способ восстановления работоспособности топливной ячейки ядерного реактора

Формула изобретения

Способ восстановления работоспособности топливной ячейки ядерного реактора, заключающийся в том, что останавливают ядерный реактор, осуществляют демонтаж блоков штатного настила с топливной ячейки и выгрузку тепловыделяющей сборки, проводят контроль состояния технологического канала на выявление его пригодности к работе, для чего внутри реактора выполняют визуальный осмотр канала, проверяют его целостность и измеряют профиль внутреннего диаметра канала, далее выполняют подготовительные работы для извлечения технологического канала, извлекают технологический канал из топливной ячейки и устанавливают его в хранилище, восстанавливают технологический зазор между технологическим каналом и кладкой путем калибровки графитовой колонны, включающей расточку внутреннего диаметра центрального отверстия до требуемого размера, и устанавливают сегмент-компенсатор между защитной плитой и верхним графитовым блоком, проводят контроль состояния графитовой колонны, для чего проводят осмотр внутренней поверхности колонны, измеряют высотные размеры телескопического соединения и внутренний диаметр центрального отверстия графитовой колонны, далее в топливную ячейку устанавливают технологический канал, ранее извлеченный из нее и пригодный, по результатам его контроля, к повторной эксплуатации, после чего выполняют заключительные монтажные работы, включая приварку установленного технологического канала к смежным конструкциям и формирование топливной ячейки ядерного реактора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ядерной технике, в частности, к способу восстановления работоспособности топливной ячейки ядерного реактора, и может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах и выполнении работ по реконструкции топливной ячейки активных зон канальных уран-графитовых ядерных реакторов большой мощности (РБМК).

Топливная ячейка РБМК представляет собой графитовую колонну, собранную из 14-ти графитовых блоков с центральным отверстием, в котором установлен технологический канал (ТК). Между ТК и колонной установлены графитовые кольца. После монтажа среднее значение газового зазора между стенкой технологического канала и графитовой кладкой, составляющих систему «ТК-графит», имеет величину, равную 3 мм. Для компенсации тепловых расширений в топливной ячейке верхние тракты выполнены в виде телескопического соединения. Исходная величина зацепления составляет 225 мм.

В процессе длительной эксплуатации РБМК топливная ячейка находится под постоянным воздействием таких факторов, как повышенная температура и реакторное облучение. В результате этого конструктивные элементы топливной ячейки претерпевают необратимые изменения как в осевом, так и в радиальном направлениях, в частности, происходит уменьшение размеров газового зазора в системе «ТК-графит», вплоть до его полного исчерпания, и снижение величины телескопического соединения верхнего тракта технологического канала (ТСТ), обеспечивающего компенсацию тепловых расширений при эксплуатации реактора. При этом уменьшение величины ТСТ ниже предельного значения (80 мм) может привести к выходу из зацепления верхнего тракта и фланца в сборе с трубой, к увеличению внутренних напряжений и повреждению конструктивных основных элементов топливной ячейки (технологического канала и графитовой колонны).

Ремонтные работы по восстановлению работоспособности топливной ячейки ядерного реактора являются необходимыми, ответственными и сложными технологическими операциями, связанными с большими трудовыми и дозовыми затратами и требующими применения дистанционных приспособлений.

Известны способы восстановления работоспособности топливной ячейки активной зоны ядерного реактора, в частности: 1 - «Регламент эксплуатационного контроля технологических каналов, каналов СУЗ и графитовой кладки реакторов РБМК-1000. РБМ-К 11.Сб.01Д2», (№ Е 040-2703), НИ-КИЭТ, 1993 г., 31 стр. и 2 - Л.А.Белянин и др. Безопасность АЭС с канальными реакторами. Реконструкция активной зоны. М.: Энергоатомиздат, 1997 г., стр.187-189.

Способ восстановления работоспособности топливной ячейки ядерного реактора, описанный во втором источнике, принят заявителем в качестве прототипа заявленному изобретению (ксерокопия источника прилагается). Способ включает следующие операции: остановку реактора, демонтаж блоков плитного настила с топливной ячейки, выгрузку тепловыделяющей сборки (ТВС), подготовительные операции для извлечения технологического канала, включающие: сушку ТК, установку в барабан-сепаратор (БС) пара заглушек в патрубки пароводяных коммуникаций (ПВК), отрезку калача от ТК, срезку углового шва приварки ТК к втулке, срезку «усового» шва ТК-тракт и подрыв канала, очистку канавки тракта от стружки, извлечение технологического канала, установку его в бассейн-хранилище твердых радиоактивных отходов (ХТРО) и последующую «разделку» в нем ТК и утилизацию, восстановление технологического зазора между каналом и графитовой кладкой путем установки в проектное положение защитной плиты блоков графитовой кладки и расточки центрального отверстия внутреннего диаметра графитовой колонны до требуемого размера, после чего выполняют зачистку посадочного места в тракте под новый ТК, отрезку припуска на нижней части нового ТК и разделку кромок под сварку и далее осуществляют установку нового технологического канала и проводят заключительные монтажные работы, включая приварку установленного канала к смежным конструкциям и формирование топливной ячейки.

Указанный способ имеет следующие недостатки.

В известном способе не выявляют пригодность повторного использования извлеченного технологического канала; после извлечения ТК его сразу утилизируют в бассейне-хранилище, а в топливную ячейку в процессе восстановительных работ устанавливают новый ТК. Таким образом, способ не позволяет использовать возможный рабочий ресурс извлеченного технологического канала и тем самым увеличить срок его службы. Недостатком известного способа является и то, что в хранилище твердых радиоактивных отходов помещают не только те технологические каналы, которые не пригодны к дальнейшей эксплуатации, но и те, которые еще не выработали свой ресурс и могли бы еще длительное время использоваться для выработки электроэнергии. Для хранения утилизированных ТК требуются дополнительные объемы ХТРО. К тому же утилизация ТК, пригодных к эксплуатации, может привести к постоянному накоплению радиоактивных отходов, тем самым повышению вредного воздействия их, как на обслуживающий технический персонал, так и на окружающую среду и экологию региона в целом.

Задачами предлагаемого изобретения являются: выявление возможности повторного использования технологического канала, продление срока службы технологического канала топливной ячейки, снижение вредного радиоактивного воздействия на окружающую среду, сокращение радиоактивных отходов и тем самым вредного радиоактивного воздействия на окружающую среду, сокращение транспортно-технологических операций с радиоактивными веществами и уменьшение дозовых нагрузок на персонал.

Сущность заявляемого способа восстановления работоспособности топливной ячейки ядерного реактора заключается в следующем.

Останавливают ядерный реактор, осуществляют демонтаж блоков плитного настила с топливной ячейки и выгрузку тепловыделяющей сборки (ТВС), проводят контроль состояния технологического канала на выявление его пригодности к работе, для чего внутри реактора проводят визуальный осмотр ТК, проверяют его целостность и измеряют профиль внутреннего диаметра ТК, осуществляют подготовительные действия для извлечения технологического канала, как в известном способе, и далее из топливной ячейки извлекают технологический канал и устанавливают его в хранилище. После чего восстанавливают зазор между технологическим каналом и графитовой кладкой путем расточки центрального отверстия внутреннего диаметра графитовой колонны до требуемого размера и установки сегмента-компенсатора между защитной плитой и верхним графитовым блоком, проводят контроль состояния графитовой колонны путем осмотра ее внутренней поверхности, измерения высотных размеров телескопического соединения и внутреннего диаметра центрального отверстия графитовой колонны, после чего в топливную ячейку устанавливают технологический канал, ранее извлеченный из нее и пригодный, по результатам его контроля, к повторной эксплуатации, и далее выполняют заключительные монтажные работы, включая приварку канала к смежным конструкциям и формирование топливной ячейки.

Заявленный и известный (прототип) способы имеют общие признаки, в частности, в обоих способах восстановления работоспособности топливной ячейки ядерного реактора осуществляют: остановку реактора, демонтаж блоков плитного настила с топливной ячейки, выгрузку тепловыделяющей сборки (ТВС), подготовительные действия перед извлечением технологического канала, извлечение технологического канала из топливной ячейки и установка его в хранилище, восстановление зазора между технологическим каналом и графитовой кладкой, путем расточки внутреннего диаметра центрального отверстия графитовой колонны до требуемого размера, после чего осуществляют установку в топливную ячейку технологического канала и выполняют заключительные монтажные работы, включая приварку канала к смежным конструкциям и формирование топливной ячейки.

Отличительными признаками заявленного и известного способов являются:

- после выгрузки тепловыделяющей сборки проводят контроль состояния технологического канала на выявление его пригодности к работе, для чего внутри реактора проводят визуальный осмотр ТК, проверяют его целостность и измеряют профиль внутреннего диаметра,

- после операции расточки внутреннего диаметра центрального отверстия графитовой колонны, устанавливают сегмент-компенсатор между защитной плитой и верхним графитовым блоком;

- осуществляют контроль состояния графитовой колонны, для чего проводят визуальный осмотр ее внутренней поверхности, измеряют высотные размеры телескопического соединения и внутренний диаметр центрального отверстия графитовой колонны;

- в качестве технологического канала в топливную ячейку устанавливают канал ранее извлеченный из нее и пригодный, по результатам его контроля, к повторной эксплуатации.

Предлагаемый способ восстановления работоспособности топливной ячейки ядерного реактора позволяет выявить ресурс технологического канала, тем самым продлить срок его службы, провести ремонтно-восстановительные работы топливной ячейки на таком уровне, что они позволяют обеспечить надежную работу ядерного реактора длительное время без остановок на ремонт. Заявленный способ позволяет снизить накопление радиоактивных отходов в ХТРО и соответственно снизить вредное радиоактивное воздействие на окружающую среду, сократить транспортно-технологические операции с радиоактивными веществами и уменьшить дозовые нагрузки на персонал. Результат технического достижения заявленного способа подтверждается информацией с Курской атомной электростанции, где были проведены восстановительные работы топливной ячейки по заявленному способу.

Предложенный способ поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3, где на фиг.1 представлена конструктивная схема топливной ячейки, в разрезе (без топливной сборки); на фиг.2 - конструктивная схема системы «ТК-графит», в разрезе, фрагмент А фиг.1 и на фиг.3 - конструктивная схема установки сегментов-компенсаторов в топливной ячейке ядерного реактора, в разрезе, фрагмент Б фиг.1.

На фиг.1-3 указаны позиции основных конструктивных элементов топливной ячейки, где: 1 - патрубок пароводяной коммуникации (ПВК) или пароводяной трубопровод; 2 - узел телескопического соединения трактов (ТСТ); 3 - графитовая колонна; 4 - технологический канал (фиг.1); 5 - внутреннее графитовое кольцо; 6 - графитовый блок; 7 - наружное графитовое кольцо (фиг.2, фрагмент А фиг.1); 8 - труба телескопического соединения, после сборки; 9 - фланец телескопического соединения, после сборки; 10 - защитная плита; 11 - сегмент-компенсатор (фиг.3, фрагмент Б фиг.1).

Способ восстановления работоспособности топливной ячейки реализуется следующим образом.

Останавливают ядерный реактор. Исходное состояние реактора перед началом восстановительных работ - он находится в подкритическом состоянии. Осуществляют демонтаж блоков плитного настила с топливной ячейки, и из топливной ячейки выгружают тепловыделяющую сборку (ТВС). Далее дистанционно проводят контроль состояния технологического канала 4 (фиг.1-3), тем самым определяя его пригодность к дальнейшей эксплуатации, для чего осуществляют: визуальный осмотр технологического канала 4 с помощью телевизионной камеры; с помощью ультразвукового дефектоскопа проверяют целостность технологического канала; с помощью диаметромера измеряют профиль внутреннего диаметра технологического канала.

При замене технологического канала 4 (фиг.1-3) предусмотрен ряд ограничений, а именно: к установке в реактор допускается тот ТК, который соответствует по результатам внутриреакторного контроля эксплуатационным пределам. Кроме того, извлеченный ТК не должен иметь поврежденные графитовые кольца 5 и 7 (фиг.2) и втулки (позиция не указана). Результатом контроля технического состояния ТК является возвращение в тепловую ячейку ТК, имеющего высокую активность.

Как и в известном способе, далее проводят подготовительные работы для последующего извлечения технологического канала, а именно: осуществляют сушку ТК, установку в барабан-сепаратор (БС) пара заглушек в патрубок 1 (фиг.1) пароводяных коммуникаций (ПВК), отрезку калача от ТК, срезку углового шва приварки ТК к втулке, срезку «усового» шва ТК-тракт и подрыв канала, очистку канавки тракта от стружки.

После чего с помощью крана извлекают технологический канал из топливной ячейки и устанавливают его в бассейн-хранилище. При извлечении ТК из реактора контролируют при этом усилия извлечения и состояние графитовых колец 5, 6 (фиг.2). В бассейн-хранилище поступают все извлеченные технологические каналы, т.е. каналы, которые определены пригодными к дальнейшей эксплуатации, и каналы, которые определены как не пригодные к повторному использованию.

Далее восстанавливают технологический зазор между ТК 4 и графитовой кладкой, для чего:

- в графитовых блоках 6 (фиг.2, 3) с помощью пневматической фрезы (или прошивками) осуществляют расточку (калибровку) центрального отверстия внутреннего диаметра графитовой колонны 3 (фиг.1) до требуемого размера, а именно: внутренний диаметр центрального отверстия должен составлять не менее 113,7 мм.;

- специальными приспособлениями приподнимают защитную плиту 10 (фиг.3.) и устанавливают сегмент-компенсатор 11 (фиг.3) между плитой 10 и верхним графитовым блоком, что позволяет увеличить компенсирующую способность ТСТ 2 (фиг.1) между верхним графитовым блоком 6 (фиг.2, 3) и защитной плитой 10 (фиг.3). В результате величина зацепления верхних трактов увеличивается на 70 мм.

Далее проводят контроль состояния графитовой колонны 3 (фиг.1), тем самым определяют допустимость установки в нее технологического канала, для чего:

- с помощью телевизионной камеры выполняют визуальный осмотр внутренней поверхности графитовых блоков, выявляя наличие на поверхности посторонних предметов и крошки между графитовыми блоками;

- с помощью телекамеры и совмещенной с ней рулетки измеряют высотные размеры телескопического соединения, определяя тем самым величину зацепления;

- дистанционным диаметромером измеряют внутренний диаметр центрального отверстия графитовой колонны, тем самым определяют соответствие фактического размера диаметра отверстия заданному проектом.

По результатам контроля технологического канала на пригодность его повторного использования, т.е. после определения соответствия технических параметров канала заданным эксплуатационным пределам, извлеченный канал из бассейна-хранилища с помощью крана устанавливают в топливную ячейку.

В конце восстановительных операций проводят заключительные монтажные работы, включая приварку технологического канала к смежным конструкциям и формирование топливной ячейки ядерного реактора.