DE2107479B2

DE2107479B2 - Verfahren zur dekontaminierung der oberflaechen von kernreaktorbauteilen

Info

Publication number: DE2107479B2
Application number: DE19712107479
Authority: DE
Inventors: Roland Dr 8500 Nürnberg Seyd Gunter Dipl Ing Paulsen Uwe 8520 Erlangen Korn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-02-17
Filing date: 1971-02-17
Publication date: 1973-06-07
Also published as: DE2107479A1; ES399840A1; ATA1067871A; JPS5435280B1; CH528806A; SE367087B; US3778938A; AT326785B; DE2107479C3; GB1364205A; FR2127021A1; IT947464B; FR2127021B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von während des Betriebes mit H₂O bzw. D₂O benetzten Teilen von Kernkraftwerksanlagen, insbesondere zur Dekontamination von radioaktiv verseuchten Flächen., bei dem nach dem Prinzip der Sandstrahltechnik Strah lgut mit Hilfe eines Preßgasstrornes zur mechanischen Abarbeitung der zu reinigenden Flächen auf dieselben geblasen wird.

Die Primärkreisläufe wassergekühlter Kernreakioren, 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 detekten 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 od^r einem Dampferzeuger, so weit abgeklungen ist, daß eine Gefährdung des 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 Kraftwerksteilen, da die dort mögliche Verschleppung solcher Medien in andere Anlagenteile zu weiterei, nicht abschätzbaren Schaden führen könnte. Auch die bekannte Sandstrahltechnik, wie sie auch fur Dekontaminationszwecke an in besondere Behandlungskammcrp einzubringende Bauteilen bekannt wurde siehe Nucleonics Band 12. 1954, Heft 5, Seite 55 ist insbesondere wegen nicht vermeidbarer Ruckstände bei solchen Anlagenteilen unbrauchbar.

Der Erfindung l^;e^t daher die Aufgabe zugrunde, unter bewußter Abkehr von solchen bekannten Verfahren und Techniken eine Dekontaminationsmethode zu finden, die sofort nach der Abschaltung der Kraftwerksanlage /um 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 Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß als Strahlgut Bortrioxidteilchen verwendet werden, daß die zu reinigenden Flächen bis auf die Passivierungsschicht des Grundmaterials abgearbeitet werden und daß die Reste des Strahlgutes durch Spülwasser gelöst sowie die abgearbeiteten Teilchen in an sich bekannter Weise mit Hilfe dieses Spülwassers von den zu reinigenden Flächen entfcnt werden.

Es handelt sich dabei also um eine modifizierte Sandstrahltechnik, wobei an Stelle des Quarzes mit einer Mohshärte von 7 Bortrioxid (B₂O₃) mit einer Mohshärte von 5 bis 6 Verwendung findet. Dieses Material ist demnach erheblich weicher als Quarz und üegt 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 Verfahren ein Angriff

desselben nicht mehr statt. Unabhängig von Behandlurgszeit und Geschwindigkeit aer Bortrioxidteilchen bleibt also diese Passivierungsschicht erhalten, so daß diesem Behandlungsverfahren eine inhärente Sicherheit innewohnt. Das Bortrioxid hat weiterhin den großen Vorteil, daß es gut wasserlöslich ist, so daß es durch Spülen verhältnismäßig leicht aus den gereinigten Bauteilen wieder herausbefördert werden kann. Sollten jedoch noch Bortrioxidteilchen auch nach dem SpLilvorgang 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 Borsaure sowieso als im Kühlwasser gelöstes Neutronengift zur Kompensation der Überschußreaktivität verwendet, so daß die vom Reinigungsvorgang herrührende zusätzliche Borsäurekomponente durch das Borsaureregelsystem des Reaktors ohne Schwierig- ^! ;··! weitei 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 diine besondere Vorkehrungen durchaus mehrere Tage. Für 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 anwendbai ist, d.h. es können sowohl bestimmte Oberflächenteile - auch solche sehr geringer Abmessungen von nur wenigen Quadratzentimetern - als auch die ganzen Oberflächen von Kernreakt^rbauteilen dekontaminiert werden.

Zur weiteren Veranschaulichung dieses Verfahrens sei auf die Figur verwiesen, in der ein Ar.wendungsfall für dieses '•chematisch dargestellt ist. Es dreht sich hier um die Reinigung der Rohrplatte eines Dampferzeugers in einem Kernkraftwerk. Diese Reinigung ist notwendig, ua 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 w^;rd dazu durch ein Mannloch 33 der einen Kammer des Kessels 3 eingeführt. Die Strahldüse 31 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 μ, der Druck des Gases 6 atü. Innerhalb einer Minute werden etwa 500 g verstrahlt und dabei eine Fläche von etwa 100 bis 200 cm² 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 Dekontaminierung wird Wasser über die zu behandelnde Fläche gespült und somit Reste von Bortrioxid ar derselben weggelöst. Es wird dabei vorteilhaft sein, während des Strahlvorganges die direkte Umgebung des zu behandelnden Wärmetauschers vordem 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 Vemebelungsdüsen 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 v- zweckmäßig, eine Atemschutzmaske zu tragen sowie eine entsprechende Schutzbrille für die Augen, damit keine Borsäureschadigung derselben eintreten kann. Dies sind aber Geratschalten, die auch beim normalen Sandstrahlen Verwendung finden müssen. Furdie Strahleinrichtung genügt normalerweise die Ve-wendung einer Düse, wie sie aus der Sandstrahltechnik her bekannt ist. Wenn jedoch in gezielter Weise besonders kleine Flächen dekontaminiert werden müssen bzw. ungünstig gelagerte Oberflachenformen erreicht werden sollen, is; es zweckmäßig, das Strahlgut mit möglichst geringer Streuung, also in einem möglichst parallelen Strahl auf die betreffende Oberfläche aufzuschleudern. Dies läßt sich durch eine lavaldüsenähniiche 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 wer-

ί,ο uen können. Das Abwanen von Abklingzeiten für die Radioaktivität ist nicht notwendig.

Für andere Reaktorbauteile, wie Rohrleitungen, Pumpen usw., ergeben sich selbstverständlich ähnliche Arbeitsabläufe. Selbstverständlich eignet sich dieses Verfahren a .eh für normale Reinigungsarbeiten an nicht kontaminierten Oberflächen und ist daher auch nicht auf Bauteile von Kernkraftwerksanlagen beschränkt. Abschließend seien nochmals die besonderen Vorteile dieses Verfahrens zusammengefaßt:

1. Inhärente Sicherheit beim Abtragen der Ablageningen, 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.

Unschädlichkeit der durch das Auflösen von Bortrioxid in Wasser entstehenden Borsäure für den Reaktorkreislauf, der den gleichen Stoff als Trimmaterial 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 Kühlwasser, ζ B. über Ionenaustauscher, keine Schwierigkeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von während des Betriebes mit H₂O bzw. D,O benetzten Teilen von Kernkraftwerksanlagen, insbesondere zur Dekontamination von radioaktiv verseuchten Flächen, bei dem nach dem Prinzip der Sandstrahltechnik Strahlgut mit Hilfe eines Preßgasstrome? zur mechanischen Abarbeitung der zu reinigenden Flächen auf dieselben geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlgut Bortrioxidteilchen verwendet werden, daß die zu reinigenden Flächen bis auf die Passivierungsschicht des Grundmateiials abgearbeitet werden und ¹S daß die Reste des Strahlgutes durch Spülwasser gelöst sowie die abgearbeiteten Teilchen in an sich bekannte Weise mit Hilfe dieses Spülwassers \on den zu reinigenden Flachen entfernt werden.

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

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

4. Verfahren lach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Strahle ;nrichtung in an sich bekannter Weise für die Zu- und Abführung der Spülflüsaigke* eingerichtet ist.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum einschließlich der zu reinigenden Flächen in an sich bekannter Weise 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 stauhförmigen Arbeitsmittels sowie der abgearbeiteten evtl. radioaktiven Verunreinigungen sowie ein entsprechendes Samrrelgefäß vorgesehen ist.

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