СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОПЛИВНЫХ ЯЧЕЕК АКТИВНОЙ ЗОНЫ УРАН-ГРАФИТОВОГО КАНАЛЬНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА

Заявляемое изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к способам устранения деформации и восстановления геометрических параметров графитовой кладки канального энергетического реактора, может быть использовано при проведении работ, направленных на восстановление ресурсных характеристик активной зоны канального реактора.

В процессе эксплуатации ядерного уран-графитового реактора в результате циклических радиационно-термических воздействий его ресурсные характеристики изменяются, происходит объемное радиационное расширение и усадка графитовых блоков (ГБ), со временем снижается пластичность графита. С количеством пусков - остановов реактора, при разогреве-расхолаживании динамические процессы в кладке усиливаются, что приводит к возникновению дополнительных напряжений в графитовых блоках, росту концентрации напряжений на наружных поверхностях, растрескиванию блоков и смещению графитовых колонн (ГК) активной зоны реактора. Указанное может привести к сокращению ресурса активной зоны реактора и досрочному выводу его из эксплуатации. В уровне техники обнаружены патенты РФ №2029997, 20027234, 22035071, относящиеся к ремонту графитовой кладки. В стадии расширения типовых графитовых элементов и кладки в целом проблема восстановления геометрии посадочного отверстия в ГБ под установку технологических каналов (ТК), была решена путем калибровки - рассверливания ГК (далее - колонн) по высоте, с целью восстановления оптимального значения технологического зазора между ТК и ГК, патенты РФ №№2022725, 2187417.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является «Способ ремонта графитовых блоков колонн канального ядерного реактора» по патенту РФ №2083003. Способ заключается в том, что в колонны вводят штангу с режущим инструментом и выполняют расточку графитовых блоков, причем расточку выполняют в виде канавки конусообразной формы, по периметру стыков смежных блоков, при этом растачивают те блоки, которые имеют уменьшение диаметра канала в местах опережающего роста усадки - торцах блоков. Затем выполняют стандартные операции по калибровке топливных ячеек. Данный способ обеспечивает устранение последствий процесса объемного расширения ГБ по всей высоте ГК, что явилось, одним из факторов, обеспечившим повышение ресурса графитовой кладки. Способ устраняет проблему утолщения блоков в местах их стыковки между собой, и обеспечивает, после расточки и калибровки, восстановление необходимого внутреннего посадочного диаметра блоков колонны, что на несколько лет дало возможность проектного размещения ТК в графитовой колонне и обеспечило формирование оптимального зазора ТК-графит.

Недостатком способа является невозможность восстановления ресурсных характеристик топливных ячеек активной зоны канального реактора за пределами продленного срока службы. Если по результатам контроля установлена деформация ГК в виде прогиба, вызванная массовым смещением графитовых блоков в кладке, и ее значение превышает разрешенное 50 мм, эксплуатация реактора недопустима по условиям безопасности.

Целью заявляемого изобретения является восстановление ресурсных характеристик топливных ячеек активной зоны канального реактора по достижению нормативного прогиба, т.е. не превышающего разрешенного значения 50 мм, а также обеспечение гарантированной безопасности эксплуатации топливных ячеек и продление срока службы энергоблока.

Сущность данного изобретения состоит в том, что в способе восстановления ресурсных характеристик топливных ячеек активной зоны уран-графитового канального энергетического реактора путем корректировки геометрических размеров графитовых блоков предложено, в каждом технологическом канале, после извлечения тепловыделяющей сборки определять величину и направление прогиба графитовой колонны, полученный результат сравнивать с нормативным значением и выделять локальные зоны графитовых колонн с одинаковым направлением прогиба, затем вести работы в каждой из выбранных зон раздельно, извлекать часть технологических каналов из ячеек графитовых колонн, прогиб которых превышает нормативное значение, и производить продольную разрезку графитовых блоков средней части колонн, с шириной реза 10÷15 мм в направлении, перпендикулярном прогибу колонны, затем в технологический канал выбранной локальной зоны устанавливать тросовое устройство-натяжитель, посредством которого создавать силовое воздействие на примыкающие к нему графитовые колонны в направлении, противоположном прогибу, а с помощью датчиков, размещаемых в технологических каналах, контролировать процесс уменьшения прогиба и при достижении нормативного значения величины прогиба силовое воздействие прекращать и выполнять калибровку ячеек графитовых колонн до требуемых размеров.

В порядке обоснования существенности отличительных признаков формулы изобретения приводим следующее. В результате формирования локальных зон графитовых колонн кладки с одинаковым направлением прогиба, распределенных по реактору, удается выполнить работы по восстановлению прогиба колонн до допустимой величины, т.е. восстановить ресурсные характеристики активной зоны реактора. Выполнение резов графитовых блоков и использование тросовых натяжителей для создания силового воздействия на графитовые колонны в направлении, противоположном прогибу, приводит к образованию разгрузочных зон и позволяет добиться необходимого снижения прогиба графитовых колонн. Существенным являются указанные в формуле направление и ширина реза 10÷15 мм. При выполнении реза указанной ширины в направлении, перпендикулярном прогибу колонн, удается обеспечить формирование разгрузочных зон. Эффект силового воздействия натяжителя на группу смежных колонн позволяет значительно снизить трудозатраты по сравнению с вариантом работ: одна разрезка - снижение прогиба одной колонны.

Предложенное изобретение поясняется графическим материалом, представленным на фиг.1÷9, где на фиг.1 изображена конструкция топливной ячейки реактора, с установленным в ней технологическим каналом; на фиг.2 - фрагмент искривленных колонн графитовой кладки в разрезе; на фиг.3 изображена схема прогиба колонн графитовой кладки; на фиг.4 - графитовый блок с трещиной; на фиг.5 - графитовый блок после разрезки; на фиг.6 - графитовый блок после выполнения силового воздействия; на фиг.7 - схема расположения на плато реактора локальных рабочих зон; на фиг.8 - таблица параметров ячеек на примере локальной рабочей зоны А (фиг.7); на фиг.9 показано устройство натяжителя. Конструкция топливной ячейки реактора (фиг.1) содержит тракт 1, с которым соединена верхняя часть технологического канала 5, защитную плиту 2, графитовые блоки 3, опорную плиту 4. Технологический канал 5 размещен внутри графитовой колонны. Нижняя часть ТК 5 соединена с сильфонным компенсатором 6 и патрубком 7 подвода теплоносителя. На виде А фиг.1 показана часть ТК в увеличенном масштабе. На фиг.2 изображен фрагмент графитовой кладки, включающий графитовые колонны 8, 13 (в разрезе), 11 (без разреза) с ТК 5 и прогибом, превышающим нормативное значение (50 мм) по результатам измерений. Для уменьшения величины прогиба в ТК 5 колонны 13 установлен натяжитель 12. Графитовые блоки колонны 11 назначены для разрезки в целях восстановления геометрических размеров графитовых блоков и создания свободных объемов для выпрямления графитовых колонн. Колонна 8 используется для контроля эффективности силового воздействия (уменьшения прогиба) посредством установленной в ТК 5 штанги 9 с датчиком 10. Направление приложения силового воздействия на колонну 11 показано силовыми линиями 14. На фиг.3 изображена схема прогиба, где: 15 - вертикальная ось топливной ячейки, 16 - прогиб колонны до силового воздействия, 17 - прогиб колонны после выполнения силового воздействия натяжителем. На фиг.4 изображен в плане графитовый блок 3 с трещиной, выявленной в результате осмотра ячейки, и показано направление прогиба колонны 18. На фиг.5 изображен графитовый блок 3 после выполнения реза 19 шириной 10÷15 мм и показано направление приложения силового воздействия 14. На фиг.6 изображен графитовый блок 3 после смыкания реза 20 и калибровки отверстия в блоке под стандартный размер. На фиг.7 представлена картограмма плато реактора с указанием локальных зон проведения работ А÷К. Каждая зона характеризуется одинаковым направлением прогиба колонн и соответствующим местом расположения на плато реактора. На фиг.8 (в качестве примера реализации заявляемого способа) представлена таблица параметров локальной зоны А, где в столбце 1 указаны номера ячеек этой локальной зоны. В столбцах 2 и 3 проставлены измеренные значения величин прогиба и направления прогиба (исходное состояние ячеек). В графе 4 указаны назначения ячеек в процессе выполнения восстановительных работ: Н - ячейка, в которую будет установлен натяжитель, Р - ячейка, в которой будет осуществляться разрезка графитовых блоков, К - ячейка, в которую будет установлен датчик контроля изменения прогиба в процессе работы с натяжителем. В графе 5 приведены значения величин прогибов колон ячеек зоны А после выполнения восстановительных работ. На фиг.9 представлено устройство тросового натяжителя. Натяжитель состоит из верхней опоры 21 для установки натяжителя на топливную ячейку, гидравлического домкрата 24, в котором закреплен верхний конец троса 22, расположенный внутри силовых элементов 23. Элементы 23 выполнены в виде полых цилиндров. Конец троса 22 закреплен в нижней опоре натяжителя 25.

Работы по восстановлению ресурсных характеристик топливных ячеек производят на остановленном и расхоложенном реакторе. Выгружают тепловыделяющие сборки (ТВС) из ячеек различных зон реактора. Результаты измерительного контроля оформляют в табличном виде (фиг.8), проводят анализ состояния графитовых колонн, формируют локальные зоны проведения работ А÷К (фиг.7). В ячейку графитовой колонны 8 фиг.2, назначенную для контроля, устанавливают штангу 9 с датчиком 10. Из ячейки графитовой колонны 11, назначенной для разрезки колонны, извлекают ТК 5 и производят разрезку графитовых блоков 3. В ячейку графитовой колонны 13, назначенную для силового воздействия, устанавливают натяжитель 12. Производят силовое воздействие 14 на графитовые колонны 8, 11, 13 и выполняют контроль изменения прогиба колонны 8. При достижении нормативного значения прогиба 17 (фиг.3) силовое воздействие 14 прекращают, извлекают натяжитель 12 и штангу 9 с датчиком 10. Затем проводят контрольные замеры величины прогиба в ячейках графитовых колонн 11, 13. Производят калибровку ячейки графитовой колонны 11 и устанавливают ТК 5. Аналогичные работы последовательно выполняют на остальных ячейках локальной зоны А. После завершения работ на ячейках зоны А, поочередно приступают к работам на локальных зонах Б÷К.

Использование предлагаемого изобретения позволит сократить объем и сроки выполнения работ по восстановлению ресурсных характеристик топливных ячеек активной зоны, обеспечить надежную и безопасную работу реактора. Экономия от использования изобретения составит порядка двух миллиардов рублей.