DE19914218C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Brennelementen in einem Kernkraftwerk - Google Patents

Abstract

In Kernkraftwerken wird bei Revisionsarbeiten ein Reaktordruckbehälter (1) geöffnet, in dem von Brennelement-Kästen (15) umgebene Brennelemente (7) sitzen. Zur einfachen und schnellen Reinigung der Brennelemente (7) von Fremdkörpern wird eine Spülhaube (6) von oben über ein mit Kühlflüssigkeit geflutetes Brennelement (7) gestülpt und wird ein Spülmittel (14) entgegen einer betriebsmäßigen Strömungsrichtung durch den Brennelement-Kasten (15) gepreßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Brennelementen in einem Kernkraftwerk, bei dem zu einem Brennelement zusammengefaßte Brennstäbe in einem in Umfangsrichtung geschlossenen, unten und oben offenen Brenn­ element-Kasten angeordnet sind.

Bei Reparaturen am Primärkreis eines Kernkraftwerks oder durch Vorgänge an Brennelementen (z. B. Brechen von Abstand­ halter-Federn) kann es vorkommen, daß Fremdkörper in den Hauptkühlmittelkreislauf gelangen. Es sind Verfahren bekannt, mit denen allgemein eine Reinigung von Bauteilen im Reaktor­ kern erfolgen kann (JP 8-122484 A).

Insbesondere die im Hauptkühlmittelkreislauf befindlichen Brennelemente wirken wie Filter und halten Fremdkörper zu­ rück, so daß sich diese besonders in einem Brennelement an­ sammeln können. Fremdkörper im Brennstabbereich können jedoch die Ursache für deren Beschädigung im Leistungsbetrieb sein. Deshalb werden im Brennelement-Fußbereich Abscheidestrukturen mit geringem Strömungswiderstand eingebaut, um ein Eindringen von Fremdkörpern in den Reaktorkern weitestgehend zu verhin­ dern. Sehr kleine Fremdkörper können jedoch unter Umständen auch diese Abscheidestruktur passieren. Derartige Fremdkörper sind beispielsweise abgebrochene Borsten von Metallbürsten, Folienpartikel, Federteile, Metallspäne oder ähnliches.

Auch diese sehr kleinen Fremdkörper können an den Brennstäben in den Brennelementen Schäden verursachen. Dies ist vor allem möglich, wenn sich die Fremdkörper im Brennelement festsetzen oder verklemmen und dort mechanische oder sogar chemische Re­ aktionen, beispielsweise durch Reibkorrosion (Fretting), aus­ lösen. Derartige sehr kleine Fremdkörper können die oben er­ wähnten, aber auch Bruchstücke von kleinen Schrauben oder bei der Montage oder Demontage von Bauteilen abgeschabte Späne aus metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen sein.

Zur Entfernung solcher Fremdkörper aus einem Brennelement sind im Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen ein Brennelement gereinigt wird, indem es aktiv - beispielsweise mechanisch durch Bürsten (JP 9-159789 A) oder durch Ultra­ schall (JP 5-142385 A) - bearbeitet wird. Unter Umständen muß das Brennelement dazu aus dem Reaktorkern entfernt werden (US 4,683,109).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Reinigung von Brennelementen ein Verfahren und eine Vorrichtung anzuge­ ben, womit diese sehr kleinen Fremdkörper wieder aus den Brennelementen entfernt werden können, so daß die Brennele­ mente bis zum Erreichen des planmäßigen Abreicherungsgrads im Reaktorkern verbleiben können, ohne zwischenzeitlich in ihre Einzelteile zerlegt und gereinigt werden zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge­ löst, bei dem eine Spülhaube von oben über ein mit Kühlflüs­ sigkeit geflutetes Brennelement gestülpt ist und bei dem Kühlflüssigkeit als Spülmittel entgegen einer betriebsmäßigen Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit durch den Brennelement- Kasten gepreßt wird. Dabei steht das Brennelement mit dem Brennelement-Kasten vorzugsweise in betriebsmäßiger Einbau­ lage innerhalb eines Reaktorkerns.

Gemäß zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist die Strömungsgeschwindigkeit des Spülmittels im Brennelement-Ka­ sten deutlich höher als die der Kühlflüssigkeit im Normalbe­ trieb und es ist besonders vorteilhaft, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Spülmittels an- und absteigend ist, so daß der Spülmittelstrom pulsiert. Da­ bei kann sogar die Richtung der Strömungsgeschwindigkeit kurzzeitig umgekehrt werden.

Vorzugsweise werden in einer Haubenstellung vier Brennele­ mente gespült, die eine Kernzelle bilden. Es ist aber auch sinnvoll, einzelne Brennelemente oder ein Vielfaches von vier Brennelementen gleichzeitig zu spülen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die Spülhaube durch eine Lademaschine des Kraftwerks positioniert wird und/oder daß das Spülmittel in einem offenen Kreislauf von einer Pumpe aus einem Reaktorbec­ ken entnommen wird und nach dem Spülen der Brennelemente in eine Kalotte eines Reaktordruckbehälters strömt. Die aus den Brennelementen hinaus gespülten Fremdkörper sinken zunächst auf den Boden des Reaktordruckbehälters und werden später, z. B. mit einem Unterwasserstaubsauger, von dort entfernt. Dieses Entfernen kann z. B. vorgenommen werden, wenn der Reak­ torkern zu Inspektionszwecken aus dem Reaktordruckbehälter entnommen ist.

Eine entsprechende Vorrichtung zum Reinigen eines oder mehre­ rer Brennelemente in einem Kernkraftwerk enthält eine Spül­ haube, die über den Kopf des Brennelementes (bzw. die Köpfe der Brennelemente) übergestülpt werden kann und an das untere Ende eines Mastes (insbesondere eines Teleskopmastes, bei­ spielsweise in einer Brennelement-Lademaschine) angeschraubt oder auf andere Weise angekuppelt werden kann. Ein Anschluß an der Spülhaube gestattet, von der Druckseite einer Pumpe aus Spülmittel in die Spülhaube und jeweils durch den Brenn­ element-Kopf in den Brennelement-Kasten zu leiten.

Bevorzugt sind die seitlichen Umfassungswände der Spülhaube an Maschen eines von Blechleisten gebildeten Kerngitters ei­ nes Kerngerüsts angepaßt, wobei die Gittermaschen quadratisch sind und jeweils eine Kernzelle für zwei x zwei Brennelemente darstellen.

Gemäß zweckmäßigen Weiterbildungen dieser Vorrichtung werden ein oder mehrere Anschlußstutzen auf der Spülhaube über fle­ xible Leitungen mit Spülmittel beschickt und weist die Spül­ haube auf ihrer Oberseite eine Anschlagmöglichkeit in Form eines Brennelement-Bügels oder eines Flansches auf, dessen Abmessungen denen eines Brennelement-Kopfbügels oder dem An­ schlußflansch für den Greifer der Lademaschine entsprechen. Für die Förderung des Spülmittels kann eine Druck- und Saug­ pumpe oder praktisch jede beliebige Pumpe (z. B. auch eine be­ triebsmäßig vorgesehene Umwälzpumpe) verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und, die zu dessen Ausführung angegebene Vorrichtung sind sehr vorteilhaft, weil sie unter Verzicht auf eine Zerlegung von Brennelementen deren Befrei­ ung von Fremdkörpern ermöglichen, wobei sich die möglicher­ weise nicht unerheblich radioaktiv kontaminierten und akti­ vierten Fremdkörper am Boden des Reaktordruckbehälters sam­ meln und dann entsorgt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Lademaschine über einem geöffneten, aufgeschnittenen Reaktordruckbe­ hälter und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine in Arbeitsstellung gebrach­ te Spülhaube.

Einander entsprechende Teile haben in beiden FIG gleiche Be­ zugszeichen.

Ein zur Revision geöffneter, im Schnitt gezeigter Reaktor­ druckbehälter 1 ist in einem Wasserbecken angeordnet, das bis zu einem Pegel 2 mit Kühlflüssigkeit geflutet ist, so daß über dem Reaktordruckbehälter 1 mehr als 10 m Wasser stehen und die Strahlung des Reaktorkerns nach oben abschirmen. Über dem Pegel 2 ist auf einer nicht dargestellten, umlaufenden Rampe eine Brücke 3 vorgesehen, auf der eine Lademaschine 4 mit einem teleskopierbaren Mast 5 verfahrbar ist. Dort ist auch eine Pumpe 4a installiert.

Am unteren Ende des Mastes 5 hängt eine Spülhaube 6 zur Ab­ deckung einer Anzahl von durch Rückspülung zu säubernden Brennelementen 7, die innerhalb des Reaktordruckbehälters 1 auf einem unteren Brennelement-Gitter 8 stehen. Jedes in ei­ nem Reaktorkern befindliche Brennelement 7 ist von einem Brennelement-Kasten 15 umgeben, der die nur andeutungsweise in Fig. 2 erkennbaren Brennstäbe 16 umfaßt.

Jeder Brennelement-Kasten 15 bildet einen oben und unten of­ fenen Kanal, in dem im Betrieb ein Kühlmittel von unten nach oben strömt. Die in der gezeigten Stellung durch die Spül­ haube 6 abgedeckten Brennelemente 7 sind durch Schnittdar­ stellung mit Schraffur besonders hervorgehoben. Die Spülhaube 6 hat einen quadratischen Querschnitt und ist auf Oberkanten von Blechleisten 10 eines oberen Kerngerüsts dichtend aufge­ setzt, wobei beim Ausführungsbeispiel zwei x zwei Brennele­ mente 7 überdeckt sind, die zusammen jeweils eine sogenannte Kernzelle 12 bilden.

Die Spülhaube 6 trägt auf ihrer verstärkt ausgeführten Deck­ wand einen Anschlagbügel 9, dessen Abmessungen denen von Brennelement-Kopfbügeln 11 oder dem Anschlußflansch eines an den Teleskopmast 5 derart ankuppelbaren Brennelement-Greifers entsprechen, daß wahlweise der Brennelement-Greifer oder der Anschlagbügel mit derselben Anschlageinrichtung am Mast 5 einsetzbar (insbesondere am Mast anschraubbar) ist. Neben dem Anschlagbügel 9 ist in die Decke der Spülhaube 6 mindestens ein Anschlußstutzen 13 eingelassen, durch den ein Spülmittel 14 - vorzugsweise Wasser oder boriertes Wasser - von der Pumpe 4a in das Innere der Spülhaube gefördert wird.

Da die Spülhaube 6 auf der Oberkante des oberen Kerngerüsts aufliegt, kann das durch den Anschlußstutzen 13 in die Kammer der Spülhaube 6 zugeführte Spülmittel 14 zum Großteil entlang der lediglich angedeuteten Brennstäbe durch den Brennelement- Kasten 15 nach unten abfließen. Ein geringer Teil des Spül­ mittels fließt durch zwischen dem Kerngitter und den Brenn­ element-Kästen 15 sowie zwischen Brennelement-Kästen 15 ge­ bildete Spalten ungenutzt im Bypass an den Brennelementen 7 vorbei. Infolge der verhältnismäßig engen Kanäle zwischen den einzelnen Brennstäben 16 innerhalb der Brennelement-Kästen 15 erreicht das Spülmittel 14 hohe Strömungsgeschwindigkei­ ten, so daß schon volumenmäßig kleine Fremdkörper - bei­ spielsweise von Metallbürsten abgebrochene Borsten, Folien­ stückchen oder Metallspänchen - durch Turbulenzen in der Strömung von den Brennstäben 15 abgelöst und nach unten aus dem Brennelement 7 hinaus gespült werden.

Um auch in Zwickeln oder engen Schlitzen eingeklemmte Fremd­ körper zu lösen, wird die Strömungsgeschwindigkeit - vorzugs­ weise rhythmisch - variiert, so daß der Spülmittelstrom pul­ siert und praktisch alle Fremdkörper löst. Die Pulsation sorgt vor allem auch dafür, daß die Fremdkörper durch eine als Filter wirkende Abscheidestruktur am unteren Brennele­ ment-Gitter 8 hindurch gelangen.

Zur Kontrolle der Rückspülvorgänge werden die in den einzel­ nen Brennelementen 7 auftretenden Strömungswiderstände durch nicht näher dargestellte Einrichtungen erfaßt und schriftlich oder elektronisch dokumentiert.

Die Fremdkörper sinken dann in dem Bereich unterhalb des un­ teren Brennelement-Gitters 8 auf die Bodenkalotte des Reak­ tordruckbehälters 1 und bleiben dort in dem praktisch still­ stehenden Spülmittel 14 liegen, bis sie bei einem vollständi­ gen Ausbau des Reaktorkerns mit Hilfe eines Unterwasserstaub­ saugers aus dem Reaktordruckbehälter 1 entfernt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu dessen Durchführung angegebene erfindungsgemäße Vorrichtung sind für alle Brenn­ elemente anwendbar, die einen Brennelement-Kasten aufweisen oder vorübergehend mit einer Hülle versehen sind. Dieses Ver­ fahren ist daher nicht auf sowieso mit Brennelement-Kästen in Form von Hüllen versehene Brennelemente von Siedewasser-Reak­ toren beschränkt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Reinigen von Brennelementen (7) in einem Kernkraftwerk, bei dem zu einem Brennelement (7) zusammenge­ faßte Brennstäbe (16) in einem in Umfangsrichtung geschlosse­ nen, nach unten und nach oben offenen Brennelement-Kasten (15) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spül­ haube (6) von oben über ein mit Kühlflüssigkeit geflutetes Brennelement (7) gestülpt ist und daß Kühlflüssigkeit als Spülmittel (14) entgegen einer betriebsmäßigen Strömungsrich­ tung der Kühlflüssigkeit durch die Hülle (15) gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenn­ element (7) in einer betriebsmäßigen Einbaulage in einem Re­ aktorkern steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö­ mungsgeschwindigkeit des Spülmittels (14) in der Hülle (15) deutlich höher ist als die Strömungsgeschwindigkeit der Kühl­ flüssigkeit im Normalbetrieb.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö­ mungsgeschwindigkeit des Spülmittels (14) an- und absteigt, so daß der Spülmittelstrom pulsiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spül­ haube (6) durch eine Lademaschine (4) positioniert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülmit­ tel (14) in einem offenen Kreislauf von einer Pumpe aus einem Reaktorbecken entnommen und nach dem Spülen eines Brennele­ ments (7) in einen Reaktordruckbehälter (1) strömt, der ge­ öffnet in dem gefluteten Reaktorbecken steht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Brennelement (7) hinausgespülte Fremdkörper auf dem Boden eines Reaktordruckbehälters (1) zunächst gesammelt und später von dort entfernt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den einzelnen Brennelementen (7) auftretender Strömungswiderstand erfaßt und dokumentiert wird.

9. Vorrichtung zum Reinigen eines oder mehrerer Brennelemente in einem Kernkraftwerk, mit einer über den Kopf des Brennele­ mentes/der Brennelemente überstülpbaren und ans untere Ende eines Mastes ankuppelbaren Spülhaube (6) sowie mindestens ei­ nem Anschluß (13) zur Einleitung von Spülmittel in die Spül­ haube.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spül­ haube (6) seitliche Umfassungswände aufweist, die an Gitter­ maschen eines von Blechleisten (10) gebildeten Gitters eines oberen Kerngerüsts angepaßt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter­ maschen quadratisch sind und jeweils eine Kernzelle (12) für zwei x zwei Brennelemente (7) darstellen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (13) flexible Leitungen für das Spülmittel (14) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spül­ haube (6) auf ihrer Oberseite einen Anschlagbügel (9) auf­ weist, dessen Abmessungen denen eines Brennelement-Kopfbügels (11) entsprechen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (6) fest mit einem unteren Ende eines Teleskopmastes (5) verschraubbar ist.