Комплекс оборудования для спекания таблеток смешанного нитридного уран-плутониевого (СНУП) топлива является составной частью технологической линии производства топливных таблеток модуля фабрикации-рефабрикации Опытно-демонстрационного энергетического комплекса (ОДЭК) АО «СХК».
Спекание является завершающей стадией уплотнения топливных таблеток. Процесс спекания в итоге определяет состав, структуру и свойства топливной композиции. Экспериментальным путем были определены оптимальные параметры спекания СНУП-топлива: температура изотермической выдержки, состав атмосферы. Нагрев и охлаждение таблеток происходит в аргоновой атмосфере.
Комплекс оборудования включает в себя следующие основные компоненты:
- диспетчерский бокс, где происходит приемка лодочки с таблетками, ее взвешивание, считывание номера. Здесь лодочка устанавливается на подложку и передается во входной бокс печи спекания;
- входной перчаточный бокс, где заменяется газовая среда, и лодочка с таблетками на подложке поступает во входной канал толкательной печи спекания;
- толкательная печь спекания, состоящая из модулей предварительного нагрева, спекания и охлаждения. В состав печи входят нагревательные элементы, средства подачи и откачки газов и приборы контроля давления и расхода газов. Для компенсации сейсмических воздействий и термических расширений печь оснащена входным и выходным сильфонами;
- выходной перчаточный бокс, где снова осуществляется смена газовой среды;
- бокс возвратного транспортера, куда подается лодочка со спеченными таблетками. С помощью транспортера лодочка возвращается в диспетчерский бокс. Там происходит разделение лодочки и подложки, считывание уникального номера лодочки и ее взвешивание.
В состав комплекса спекания также входит установка газоочистки. Это герметичный бокс с двумя параллельными ветками охлаждения и очистки печных газов, что позволяет без остановки процесса переключаться с одной ветки на другую во время обслуживания одной из них. Установка газоочистки имеет датчики и механизмы контроля среды как внутри бокса, так и в сдувочной трубе. Все компоненты комплекса спекания таблеток связаны между собой транспортной системой оригинальной конструкции, которая включает в себя последовательность конвейеров и толкателей с различной длиной хода.
На этапе разработки был выполнен расчетный анализ безопасности оборудования. С помощью современных аттестованных программных комплексов была подтверждена ядерная безопасность и обоснована прочность компонентов оборудования. Результаты сейсмического расчета подтвердили, что корпус входного и выходного перчаточного бокса относится к классу безопасности 2Н, а корпус печи, сильфоны между печью и перчаточными боксами – к классу 3Н по НП-016-05.
Разработчиком технологии СНУП-топлива были определены жесткие требования к параметрам процесса спекания, а именно, к времени изотермической выдержки таблеток в высокотемпературной области и к объемной концентрации смеси газов в разных зонах рабочего канала печи. Для решения задачи обеспечения и контроля распределения газовых сред при рабочих температурах был проведено расчетно-экспериментальное обоснование конструкции рабочего канала печи, для чего разработана математическая модель печи спекания в программном комплексе вычислительной гидродинамики Ansys Fluent. Для верификации модели был создан экспериментальный стенд, включающий полномасштабный макет, который воспроизводит геометрию рабочего канала печи и позволяет определять состав газовой среды в избранных точках канала при комнатной температуре. Путем расчетного анализа был определен оптимальный режим подачи газов в рабочий канал.
Система управления печи спекания представляет собой распределенную человеко-машинную автоматизированную систему, реализующую контроль и управление оборудованием печи спекания, входного и выходного боксов. Сюда входят системы регулирования температуры и давления газов, транспортирования лодочек, подачи технологических газов и охлаждающей воды, система контроля содержания влаги и кислорода в аргоне и азото-водородной смеси.
Система управления построена на основе современных средств измерений с высоким уровнем надежности и точности. Они сертифицированы для применения на объектах ядерного топливного цикла и хорошо зарекомендовали себя при эксплуатации на предприятиях отрасли. Средства контроля имеют сертификаты и регистрацию в Государственном реестре средств измерений. Программное обеспечение было разработано специалистами Научно-производственной фирмы «Сосны» с учетом требований европейских стандартов.
Все компоненты комплекса спекания топливных таблеток, за исключением толкательной печи, были разработаны и изготовлены в НПФ «Сосны». Толкательная печь спекания изготовлена совместно с компанией ECM Technologies (Франция). Разработка и изготовление оборудования комплекса осуществлялось под научным руководством АО «ВНИИНМ» и при активном участии АО «СвердНИИхиммаш», АО «СХК», АО «ТВЭЛ», ЧУ ИТЦП «ПРОРЫВ».
Количество просмотров: 3707
