охлаждающего воздуха вдоль ребер пеналов 8 с ОЯТ.Embedded
Пробки 11, предназначены для биологической защиты персонала от ионизирующего излучения пеналов 8 с ОЯТ, установленных на хранение, и для предотвращения выхода охлаждающего воздуха в помещение центрального зала (ЦЗ). Пробки 11 установлены в верхнем перекрытии отсеков хранилища над ячейками для пеналов 8 с ОЯТ.
Пробка 11 представляет собой цилиндр из металла, имеющий заплечики для установки в верхнее перекрытие 5. Пробка 11 может иметь внутри наполнитель. Верхняя поверхность пробки 11 снабжена устройством под захват (на фиг. не показано), закрытым крышкой, аналогичным устройству под захват крышки пенала 8. На заплечиках пробки 11 имеется уплотнение. Нижняя часть пробки 11 снабжена теплоизоляцией.
Пенал 8 (9) для ОЯТ 21 (фиг. 2) представляет собой закрытую снизу металлическую трубу 14, заполненную свинцом 15. Нижняя узкая часть пенала 8 (9) представляет собой демпфер 16, предохраняющий находящееся в пенале топливо от повреждений при загрузке ОЯТ в пенал. Днище корпуса пенала 8 (9) снабжено цанговым захватом 17, предназначенным для фиксации ОТВС 21 в пенале 8 (9) от всплытия. Крышка 18 пенала 8 (9) имеет грибок 19 под захватное устройство. Для увеличения поверхности теплообмена корпус пенала 8 (9) имеет оребрение 20.Canister 8 (9) for SNF 21 (Fig. 2) is a
Пеналы 8 с ОЯТ размещают в закладные трубы 7, установленные в нижнем перекрытии 6.
Заглушка 10 на пустой пенал 9 для ОЯТ (фиг. 3) представляет съемную металлоконструкцию, состоящую из двух одинаковых элементов, надеваемых на пустой пенал 9 для ОЯТ для перекрытия воздушного потока через закладную трубу 7 нижнего перекрытия 6.The
Предлагаемое хранилище эксплуатируется следующим образом.The proposed repository is operated as follows.
Перед началом загрузки пеналов 8 с ОЯТ во все закладные трубы нижнего перекрытия, кроме одной, должны быть вставлены пустые пеналы 9 с заглушками 10 для обеспечения направления воздушного потока только через закладные трубы, в которые будут установлены пеналы 8 с ОЯТ.Before loading
Попавшая в нижнюю U-образную часть воздуховода 2 вода удаляется самотеком через трап 12.The water that has entered the lower U-shaped part of the
В процессе дальнейшей загрузки хранилища поочередно извлекаются пустые пеналы 9 с заглушками 10 и вместо них устанавливаются пеналы 8 с ОЯТ. На период этих операций пробка 11 извлекается из верхнего перекрытия 5, а после установки пенала 8 с ОТВС устанавливается на место.In the process of further loading of the storage,
Транспортировка пеналов 8 с ОЯТ в хранилище осуществляется с помощью напольной машины 13. Применение напольной машины 13 обеспечивает биологическую защиту персонала и предотвращает разогрев топлива свыше допустимой температуры при транспортировке топлива и в случае возникновения аварийных ситуаций.Transportation of
В помещении, находящемся над верхним перекрытием 5, поддерживается избыточное давление для предотвращения попадания в него воздуха из хранилища. In the room located above the
После заварки крышки 18 производится контроль герметичности пенала 8 с ОЯТ. After welding of the
При хранении ОЯТ в приреакторном хранилище ведется контроль температуры воздуха в вытяжных воздуховодах.When SNF is stored in the near-reactor storage facility, the air temperature in the exhaust air ducts is monitored.
Техническое решение согласно изобретению может быть использовано для сухого хранения отработавшего ядерного топлива перед отправкой на длительное хранение в пристанционном хранилище или на переработку.The technical solution according to the invention can be used for dry storage of spent nuclear fuel before being sent for long-term storage in an on-site storage facility or for reprocessing.
Claims (7)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796637C1 true RU2796637C1 (en) | 2023-05-29 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2273067C1 (en) * | 2004-09-13 | 2006-03-27 | ФГУП "Всероссиский проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии" ВНИПИпромтехнологии | Spent nuclear fuel storage |
RU70725U1 (en) * | 2007-10-09 | 2008-02-10 | ФГУП "Производственное объединение "Маяк" | STORAGE FOR GLAZED RADIOACTIVE WASTE |
EP2075799A1 (en) * | 2004-03-18 | 2009-07-01 | Holtec International, Inc. | Systems and methods for storing high level radioactive waste |
US8098790B2 (en) * | 2004-03-18 | 2012-01-17 | Holtec International, Inc. | Systems and methods for storing spent nuclear fuel |
RU2572361C1 (en) * | 2014-11-27 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральная ядерная организация "Горно-химический комбинат" (ФГУП ФЯО "ГХК") | Spent nuclear fuel storage |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2075799A1 (en) * | 2004-03-18 | 2009-07-01 | Holtec International, Inc. | Systems and methods for storing high level radioactive waste |
US8098790B2 (en) * | 2004-03-18 | 2012-01-17 | Holtec International, Inc. | Systems and methods for storing spent nuclear fuel |
RU2273067C1 (en) * | 2004-09-13 | 2006-03-27 | ФГУП "Всероссиский проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии" ВНИПИпромтехнологии | Spent nuclear fuel storage |
RU70725U1 (en) * | 2007-10-09 | 2008-02-10 | ФГУП "Производственное объединение "Маяк" | STORAGE FOR GLAZED RADIOACTIVE WASTE |
RU2572361C1 (en) * | 2014-11-27 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральная ядерная организация "Горно-химический комбинат" (ФГУП ФЯО "ГХК") | Spent nuclear fuel storage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101512672B (en) | Manifold system for the ventilated storage of high level waste and a method of using the same to store high level waste in a below-grade environment | |
US20200027600A1 (en) | System and method for reclaiming energy from heat emanating from spent nuclear fuel | |
US11264142B2 (en) | Manifold system for the ventilated storage of high level waste and a method of using the same to store high level waste in a below-grade environment | |
EP3195325B1 (en) | An ultra-safe wet storage facility for nuclear fuel | |
CN101523506A (en) | System and method of storing high level waste | |
CN1140507A (en) | System for passively dissipating heat from interior of nuclear reactor containment structure | |
US10706975B2 (en) | Operating floor confinement and nuclear plant | |
JPH0511598B2 (en) | ||
RU2796637C1 (en) | Spent nuclear fuel storage facility | |
RU75496U1 (en) | TRANSPORT PACKAGING KIT FOR TRANSPORT AND STORAGE OF WASTE NUCLEAR FUEL | |
JP2007046994A (en) | Spent fuel storage installation | |
JP4109125B2 (en) | How to maintain spent fuel storage facilities | |
WO2021075284A1 (en) | Nuclear power plant | |
JP2004108795A (en) | Radioactive material storage method and its facilities | |
RU2273067C1 (en) | Spent nuclear fuel storage | |
JPH11211893A (en) | Steel container type storage facilities | |
JPH0217500A (en) | Intermediate storage of canister | |
JPH11218596A (en) | Storage room for spent nuclear fuel | |
Giorgio et al. | SGN multipurpose dry storage technology applied to the Italian situation | |
CN112313756A (en) | Multi-part cask for storing and transporting spent nuclear fuel | |
XA9951792 et al. | SGN MULTIPURPOSE DRY STORAGE TECHNOLOGY APPLIED TO THE ITALIAN SITUATION | |
KASSCHAU | Army Package Power Reactor | |
GB2153286A (en) | Storage arrangements for nuclear fuel | |
JP2007155510A (en) | Heating element storage facility |