23 мая 2011

Обращение с дефектным ОЯТ института «Винча»

Atomic-Energy.ru
ТУК SKODA VPVR/M и ТУК-19 с негерметичными пеналами

Главной составляющей проекта вывоза ОЯТ сербского реактора RA была подготовка к перевозке негерметичных ОТВС. Помимо проблем обращения с таким топливом ситуация усложнялась недостатком оборудования, отсутствием у сербского персонала необходимой квалификации и т.д. За четыре года напряженной работы все эти задачи были успешно решены: разработана технология, изготовлено оборудование, поставлены контейнеры, обучен персонал и ОЯТ полностью подготовлено к безопасной транспортировке.

Отработавшее ядерное топливо сербского Института ядерных исследований «Винча» было выгружено из реактора RA более 20 лет назад и помещено в бассейн приреакторного хранилища ОЯТ. Однако по разным причинам условия хранения ОЯТ не удалось привести в соответствие с требованиями нормативных документов, в результате чего топливо пришло в неудовлетворительное состояние. Результаты наблюдения активности воды в хранилище свидетельствовали о том, что ситуация с каждым годом ухудшается.

ХОЯТ института «Винча», 2006 год

Для решения этой проблемы МАГАТЭ поставило задачу привести ОЯТ «Винча» в состояние, пригодное для дальнейшего вывоза к месту безопасного хранения или переработки. В 2005 году был объявлен тендер на лучший проект подготовки ОЯТ «Винча» к транспортировке. Поскольку проект подразумевал выполнение радиационно опасных работ в самом центре Европы, работы с ОЯТ необходимо было организовать и выполнить на соответствующем технологическом уровне с соблюдением всех международных норм и требований безопасности.

Следовательно, чтобы выиграть тендер, нужно было предложить оригинальную технологию подготовки ОЯТ к перевозке либо временному хранению с учетом особенностей его текущего состояния.

Специалистами НПФ «Сосны» были подготовлены технические предложения по упаковке ОЯТ в пеналы, загрузке их в транспортные контейнеры, перевозке в ПО «Маяк» для дальнейшей переработки. Проведены технико-экономические исследования и составлен план-график реализации проекта. В июне 2006 года НПФ «Сосны» в кооперации с ПО «Маяк» и ОАО «Техснабэкспорт» выиграла тендер по проекту вывоза ОЯТ из института «Винча».

Разработка технологий

По итогам аттестации ОЯТ, хранящееся в бассейне, было признано полностью негерметичным, что потребовало крайне внимательного отношения к обращению и упаковке топлива. Был выполнен анализ российской и международной нормативно-правовых баз с учетом требований к безопасному обращению с дефектным ОЯТ и проведено обоснование принципиальной возможности  транспортирования негерметичного топлива в ПО «Маяк». К марту 2007 года была подготовлена концепция вывоза ОЯТ, которая была согласована с Госкорпорацией «Росатом», МАГАТЭ и сербским регулирующим органом.  Концепция стала отправной точкой для дальнейшей разработки технологий и оборудования, обоснования безопасности и оформления разрешительной документации.

2008 год был посвящен детальной разработке технологий переупаковки ОЯТ и загрузке его в ТУК, а также обоснованию безопасности. Были рассмотрены все основные аспекты безопасности при подготовке ОЯТ к транспортированию и самой перевозке, включая ядерную и радиационную безопасность, прочность оборудования, тепловые режимы,  взрыво- и пожаробезопасность. Проведенные экспертами РФЯЦ-ВНИИЭФ расчеты подтвердили, что транспортирование дефектного ОЯТ в ограниченных временных интервалах может безопасно осуществляться в ТУК-19 и ТУК SKODA VPVR/M, в специальных негерметичных пеналах.

Было разработано и изготовлено экспериментальное оборудование, проведена отработка технических решений, изложенных ниже.

Упаковка ОЯТ

Было решено, что все работы по подготовке и загрузке ОЯТ в пеналы выполняются дистанционно с помощью специально разработанного оборудования и инструмента. Работы проводятся на двух участках:

  • в помещении 099, расположенном в контайменте реактора RA;
  • на рабочей площадке, организованной в бассейне 4 хранилища отработавшего ядерного топлива (ХОЯТ).
В помещении 099, 2006 год

Поскольку на площадке все работы производятся под водой, для обеспечения прецизионной работы операторов она оборудуется подводными радиационно стойкими телекамерами, изображение с которых транслируется на мониторы, расположенные на рабочих местах операторов и диспетчера, что позволяет ему осуществлять контроль и документирование процесса упаковки.

ОЯТ упаковывается в специальные негерметичные транспортные пеналы, которые имеют унифицированную конструкцию и отличаются только высотой и массой. При разработке пеналов учитывались требования ФГУП «ПО «Маяк» к их переработке.

В первую очередь на рабочей площадке производится вскрытие алюминиевых бочек с ОЯТ (ALB) и упаковка топлива в 75 негерметичных пеналов для ТУК SKODA VPVR/M.

Затем выполняется упаковка ОЯТ из реакторных алюминиевых каналов (РК). После отрезки длинной верхней части каналов, не содержащей топлива, в помещении 099 топливная часть РК доставляется на рабочую площадку и помещается в негерметичные пеналы для ТУК-19 и ТУК SKODA VPVR/M.

Рабочая площадка в бассейне №4
ТУК SKODA VPVR/M и ТУК-19 с негерметичными пеналами

Части алюминиевых бочек и фрагменты РК, не содержащие топлива, загружаются в емкости для твердых радиоактивных отходов. На время загрузки емкость для ТРО устанавливается на рабочей площадке под водой, после заполнения ее поднимают из бассейна, помещают в стандартную бочку для хранения ТРО, которую запаковывают и отправляют в хранилище.

Заполненные пеналы с ОЯТ до погрузки в транспортные контейнеры размещаются под водой на основном стеллаже в бассейне 4 ХОЯТ и дополнительных стеллажах в бассейнах 1-3.

Суммарная вместимость всех стеллажей позволяет разместить в бассейновом хранилище все ОЯТ института «Винча», упакованное в пеналы.

При подводной упаковке и временном размещении ОЯТ в негерметичных пеналах допустимый уровень объемной активности воды поддерживается с помощью системы очистки воды от 137Cs.

Размещение оборудования в помещении реактора и ХОЯТ

Загрузка в контейнеры

По расчетам, для перевозки одним рейсом всего ОЯТ, хранящегося в институте «Винча», требовалось 16 ТУК-19 и 16 ТУК SKODA VPVR/M.

Для загрузки ОЯТ в контейнеры были предусмотрены следующие решения.

Пеналы с ОЯТ загружаются в ТУК-19 в чехле типа 51, у которого удален сепаратор, в контейнер SKODA VPVR/M – в специально разработанном чехле (корзине).

Осушка ТУК SKODA VPVR/М Монтаж оборудования Монтаж оборудования Упаковка ОЯТ на рабочей площадке

В ТУК SKODA VPVR/M пеналы загружаются непосредственно в ХОЯТ. Для размещения контейнеров над бассейном используется специальная рама. При загрузке контейнера SKODA VPVR/M его нижняя крышка с установленным на ней чехлом для пеналов опускается на дно бассейна, пеналы под водой загружаются в чехол с помощью специального захвата, и крышка с корзиной втягивается в контейнер.

Поскольку конструкция ТУК-19 предусматривает только верхнюю загрузку, для обеспечения безопасности погрузки используется перегрузочный контейнер, разработанный и испытанный НПФ «Сосны» в ходе выполнения проекта по вывозу ОЯТ из Румынии. Загрузка пеналов в перегрузочный контейнер выполняется аналогично SKODA VPVR/M.

В ТУК-19 пеналы перегружаются в реакторном зале, где размещаются порожние и загруженные ТУК SKODA VPVR/M и ТУК-19, а также участки по их обслуживанию.

Между площадкой перед транспортным въездом в здание реактора, где производится загрузка и выгрузка ТУК-19 и SKODA VPVR/M в транспортные ISO-контейнеры, реакторным залом и помещением 141 (ХОЯТ) все контейнеры перемещаются по рельсам на специальной тележке. В пределах реакторного зала – с помощью имеющегося мостового крана грузоподъемностью 20 т (так же, как и специальное оборудование). Поскольку бассейновое хранилище оборудовано только кран-балкой грузоподъемностью 2 т, перемещение в ХОЯТ контейнеров SKODA VPVR/M и перегрузочного контейнера для ТУК-19 осуществляется с помощью автопогрузчика грузоподъемностью 15 т. Для его свободного передвижения часть рельсового пути демонтируется.

Осушка ОЯТ выполняется внутри ТУК-19 и ТУК SKODA VPVR/M по стандартным технологиям, предусмотренным регламентами обращения с контейнерами, с учетом требований безопасности по критериям осушки и заполнению внутреннего объема контейнеров газовой смесью He+CO2. При этом используется модернизированная чешская система осушки, адаптированная для использования в обоих типах контейнеров.

Практические работы

В 2008 году технология подготовки ОЯТ к перевозке была утверждена сербским регулирующим органом. После этого специалисты НПФ «Сосны» приступили к изготовлению необходимого оборудования. До середины 2009 года российские предприятия – ООО «Озерский завод нестандартного оборудования» и ОАО «ГНЦ НИИАР» – изготовили более 120 наименований (свыше 580 единиц) оборудования. В июне 2009 года все они были доставлены в институт «Винча».

На площадке института «Винча» никогда ранее не проводились столь масштабные операции с ОЯТ и ТУК; такие работы даже не предусматривались проектом реактора и хранилища ОЯТ.

Более того, часть имеющегося оборудования и систем не использовались после остановки реактора в 1984 году,  к 2008 году это оборудование уже не функционировало. В связи с этим перед началом работ по вывозу ОЯТ возникла необходимость провести модернизацию инфраструктуры института «Винча». Эта подготовка проводилась сербской стороной по требованиям, подготовленным специалистами НПФ «Сосны», и включала модификацию и приведение в рабочее состояние вспомогательного оборудования, систем обеспечения радиационной безопасности и контроля за радиационной обстановкой. Из бассейна 4 были удалены ненужные металлоконструкции, мешающие установке рабочей площадки.

В июле 2009 года персонал института приступил к монтажу оборудования для вывоза ОЯТ. Все работы проводились при участии и под руководством специалистов НПФ «Сосны», которые также провели обучение обращению с оборудованием. В декабре 2009 года началась упаковка ОЯТ в пеналы, которая заняла шесть месяцев.

В конце июля 2010 года в институт «Винча» были доставлены ТУК SKODA VPVR/M, чуть позже – ТУК-19. Под руководством специалистов НПФ «Сосны», ПО «Маяк» и NRI (Ржеж, Чехия) сербский персонал прошел обучение обращению с контейнерами и выполнил их загрузку пеналами с ОЯТ. Далее контейнеры были погружены в 20-футовые ISO-контейнеры. В ноябре 2010 года подготовка ОЯТ исследовательского реактора RA к безопасной перевозке в Россию была благополучно завершена. 

Авторы

А.А. Самсонов, С.В. Амосов, А.А. Иващенко (ООО НПФ «Сосны»)