DE19701549C2

DE19701549C2 - Verfahren zur Rückkühlung eines von mit abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters zum Transport und/oder zur Lagerung der Brennelemente

Info

Publication number: DE19701549C2
Application number: DE19701549A
Authority: DE
Inventors: Konrad Gluschke; Horst-D Ekrut
Original assignee: GNB GmbH; GNB Gesellschaft fuer Nuklear Behaelter mbH
Current assignee: GNS GESELLSCHAFT FUER NUKLEAR-SERVICE MBH, 45127 ES
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: BE1010958A3; CZ39997A3; CZ286603B6; DE19701549A1; US5740215A; LT4442B; RU2144706C1; CH691558A5; LT97035A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückkühlung eines von mit abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters zum Transport und/oder zur Lagerung der Brennelemente, bei dem Kühlwasser aus einem Wasserreservoir über eine Rückkühlein richtung in den Behälter eingeführt wird und im Behälter gebildeter Wasserdampf abgezogen und außerhalb des Be hälters auskondensiert wird. - Transport- und/oder Lagerbe hälter, die mit abgebrannten Brennelementen beladen werden, erfahren üblicherweise eine mehr oder weniger starke Erwär mung. Vor der weiteren Handhabung müssen diese Behälter daher zunächst auf geringere Temperaturen abgekühlt werden. Diese Abkühlung wird im Rahmen der Erfindung als Rück kühlung bezeichnet.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art, von dem die Erfindung ausgeht, ist aus DE 27 47 601 B1 bekannt. Um eine Kühlung des Transportbehälters für Brennelemente zu er reichen, wird bei diesem bekannten Verfahren ein Überdruck in einem Kühlkreis und in dem zum Kühlkreis gehörenden Transportbehälter verwirklicht. Auch die aus DE 31 06 753 C2 und DE 28 14 796 A1 bekannten Verfahren arbeiten mit Kühlwasser zur Kühlung des Behälters und nach beiden Verfahren wird in dem Behälter ein Überdruck erzeugt.

Auch bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren wird der mit den bestrahlten Brennelementen beladene Behälter über eine Rückkühleinrichtung kontinuierlich mit Kühlwasser befüllt. Um die Abkühlung zu beschleunigen, muss der Be hälter außerdem im Brennelement-Wasserbecken angeordnet werden. Der aufgrund der hohen Temperaturen im Behälter entstehende Wasserdampf bzw. die im Behälter entstehenden Gase werden in der Regel aus dem Behälter mit Überdruck ab geführt. Aufgrund der hierbei entstehenden hohen Dampf drücke wird die angeschlossene Rückkühleinrichtung erheb lichen thermischen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend muss im Rahmen der bekannten Maßnahmen die Rückkühlein richtung relativ aufwendig und voluminös ausgeführt sein. Die Effektivität der Wärmeabfuhr lässt bei dem bekannten Verfahren zu wünschen übrig. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass bei der kontinuierlichen Befüllung mit Kühlwasser die dem Behälterinneren durch das Kühlwasser entzogene Wärme zunächst auf die Behälterwände übertragen wird, welche Behälterwände aber ebenfalls gekühlt werden sollen. Im Ergebnis kann die Wärme nur langsam aus dem Behälter abgeführt werden. Um für die Handhabung des Behälters ausreichend niedrige Temperaturen zu erzielen, muss weiterhin in aufwendiger Weise Kühlwasser über eine bis auf den Behälterboden reichende Tauchlanze kontinuier lich eingeführt werden. Außerdem können im Rahmen der be kannten Maßnahmen anfallende Dämpfe und Gase nur durch aufwendig gestaltete Einrichtung kontrolliert aufgefangen bzw. abgefördert werden. - Im Ergebnis lassen alle bekann ten Verfahren im Hinblick auf eine schnelle und effektive Wärmeabfuhr aus dem Behälter zu wünschen übrig und diese Verfahren sind zudem nur in aufwendiger Weise durchführbar.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzu geben, mit dem auf verhältnismäßig einfache und wenig auf wendige Weise die Behälter schnell und effektiv abgekühlt werden können.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der im Behälter gebildete Wasser dampf kontinuierlich mittels einer gasfördernden Pumpein richtung abgezogen wird und zwar derart, das stets ein Unterdruck unterhalb von 1 bar im Behälter aufrechterhalten wird. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird der Behälter während der Rückkühlung bereits an seinem für die Abfertigung vorgesehenen Lagerplatz angeordnet. Zweck mäßigerweise wird das Brennelement-Wasserbecken des Reak tors als Wasserreservoir eingesetzt und Kühlwasser aus diesem Wasserbecken über die Rückkühleinrichtung in den Behälter eingeführt. Vorzugsweise wird Kühlwasser mit einer Temperatur von ungefähr 40°C in den Behälter eingeführt. Bei dem Kühlwasser handelt es sich zweckmäßigerweise um möglichst weitgehend entgastes Wasser. - Es versteht sich, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch mehrere Behälter gleichzeitig der Rückkühlung unterworfen werden können und an die Rückkühleinrichtung und/oder die Pumpeinrichtung mehrere Behälter gleichzeitig angeschlossen sind. Insoweit umfasst Patentanspruch 1 auch ein Verfahren zur Rückkühlung mehrerer mit abgebrannten Brennelementen beladener Behälter.

Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfin dung besondere Bedeutung zukommt, wird eine für andere Einsatzzwecke bereits vorhandene Pumpeinrichtung zur Erzeu gung des Unterdrucks und zum Abziehen des Wasserdampfes eingesetzt. Vorzugsweise wird eine zum Zwecke der Trocknung der Behälter ohnehin vorhandene Pumpeinrichtung zur Erzeu gung des Unterdrucks und zum Abziehen des Wasserdampfes eingesetzt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine als Unterdruckquelle dienende Pumpeinrichtung, die im Rahmen einer aus DE-PS 32 00 331 bekannten Befüllanlage für Transport- und/oder Lagerbehälter mit radioaktiven Abfall stoffen zur Trocknung bzw. Vakuumtrocknung der radioaktiven Abfallstoffe eingesetzt wird.

Vorzugsweise wird vor und während des Rückkühlvorganges ein Unterdruck in dem Behälter erzeugt. Zweckmäßigerweise wird der Druck in dem Behälter gesteuert und/oder geregelt, und zwar so, dass der Druck im Behälter während des gesamten Rückkühlvorgangs unterhalb von 1 bar liegt. Nach bevorzug ter Ausführungsform der Erfindung beträgt der Druck bzw. Dampfdruck im Behälter zwischen 0,1 und 0,4 bar, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,3 bar. Es versteht sich, dass außer dem in dem Behälter gebildeten Wasserdampf auch alle anderen in dem Behälter vorhandenen bzw. gebildeten Gase über die Pumpeinrichtung abgezogen werden.

Vorzugsweise wird der aus dem Behälter abgezogene Wasser dampf mit Hilfe des Kühlwassers aus dem Wasserreservoir auskondensiert. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfin dung, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zu kommt, wird der Wasserdampf in einem Mischkondensator aus kondensiert. Mischkondensator meint eine Einrichtung, bei der der zu kondensierende Wasserdampf mit dem Kühlwasser gleichsam vermischt wird. Vorzugsweise wird der Wasserdampf in dem Mischkondensator im Gegenstrom zu dem Kühlwasser geführt. Zweckmäßigerweise wird der auskondensierte Wasser dampf dem Wasserreservoir und/oder dem Behälter wieder zugeführt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird der kondensierte und mit dem Kühlwasser vermischte Wasserdampf dem Wasserreservoir und dem Behälter als Kühlwasser wieder zugeführt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine beson ders effektive und schnelle Kühlung eines mit Brennelementen beladenen Behälters erreicht werden kann, wenn in dem Behäl ter ein Unterdruck erzeugt wird und hierdurch der in dem Behälter entstehende Wasserdampf gleichsam kontinuierlich abgepumpt wird. Hierdurch findet in einem relativ kurzen Zeitraum eine überraschend hohe Wärmeabfuhr statt, indem durch Erzeugung des Unterdruckes die Verdampfungswärme gleichsam unmittelbar abtransportiert wird und der Behälter dadurch gekühlt wird. Der Kühlvorgang wird ohne wesentliche Verzögerungen zunächst am Boden des Behälters in Gang gesetzt und erfaßt mit kontinuierlich steigendem Wasserstand allmählich alle Bereiche der Behälterwände und der in dem Behälter angeordneten Gegenstände. Zwischen dem Kühlwasser und den zu kühlenden Oberflächen stellt sich verhältnismäßig schnell ein weitgehender Temperaturausgleich ein. Im Ergebnis wird eine sehr schnelle und effektive Kühlung des Behälters mit verhältnismäßig wenig aufwendigen Mitteln erreicht. Gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik ergibt sich zudem der Vorteil, daß der Behälter zur Kühlung nicht im Brennelement-Wasserbecken des Reaktors angeordnet werden muß, sondern aufgrund der im Rahmen der Erfindung erzielten effektiven Kühlung bereits an seinem für die Abfertigung vorgesehenen Platz angeordnet sein kann. Ein mit Brennelementen mit maximaler Nachzerfallsleistung beladener üblicher Transport- und/oder Lagerbehälter kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in etwa 10 Stunden auf Temperatu ren von 60°C abgekühlt werden. Anschließend sind keine wei teren Rückkühlungsmaßnahmen mehr erforderlich. - Der Erfin dung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, daß im Rah men des erfindungsgemäßen Verfahrens eine ohnehin bereits vorhandene Pumpeinrichtung, die insbesondere zur Trocknung der Behälter verwendet wird, zur Erzeugung des Unterdrucks eingesetzt werden kann. Diese Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich durch Einfachheit und geringen Aufwand aus. Mit der bereits vorhandenen Pumpeinrichtung kann ohne aufwendige Anpassungsmaßnahmen das erfindungsgemäße Verfahren erfolg reich durchgeführt werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Mög lichkeiten der weiteren Ausführung und Gestaltung. Vorzugs weise wird der Rückkühlvorgang über die Geschwindigkeit der Kühlwassereinführung in den Behälter und/oder die Einstellung des mit der Pumpeinrichtung erzeugten Unterdruckes gesteuert und/oder geregelt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeich nung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens,

Fig. 2 die Temperatur verschiedener Behälterbereiche als Funktion der Zeit für das weiter unten erläuterte Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 die Temperatur der Brennelemente als Funktion der Zeit,

Fig. 4 den Dampfdruck in dem Behälter als Funktion der Zeit,

Fig. 5 den Füllstand des Kühlwassers in dem Behälter als Funktion der Zeit.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückkühlung eines von mit abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters 1 zum Transport und/oder zur Lagerung der Brennelemente, darge stellt. Kühlwasser wird aus einem Wasserreservoir 2, das im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 das Brennelement-Wasserbecken des Reaktors ist, über eine Rückkühleinrichtung 3 in den Behälter 1 über die Zuführungsleitung 4 kontinuierlich einge führt. Bereits vor Einführung des Kühlwassers wird mittels der gasfördernden Pumpeinrichtung 5 der Behälter 1 und die Rückkühleinrichtung 3 über die Abführleitung 6 und die Ver bindungsleitung 7 evakuiert, so daß zunächst noch im Behälter vorhandene Gase abgepumpt werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird eine ohnehin vorhandene Pumpeinrichtung 5 einge setzt, die bereits für die Trocknung des Behälters 1 einge setzt wurde. Vorzugsweise weist die Pumpeinrichtung 5 zwei nicht dargestellte Drehschieberpumpen zur Erzeugung des Unterdruckes auf. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist lediglich ein Behälter 1 der Einfachheit halber dargestellt. Es versteht sich, daß auch eine Mehrzahl von beispielsweise nebeneinander angeordneten Behältern 1 an die Rückkühlein richtung 3 bzw. die Pumpeinrichtung 5 angeschlossen werden können. Der oder die Behälter können an einem für die Abfer tigung bzw. den Weitertransport der Behälter bestimmten Platz angeordnet werden und müssen im Gegensatz den eingangs geschilderten bekannten Maßnahmen zur Kühlung nicht in dem Wasserreservoir 2 bzw. Brennelement-Wasserbecken des Reaktors aufgestellt werden.

Während der Einführung des Kühlwassers über die Zuführungs leitung 4 in den Behälter 1 wird weiterhin mittels der Pumpeinrichtung 5 ein Unterdruck in dem Behälter 1 und der Rückkühleinrichtung 3 erzeugt. Dabei wird der in dem erwärmten Behälter 1 gebildete Wasserdampf kontinuierlich abgezogen. Es versteht sich, daß auch andere in dem Behälter 1 gebildete Gase gleichzeitig abgezogen werden. Der Wasserdampf wird in dem als Gegenstrom-Mischkondensator ausgebildeten Kondensator 8 mit Hilfe des Kühlwassers aus dem Wasserreservoir 2 auskondensiert. Hierzu wird der über die Abführleitung 6 in den Kondensator 8 eingeleitete Wasserdampf im Gegenstrom zu dem über die Kühlwasserleitung 9 in den Kondensator 8 eingeführten Kühlwasser geführt. Das Kühlwasser wird dem Kondensator 8 über eine Kühlwasserpumpe 10 aus dem Wasserreservoir 2 zugeführt. Das mit dem auskondensierten Wasserdampf vermischte Kühlwasser wird nach dem Austritt aus dem Kondensator 8 über die Förderpumpe 11 in einem ersten Teilstrom über die Zuführleitung 4 dem Behälter 1 zugeführt. Ein zweiter Teilstrom des mit dem kondensierten Wasserdampf vermischten Kühlwassers wird in das Wasserreservoir 2 zurückgeführt. Der Behälter 1 füllt sich während des Rückkühlvorganges allmählich mit Kühlwasser. Aus dem Behälter 1 abgezogene Gase und eventuell in dem Kondensator 8 nicht kondensierter Wasserdampf werden über die Verbindungsleitung 7 mit der Pumpeinrichtung 5 aus dem Kondensator 8 abgezogen. Dabei wird das Gasgemisch über einen Nachkondensator 12 geführt, um in dem Gasgemisch verbliebenen Wasserdampf zu kondensieren, da die Pumpeinrichtung in der Regel nur eine begrenzte Dampfverträglichkeit aufweist. In einem der Pumpeinrichtung 5 nachgeschalteten Emissionskondensator 13 werden noch vorhandene Dampfanteile auskondensiert und die abgezogenen Gase mit eventuell noch verbleibenden Dampfanteilen über die Abluftleitung 14 einem Abluftsystem zugeführt. - Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit der in Fig. 1 darge stellten und oben erläuterten Vorrichtung durchgeführt. Es wurde ein mit maximaler Nachzerfallsleistung von 21 kW bela dener üblicher Behälter zum Transport von bestrahlten Brennelementen eingesetzt. Kühlwasser wurde mit einer Tempe ratur von 40°C in einer Menge von 20 l/min in den Behälter eingeführt. Die Umgebungstemperatur betrug 27°C. Das für die Aufnahme des Kühlwassers zur Verfügung stehende freie Volumen des Behälters wies einen Wert von 4,4 m³ auf. Die für den Kontakt mit dem Kühlwasser zur Verfügung stehende freie Fläche im Behälter betrug 1,32 m². In Fig. 2 ist der Tempera turverlauf während des Rückkühlvorgangs über einen Zeitraum von 9 Stunden dargestellt. Die ausgezogene Kurve A gibt den Temperaturverlauf für den Primärdeckel des Behälters, die gestrichelte Kurve B den Temperaturverlauf für die Behälter wandung und die strichpunktierte Kurve C den Temperaturver lauf für den Behälterboden in dem genannten Zeitraum wieder. Es ist erkennbar, daß in etwa 10 Stunden eine Abkühlung des Behälters auf eine Temperatur um etwa 60°C erzielt werden kann. Fig. 3 zeigt den Temperaturverlauf der Brennelemente für die ersten drei Stunden der Rückkühlung. In Fig. 4 ist der Dampfdruck in dem Behälter in den ersten drei Stunden der Rückkühlung dargestellt. Im Behälter wurde stets ein Druck unterhalb von 1 bar und somit ein Unterdruck aufrechterhal ten. Das Maximum der Kurve gemäß Fig. 4 liegt knapp unterhalb 1 bar. Zu dem entsprechenden Zeitpunkt war die Abführleitung 6 des Behälters 1 vorübergehend geschlossen. In Fig. 5 zeigt die ausgezogene Kurve den Füllstand des Behälters mit Kühl wasser über den Zeitraum von 9 Stunden. - Im Ergebnis wird eine verhältnismäßig schnelle und effektive Abkühlung des Behälters erzielt. Zusätzliche Nachkühlmaßnahmen sind nicht erforderlich und der Behälter steht für die weitere Handha bung bzw. den Weitertransport zur Verfügung.

Claims

1. Verfahren zur Rückkühlung eines von mit abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters zum Transport und/oder zur Lagerung der Brennelemente,
bei dem Kühlwasser aus einem Wasserreservoir über eine Rückkühleinrichtung in den Behälter eingeführt wird und im Behälter gebildeter Wasserdampf abgezogen und außerhalb des Behälters auskondensiert wird, dadurch gekenn zeichnet,
dass der im Behälter gebildete Wasserdampf kontinuierlich mittels einer gasfördernden Pumpeinrichtung abgezogen wird und zwar derart, dass stets ein Unterdruck unterhalb von 1 bar im Behälter aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine, vorzugsweise zum Zwecke der Trocknung des Behälters, bereits vorhandene Pumpeinrichtung zur Erzeugung des Unter druckes und zum Abziehen des Wasserdampfes eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wasserdampf mit Hilfe des Kühl wassers aus dem Wasserreservoir in einem Mischkondensator auskondensiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf in dem Mischkondensator im Gegenstrom zu dem Kühlwasser geführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der auskondensierte Wasserdampf dem Wasserreservoir und/oder dem Behälter wieder zugeführt wird.