Kapselointilaitoksen laitteet ja järjestelmät

Työ r a p o r t t i 2 0 0 0-0 3 Kapselointilaitoksen laitteet ja järjestelmät Tapani Kukkola Maaliskuu 2000 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN-001 00 HELSINKI, FINLAND Tel. +358-9-2280 30 Fax +358-9-2280 3719

Työraportti 2000-03 Kapselointilaitoksen laitteet ja järjestelmät Tapani Kukkola Maaliskuu 2000

Työ r a p o r t t i 2 0 0 0-0 3 Kapselointilaitoksen laitteet ja järjestelmät Tapani Kukkola Fortum Engineering Oy Maaliskuu 2000 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

(Q REPORT 1 (44) Fortum Tapani Kukkola 8.5.2000 YDIN-A6-932 Distribution Checked by, Date Replaces Approved by, Date, ~~t~~ Keywords Final disposal of spent fuel, encapsulation plant, components and systems \ '~""' 1 \~-~ -') ' ~ '1 / f.~ J V(, KAPSELOINTILAITOKSEN LAITTEET JA JÄRJESTELMÄT Tapani Kukkola F ortum Engineering Oy Maaliskuu 2000 Fortum Engineering Ltd V AT No FI 0477940-2 Trade Reg. No 299 406 Domicile Helsinki

SYSTEMS AND COMPONENT OF ENCAPSULATION PLANT ABSTRACT The encapsulation plant design is based on the basic case (P), in where the four existing Finnish nuclear power plants are operating 40 years. The fuel to be encapsulated will be accumulated 2600 tons and about 1400 spent fuel canisters will be produced during 23 years. The annual production capacity of the encapsulation plant is 100 fuel canisters. The average production rate will be 60 canisters per year. The report contains a short description, perhaps a scheme and the main characteristics of the encapsulation plant components and systems. First the components and systems for spent fuel receiving and handling are presented then the components to be used in the fuel encapsulation and finally the bentonite block manufacturing components. The components, associated to the work to be done in the encapsulation plant are presented in the order of the encapsulation process. The systems maintaining and supporting the encapsulation operating processes are presented later in the report. The outline of processes is done on the basis of functions. Keywords: Final disposal of spent nuclear fuel, encapsulation plant, components and systems.

KAPSELOINTILAITOKSEN LAITTEET JA JÄRJESTELMÄT TIIVISTELMÄ Kapselointilaitoksen suunnitelma perustuu perustapaukseen (P), jossa Suomen olemassa olevat neljä ydinvoimalaitosta käyvät 40 vuotta. Kapseloitavaa polttoainetta kertyy noin 2600 tonnia ja polttoainekapseleita tuotetaan noin 1400 kappaletta 23 vuoden aikana. Kapselointilaitoksen tuotantokapasiteetti on 100 polttoainekapselia vuodessa. Keskimääräinen tuotantotehokkuus on 60 kapselia vuodessa. Raportissa on lyhyt kuvaus, mahdollisesti kaavio ja pääarvot kapselointilaitoksen laitteista ja järjestelmistä. Ensin on esitetty polttoaineen vastaanottoon, käsittelyyn ja kapselointiin tarvittavat laitteet, sitten hentoniittilohkojen valmistuslaitteet Laitteet on kuvattu kapselointityön etenemisjärjestyksessä. Laitteiden jälkeen esitetään kapselointilaitoksen toimintaa tukevat ja ylläpitävät järjestelmät. Järjestelmien jaottelu on tehty toiminnan perusteella. Avainsanat: Käytetyn polttoaineen loppusijoitus, kapselointilaitos, laitteet ja järjestelmät.

1 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANT0... 4 1.1 Taustaa raportille... 4 1.2 Raportin tarkoitus... 4 1.3 Raportin sisältö... 4 2 KAPSELOINTIIN TARVITTAVAT LAITTEET... 5 2.1 Polttoaineen kuljetussäiliöiden vastaanotto... 5 2.1.1 Kuljetussäiliön irrotus kuljetusajoneuvosta... 5 2.1.2 Näytteenotto ja paineen tasaus... 5 2.1.3 Polttoaineen kuljetussäiliön telakointi ja säiliön kannen avaus... 5 2.1.4 Kuljetussäiliön käsittelylaitteet.... 6 2.2 Polttoainenippujen käsittely kuumakammiossa... 7 2.2.1 Polttoainenippujen identifiointi ja y-mittaus... 8 2.2.2 Polttoainenippujen kuivaus... 9 2.2.3 Vuotavien polttoainenippujen käsittely... 9 2.2.4 Polttoainenippujen asennus kapseliin... 10 2.2.5 Polttoainenippujen käsittely- tarkastus ja kuivauslaitteet... 10 2.3 Polttoainekapseleiden käsittely... 10 2.3.1 Esivalmistettujen kapselien käsittely kapselointilaitoksella... 10 2.3.2 Kapselin telakointiaseman laitteet... 11 2.3.3 Sisäkapselin tiiveyskoe... 13 2.3.4 Kuparikannen asennus... 14 2.3.5 Kapselin käsittelylaitteet... 14 2.4 Kapselin kuparikannen hitsaus... 14 2.4.1 Hitsauskammio... 14 2.4.2 Kuparikannen hitsaus... 15 2.4.3 Kuparikannen hitsauslaitteet... 15 2.5 Hitsin käsittely ja tarkastukset... 16 2.5.1 Hitsipinnan koneistus... 16 2.5.2 Hitsin ultraäänitarkastus ja pintatarkastus pyörrevirralla... 16 2.5.3 Kapselin puhdistus... 16 2.5.4 Hitsin volymetrinen tarkastus röntgentomografialla... 16 2.5.5 Viallisten hitsauksien käsittely... 17 2.5.6 Kapselin purkaminen, jos korjaukset eivät onnistu... 17 2.5. 7 Hitsin koneistus-, tarkastus- ja kapselin puhdistuslaitteet... 17 2.6 Valmiiden kapseleiden käsittely... 17 2.6.1 Kapselien siirto puskurivarastoon... 17 2.6.2 Kapseleiden välivarastointi... 18 2.6.3 Kapselin siirto puskurivarastosta kapselihissiin... 18 2.6.4 Valmiin loppusijoituskapselin siirto- ja käsittelylaitteet...,.... 19 3 BENTONIITTILOHKOJEN VALMISTUS... 20 3.1 Bentoniittiraaka-aineen käsittely... 20 3.2 Bentoniittilohkojen puristus... 20 3.3 Bentoniittilohkojen käsittely... 21 3.4 Bentoniittilohkojen valmistus- ja käsittelylaitteet.... 21

2 4 PROSESSIJÄRJESTELMÄT... 22 4.1 Kuljetusajoneuvon sääsuojan pesujärjestelmä... 22 4.2 Kuljetussäiliön ulkopinnan pesujärjestelmä... 23 4.3 Valvonta-alueen lattiaviemäröinti... 23 4.4 Puhtaan alueen lattiaviemäröinti... 23 4.5 Aktiivisten nesteiden käsittelyjärjestelmä... 23 4.6 Loppusijoituskapselin pesujärjestelmä... 23 4. 7 Näytteenottojärjestelmä... 24 4.8 Kuljetussäiliön paineenalennusjärjestelmä... 24 4.9 Dekontaminointijärjestelmä... 25 4.10 Nestejätteiden kiinteytysjärjestelmä... 26 4.11 Kuumakammion imurointijärjestelmä... 26 4.12 T äyssuolanpoistetun veden jakelujärjestelmä... 27 4.13 Käyttövesi-ja viemäröintijärjestelmä... 27 4.14 Palontorjuntajärjestelmä... 27 4.15 Painetyppijärjestelmä... 27 4.16 Paineilmajärjestelmät... 27 4.17 Valvonta-alueen imurointijärjestelmä... 28 4.18 Hengitysilmajärjestelmä... 28 5 ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT... 29 5.1 Polttoaineen vastaanottotilan ilmanvaihtojärjestelmä... 29 5.2 Kapselointilaitoksen tuloilmastointikeskus... 30 5.3 Valvomatloman alueen poistoilmastointi... 31 5.4 Valvonta-alueen ilmastointijärjestelmä... 32 5.4.1 Valvotun alueen alipainejärjestelmä... 33 5.4.2 Kuumakammion alipainejärjestelmä... 33 5.4.3 Kuumakammion jäähdytysjärjestelmä... 33 5.4.4 Puskurivaraston jäähdytysjärjestelmä... 34 5.4.5 Valvonta-alueen poistoilmakeskus... 35 5.5 Loppusijoitustilan valvonta-alueen ilmastointi... 35 5.5.1 Loppusijoitustilan valvonta-alueen tuloilmakeskus... 36 5.5.2 Loppusijoitustilan valvonta-alueen poistoilmakeskus... 36 6 SÄHKÖJÄRJESTELMÄT... 37 7 VALVONTA-, VIESTINTÄ- JA OHJAUSJÄRJESTELMÄT... 38 7.1 Yleiset periaatteet... 38 7.2 Valvontajärjestelmät... 38 7.2.1 Kapselointilaitoksen valvoma... 38 7.2.2 Säteilyvalvonta... 39 7.2.3 Kulunvalvonta... 39 7.3 Viestintäjärjestelmät... 39 7.4 Ohjausjärjestelmät... 39 7.4.1 Kapselointiprosessin ohjaus... 40 7.4.2 Bentoniittilohkojen tuotantoprosessin ohjaus... 41 7.4.3 Ilmastointijärjestelmät... 41 7.4.4 Vesiprosessit... 41 7.4.5 Muut prosessit..... 42

4 1 JOHDANTO 1.1 Taustaa raportille Kapselointilaitoksen suunnitelma perustuu perustapaukseen (P), jossa Suomen nykyiset neljä ydinvoimalaitosta käyvät 40 vuotta. Kapseloitavaa polttoainetta kertyy noin 2600 tonnia ja polttoainekapseleita tuotetaan noin 1400 kappaletta 23 vuoden aikana. Kapselointilaitoksen tuotantokapasiteetti on 100 polttoainekapselia vuodessa. Keskimääräinen tuotantotehokkuus on 60 kapselia vuodessa. Kapselointilaitos tulee samalla laitospaikalle kuin loppusijoitustilat Laitospaikalle ei oletetavalmista infrastruktuuria. Kapselointilaitos on itsenäinen toimiva kokonaisuus. Käytetty polttoaine tuodaan kapselointilaitokselle kuljetussäiliöissä kuivana. Kapselointilaitoksella ei siis polttoainetta jäähdytetä vedellä. Märkäkuljetusvaihtoehtoa ei ole kuitenkaan poissuljettu. Palautetun kuljetussäiliön sisäpinta puhdistetaan tarvittaessa siinä KP A-varastossa, josta säiliö on kapselointilaitokselle tullut. Laitos voi ottaa vastaan sekä Loviisan että Olkiluodon laitoksen kuljetussäiliöitä. Kapselointilaitoksessa on säilytystilat neljälle sekä Loviisan että Olkiluodon laitoksen kuljetussäiliölle. Sekä Loviisan että Olkiluodon laitoksien polttoaine kapseloidaan samalla kapselointilinjalla. Polttoainekapseleiden halkaisija on sama sekä Loviisan että Olkiluodon polttoaineille, mutta kapseleiden pituus on eri suuruinen. Uudet polttoainekapselit tuodaan kapselointilaitokselle konepajalta valmiina ja tarkastettuna. Sisärakenteen kansi on paikoillaan, mutta ei kiinniruuvattu. Uudet kapselit kuljetetaan erityisessä kuljetuskehikossa. Valmiit polttoainekapselit toimitetaan suoraan puskurivaraston kautta loppusijoitustilaan, joka on 500 m syvyydessä peruskalliossa. Kapselointilaitos kytkeytyy loppusijoitustilaan kapselikuilun kautta. Loppusijoitusreikään tulevat hentoniittilohkot valmistetaan kapselointilaitoksessa. 1.2 Raportin tarkoitus Raportin tarkoituksena on olla perustana kapselointilaitoksen jatkosuunnittelulle sekä alustavallekustannusarvio ne. 1.3 Raportin sisältö Raportissa on lyhyt kuvaus kapselointilaitoksen toiminnasta ja kapseloinnissa tarvittavista laitteista, mahdollisesti kaavio ja pääarvot Ensin on esitetty polttoaineen vastaanotossa, käsittelyssä ja kapseloinnissa tarvittavat laitteet, sitten hentoniittilohkojen valmistuslaitteet Laitteet on esitetty kapseloinnin etenemisjärjestyksessä. Laitteiden jälkeen esitetään kapselointilaitoksen toimintaa tukevat ja ylläpitävät järjestelmät. Järjestelmien jaottelu on tehty toiminnan perusteella. Raportti perustuu pääosin viitteisiin /1/ ja /2/.

5 2 KAPSELOINTIIN TARVITTAVAT LAITTEET 2.1 Polttoaineen kuljetussäiliöiden vastaanotto Kuljetussäiliöt otetaan vastaan kapselointilaitoksella kuljetussäiliöiden vastaanottotilassa. Kuljetussäiliöiden vastaanottotilaan varataan tilat sekä neljälle Olkiluodon että neljälle Loviisan laitoksen polttoaineen kuljetussäiliölle. Kuljetussäiliöt toimivat myös laitokselle tuotavan käytetyn polttoaineen puskurivarastona. 2.1.1 Kuljetussäiliön irrotus kuljetusajoneuvosta Ajoneuvoyhdistelmä ajetaan sisään kuljetussäiliöiden vastaanottotilaan, jossa sääsuoja pestään ja avataan. Sääsuoja pestään painepesurilla, jossa on roiskeveden kerääjä. Vastaanottotilassa huuhteluvesi voidaan johtaa normaaliin lattiaviemäröintiin. Tämän jälkeen kuljetussäiliön iskunvaimentimet poistetaan ja kuljetussäiliö nostetaan joko välivarastoitavaksi vastaanottotilaan tai sitten kuljetussäiliö lasketaan suoraan -7,20 tasolle kuljetussäiliön siirtokäytävään. Iskunvaimentimille on varattu säilytyspaikka vastaanottotilan toisessa päässä. Kuljetussäiliöt nostetaan pystyasentoon käyttämällä polttoaineen kulj etusaj oneuvossa olevaa säiliön kuljetuskehää ( cradle) kääntöalustana. 2.1.2 Näytteenotto ja paineen tasaus Vastaanottotilassa kuljetussäiliölle tehdään säteilytaso-ja pintakontaminaatiomittaukset. Kuljetussäiliön pintakontaminaation ylittäessä sallitut rajat kuljetussäiliö lasketaan kuljetussäiliön siirtokäytävään pestäväksi. Kuljetussäiliön siirtokäytävä on valvonta-aluetta ja huuhteluvesi käsitellään aktiivisena vetenä. Jos osoittautuu, että kuljetusajoneuvon kuljetusalusta on myös kontaminoitunut matkan aikana, niin tällöin kuljetusalusta pestään ennen kuljetusajoneuvon takaisin lähettämistä. Kuljetussäiliön vastaanottotilan viemäröinti kytketään tällöin valvonta-alueen viemäröintiin kuljetusalustan pesun ajaksi. Kuljetussäiliön siirtokäytävässä kuljetussäiliön sisätilan kaasusta otetaan näytteet, jotta voidaan todeta, ovatko polttoainesauvat säilyneet ehjänä kuljetuksen aikana. Samassa yhteydessä kuljetussäiliön ylipaine tasataan. Kun kuljetussäiliön kaasun lämpötila on noin 300 C, niin tällöin säiliössä on noin 1 barin ylipaine. Ylipaine puretaan kapselointilaitoksen aktiiviseen ilmastointiin. 2.1.3 Polttoaineen kuljetussäiliön telakointi ja säiliön kannen avaus Polttoaineen kuljetussäiliö siirretään kuumakammion alapuolella telakointiaseman kohdalle. Sekä Olkiluodon että Loviisan polttoaineen kuljetussäiliöille on oma telakointiasema. Kuljetussäiliön siirtokäytävässä kuljetussäiliön ulomman suojakannen pultit irrotetaan ja suojakansi poistetaan. Kuljetussäiliön säteilysuojakannen pultit irrotetaan. Kuljetussäiliö nostetaan kuumakammion telakointiasemaan ja kuljetussäiliö tiivistetään

6 kuumakammioon paisuvilla kaksoistiivisteillä. Kun kuljetussäiliön tiivistys kuumakammioon on varmennettu, niin kuumakammion sulkukansi avataan ja nostetaan sivuun sille varatulle säilytyspaikalle. Tämän jälkeen polttoaineen kuljetussäiliön säteilysuojakansi voidaan nostaa pois ja siirtää omalle säilytyspaikalleen kuumakammiossa. Sulkukansi nostetaan säteilysuojakannen päälle. Polttoaineniput ovat nyt poistettavissa kuljetussäiliöstä. Kuumakammiossa kuljetussäiliön kansien käsittelyyn on varattu oma portaalinosturi. Kun polttoaineniput on poistettu voidaan kuljetussäiliö irrottaa kuumakammion telakoinnista. Ennen irrotusta telakointiaseman sulkukansi nostetaan pois kuljetussäiliön säteilysuojakannen päältä ja kuljetussäiliön säteilysuojakansi asetetaan paikalleen kuljetussäiliön päälle. Kuumakammio suljetaan nostamalla telakointiaseman sulkukansi paikoilleen ja tiivistetään. Kuljetussäiliö voidaan nyt irrottaa kuukammion telakoinnista. Kuumakammiossa kuljetussäiliön säteilysuojakansi saattaa lievästi kontaminoitua, vaikka kuumakammiossa säteilysuojakannen päällä on ollut suojakansi. Kuljetussäiliön säteilysuojakannen kontaminaatio mitataan ja tarvittaessa kansi dekontaminoidaan huuhtelemaila kansi vedellä kuljetussäiliön siirtokäytävässä. Pesujärjestelmä luokitellaan aktiiviseksi järjestelmäksi. Samaa pesujärjestelmää käytetään myös kuljetussäiliön ulkopuoliseen pesuun, mikäli säiliön lähetystarkastuksessa havaitaan liikaa pintakontaminaatiota. Kuljetussäiliön säteilysuojakannen pultit asennetaan paikoilleen ja pultit kiristetään. Kuljetussäiliön ulompi suojakansi asetetaan paikoilleen ja pultit kiristetään. Kuljetussäiliö siirretään takaisin kuljetussäiliön vastaanottotilaan. Kuljetussäiliö nostetaan kuljetusalustalle, iskunvaimentimet kiinnitetään ja sääsuoja asetetaan paikoilleen. Kuljetussäiliö palautetaan ajoneuvolla KP A-varastoon, joko Loviisaan tai Olkiluotoon. 2.1.4 Kuljetussäiliön käsittelylaitteet Käytetyn polttoaineen kuljetussäiliön käsittelyssä tarvitaan seuraavat laitteet: Vastaanottotilan siltanosturi Irrotustyökalut ja kuljetussäiliön nostopuomi Kuljetussäiliön siirtovaunu varmennetulla nostomekanismilla Ulkokannen nostin Kuljetussäiliön kansien pulttien avaus- ja kiristystyökalut Telakointiasema kuumakammioon Kuljetussäiliön säteilysuojakannen portaalinosturi kuumakammiossa Vastaanottotilan siltanosturin ja kuljetussäiliön siirtovaunun kapasiteetti on 140 tonnia. Vastaanottotilan siltanosturi näkyy kuvassa 1. Kuvassa 2 ovat kuljetussäiliön siirtovaunu, kuljetussäiliön telakointiasema kuumakammioon ja kuljetussäiliön säteilysuojakannen portaalinosturi.

7 Kuva 1. Vastaanottotila. Kuva 2. Kuljetussäiliön telakointiasema. 2.2 Polttoainenippujan käsittely kuumakammiossa Kuvassa 3 ylhäällä oikealla näkyvät autoklaavit, joissa polttoainenippuja voidaan tarvittaessakuivataja joita käytetään polttoainenippujen puskurivarastoina sekä vasemmalla on polttoainekapselin täyttöasema. Kuvan alaosassa on kuljetussäiliöiden telakointiasemat.

8 Kuva 3. Kuumakammio. Periaatteena on, että kuumakammioon sijoitetaan niin vähän kuin mahdollista huoltoa ja kunnossapitoa vaativia laitteita. Kaikki toiminnot kuumakammiossa tapahtuvat kaukoohjatusti. Mahdollisiin häiriötilanteisiin varaudutaan etukäteen, /3/ ja /4/. Kaikkien laitteiden tulee olla korjattavissa. Kuumakammio on vuorattu ruostumattomalla teräsverhouksellä ympäriinsä. 2.2.1 Polttoainenippujen identifiointi ja y-mittaus Kuumakammiossa on tila polttoainenippujen y-mittauslaitteistolle Ga/tai neutronimittauslaitteistolle), joka on upotettu samalla tavalla kuin autoklaavi kuumakammion lattiaan. Avoimen polttoaineen kuljetussäiliön aiheuttama taustasäteily häiritsee mittauksia, jollei mittauslaitteisto ole säteilyltä suojattu. Polttoaineniput nostetaan yksitellen ulos kuljetussäiliöstä. Nipun tunnisteet luetaan ja tunnisteita verrataan kirjanpitoon. Nipulle tehdään y-mittaus. Mittauksen tulosta verrataan nipun käyttöhistoriasta laskettuun palama-arvoon, nipun jälkijäähdytysaikaan sekä näitä vastaavaan aktiivisuustasoon. Niput valitaan ennakkosuunnitelman ja tarkistusmittauksen perusteella kapseleihin siten, että jälkilämpöteho kapselia kohti on mahdollisimman vakio ja kapselin mitoituslaskelmien mukainen.

9 2.2.2 Polttoainenippujen kuivaus Polttoaineniput kuormataan kuljetussäiliöön KP A-varastojen vesialtaassa. Ennen kuljetusta kuljetussäiliö tyhjennetään vedestä. Vuotavissa polttoainesauvoissa saattaa olla vettä, koska polttoainenippu ja säilytetään KP A-varastojen vesialtaissa. Polttoainesauvojen lämpötila nousee kuljetussäiliössä 350-370 asteeseen polttoainenippuja kapselointilaitokselle tuotaessa. Tällöin piilevästi vuotavien polttoainesauvojen sisälle vuotanut vesi todennäköisesti höyrystyy ja poistuu polttoainesauvoista. Höyrystynyt vesi lauhtuu kuljetussäiliön seinämään, koska seinän lämpötila pysyy kaikissa olosuhteissa alle 70 asteessa. Suunnittelun lähtökohtana on, että polttoainesauvojen sisältämä kosteus poistuu kuljetussäiliöön kuljetuksen ja varastoinnin aikana ja että polttoainenippu ja ei tarvitse enää kapselointilaitoksella kuivata, vaikka tähän onkin mahdollisuus. Avatussa kuljetussäiliössä polttoaineniput jäähtyvät nopeasti luonnonkierron vaikutuksesta. Polttoainenippujen annetaan jäähtyä vuorokauden verran ennen nippujen poistamista kuljetussäiliöstä. Polttoainenipuista crudi karisee todennäköisesti sitä voimakkaimmin mitä nopeammin niput jäähtyvät. Polttoaineniput nostetaan identifioinnin ja mahdollisen y-mittauksen jälkeen kuljetussäiliöstä autoklaaviin tai suoraan loppusijoituskapseliin. Kuumakammiossa on kaksi autoklaavia, yksi Loviisan laitoksen polttoaineelle ja toinen Olkiluodon laitoksen polttoaineelle. Yhteen autoklaaviin sopii 12 polttoainenippua. Autoklaavit toimivat normaalisti vain polttoainenippujen varastopositioina. Autoklaavista polttoaineniput nostetaan loppusijoituskapseliin. Kuumakammiossa tarvitaan pieni välivarasto polttoainenipuille, jos loppusijoituskapseli joudutaan jostain syystä purkamaan. Polttoaineen kuljetussäiliö voidaan myös irrottaa telakoinnista aiemmin, kun välivarastotilaa on käytettävissä. Suunnitelma on haluttu pitää rakenteeltaan samanlaisena, tuli sitten kapselointilaitos koskemattomalle loppusijoituspaikalle tai sitten Olkiluotoon, jossa autoklaaveja todella tarvitaan polttoainenippujen kuivaukseen. 2.2.3 Vuotavien polttoainenippujen käsittely Vuotavaksi havaitut polttoaineniput tai yksittäiset sauvat sijoitetaan KP A-varastossa veden alla hermeettiseen koteloon ennen kuin niput tuodaan kapselointilaitokselle. Tämän jälkeen kotelo tyhjennetään vedestä esimerkiksi puhaltamaila koteloon typpeä. Kotelossa oleva polttoainenippu lämpenee hieman enemmän kuin muut polttoaineniput kuljetussäiliössä ollessaan. Hermeettisen kotelon suunnittelussa tulee ottaa huomioon lämmönsiirtoparametrit siten, että polttoaine ei lämpene liikaa. Kapselointilaitoksella koteloitu polttoainenippu asetetaan loppusijoituskapseliin. Olkiluodon laitoksen koteloitu polttoaine sopii normaaliin polttoainekapseliin, Loviisan laitoksen polttoaine vaatii erikoisvalmisteisen laajennetulla positiolla varustetun kapselin sisärakenteen. Jos polttoainesauva alkaa vuotaa kuljetuksen aikana tai kapselointilaitoksessa, niin tällöin polttoainenippu asennetaan loppusijoituskapseliin normaalilla tavalla. Kuljetuksen aikana tai myöhemmin vioittuviin polttoainesauvoihin on varauduttu kapselointilaitoksen järjestelmien mitoituksessa.

10 2.2.4 Polttoainenippujen asennus kapseliin Kuivat niput asennetaan yksitellen latauskoneella kapseleihin. Niput valitaan jälkilämmön tuottoon perustuvan suunnittelun mukaisesti. Aseunettavat niput identifioidaan ja niiden positiot rekisteröidään. Käytössä ollut polttoainenippu voi olla niin paljon käyristynyt, että se ei sovi sisäkapselin positioon. Tällöin on käytettävä erikoisvalmisteista kapselin sisärakennetta. Käyristyneet niput on identifioitu jo KP A-varastossa. 2.2.5 Polttoainenippujen käsittely- tarkastus ja kuivauslaitteet Kuumakammiossa tarvitaan laitteita seuraavia laitteita polttoainenipuille kuljetussäiliön ja loppusijoituskapselin välillä: - Polttoaineen siirtokone - Manipulaattorit, 3 kpl - Erikoistyökalut - Gammamittauslaite - Autoklaavit, 2 kpl Polttoaineen siirtokone ja manipulaattori näkyvät kuvassa 2 samoin kuin kuumakammion lattiaan upotettu autoklaavi. 2.3 Polttoainekapseleiden käsittely 2.3.1 Esivalmistettujen kapselien käsittely kapselointilaitoksella Kapselit valmistetaan, tarkastetaan ja kootaan konepajassa valmiiksi. Kapselin sisärakenteen kansi on paikoillaan, mutta ei kiristetty. Kapselit tuodaan kapselointilaitokselle kuorma-autolla. Kapselit kuljetetaan vaakasuorassa asennossa. Kuljetuksen aikana kapselin suojana on kuljetuskehikko, jota tarvitaan myös kapselin käsittelyssä, koska kapselia ei kyetä käsittelemään ilman mukana kulkevaa kehikkoa. Kapselointilaitoksella kuljetuskehikko nostetaan pystyasentoon. Kuormaautoa käytetään hyväksi kuljetuskehikon kääntöalustana. Kuljetuskehikko nostetaan uusien kapseleitten puskurivarastoon ja säilytetään pystyasennossa. Esivalmistettujen kapseleitten puskurivarastossa on tilaa kahdelletoista sekä Olkiluodon että Loviisan laitoksen polttoainekapselille. Varastossa on tilaa yhteensä 24 kapselille. Uusien kapseleitten varaston siltanosturi näkyy kuvassa 4. Kuljetuskehikko nostetaan kapselointiradan laskuaukon kohdalle, kapselin kiinnitystuet irrotetaan ja kapseli lasketaan siirtovaunuun. Tyhjä kuljetuskehikko kuljetetaan takaisin konepajalle uudelleen käytettäväksi. Polttoainekapselin kuparikansi nostetaan kapselin viereen siirtovaunun päälle sille varatulle telineelle. Kaikki kapselin varusteet: sisä- ja ulkokansi, sisäkannen tiiviste, ruuvit ja mutterit kuljetetaan yhdessä itse kapselin kanssa. Kapselikäytävän siirtovaunussa on sähkömoottorikäytöt siirtoa varten sekä sähköinen ruuvikoneisto kapselin nostoa varten. Siirtovaunu varustetaan vaijerimekanismilla vaununjumittumista vastaan. Jos vaunun oma siirtomekanismi ei toimi, niin vaunu hinataan esimerkiksi puskurivaraston kohdalle, kapseli nostetaan puskurivarastoon ja tämän jäl-

11 keen siirtokäytävä on luoksepäästävissä vaunun korjausta varten. Kun siirtovaunussa ei ole polttoainetta sisältävää kapselia, niin siirtovaunu on luoksepäästävässä tilassa. Esimerkiksi silloin, kun uusia kapseleita lastataan siirtovaunuun, henkilöstö voi olla paikan päällä tekemässä ja valvomassa työtä. Kuva 4. Kapselin siirtokäytävä. 2.3.2 Kapselin telakointiaseman laitteet Kapselin telakointiaseman järjestelyt on esitetty kuvassa 5. Suojakansien toimilaitteet sekä atmosfåärin vaihtoon liittyvät laitteet on sijoitettu kuumakammion ulkopuolelle luoksepäästävään tilaan. Kapselin siirtovaunu ajetaan telakointiaseman alapuolelle. Tässä vaiheessa kuumakammio on vielä suljettu erotuskannella. Kapseli nostetaan ylös ja tiivistetään telakointiaseman läpivientiin kaksoistiivisteellä, kuva 8. Kuumakammion erotuskansi avataan, kun tiivistys on varmistettu. Näin polttoainekapseli tulee samaan ilmatilaan kuumakammion kanssa. Polttoainekapselin päälle laskettavassa kaasunvaihtokuvussa on sisäkannen muttereiden kiristyslaitteet sekä sisäkannen magneettitarrain, kuva 6. Muttereita avataan ja kiristetään sähkökäyttöisen kiristysholkin avulla. Polttoainekapselin sisäkansi nostetaan kaasunvaihtokuvun sisään. Polttoainekapselin sisäkansi ja sisäkannen tiiviste kulkevat kapselin mukana. Sisäkansi ja tiiviste ovat esiasennetut konepajalla, kannen pultteja ei kuitenkaan ole kiristetty tässä vaiheessa. Sisäkansi liikkuu kannen laippamuttereiden varassa, kuva 9. Kun kannen pultit rouvataan auki, niin muttereiden laipat nostavat kannen ylös. Kullakin mutterilla on oma sähköinen ruuvinväännin. Kiristysmomentit tullaan määrittelemään käytettävän tiivistetyypin perusteella. Kaasunvaihtokuvun läpi tulee vain sähköisiä läpivientejä.

12 Kuva 6. Kaasunvaihtokupu. [.~ 1 1 / [ 1 ir f.------ 1 1 Kuva 7. Kapselin suojakaulus. EROTUSKAN S 1 Kuva 5. Kapselin telakointiaseman järjestelyt. 1 1 mn 1 1 ~ i 1 gr! 7 1 B lll! 1 1 1&1 ~.~ ~i~ i 1 i i! i i i i Kuva 8. Kapselin telakointiaseman erotuskansi

13 Sisäkapselin kannen tiivistepinta, vaamapultit ja kuparikapselin hitsisauma suojataan kääntämällä suojakaulus polttoainekapselin päälle siksi ajaksi, kun polttoainenippuja asennetaan kapseliin, kuva 7. Suojakauluksen päälle mahdollisesti varissut crudi (tai irto-osat) yksinkertaisesti lakaistaan suoraan kapseliin. ----------, Kuva 9. Sisäkannen laippamutterit. Kun kaikki polttoaineniput on asennettu kapseliin, poistetaan kapselin yläpään suojakaulus. Tiivistepintojen ja hitsattavan kuparipinnan puhtaus ja vauriottomuus tarkistetaan. Tarvittaessatiiviste-ja hitsipinnat imuroidaan. Kaasunvaihtokupu lasketaan kapselin päälle. Kaasunvaihtokupu tiivistetään paisuvilla kaksoistiivisteillä telakointiläpivientiin. Tämän jälkeen kuvun sisään imetään tyhjiö kapselin siirtokäytävästä johdetulla putkella. Toista putkea myöten tämän jälkeen kapseliin johdetaan suojakaasu, joko heliumia tai argonia. Kun kapseliin imetään tyhjiö, niin poistettava kaasu pitää johtaa aktiivisten kaasujen käsittelyjärjestelmään. Kaasunvaihtokuvun sisässä ollut sisäkansi tiivisteineen lasketaan paikoilleen ja kaikki mutterit kiristetään samanaikaisesti. Kapselin sisälle jäävä tyhjä tila (0,5-0, 9 m 3 ) tyhjennetään ilmasta ja täytetään suojakaasulla (He tai Ar) ennen kuparikannen hitsausta. Suojakaasun paine on sama kuin ilmakehän paine. Kaasunvaihdonjälkeen kapselin sisäkansi kiristetään. 2.3.3 Sisäkapselin tiiveyskoe Kannen tiiveys voidaan testata vetämällä kammioon uudelleen alipainetta ja tutkimalla tuleeko kammioon suojakaasua. He-kaasun alhaisiin pitoisuuksiin on olemassa tarkkoja mittalaitteita. Toinen tapa tiiveyden testaamiseen on käyttää hyödyksi sisäkannen kaksoistiivistettä. Tällöin kanteen tiivisteiden väliin johdetaan mittausyhteen kautta ylipaine ja ylipaineen pysyvyyttä seurataan. Kun kapselin sisäkansi on todettu tiiviiksi, nostetaan kaasunvaihtokupu pois kapselin päältä ja kuumakammion kapselin telakointiaseman erotuskansi lasketaan paikoilleen ja tiivistetään. Tämän jälkeen kapselin tiivistys kuumakammioon irrotetaan ja kapseli lasketaan alas kapselin siirtokäytävän vaunuun.

14 2.3.4 Kuparikannen asennus Kuparilieriön yläkaista, hitsisauman alue sekä sisäkapselin kannen yläpinta dekontaminoidaan ennen kuparikannen asennusta paikoilleen samassa paikassa, jossa kuparikapselin kansi asennetaan paikoilleen. Dekontaminoinnissa voidaan käyttää samaa työkalua, jolla kuparikapselin kansi asennetaan paikoilleen. Dekontaminoinnissa voidaan käyttää hatunmuotoista paininta, jonka pinta on tahdasmaista ja johon aktiivisuus tarttuu. Kapselin kuparikansi nostetaan siirtovaunun tasantee!ta ja lasketaan kapselin päälle siirtokäytävän katossa olevalla nosturilla, kuva 4. Tämän jälkeen kapseli on suunnilleen yhtä voimakkaasti säteilevä kaikkiin suuntiin. Ylimääräistä säteilysuojausta ei tarvita ylöspäin. Kuparikannen yläpinnassa on ura, johon tartutaan erityisellä työkaluna kantta nostettaessa ja asennettaessa. Kansi menee kuparilieriön sisään. Kansi tukeutuu kuparilieriön olakkeeseen. Hitsausliitos on 2 astetta kartiomainenja välys on enintään 0,1 mm. Tämän jälkeen polttoainekapseli siirretään kapselikäytävän siirtovaunulla hitsauskammion kohdalle. 2.3.5 Kapselin käsittelylaitteet Kapselin käsittelyssä tarvitaan seuraavat laitteet: - Esivalmistettujen loppusijoituskapselien varaston siltanosturi Loppusijoituskapselin siirtovaunu kapselin siirtokäytävässä Kapselin kuparikannen nostin Kapselin telakointiaseman erotuskansi Kapselin telakointiaseman suojakaulus Kapselin telakointiaseman kaasunvaihtokupu, joka on varustettu kapselin sisäkannen nostimella ja mutterinkiertimillä Loppusij oi tuskapselin sisäkapselin tii veystarkastuslai tteet Kapselin kaasunvaihtojärjestelmä Kuumakammion kapselin telakointiaseman tiivistejärjestelmä Loppusijoituskapselin sisäkannen dekontaminointilaite 2.4 Kapselin kuparikannen hitsaus Kuparikansi hitsataan kiinni loppusijoituskapseliin tyhjiökammiossa elektronisuihkuhitsauslai tteella. 2.4.1 Hitsauskammio Itse hitsauskammio on säteilysuojattu lyijylasi-ikkunalla varustettu sylinterimäinen säiliö hitsauskammiohuoneessa, kuva 4. Hitsauskammiohuone on luoksepäästävää aluetta myös kapselin hitsauksen aikana. Hitsausta voidaan seurata visuaalisesti lyijylasi-ikkunan kautta, mikäli näin halutaan. Loppusijoituskapseli on pystyasennossa kiinteästi paikallaan hitsauskammiossa. Elektronisuihkuhitsauslaitteen elektronitykki on noin puolen metrin päässä hitsattavasta sau-

15 masta. Pystyasennossa oleva hitsauskanuuna liikkuu vaakatasossa kahteen suuntaan. On varauduttu siihen, että joudutaan tekemään paljon koehitsauksia esim. hitsauslaitteiston huoltojen yhteydessä. Tämän vuoksi luoksepäästävyys hitsauskammiohuoneeseen on tärkeä. Elektronisuihkuhitsauksen alipainejärjestelmät ja sähköjärjestelmät voidaan sijoittaa hitsauskammiohuoneeseen. 2.4.2 Kuparikannen hitsaus Kapseli nostetaan siirtovaunun avulla hitsauskammioon, niin että kapselin yläpää on hitsauskammion sisässä. Kapseli tiivistetään hitsauskammion läpivientiin kaksoistiivisteillä. Hitsauskammioon imetään tyhjiö. Kammion tilavuus on minimoitu, jotta tyhjiö saataisiin mahdollisimman nopeasti aikaan. Tyhjiö on luokkaa 1 o- 2-1 o- 4 mbar. Tyhjiöjärjestelmä on kytketty aktiivisten kaasujen käsittelyjärjestelmään. Tähän ei periaatteessa ole tarvetta, koska sisärakenteen tiiveys on varmistettu ja näinollen aktiivisia kaasuvuotoja ei tarvitse olettaa. Kuparikapselin kannen hitsausliitospinta on kevyesti uritettu, jotta saataisiin tyhjiö myös sisärakenteen ja kuparivaipan väliseen tilaan. Hitsauksessa kapseli on paikallaan ja hitsauskanuuna liikkuu. Hitsauksen aikana kapseli lämpenee ja laajenee. Lämpöliikkeet kompensoidaan hitsaussäteen ohjauksena. Varsinaista hitsausta edeltää silloitushitsaus, jossa kuparikansi hitsataan useasta kohdasta ristikkäin kiinni kuparilieriöön. Tällä menettelyllä vähennetään hitsauksen aiheuttamaa vetelyä ja hitsattavat pinnat pysyvät varmemmin kiinni toisissaan hitsauksen aikana. Itse kannen hitsaus kestää joitakin kymmeniä minuutteja. Hitsin ensimmäinen visuaalinen tarkastus voidaan tehdä jo hitsauksen aikana lyijylasiikkunan kautta tai hitsauskammiossa olevalla kameralla. Visuaalisessa tarkastuksessa katsotaan, että hitsi on osunut oikeaan kohtaan ja ettei hitsauksessa ole kraatereita tai muita silmin havaittavia vikoja. Jos vikoja havaitaan, niin tehdään korjaushitsaus saman tien. Hitsauksen jälkeen alipaine poistetaan hitsauskammiosta, kapselin tiivistys hitsauskammioon irrotetaan ja kapseli lasketaan alas kapselin siirtokäytävän vaunuun. 2.4.3 Kuparikannen hitsauslaitteet Kuparikannen hitsauksessa tarvitaan seuraavia laitteita: Hitsauskammio Hitsauskammion alipainelaitteet Hitsauskammion tiivistyslaitteet Elektronisuihkuhitsauslaite, mukaanlukien hitsauskanuuna ja virransyöttölaitteet Elektronisuihkutykin liikemekanismit Hitsauksen ohjausjärjestelmä Hitsauskammiohuoneen siltanosturi koekappaleitten käsittelyä varten

16 2.5 Hitsin käsittely ja tarkastukset 2.5.1 Hitsipinnan koneistus Kannen hitsattu pinta koneistetaan ja hitsi tarkastetaan ultraäänellä kapselin puhdistuskammiossa. Kapselin siirtovaunu ajetaan puhdistuskammion kohdalle. Kapseli nostetaan siltanosturilla siirtovaunusta kammioon, jossa on jyrsinlaite hitsipinnan koneistukseen. Jyrsinpää liikkuu ja kapseli on paikallaan. Hitsi koneistetaan kauko-ohjatusti. Koneistetun pinnan karheusvaatimus on Ra 6,3. Kapselin yleinen pinnankarheus on Ra 12,5. Koneistuksen jälkeen kapselin yläpinta puhdistetaan jyrsinlastuista imuroimalla. Jyrsintä on hiontaa parempi koneistustapa, koska hiontapölyyn verrattuna jyrsintälastut on helppo siivota. 2.5.2 Hitsin ultraäänitarkastus ja pintatarkastus pyörrevirralla Kapselin yläpäähän kiinnitetään kaulusrakenne ja kaulus täytetään vedellä. Hitsi tarkistetaan uittamalla kauluksessa monikanavaista ultraäänipäätä kapselin ympäri. Hitsi peilataan sivusta päin, ultraäänipää ei ole kontaktissa kapseliin. Jos ultraäänitarkastuksessa havaitaan vikoja, niin kapselia ei vielä tässä vaiheessa palauteta uusintahitsaukseen. Kun tarkastus on tehty, niin vesi lasketaan kaulusrakenteesta valvottuun lattiaviemäröintiin. Kaulusrakenne poistetaan ja kapseli siirretään puhdistettavaksi. Hitsin mahdolliset pintaviat etsitään pyörrevirtatarkastuslaitteella, joka on samassa työasemassa kuin hitsin ultraäänitarkastuslaite. 2.5.3 Kapselin puhdistus Kapselin puhdistuksessa ei ole kysymys dekontaminoinnista, koska kupariosat eivät ole voineet kontaminoitua missään vaiheessa. Kapselin pinnalla mahdollisesti oleva lika pestään pois. Kapseli nostetaan yläkannen nostourasta siltanosturin tarraimella puhdistusasemaan tasolla -7.20. Puhdistusasemassa käytetään samanlaista tekniikkaa kuin autopesuloissa, harjoja, liuottimia ja kuivauspuhallusta. Kannen kolossa oleva vesi poistetaan imurilla. Pesuvesi on kytketty valvottuun lattiaviemäröintiin. Kun kapseli on puhdistettu, niin se nostetaan takaisin siirtovaunuun ja siirretään röntgentomo grafiatarkastusaseman kohdalle. 2.5.4 Hitsin volymetrinen tarkastus röntgentomografialla. Kapselin kannen hitsausliitoksen volumetriseen tarkastukseen käytetään röntgentomografiaa ultraäänitarkastusmenetelmän lisäksi. Kapseli siirretään siltanosturilla tarkastusaseman pyöritysalustalle -7.20 tasolla. Kapseli pyörii tarkastuksessa pystyakselinsa ympäri. Säteilytyskanuuna osoittaa tarkastusaseman peräseinän suuntaan. 9 Me V :n tehoinen lineaarikiihdytin vaatiin noin 2,5 metrin paksuisen betonisen säteilysuojan säteen suunnassa, joten on parempi, että säteilykanuuna on kiinteä ja tarkistettava kappale liikkuu. Kiihdyttimen laitteet ovat kahta kerrosta ylempänä tasolla +3.60. Kapseli siirretään tarkastuksen jälkeen takaisin siirtokäytävän vaunuun ja siirtovaunu ajetaan kapselien puskurivaraston kohdalle.

17 2.5.5 Viallisten hitsauksien käsittely Jos hitsaus ei läpäise tarkastuksia, niin kapseli palautetaan korjaushitsaukseen. Kapseli siirretään hitsausasemaan ja elektronisuihkuhitsauslaitteella tehdään paikallinen uudelleensulatus viallisen hitsin kohdalta. Korjauksenjälkeen toistetaan tarkastukset. 2.5.6 Kapselin purkaminen, jos korjaukset eivät onnistu Mikäli hitsiä ei korjaushitsauksellakaan saada hyväksyttäväksi, irrotetaan kapselin kuparikansi jyrsimällä kapselin kansi irti sivusuunnasta kuparikapselin kannen alapinnan tasolta. Koneistusasema on kapselin siirtokäytävässä samassa paikassa, jossa on kuparikannen nosto laite. Nostolaitteella tartutaan kapselin kanteen ennen jyrsintää. Kun kuparikansi on jyrsitty irti, niin kuparikansi lasketaan siirtovaunun ylätasanteelle ja kapseli siirretään kuumakammion telakointiasemaan. Kapseli tiivistetään kuumakammioon ja kuumakammion telakointiaseman erotuskansi avataan. Kaasunvaihtokupu nostetaan kapselin päälle ja sisäkannen mutterit avataan. Sisäkansi nostetaan ylös ja kaasunvaihtokupu siirretään syrjään. Kapselin sisäkansi on tällöin kaasunvaihtokuvun sisässä. Tämän jälkeen polttoaineniput siirretään yksitellen kapse lista autoklaaviin latauskoneella. Kuumakammion kapselin telakointiaseman tiivistepintojen tulee olla riittävän alhaalla, jotta kapseli voidaan tiivistää, vaikka kapselin kansi olisi koneistettu sivulta irti. Sen jälkeen kun polttoaineniput on poistettu, viallinen kapseli voidaan käsitellä aktiivisena jätteenä. Kapselia voidaan käyttää myös muun korkea-aktiivisen jätteen pakkauksena. Sisärakenteen kolot täytetään neutronilähteillä, reaktorin sydäninstrumenteilla tai muilla säteilevillä kappaleilla. Tämän jälkeen sisärakenteen kansi rouvataan kiinni, jolloin jätepakkaus on valmis. Kuparikansi voidaan romuttaa tai viedä loppusijoitustilaan. 2.5.7 Hitsin koneistus-, tarkastus- ja kapselin puhdistuslaitteet Tarvitaan seuraavat koneistus-, tarkastus- ja puhdistuslaitteet - Puhdistusaseman siltanosturi Tarkastusaseman siltanosturi Hi tsin koneistusj yrsinkone Kuparikannen hitsin ultraäänitarkastuslaite Kuparikannen hi tsin pyörrevirtatarkastuslai te Kuparikannen hitsin röntgentarkastuslaite Kuparikannen avausjyrsin Loppusij oituskapselin puhdistusasema 2.6 Valmiiden kapseleiden käsittely 2.6.1 Kapselien siirto puskurivarastoon Tomografiatarkastuksen jälkeen hyväksytyt kapselit siirretään puskurivarastoon odottamaan siirtoa loppusijoitustilaan. Kapselit siirretään käytävästä puskurivarastoon ja varastosta kapselihissin siirtovaunuun labyrintin kautta. Kapselin siirtovaunun toinen sivu

18 on avattava, jotta kapselit voidaan siirtää nosturilla ilman korkeita nostoja. 2.6.2 Kapseleiden välivarastointi Puskurivarastossa on tilaa 12 kapselille. Valmiiden kapseleiden puskurivarasto riittää noin kahden kuukauden loppusijoitustarpeelle. Puskurivarasto näkyy kuvassa 10. Kuva 10. Kapseleiden puskurivarasto. 2.6.3 Kapselin siirto puskurivarastosta kapselihissiin Kapseli siirretään nosturilla pystyasennossa puskurivarastosta labyrintin kautta kapselihissin siirtovaunuun. Loppusijoitustilan tasolla loppusijoituskapseli ajetaan kapselin siirtovaunulla hissistä ulos kapselin suojabunkkeriin. Loppusijoitustilan kapselin siirtoajoneuvo poimii kapselin bunkkerista. Siirtovaunu varmistaa noston. Polttoainekapseli painaa 25 tonnia, kapselin siirtovaunu noin 2 tonnia sekä hissikori noin 3 tonnia. Kapselihissin kokonaiskuormaksi tulee noin 30 tonnia.

19 Kapselihissin kori on yksikerroksinen. Hissikori on läpiaj ettava. Hissikorin lattiassa on kiskot ja ovet molemmin puolin. Kapselointilaitoksessa ja loppusijoitustiloissa hissillä on kummassakin kaksi kerrosasemaa. Alempi kerros on polttoainekapseleille ja ylempi bentoniittilohkoille. Kapselointilaitoksella hentoniittilohkot lastataan kapselihissiin maan pinnan tasalla, kerrosta ylempänä kuin polttoainekapselit. 2.6.4 Valmiin loppusijoituskapselin siirto- ja käsittelylaitteet Tarvitaan seuraavat laitteet: - Loppusijoituskapselin siirtovaunu kapselihissiin - Puskurivaraston siltanosturi - Kapselikuilun hissi

20 3 BENTONIITTILOHKOJEN VALMISTUS Bentoniittilohkojen puristamossa valmistetaan loppusijoitusreikiin tulevat hentoniittilohkot, jotka toimivat tiivistemateriaalina loppusijoituskapselin ja kalliopinnan välissä. Lohkot puristetaan esikäsitellystä hentoniittipulverista. Bentoniittilohkojen puristamo on käytännöllistä tehdä kapselointilaitoksen yhteyteen jotta voitaisiin välttää turhia kuljetuksia ja jotta puristamon järjestelmiä voitaisiin integroida kapselointilaitoksen järjestelmiin. Bentoniittilohkot kuljetetaan loppusijoitustiloihin kapselikuilun kautta. Bentoniittilohkojen puristamoa ei tehdä, jos lohkot voidaan ostaa valmiina ulkopuoliselta toimittajalta tarjouskilpailun perusteella. Tällöin puristamon asemesta tarvitaan valmiiden hentoniittilohkojen puskurivarasto, jonka tilantarve on samaa suuruusluokkaa kuin lohkopuristamon vaatima tila. 3.1 Bentoniittiraaka-aineen käsittely Bentoniitti tuodaan loppusijoituspaikalle 20 jalan konteissa, jotka varastoidaan loppusijoituspaikan keskuskenttävarastoon. Noin puolet hentoniitista toimitetaan loppusijoitustilaan täyteaineen sekoittamoon ja loput hentoniittilohkopuristamon konttivarastoon, jossa on tilat neljälle hentoniittikontille. Kontteja siirrellään laitospaikalla lukkinosturilla. Varastoinnin aikana mahdollisesti pinnalta jäätynyt hentoniittimassa sulaa. Kun valmistetaan kaksi loppusijoituskapselia viikossa, niin puristettuja hentoniittilohkoja tarvitaan 20 m 3 viikossa eli noin 40 tonnia. Bentoniittijauheen keskimääräinen kulutus on noin 30 m 3 viikossa, joka tarkoittaa, että varastoon on tuotava viikossa kaksi konttia. Konteissa hentoniittijauhe on 1500 kg suursäkeissä. Ylläesitetty hentoniitin käsittely vastaa noin 100 polttoainekapselin vuosi tuotantoa. Todellinen kapasiteetti tulee olemaan keskimäärin noin 60 kapselia vuodessa eli oleellisesti vähemmän. 3.2 Bentoniittilohkojen puristus Bentoniitti seulotaan ja esikäsitellään Eirich-sekoittimessa, jossa hentoniitti kostutetaan ja rakeistetaan ennen hentoniittilohkojen puristamista. Kostutus on tarpeen, jotta hentoniitti rakeistuisi. Rakeistus helpottaa lohkojen puristusta, koska ilma poistuu rakeistetusta hentoniitistä paremmin kuin jauhemaisesta. Bentoniittilohkot puristetaan hydraulipuristimella noin 10-15 kg:n painoisiksi kappaleiksi 100 MPa:n paineessa. Puristimen kapasiteetti on luokkaa 500-1000 tonnia. Bentoniittilohkopuristin voi olla samanlainen kuin joita käytetään tiiliteollisuudessa, kuva 11.

21 Kuva 11. Sopivia hydraulisia puristimia, vasemmalla 400 tonnin ja oikealla 800 tonnin. 3.3 Santoniittilohkojen käsittely Hentoniittilohkot pakataan kuormalavoissa kuljetuskehikkoon ja toimitetaan loppusijoitustilaan kapselikuilun hissillä, johon lohkopuristamosta tullaan ilmasulun kautta. Hentoniittilohkojen puskurivarasto on loppusijoitustilassa. Bentoniittilohkoja kuljetetaan täysi hissikuormallinen kerrallaan. Ensin kapselihissiin nostetaan trukilla kuormalavahylly jonka jälkeen kuormalavahylly täytetään hentoniittilohkoilla lastatuilla kuormalavoilla, joita käsitellään haarukkatrukilla. 3.4 Santoniittilohkojen valmistus- ja käsittelylaitteet Bentoniittilohkopuristamon laitteet ovat: - Syöttösiilo 60m 3 - Ruuvisyötin Eirich-sekoittimelle - Eirich-sekoitin 1,5 m 3 - Annostelusyötin lohkopuristimene - 600 tonnin lohkopuristin - Puristintyökalut - Kulj etuskehikot

22 4 PROSESSIJÄRJESTELMÄT Seuraavassa esitetään lyhyesti kapselointilaitoksen prosessijärjestelmät, järjestelmien tehtävä, järjestelmien koostumus ja sijainti. Ensimmäisenä ovat erilaiset vesijärjestelmät ja sen jälkeen muut järjestelmät, järjestyksessä alhaalta ylös päin. @ @ 1 1 1 1 1 1 1 6850 i 3650 i 9400 i 4600 i 3550 i 3700 i 8050 1 0000 7000 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i i i i i i i i i i - ~-- - -- ----+- ---~----- ----------~ - - - - t-- ----~-- --~----- ------- -~----------- ---- -l='i ----- ------~---- i i i i... i i (j) i @ 1 1 1 1 tt -----------------t-----------------------+----------------~-r-~- 1 1 1 8 0 r--- 8 ()\ " 1 i n t: 1 K... PSELINPESUJA KONEISTUSLASTUJEN 1 i 1 1 -----i------------------i---------i-------- -------------i-----------i----------i--------1------------~~""'lt. i.. i.. i i i 1 0 0 Lr\ 1 T6 f1! -------- -+------------------j----! i 30500 1 1 ~ 1 1 1 ~ 11!! i!! i i! i i ll --~------- -----: -----4r-------------------~- ------: ----- :-- ----~------- -------$1 ------------------~ ----- --- :---- Kuva 12. Tason -10.80 prosessijärjestelmät. 4.1 Kuljetusajoneuvon sääsuojan pesujärjestelmä Polttoaineen kuljetusajoneuvon sääsuoja pestään ulkoapäin käytetyn polttoaineen vastaanottotilassa. Järjestelmä koostuu painepesurista, putkistosta ja suuttimista sekä veden kierrätyslaitteista ja roiskeenestosuojista. Pumput ja veden keruusäiliö sijaitsevat -10.80 tasolla valvonta-alueella. Pesuvetenä käytetään vesijohtovettä. Järjestelmä varustetaan öljynerotuskaivolla. Kuljetussäiliön pinta-aktiivisuus mitataan polttoaineen vastaanottotilassa. Jos osoittautuu, että kuljetussäiliössä on liikaa pinta-aktiivisuutta, niin todennäköisesti aktiivisuutta on myös ajoneuvoyhdistelmässä. Tällöin pesupaikan lattiaviemäröinti kytketään kuljetussäiliön pesujärjestelmään ja ajoneuvoyhdistelmä pestään puhtaaksi. Kuljetussäiliö siirretään puhdistettavaksi kulj etussäiliön siirto käytävään.

23 4.2 Kuljetussäiliön ulkopinnan pesujärjestelmä Kuljetussäiliön ulkopinnan pesujärjestelmää käytetään kuljetussäiliön pesuun ulkoapäin. (Sisäpinta pestään KP A-varastossa). Kuljetussäiliö pestään kuljetussäiliön siirtokäytävässä tasolla -7.20, joka on valvonta-aluetta. Pesujärjestelmä koostuu painepesurista, putkistosta ja suuttimista sekä veden kierrätyslaitteista, kokoojasäiliöstä ja suodattimista. Pesuvetenä käytetään täyssuolanpoistettua vettä. Järjestelmä on aktiivisuuden suhteen valvottu. Pesujärjestelmä sijaitsee -10.80 tason valvonta-alueella. 4.3 Valvonta-alueen lattiaviemäröinti Valvottu lattiaviemäröintijärjestelmä kerää valvonta-alueen lattiavedet painovoimaisesti tasolla -10.80 olevaan kokoojasäiliöön. Järjestelmä koostuu lattiakai voista, putkistosta sekä kokoojasäiliöstä, josta vedet poistetaan viemärivesipumpulla. Viemärivesien kokoojasäiliön veden aktiivisuus mitataan ottamalla näytteet. Jos viemärivedessä on aktiivisuutta, niin viemärivesi johdetaan puhdistukseen. 4.4 Puhtaan alueen lattiaviemäröinti Valvomattoman alueen lattiaviemäröintijärjestelmä kerää puhtaan alueen lattiavedet painovoimaisesti tasolla -10.80 olevaan kokoojasäiliöön. Järjestelmä koostuu lattiakaivoista, putkistostasekä kokoojasäiliöstä, josta vedet poistetaan viemärivesipumpulla. 4.5 Aktiivisten nesteiden käsittelyjärjestelmä Dekontaminointiliuokset, pesuvedet sekä valvonta-alueen lattiaviemäröinnin keräämät vedet voivat sisältää radioaktiivisia aineita. Nestemäiset aktiiviset jätteet suodatetaan ja nesteet palautetaan takaisin prosessiin tai lasketaan valvomattomaan viemäröintiin. Suodattimien ioninvaihtomassat pumpataan kiinteytysjärjestelmään kiinteytettäväksi. Järjestelmä koostuu dekontaminointiliuosten kokoojasäiliöistä ja suodattimista, ioninvaihtohartsien keruusäiliöstä sekä valvonta-alueen lattiaviemäröinnin suodattimista sekä pumpuista ja putkistosta. Järjestelmä on tasolla -10.80. 4.6 Loppusijoituskapselin pesujärjestelmä Valmiin loppusijoituskapselin pinnalla oleva lika pestään pois. Puhdistusasemassa käytetään samanlaista tekniikkaa kuin autopesuloissa, harjoja, liuottimia ja kuivauspuhallusta. Kannen kolossa oleva vesi poistetaan imurilla. Kun kapseli on puhdistettu, niin se nostetaan takaisin siirtovaunuun ja siirretään röntgentomografiatarkastusaseman kohdalle.

24 Järjestelmä koostuu vesisäiliöstä, kierrätyspumpusta, suodattimesta ja putkistosta. Kapselin puhdistusasemaa käytetään myös koneistuslastujen keräämiseen. Järjestelmä varustetaan siivilällä, joka kerää lastut talteen. Puhdistusasema sijaitsee tasolla -7.20 ja puhdistusjärjestelmän laitteet tasolla -10.20. Puhdistusjärjestelmää operoidaan puhdistusaseman viereisestä käytävätilasta. ~ ~ ~ ~ ~ Cf> 1 6850 9400! 4600! 3550 1 3700! i 8050 10000 7000 ~ i i i i i i i i 1 i i =tj J -~-------- ----- --~- -- _l..j. --~------------- _:J1 ----- -----~ ---- --- _[ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i. i.... i i.. i. HUOL TOKAYT~V~ 1 i! ~~~~! - - - ------- - - --, ------- ----- -~-!G 1 i i -lb====i".ff=;;=~~b:::;;bt::==:::::::::::i===;:====:==;~==_::~"""""""~rr==~~*~'f'fijy::=====:l- - - - --- - -f- - i i i i l1.20 VAP.ALL< -1.ZQ -1.ZO 1 i n 1 1 i 1 i 1 1 i rr. --~----------- - j -----~-------- ------- - ~- --- t ------i ------~---------------~--------------------~ --------- ---:--- i i 1 i 1 i i i i i -7.2Q Tt 1 i Kuva 13. Tason -7.20 prosessijärjestelmät. 4. 7 Näytteenottojärjestelmä Polttoaineen kuljetussäiliöstä otetaan kaasunäytteet säiliön painetta alennettaessa. Polttoaineen näytteenottolaitteet koostuvat putkistosta sekä kaasuanalysaattorista. Järjestelmä on tasolla -7.20. Viemärivesien ja dekontaminointiliuosten aktiivisuus määritellään ottamalla liuoksista näytteet ja analysoimalla ne. Näytteet analysoidaan työkuilurakennuksen konttorin yhteydessä olevassa laboratoriossa. 4.8 Kuljetussäiliön paineenalennusjärjestelmä Kun polttoainetta kuljetetaan kuivana, niin kuljetussäiliön sisällä olevan ilman lämpötila on noin 300 C ja kuumimman polttoainesauvan lämpötila on korkeintaan noin 370 C.

25 Kuljetussäiliön sisällä olevan massan jäähdyttäminen ei ole teknisesti helposti toteutettavissa, koska kuljetussäiliön sisällä jäähdytettävä massa on erittäin suuri ja polttoaine tuottaa lisäksi jatkuvasti lisäenergiaa, /4/. BWR-polttoaineen kuljetussäiliön lämpöteho on 7,5 kw ja VVER-polttoaineen kuljetussäiliön lämpöteho on enimmillään 10,5 kw. Kuljetussäiliön sisärakenteita ja polttoainetta ei voida käytännössä jäähdyttää ilmalla ennen kuin kuljetussäiliön kansi avataan. Näin ollen kuljetussäiliön säteilysuojakansi avataan kuumakammiossa ilman, että kuljetussäiliön sisätilaa on jäähdytetty. Kuljetussäiliön siirtokäytävässä kuljetussäiliön sisätilan kaasusta otetaan näytteet, jotta voidaan todeta, ovatko polttoainesauvat säilyneet ehjänä kuljetuksen aikana. Samassa yhteydessä kuljetussäiliön ylipaine tasataan. Kun kuljetussäiliön kaasun lämpötila on noin 300 C, niin tällöin säiliössä on noin 1 barin ylipaine. Ylipaine puretaan kapselointilaitoksen aktiiviseen ilmastointiin. cp ~ ~ ~ Cl> ~ <fl ~ ~ ~ i E850 1 3650 1 9400 1 4600 i 3550 i 3700 i 8050 i 10000 i 7000 i ----------f---- i i i i i i -----~- -- -----------~------:- ---~------ -~~-----q- -------:~:~~~~~~~- -------! PUHTAALLE ALUEElL!: i i i 1 1 1 Kuva 14. Tason +0.00 prosessijärjestelmät. 4.9 Dekontaminointijärjestelmä Dekontaminointijärjestelmää tarvitaan pääasiassa kuumakammiosta paistettavien tavaroiden puhdistamiseen aktiivisuudesta tai sitten kuumakammion puhdistamiseen niin että sinne voidaan mennä. Pääsääntöisesti kuumakammiossa ei tehdä korjauksia. Korjattavat laitteet toimitetaan kauko-ohjatusti dekontaminointikeskuksen kautta kuumakammion korjaamoon, jossa laitteet korjataan tai sitten laitteet korvataan uusilla. Vanhat laitteet ovat tällöin aktiivis-

26 ta jätettä, ellei niitä puhdisteta aktiivisuudesta. Puhdistamattomat laitteet pakataan ja viedään loppusijoitustilaan. Laitteet voidaan imuroida kuumakammiossa, mutta laitteita ei voida riittävästi dekontaminoida mm kuumakammiossa leijuvan aktiivisen pölyn vuoksi. Kuumakammioon mennään käytön aikana vain täysissä suojavarusteissa, hengitysilmalaittein varustetuissa "avaruuspuvuissa" dekontaminointikeskuksen kautta. Pois tultaessa suojapuku huuhdellaan puhtaaksi dekontaminointikeskuksen yhteydessä olevassa peseytymistilassa. Kuumakammio voidaan tarvittaessa puhdistaa myös niin hyvin, että sinne voidaan mennä keveimmissä suojavarusteissa. Kuumakammioon ei mennä usein, koska kuumakammion puhdistus on aikaavievä ja kallis operaatio. Voidaan olettaa, että kuumakammio puhdistetaan perusteellisemmin kerran viidessä vuodessa. Neljä kertaa laitoksen käytön aikana sekä viidennen kerran, kun laitos poistetaan käytöstä. Dekontaminointijärjestelmä koostuu vesi-, happo- ja emässäiliöistä, kierrätyspumpusta sekä putkistosta sekä suodattimista. Vesisäiliö on varustettu sähkölämmittimellä. Dekontaminointiliuoksia kierrätetään. Dekontaminointijärjestelmän laitteet on sijoitettu +0.00 tasolle kiinteytyslaitoksen yhteyteen. 4.10 Nestejätteiden kiinteytysjärjestelmä Nestemäiset aktiiviset jätteet kiinteytetään sekoittamalla ne sementtiin nestejätteiden kiinteytysjärjestelmässä. Järjestelmä koostuu sementtisiilosta, annostelusäiliöstä sekä sekoittimesta. Aktiivisimmat jätteet kiinteytetään betonikokilliin. Vähemmän aktiiviset kiinteytetään peltitynnyriin. Järjestelmä sijaitsee tasolla 0.00. Kokillit ja tynnyrit tuodaan sisään suoraan ulkoa ilmalukon kautta. Valmiit kiinteytetyt jätteet viedään loppusijoitustilaan samaa reittiä, joita dekontaminointikeskuksesta poistettavat laitteet käyttävät. 4.11 Kuumakammion imurointijärjestelmä Kuumakammion imurointijärjestelmää käytetään crudin ja mahdollisten polttoainefraktioiden imurointiin kuumakammiossa. Crudi ja polttoainepartikkelit valutetaan loppusijoituskapseleiden vapaisiin positioihin aina kun se vain on mahdollista. Järjestelmä koostuu teollisuusimurista ja putkistosta. Kuumakammiossa suulakepäitä ohjataan manipulaattoreiden avulla. Crudi ja polttoainefraktiot erotetaan syklonierottimen avulla. Syklonierotin ja siihen kytketty tyhjennysputki sijaitsevat kuumakammiossa. Kaikki imurointijärjestelmän laitteiden materiaalit ovat hapankestävää ruostumatonta terästä. Imurin osat romutetaan jätteeksi, jos imuri ei toimi. Kuumakammion imurointijärjestelmän laitteet sijaitsevat tasolla +0.00 kuumakammiossa. Imurointijärjestelmän poistoilma palautetaan kapselointilaitoksen valvonta-alueen ilmastointi järjestelmään.