Технологии и оборудование для переработки ОЯТ ВВЭР
в опытно-демонстрационном центре ФГУП «ГХК»

Для совершенствования технологий переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 на площадке ФГУП «ГХК» создаётся опытно-демонстрационный центр (ОДЦ), который включает:

  • комплекс исследовательских камер для отработки операций инновационных технологий переработки любого вида ОЯТ с производительностью до 5 т ОЯТ в год; 
  • базовую технологическую линию, обеспечивающую полный цикл переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 с производительностью до 400 т ОЯТ в год.

Научно-производственная фирма «Сосны» с 2015 года принимает активное участие в разработке и изготовлении внутрикамерного технологического и вспомогательного оборудования как для исследовательского комплекса, так и для базовой линии ОДЦ.

В 2015 году специалисты Научно-производственной фирмы «Сосны» в полном объёме разработали камеру разделки ОТВС с внутрикамерным оборудованием, которая входит в комплекс исследовательских камер.

В 2017–2019 гг. в НПФ «Сосны» было разработано и изготовлено оборудование для трёх отделений базовой технологической линии ОДЦ:

  • отделение рубки ОТВС и волоксидации ОЯТ;
  • отделение обращения с ОЯТ и РАО;
  • отделение первого экстракционного цикла.

 

Оборудование для отделения рубки ОТВС и волоксидации ОЯТ

 В отделении осуществляется входной визуальный контроль, а также определение глубины выгорания топлива и изотопного состава ОТВС. Затем производится отделение головки и хвостовика ОТВС, а твэлы вместе с каркасом фрагментируются путём механической резки под давлением. Механическая смесь конструкционных материалов и отработавшего топлива направляется на операцию окислительной перекристаллизации ОЯТ (волоксидацию).

В волоксидаторе в процессе объёмного окисления ОЯТ (с одновременной локализацией выделяющихся легколетучих продуктов деления, трития и йода в отделении газоочистки) происходит отделение волоксидированного ОЯТ от оболочек твэлов. Далее механическая смесь порошка ОЯТ, оболочек твэлов с фрагментами дистанционирующих решёток и направляющих каналов поступает в грохот. Порошок волоксидированного ОЯТ, отделённый в грохоте от конструкционных материалов, поступает на операцию охлаждения, затем на операцию растворения (выщелачивания) в отделение растворения ОЯТ, а конструкционные элементы — на доизвлечение делящихся материалов в аппарат отмывки оболочек в отделение обращения с ОЯТ и РАО.

Для реализации перечисленных технологических процессов было разработано и изготовлено следующее оборудование:

  • комплекс установок визуального входного контроля и определения глубины выгорания топлива и изотопного состава ОТВС;
  • установка рубки и фрагментации ОТВС (ГИТ-1000);
  • установка волоксидации.

Оборудование отделения рубки ОТВС и волоксидации ОЯТ было разработано и изготовлено с выполнением всего комплекса расчётного обоснования конструкций, включая ядерную и радиационную безопасность. По результатам получены положительные заключения ОЯБ ФЭИ.

Комплекс установок визуального входного контроля и определения глубины выгорания топлива обеспечивает контроль внешнего вида ОТВС, поступающих из хранилища, считывание и архивацию заводских номеров ОТВС, определение выгорания топлива с целью учёта и контроля делящихся материалов и обеспечения ядерной безопасности. Также осуществляется визуальный контроль захвата и положения ОТВС при транспортных операциях.

Для измерения глубины выгорания ядерного топлива и определения изотопного состава ОТВС используется установка МКС-01 ВВЭР производства ЗАО НПО «Квант». Установка предназначена для эксплуатации в водной среде в условиях бассейна выдержки ОТВС ВВЭР-1000. Она позволяет на основе измеренного значения выгорания определять изотопный состав и остаточное энерговыделение ядерного топлива.

Диапазон измеряемых значений выгорания топлива — от 10 до 70 МВт·сут/кг; время выдержки ОТВС при этом составляет от 10 суток до 50 лет. В состав установки входят блоки детектирования гамма-излучения и блоки детектирования нейтронного излучения (дозиметрические и спектрометрические).

GHK

Установка рубки и фрагментации ОТВС была разработана и изготовлена совместно с Конструкторско-технологическим филиалом Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения РАН и ООО «Вариант 999». Установка обеспечивает отрезку головки и хвостовика ОТВС, рубку пучка твэлов вместе с направляющими каналами и дистанционирующими решётками с заданным шагом (до 40 мм), измельчение фрагментов, пылеуборку оборудования для резки и загрузку фрагментированной ОТВС в бункер-накопитель.

В состав установки входят:

  • кантователь;
  • установка подачи ОТВС;
  • установка отрезки головки и хвостовика ОТВС;
  • установка резки ОТВС;
  • блок сортировки кусков (БСК) с копирующим электромеханическим манипулятором;
  • бункер-накопитель с шибером;
  • силовой манипулятор купольной конструкции;
  • локальная система управления установкой.

Разработка специальной конструкции ножей для резки (вместо рубки) позволила снизить массогабаритные параметры установки. Регулировка шага резки увеличивает ресурс ножей, а дистанционная замена блока ножей позволяет существенно сократить время вынужденных простоев.

GHK

Установка волоксидации обеспечивает объёмную перекристаллизацию ОЯТ реагентным газом при температуре до 550 °C, отгонку легколетучих продуктов деления, разделение порошка ОЯТ и фрагментов конструкционных материалов твэлов методом грохочения, фильтрацию «лёгких фракций» порошка волоксидированного ОЯТ для предотвращения их уноса в систему газоочистки, охлаждение топлива и выгрузку топлива в растворитель, а конструкционных элементов — в аппарат отмывки оболочек от делящихся материалов.

Установка волоксидации разработана и изготовлена в полном объёме в Научно-производственной фирме «Сосны». В состав установки входят:

  • волоксидатор;
  • грохот;
  • охладитель порошка волоксидированного ОЯТ с шибером;
  • локальная система управления установкой;
  • комплект монтажного оборудования.

Предусмотрено дистанционное обращение с основными элементами конструкции с помощью силового манипулятора и оснастки собственной разработки. Сито грохота также рассчитано на длительный срок эксплуатации с возможностью его дистанционной замены с помощью силового манипулятора.

Все электроприводы вынесены из первой зоны во вторую для обеспечения возможности их ремонта. Сохранение работоспособности при аварийном выходе из строя основного привода вращения обеспечивает дополнительный привод с цевочной передачей.

Основные преимущества разработанной конструкции волоксидатора:

  • возможность полной загрузки ОЯТ в объёме одной фрагментированной ОТВС;
  • ядерно безопасная геометрия установки;
  • обеспечение удаления волоксидированного ОЯТ из обрезков твэлов путём механической активации;
  • применение оригинального уплотнения по вращающемуся валу, рассчитанного на длительный срок эксплуатации.

GHK

 

Оборудование для отделения обращения с ОЯТ и РАО

 Оборудование отделения обращения с ОЯТ и РАО было разработано и изготовлено в полном объёме в НПФ «Сосны» с выполнением всего комплекса расчётного обоснования конструкций, включая ядерную и радиационную безопасность, с получением заключений ОЯБ ФЭИ.

В отделении реализован полный транспортно-технологический цикл обращения с твёрдыми радиоактивными отходами (ТРО) базовой технологической линии ОДЦ.

Аппарат отмывки конструкционных материалов от ОЯТ с комплексом ёмкостного, насосного и вспомогательного оборудования предназначен для доизвлечения методом выщелачивания делящихся материалов, оставшихся на фрагментах оболочек твэлов и конструкционных материалах после сепарации на грохоте. Аппарат обеспечивает:

  • приём фрагментов оболочек твэлов, дистанционирующих решёток и направляющих каналов ОТВС с поверхностными загрязнениями ОЯТ из грохота в объёме одной ОТВС;
  • операционный цикл растворения ОЯТ на оболочках в растворе азотной кислоты при температуре до 115 °C с агитацией раствора способом частичной декантации через промежуточный бак;
  • выгрузку отмытых конструкционных материалов в бочку ТРО;
  • выдачу раствора ОЯТ на технологию основного растворения волоксидированного топлива в отделение растворения.

При проектировании аппарата были решены задачи охлаждения загружаемых конструкционных материалов с остатками ОЯТ до температуры, исключающей интенсивное парообразование при подаче кислоты, а также нагрева и поддержания рабочей температуры азотной кислоты и промывных растворов.

Аппарат осушки ТРО предназначен для удаления воды и капельных аэрозолей из бочки, в которой находятся отмытые оболочки твэлов, фрагменты дистанционирующих решёток и направляющих каналов ОТВС, а также нерастворимые остатки конструкционных материалов, поступающие из отделения осветления. Операция осушки выполняется с целью исключения накопления водорода и обеспечения взрывобезопасности при долговременном хранении РАО.

Также в состав отделения входят:

  • подъёмно-транспортное оборудование для загрузки отработанных картриджей системы газоочистки в бочки ТРО;
  • установка заварки бочки с ТРО, предназначенная для герметизации крышки бочки методом сварки и выполнения контроля сварного шва методом гелиевого щупа;
  • аппарат обмыва бочек с ТРО, обеспечивающий дезактивацию бочки ТРО до уровней безопасного обращения при подготовке её к доставке в хранилище ВАО ОДЦ;
  • транспортная система, включающая подъёмники, подъёмно-поворотные устройства, транспортные тележки с рельсовыми путями, узлы перегрузки бочек с ТРО. Система обеспечивает технологическую последовательность операций полного цикла обращения с РАО в непрерывном режиме до 300 дней в году;
  • локальная система управления аппаратами и установками отделения обращения с ОЯТ и РАО.

 

GHK

 

 

Оборудование для отделения первого экстракционного цикла

Отделение первого экстракционного цикла является ядром ОДЦ и предназначено для извлечения компонентов из осветлённого раствора ОЯТ, фракционирования потоков целевых продуктов и очистки их от продуктов деления и примесных элементов.

В состав оборудования отделения входят:

  • экстракционная пульсационная кольцевая колонна непрерывного действия;
  • центробежные экстракторы, скомпонованные в операционные блоки;
  • экстракторы смесительно-отстойного типа, скомпонованные в операционные блоки;
  • сепараторы для тонкой очистки экстрактов от эмульсионного уноса водной фазы;
  • колонны каталитического восстановления урана с платиновым катализатором;
  • ёмкостное и баковое оборудование;
  • теплообменники;
  • дозирующие и напорные насосы;
  • вспомогательное оборудование;
  • комплект монтажного оборудования;
  • локальная система управления, включающая технические средства контроля и управления технологическими процессами и обеспечения безопасности работы установки.

Инновационным решением для отделения первого экстракционного цикла является применение блоков центробежных экстракторов и экстракционной пульсационной кольцевой колонны непрерывного действия. Применение центробежных экстракторов повышает производительность отделения. При этом резко сокращается время облучения органического экстрагента и, следовательно, уменьшается его деградация. Применение экстракционной пульсационной кольцевой колонны позволяет отказаться от электромеханических приводов, требующих периодического обслуживания и замены, что существенно сокращает эксплуатационные расходы. При этом возможна организация работы экстракторов как в параллельном, так и в последовательном режимах.

В блоках центробежных экстракторов решена проблема их вибрационной устойчивости и реализована возможность дистанционного извлечения рабочей части в ремонтную зону для замены. Все приводы оборудования также вынесены во вторую зону. 

В процессе разработки оборудования были решены проблемы подбора конструкционных материалов, устойчивых к работе в агрессивных средах, герметичности узлов сопряжения между аппаратами, ремонтопригодности и взаимозаменяемости стандартных узлов, размещённых в каньонах и камерах первой зоны.

 

GHK

Работы по созданию оборудования для ОДЦ продолжаются.

Количество просмотров: 114

Перезвоните мне
Спасибо! Ваша сообщение отправлено, в ближайшее время мы свяжемся с Вами!