DE2107479A1

DE2107479A1 - Verfahren zur Dekontaminierung der Oberflächen von Kernreaktorbauteilen

Info

Publication number: DE2107479A1
Application number: DE19712107479
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. 8500 Nürnberg; Seyd Günter Dipl.-Ing.; Paulsen Uwe; 8520 Erlangen. MP Korn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-02-17
Filing date: 1971-02-17
Publication date: 1972-08-24
Also published as: ES399840A1; ATA1067871A; JPS5435280B1; CH528806A; SE367087B; US3778938A; AT326785B; DE2107479C3; GB1364205A; FR2127021A1; IT947464B; FR2127021B1; DE2107479B2

Description

Verfahren zur Dekontaminierung der Oberflächen von Kernreaktorbauteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von während des Betriebes mit HpO bzw. DpO benetzten Teilen von Kernkraftwerksanlagen, insbesondere zur Dekontamination radioaktiv ver- · seuchter Bezirke. Die Primärkreisläufe wassergekühlter Kernreaktoren, auch solcher, die mit schwerem Wasser gekühlt sind, setzen sich außerhalb des eigentlichen Reaktorbehälters aus Rohrleitungen, Dampferzeugern, Kondensatoren, Pumpen und ähnlichen Einrichtungen zusammen, die normalerweise aus Stahl gefertigt sind. Es läßt sich dabei nicht vermeiden, daß sich auf den Innenwandungen dieser Teile im Laufe der Zeit ein Belag absetzt, der sowohl aus den radioaktiven und inaktiven Korrosionsprodukten der Strukturmaterialien, als auch aus radioaktiven Spaltprodukten aus defekten Brennelementen bestehen kann. Die Radioaktivität dieser Schichten kann dabei im Laufe^ der Zeit so groß werden, daß im Falle notwendig werdender Reparaturen ein Arbeiten in der Nähe derselben aus Strahlungsgründen nur ganz kurzfristig oder überhaupt nicht möglich ist, so daß normalerweise eine längere Betriebspause des Kernreaktors eingelegt werden muß, bis die. Radioaktivität in den zu reparierenden Bauteilen, z.B. einer Pumpe oder einem Dampferzeuger, soweit abgeklungen ist, daß eine Gefährdung dee Personals nicht mehr gegeben ist.

Für den wirtschaftlichen Betrieb einer Kernkraftwerksanlage sind derartig lange Stillstandszeiten jedoch völlig untragbar. Die üblichen Dekontaminierungstechniken mit Hilfe von Säure und Beizen verbieten sich an eingebaut bleibenden Kraftwerksteilcn, da die dort mögliche Verschleppung solcher Medien in andere

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Anlagenteile zu weiteren nicht abschätzbaren Schaden führen könnte. Es stellte sich daher die Aufgabe, unter bewußter Abkehr von solchen bekannten Verfahren und Techniken eine Dekontaminations*- methode zu finden, die sofort nach der Abschaltung der Kraftwerksanlage zum Einsatz kommen kann und somit die Durchführung der notwendigen Reparaturen sowie das Anfahren der Kraftwerksanlage in kürzest.möglicher Zeit erlaubt.. Dabei sollen mit absoluter Sicherheit evtl. schädliche Einwirkungen dieser Methode auf andere Kernreaktorbauteile vermieden werden. Die Methode soll weiterhin so sicher sein, daß auch bei irgendeiner Fehlbedienung eine Schädigung des Grundmaterials und der zu reinigenden Oberflächen der Bauteile mit Sicherheit nicht eintritt. . . '

Diese Bedingungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß nach dem Prinzip der Sandstrahltechnik Bortrioxidteilchen mit Hilfe eines Preßgasstromes zur mechanischen Abarbeitung der zu reinigenden Flächen bis auf die Passivierungsschicht des Grundmaterials verwendet und die Reste des Strahlgutes durch Spülwasser gelöst und entfernt werden. Es handelt sich dabei also um eine modifizierte Sandstrahltechnik, wobei anstelle des Quarzes mit einer Mohshärte von 7 Bortrioxid (B₀O,) mit einer

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Mohshärte von 5 bis 6 Verwendung findet. Dieses Material ist demnach erheblich weicher als Quarz und liegt in seiner Härte in der Größenordnung derjenigen der zu entfernenden Beläge auf den Bauteilen, die im wesentlichen aus zusammenhängenden Schichten magnetitartigen Charakters bestehen. Dabei ist die erste Oxidationsschicht auf dem Grundmaterial infolge des Fehlens anderer Fremdstoffeinlagerungen wesentlich härter als die darüberliegenden Schichten. Dieser Grundschicht kommt dabei die Aufgabe zu, das Grundmaterial vor weiterer Korrosion zu schützen, man bezeichnet sie auch als eine Passivierungsschicht. Eine Beschädigung dieser Schicht bei der Dekontaminierung würde daher das Grundmaterial einem erneuten Korrosionsangriff aussetzen, was nach Möglichkeit verhindert werden muß. Da das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Strahlgut Bortrioxid etwas weicher als diese Passivierungsschicht ist, findet bei diesem

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Verfahren ein Angriff desselben nicht mehr statt. Unabhängig von Behandlungszeit und Geschwindigkeit der Bortrioxidteilchen bleibt also diese Passivierungsschicht erhalten, so daß diesem Behandlungsverfahren eine inhärente Sicherheit innewohnt. Das Bortrioxid hat weiterhin den großen Vorteil, daß es gut wasser- ' löslich ist, so daß es durch Spülen verhältnismäßig leicht aus den gereinigten Bauteilen wieder herausbefördert werden kann. Sollten jedoch noch Bortrioxidteilchen auch nach dem Spülvorgang oder der anschließenden Reparatur noch in der Anlage verbleiben, so ist dies ohne jeden Nachteil, da diese dann durch das Reaktorkühlmittel gelöst werden,% wobei sie sich in Borsäure umwandeln. Gerade aber in wassergekühlten Kernreaktoren wird Borsäure sowieso als im Kühlwasser gelöstes Neutronengift zur Kompensation der Überschußreaktivität verwendet, so daß die vom Reinigungsvorgang herrührende zusätzliche Borsäurekomponente durch das Borsäureregelsystem des Reaktors ohne Schwierigkeit weiter verarbeitet werden kann.

Der "Bortrioxidsand", der in verschiedenen Körnungen verwendet werden kann, ist zwar als hygroskopisch zu bezeichnen, jedoch beträgt die Haltbarkeit bereits geöffneter Gefäße mit diesem Strahlgut ohne besondere Vorkehrungen durchaus mehrere Tage. Pur die Handhabung desselben ist also kein besonderer Feuchtigkeitsschutz notwendig, so daß sich die Durchführung des Verfahrens relativ unkompliziert gestaltet.

Von diesen Vorteilen abgesehen, hat dieses erfindungsgemäße Verfahren gegenüber der an sich bekannten Säurebeizung den großen weiteren Vorteil, daß es viel gezielter anwendbar ist, d.h. es können sowohl bestimmte Oberflächenteile -' auch solche sehr geringer Abmessungen von nur wenigen Quadratzentimetern - als . auch die ganzen Oberflächen von Kernreaktorbauteilen dekontaminiert werden.

Zur weiteren Veranschaulichung dieses Verfahrens Bei auf die Figur verwiesen, in der ein Anwendungsfall für dieses schematisch dargestellt ist. Es dreht eich hier um die Reinigung der Rohr-

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platte eines Dampferzeugers in einem Kernkraftwerk. Diese Reinigung ist notwendig, da z.B. eine oder mehrere Wärmetauscherrohre 34 undicht geworden sind. Es ist daher notwendig, diese in der Rohrplatte 31 zu verschließen, was jedoch nur nach einer Dekontamination der Oberfläche derselben möglich ist. Die Strahleinrichtung 2 wird dazu durch ein Mannloch 33 der einen Kammer des Kessels 3 eingeführt. Die Strahldüse 21 wird dabei nach einem Koordinatenfahrsystem an der Oberfläche der Rohrplatte 31 hin- und hergeführt und das Preßgas in bekannter Weise z.B. durch einen Kompressor 22 zugeführt. Das Vorratsgefäß für den Bortrioxidsand ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellt. Die Körnung dieses Strahlmittels beträgt beispielsweise 150 /U, der Druck des Gases 6 atü. Innerhalb einer Minute werden etwa 500 g verstrahlt und dabei eine Fläche von etwa 100 bis 200

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cm gesäubert. Die Entfernung der Hauptmenge des verstrahlten Bortrioxids geschieht durch Absaugen und Einfüllen in Fässer, wobei entsprechende Filter für den Schutz der Umgebung vorgesehen sind. Nach Durchführung der Pekontaminierung wird Wasser über die zu behandelnde Fläche gespült und somit Reste von Bortrioxid an derselben weggelöst. Es wird dabei vorteilhaft sein, während des Strahlvorganges die direkte Umgebung des zu behandelnden Wärmetauschers vor dem Bortrioxidstaub und den dann auch darin enthaltenen radioaktiven Verunreinigungen zu schützen. Dies kann durch eine Abschirmung 4$ z.B. aus Plastikfolie, geschehen, wobei selbstverständlich dann die in den Dampferzeuger eingeführte Preßluft über eine Absaugeöffnung 24 wieder entfernt werden muß. Sie wird über ein Filter 25 > das die mitgeführten Bortrioxidteilchen zurückhält, wieder ins Freie entlassen. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, innerhalb dieses Arbeitsraumes mit Hilfe von Vernebelungsdüsen 41 eine kräftige Anfeuchtung der Raumluft durchzuführen und damit die Bortrioxidstaubteilchen sowie auch Teilchen der abgetragenen Beläge niederzuschlagen und sie in ein Gefäß 42 zu sammeln.

Wenn eine derartige Dekontamination von Hand durchgeführt werden kann, das Bedienungspersonal sich also im Bereich des Bortrioxidstaubes befindet, ist es zweckmäßig, eine Atemschutzmaske zu

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tragen sowie eine entsprechende Schutzbrille für die Augen, damit keine BorsäureSchädigung derselben eintreten kann. Dies sind aber Gerätschaften, die auch beim normalen Sandstrahlen Verwendung finden müssen.

Pur die Strahleinrichtung genügt normalerweise die Verwendung

der
einer Düse, wie sie aus Sandstrahltechnik her bekannt ist. Wenn jedoch in gezielter Weise besonders kleine Flächen dekonta» miniert werden müssen bzw. ungünstig gelagerte Oberflächenformen erreicht werden sollen, ist es zweckmäßig, das Strahlgut mit möglichst geringer Streuung, also in einem möglichst parallelen Strahl auf die betreffende'Oberfläche aufzuschleudern. Dies läßt sich durch eine lavaldüsenähnliche Gestaltung der Strahldüse erreichen sowie durch eine entsprechend angepaßte Korngröße des Strahlgutes. Durch eine derartige Düsenform läßt sich auch die Geschwindigkeit des Strahlgutes erhöhen, was einer Vergrößerung der Effektivität derselben gleichkommt .- ohne jedoch die Passivierungsschicht des Grundmaterials anzugreifen.

In dem hier dargestellten Beispiel wird selbstverständlich nach der Dekontaminierung der einen Kammer die durch die Trennwand 32 abgetrennte andere Kammer über das zweite Mannloch 33 behandelt. Nach Durchführung der erwähnten Spülvorgänge können die Kammern betreten werden und die Abdichtungsarbeiten an den defekten Rohren 34^; erfolgen. Nach einer abschließenden Druckprüfung des so reparierten Dampferzeugers kann derselbe wieder an den Reaktorkreislauf angeschlossen werden, so daß die Zeiten für die Reparaturarbeiten praktisch den Stillstandszeiten des Kraftwerkes gleichgesetzt werden können. Das Abwarten von Abklingseiten für die Radioaktivität ist nicht notwendig.

Pur andere Reaktorbauteile, wie Rohrleitungen, Pumpen usw. ergeben sich selbstverständlich ähnliche Arbeitsabläufe. Selbstverständlich eignet sich dieses Verfahren auch für normale Reinigungsarbeiten an nicht kontaminierten Oberflächen und i3t daher auch nicht auf Bauteile von Kernkraftv/erksanlageri beschränkt.. Abschließend seien nochmals die besonderen Vorteile dieses Ver-

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fahrens zusammengefaßt:

1. Inhärente Sicherheit beim Abtragen der Ablagerungen, da die Passivierungsschicht des Grundmaterials nicht angegriffen wird.

2. Wasserlöslichkeit des Strahlgutes, so daß die Entfernung desselben aus dem Reaktorkreislauf oder auch anderen Bauteilen keine Schwierigkeiten bringt. Eine Beschädigung von Dichtungen, Lagern u.dgl., wie es beim Sandstrahlen unausweichlich wäre, tritt mit Sicherheit nicht auf.

3. Unschädlichkeit der durch das Auflösen von Bortrioxid in Wasser entstehenden Borsäure für den Reaktorkreislauf, der den gleichen Stoff als Triminaterial für den Ausgleich der Überschußreaktivität bereits enthält. Aber auch wenn normalerweise im Reaktorbetrieb die Verwendung von Borsäure nicht vorgesehen sein sollte, bietet die Entfernung derselben aus dem Kühlwassers, z.B. über Ionenaustauscher, keine Schwierigkeiten,

Figur

Patentansprüche

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Claims

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1.!Verfahren zur Reinigung von während des Betriebes mit HpO bzw. DpO benetzten Teilen von Kernkraftwerksanlagen, insbesondere zur Dekontamination radioaktiv verseuchter Bezirke, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Prinzip der Sandstrahltechnik Bortrioxidteilchen mit Hilfe eines Preßgasstromes zur mechanischen Abarbeitung der zu reinigenden Flächen bis auf die Passivierungsschicht des Grundmaterials verwendet und die Reste des Strahlgutes durch Spülwasser gelöst und entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl der Bortrioxidteilchen durch eine lavaldüsenartige Ausbildung der Strahldüse möglichst parallel gebündelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Flächen durch eine entsprechend ihrer Form nach Koordinaten bewegbare Strahleinrichtung an sich bekannter Bauart fernbedient behandelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Strahleinrichtung für die Zu- und Abführung der Spülflüssigkeit eingerichtet ist.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum einschließlich der zu reinigenden Flächen gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist, daß Absaugevorrichtungen und Filter für das zugeführte Preßgas eingesetzt sind und eine Anfeuchtung der Luft des Arbeitsraumes für den Niederschlag des staubförmigen Arbeitsmittels sowie der abgearbeiteten evtl. radioaktiven Verunreinigungen sowie ein entsprechendes Sammelgefäß vorgesehen ist.

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