Защитный контейнер

ЗАЩИТНЫЙ КОНТЕЙНЕР, содержащий корпус, заполненный водой до уровня, определяемого сливным отверстием, и расположенное в нем многоэлементное устройство для каталитического сжигания водорода, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности перевозки контейнера путем предотвращения образования гремучей смеси, каждый элемент устройства для каталитического сжигания водорода снабжен средством для отделения газа от жидкости, выполненным в виде слоя из гидрофобного материала со сквозными отверстиями размером от 1 до 50 мкм.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к устройствам для перевозки отработавших тепловыделяющих элементов (твэлов) и атомных электростанций (АЭС) к местам расположения заводов по переработке облученного ядерного топлива.
В настоящее время растет число новых атомных электростанций в нашей стране. В соответствии с этим ростом увеличивается число отработавших твэлов, которые необходимо перерабатывать (регенерировать). А так как места расположения перерабатывающих заводов находятся на значительном расстоянии от АЭС, то встает необходимость безопасной перевозки твэлов. В связи с увеличившимся количеством перевозок твэлов соблюдение безопасных перевозок стало актуальной задачей атомной энергетики.
Известен защитный контейнер для перевозки твэлов к местам переработки, содержащий массивный металлический корпус и герметично закрывающуюся крышку.
При перевозке особенно на большие расстояния из-за больших тепловыделений и плохой теплопередачи через воздушные зазоры между оболочками и топливом твэлы в сухом состоянии могут сильно разогреться и даже разрушиться. А это, в свою очередь, может привести к сильному разогреву контейнера и его разгерметизации, что недопустимо из-за высокой радиоактивности твэлов.
Наиболее близким к предложенному контейнеру является защитный контейнер, содержащий корпус, заполненный водой до уровня, определяемого сливным отверстием, и многоэлементное устройство для каталитического сжигания водорода. При этом многоэлементное устройство для каталитического сжигания водорода содержит катализатор, электронагреватель и отбойник в виде плоского диска, установленный с зазором к крышке контейнера.
При перевозке твэлов в таком контейнере опасность аварийного разогрева контейнера отсутствует в результате охлаждения водой, однако под действием остаточных тепловыделений происходит радиолиз воды с выделением молекулярного водорода и кислорода, образующих гремучую смесь, которая должна быть удалена из контейнера (иначе может произойти взрыв), разгерметизация контейнера и радиоактивное заражение окружающей среды.
Снабжение контейнера устройством для сжигания водорода, выделяющегося при радиолизе воды, должно исключить взрывоопасную ситуацию. Однако при перевозке на поверхности воды образуются волны, сопровождающиеся брызгами, и капли воды попадают на катализатор, ослабляя или совсем прекращая его способность к взаимодействию с водородом.
Имеющийся в контейнере отбойник в виде диска, как показали пробные перевозки твэлов с атомных электростанций на перерабатывающие заводы, не предотвращает намокание катализатора даже несмотря на наличие электрообогрева, который предназначен для нагрева катализатора и его сушки после намокания. Кроме того, наличие самого электронагревателя усложняет обслуживание контейнера, снижает безопасность перевозок из-за возможных перебоев с подачей электроэнергии.
Цель изобретения - повышение безопасности перевозки контейнера путем предотвращения образования гремучей смеси.
Цель достигается тем, что в защитном контейнере, содержащем корпус, заполненный водой до уровня, определяемого сливным отверстием, и расположенное в нем многоэлементное устройство для каталитического сжигания водорода, каждый элемент устройства для каталитического сжигания водорода снабжен средством для отделения газа от жидкости, выполненным в виде слоя из гидрофобного материала со сквозными отверстиями размером от 1 до 50 мкм.
На фиг. 1 изображен защитный контейнер в разрезе; на фиг.2 - узел I на фиг.1.
Защитный контейнер для транспортировки отработавших твэлов содержит корпус 1, крышку 2, датчик давления 3, датчик температуры 4, газоанализатор 5 и элементы 6 для каталитического сжигания водорода, закрепленные на нижней поверхности крышки 2 контейнера.
Элемент для каталитического сжигания водорода содержит, в свою очередь, металлический корпус 7, в который вмонтирован катализатор 8. Катализатор выполнен в виде керамических трубок, на внутренней и наружной поверхностях которых нанесена платиновая чернь. Поверхность каждого элемента катализатора 8 снабжена средством для отделения газа от жидкости в виде слоя 9 гидрофобного материала, имеющего сквозные отверстия 10 размером от 1 до 50 мкм. Элементы катализатора 8 закреплены для исключения перемещения в корпус 1 проволокой 11. Для защиты катализатора 8 от механических повреждений и загрязнения по периметру корпуса 7 снаружи установлены стержни 12. В верхней части корпуса 7 находится резьбовой наконечник 13, предназначенный для крепления устройства для каталитического сжигания водорода к крышке 2 контейнера, а снизу предусмотрена головка 14 под ключ для монтажа и демонтажа устройства при его замене.
Устройство работает следующим образом.
Сначала в контейнер загружают твэлы 15 с отработавшим ядерным топливом, а затем начинают заполнять корпус 1 чистым водяным конденсатом с такой скоростью, чтобы конденсат не закипел и не выплеснулся из контейнера. По достижении определенного уровня заполнение конденсатом прекращают и на контейнер устанавливают крышку 2. Затем производится опрессовка и дезактивация контейнера снаружи, после чего он устанавливается на транспортное средство (на чертеже не показано). Одновременно с установкой крышки 2 контейнера начинает работать устройство для каталитического сжигания водорода. При этом образующийся при радиолизе конденсата молекулярный водород и кислород через отверстия 10 в гидрофобном слое 9 подходят к катализатору 8, где рекомбинируются в пары воды.
Несмотря на то, что при перевозке создаются волны на поверхности воды и при этом образуются брызги, катализатор не намокает, а по сквозным отверстиям к поверхности катализатора проходят только молекулярный водород и кислород и отводятся образовавшиеся пары воды, т.е. катализатор на все время перевозки остается работоспособным и концентрация молекулярного водорода постоянно остается ниже взрывоопасной и исключается образование гремучей смеси, что повышает безопасность перевозки.
Проведенные опытные испытания контейнера показывают, что на всем протяжении перевозки твэлов концентрация молекулярного водорода в корпусе контейнера не превышает 1 об.%, а для образования взрывоопасной смеси концентрация водорода должна быть выше 4 об.%.
По сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят контейнер-прототип, использование защитного контейнера исключает возможность его аварийной разгерметизации в результате взрыва гремучей смеси, т.е. исключает возможность выброса радиоактивных веществ в окружающую среду.
Предлагаемый контейнер позволяет перевозить на перерабатывающие заводы отработавшее топливо с большей глубиной выгорания и с меньшим временем выдержки его на станции перед транспортированием. Увеличение глубины выгорания позволяет более эффективно использовать ядерное топливо (с большим КПД). Перевозка твэлов с большой глубиной выгорания сокращает время оборота твэлов с АЭС на перерабатывающий завод и обратно за счет исключения складирования твэлов в хранилищах, что приводит к сокращению капитальных затрат и экономии денежных средств.