DE1924595A1

DE1924595A1 - Vorrichtung zur Handhabung von Uranhexafluorid unter erhoehtem Druck

Info

Publication number: DE1924595A1
Application number: DE19691924595
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Ing Pirk; Ulrich Dr Rillessen
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1969-05-14
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1971-06-09
Also published as: US3714978A; SE378364B

Description

Nuklear-Chemie und -Metallurgie Gesellschaft m.b.H.

Wolfgang b. Hanau

Vorrichtung zur Handhabung von Uranhexafluorid unter
erhöhtem Druck·

Uranhexafluorid, UF^, ist ein farbloses, schon bei Raumtemperatur sehr flüchtiges Salz, das ohne zu schmelzen in die Gasform übergeht. Der Sublimationspunkt liegt bei 56 C, der Tripelpunkt bei 1,5 ata und 6k°C. Bei einer Temperatur von 100°C steht flüssiges UF^ bereits unter einem Dampfdruck
von U,3 ata. Aufgrund dieser thermodynamischen Eigenschaften lässt sich Uran als Ilexaf luorid bereits bei sehr niedrigen Temperaturen verdampfen. UF,- hat daher als Ausgangsmaterial bei der Isotopentrennung und der anschliessenden Herstellung von Kernbrennstoffen mit Anreicherung an U 235 eine grosse Bedeutung erlangt.

Wegen seiner hohen Flüchtigkeit wird es in Druckbehältern
aus Stahl abgefüllt, gelagert, transportiert und ausgeliefert, wie dies in ähnlicher Weise bei kondensierbaren Gasen geschieht. Das Füllen und Entleeren der Behälter kann dabei
auf zweierlei Weise erfolgen.

Xn physikalisch-chemischen Prozessen, wie beispielsweise
der Trennarbeit oder der Rekonversion wird die Gasform
des UF^ ausgenutzt. In diesem Fall wird das UF^ den Transportbehältern als Gas entnommen und über beheizte Leitungen direkt in den Prozess eingespeist. Dabei wird es durch Zufuhr von Wärme durch die Behälterwand unter Druck verflüssigt und dem Gaspolster oberhalb des Flüssigkeitsspiegels über Reduzierventile fortlaufend entnommen.

Vielfach ist es aber zweckmässiger, das UF^ flüssig zu handhaben. Wenn beispielsweise UF^ aus einem Kondensator odu einem Pufferbehälter in andere Gefässe abgefüllt oder verschiedene Lose zum Zweck der Homogenisierung in einem Cefass vereinigt werden sollen, ist die flüssige Handhabung energie- und zeitsparender und daher der Verdampfung vorzuziehen. Auch in diesem Fall muss das UF^ in Druckbehältern durch Wärmeisolierung oder kontrollierte Wärmezu- oc,<r -abfuhr auf einem Temperaturniveau oberhalb des Schmelzpunktes gehalten werden, damit es durch Öffnungen am Behälterboden unter dem Einfluss der Schwerkraft und des Dampfdruckes nach unten flüssig abgelassen werden kann. Nach der Abkühlung von flüssigem UF^ bis unter den ;chmtl2-punkt erhält man ein kompaktes, kristallines Material.

Die Anlagen zur Handhabung von UF^ in der oben beschriebenen Weise bestehen aus Kammern, welche die Druckbehälter umgeben und mit verschiedenartigen flüssigen oder gasförmigen Heiz- bzw. Kühlmedien, wie z. B. Wasser, Luft oder Wasserdampf beaufschlagt werden.

Das Schmelzen von UF ^ ist mit einer deutlichen vfolumenvergrösserung verbunden. Aus diesem Grunde muss beim Aufheizen von gefüllten Behältern die Wärme gleichmässig an der Behälteroberfläche verteilt werden, um lokale Überdruckbildung (hydraulisches Zerbersten) zu vermeiden. Da^ Aufbringen einer direkten elektrischen Heizquelle ist daner nicht statthaft. Aber auch die Verwendung einer elektrischen Strahlungsheizung birgt trotz möglicher umfangreicher Sicherheitevorkehrungen die Gefahr in sich, flüssiges UFg zu überhitzen, wodurch der maximal zulässige Behälterdruck leicht überschritten werden kann·

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Wasserdampf besitzt gegenüber der Heissluft einen höheren Wärmeinhalt. Er hat darüberhinaus den Vorteil, dass aufgrund des besseren Wärmeübergangs sehr kurze Aufheizzeiten erreicht werden und bei Verwendung von Sattdampf auf eine Druck- oder Temperaturregelung verzichtet werden kann. Die Dampfheizung macht es auf einfache Weise möglich, auch sehr geringe UF^-Leckagen durch Messung der Änderung der Leitfähigkeit oder des pH-Wertes im Kondensat zuverlässig und rasch anzuzeigen.

Alle bisher bekannten Anlagen zur Handhabung von UFg unter Druck bieten keinen- hinreichenden Schutz gegen einen spontanen Ausbruch. Man kann rechnerisch leicht zeigen, dass aufgrund der geringen Verdampfungswärme, aber hohen Wärmekapazität des flüssigen UF,- ein grosser Teil des Behälterinhalts in einem solchen Störfall verdampft, bis die Restmenge unter Ausnutzung der Verdampfungswärme wirksam abgekühlt ist.

Xn der letzten Zeit sind einige Unfälle bekannt geworden, bei denen grössere Mengen UF,- durch defekte Behälterventile ausgetreten sind. Dabei wurde das Bedienungspersonal infolge Verätzung der Atemwege lebensgefährlich verletzt. Das ausgetretene Fluorid konnte nur unter grossen Verlusten und nach einer kostspieligen chemischen Reinigung wieder nutzbar gemacht werden«

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der geschilderten Gefahren und Nachteile, die bei UF,--Ausbrüchen bisher unvermeidlich gewesen sind. Darüberhinaus ermöglicht die Erfindung auch im Störfalle ein unbehindertes Weiterarbeiten.

Mit der erfindungsgemäesen Vorrichtung wurde ein Heizgefäss entwickelt, das bei einem UF ,»-Ausbruch die Funktion eines Druckbehälter übernimmt und welches erlaubt, ausgetretenes UFg sämtlich aufzufangen und kontrolliert durch ein Ventil am äusseren Gefäss der weiteren Verwendung zuzuführen·

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Die Vorrichtung wird nachstehend am Beispiel einer Ausdampfanlage und unter Bezugnahme auf die Abbildung näher erläutert.

Das Heizgefäss besteht aus einem stehend oder liegend angeordneten, zylindrischen Stahlbehälter 1 von 1 m Durchmesser und 2,50 m Länge, in den bei geöffneten Verschlussdeckel 2 der UFg-Behälter 3 vom Typ USAEC-30 Ä eingebracht wird· Die UFV-Entnahme erfolgt über eine elastische Rohrwendel k und daa pneumatische Ventil 15* Das Behälter-Ventil 5 wird mit einer flexiblen Welle 6 von k aussen betätigt. Der äussere Druckbehälter ist im Inneren mit Dampfbrausen 7 und mit einem Kondensatablass 8 versehen*

Das Kondensat durchläuft einen Kondensattopf 9, der mit einer pH-Messelektrode 10 ausgestattet ist. Diese spricht bereits bei geringfügigen Leckagen an und sperrt durch elektro-pneumatische Steuerung nach Überschreiten eines am Regler 11 einstellbaren Schwellenwertes die Schnellschlussventile 12 und 13 am Dampfeinlass bzw. Kondensatablass selbsttätig zu.

Kritikalitätsrechnungen haben gezeigt, dass die im Behälter befindlichen Kondensat- und Dampfmengen durch die nach der " erfindungsgemässen Vorrichtung getroffenen Sicherheitsvorkehrungen so klein gehalten werden, dass ein kritischer Unfall auch bei Verwendung von grossen UF^-Behältorn mit 2,2 t Inhalt und Anreicherungsgraden bis zu 4 $ ausgeschlossen 1st.

Im Falle einer grösseren UF,--Leckage Übernimmt nun der Stahlbehälter 1 die Funktion dee UFg-Behälters bis zur völligen Entleerung des noch vorhandenen

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Die Entnahme erfolgt dann zusätzlich oder ausschliesslich je nach Art des Störfalles.über dae Ventil 16. Dabei wird der Stahlbehälter durch ein äusseres Rohrregister lh mit Wasserdampf beheizt« Diese zusätzliche Heizvorrichtung ist zum Zweck der Wärmedämmung und gleichmässigen Wärmeverteilung in eine Isolierschicht 18 eingebettet.

Im Falle eines UF/--Ausbruches wird das Kondensat nach der Gleichung

^U02^F2

reagieren. Wenn dadurch der Druck im äusseren Behälter über das zuverlässige Mass ansteigt} so öffnet sich das Sicherheitsventil 17 und lässt den Überdruck in einen Waschturm ab.

Das Ausheizgefäss kann auch mit anderen gasförmigen Heizmedien als Wasserdampf, wie z. B. mit Heissluft, betrieben werden. Um in diesem Fall eine rasche Verriegelung für den Fall des UF^-Ausbruchs zu gewährleisten, wird die austretende Luft über ein Wasserbad geleitet, das mit einem pH-Messgerät ausgerüstet ist und die Verriegelung in der oben beschriebenen Weise auslöst.

Xn dein obigen Beispiel ist eine Ausdampfanlage beschrieben worden. Eine Vorrichtung zur gefahrlosen Handhabung von flüssigem UFg unterscheidet sich im Prinzip nicht von der beschriebenen Vorrichtung zur Entnahme von gasförmigem

Soll ein Behälter mit flüssigem UF^ gefüllt werden, so kann die gleiche in der Abbildung dargestellte Anordnung gewählt werden, wann der zu füllende Behälter zuvor evakuiert wor den ist» Wird dagegen flüssiges UFg entnommen, so muss das Ventil d·· inneren Behälters am tiefsten Punkt des Behälter boden· angebracht sein* Eine eolohe Anordnung erhält man,

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wenn die in der Abbildung horizontal angeordnete Vorrichtung in die Vertikale gekippt wird·

Beim Einfrieren von flüssigem UF^ steht der Behälter solange

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unter Überdruck, bis die Temperatur von 56 C unterschritten wird. Auch in diesem Fall bringt die Verwendung eines zu sätzlichen äueseren Gefäases erhöhte Sicherheit gegen UFg-Leckagen* Dabei wird man den äusseren Behälter mit einem geeigneten Kühlmedium! beispielsweise mit Luft, beaufschlagen»

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Claims

Patentansprüche

1· Vorrichtung zur Handhabung von Uranhexafluorid unter erhöhtem Druck* dadurch gekennzeichnet! dass ein Uranhexaf luorid-Behälter 3 von einem wärraeisolierten Gefäss 1 umschlossen ist» das im Fall eines Uranhexafluorid-Ausbruchs die Funktion eines gasdichten Uranhexaf luorid-Druckbehälters übernimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, dass das aussere Gefäss mit einem geeigneten gasförmigen Heizmedium, vorzugsweise Wasserdampf, beaufschlagt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Stahlgefäss mit einem geeigneten gasförmigen Kühlmedium beaufschlagt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 3₉ dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Gefäss eine verachliessbare Zu- und Abführung für das Heiz- bzw» Kühlmedium besitzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Gefäss ein Ventil zur Entnahme von UFg und eine zusätzliche äussere Heizvorrichtung, vorzugsweise eine Rohrregister» sus¹ Beheizung mit Wasserdampf besitzt.

6» Vorrichtung nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, dass UFg-Löokagen von einem geeigneten Messgerät, vorzugsweise einem pH-Messinstrument angezeigt' wird und * dieses eine Verriegelung des äueeei'QSt Behälters selbsttätig auslöst.

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7* Vorrichtung nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ausβere Behälter ein Sicherheitsventil besitzt.

Frankfurt/Main, 12. Mai 1969
Schn/gl

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