DE2608162A1

DE2608162A1 - Verfahren zum behandeln von gasfoermigen nukliden und gassystem fuer die belueftung von behaeltern mit radioaktiver fluessigkeit

Info

Publication number: DE2608162A1
Application number: DE19762608162
Authority: DE
Inventors: Horst Queiser
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1977-09-08
Also published as: CH612286A5; JPS6049880B2; US4157248A; JPS52106098A; SE411406B; DE2608162C2; IT1075659B; SE7613342L

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Verfahren zum Behandeln von gasförmigen Nukliden und Gassystem für die Belüftung von Behältern mit radioaktiver Flüssigkeit«

In dem Band 51 der Reihe Thiemig-Taschenbücher, Seiten 180 bis 183 ist eine Abgasanlage eines Druckwasserreaktors beschrieben, bei der neben einem Kühlmittelspeicher noch Anschlüsse anderer Systeme zu einer Abgasleitung führen, die letztlich mit einem Abluftkamin verbunden werden kann.

Solche belüfteten Behälter gibt es auch bei Siedewasserreaktoren, wie die deutsche Offenlegungsschrift 23 38 044 zeigt. Hier ist dem Anschluß an einem Kamin noch ein Speicherbehälter vorgeschaltet, damit im Betrieb kurzzeitig auftretende Volumenschwankungen ausgeglichen und damit die Aktivitätsabgabe an die Umwelt verringert werden kann.

Die Erfindung verfolgt ebenfalls das Ziel, die Abgabe von Aktivität an die Umwelt klein zu halten. Dieses Ziel soll mit möglichst geringem Aufwand erreicht werden, d.h. ohne große Speichervolumina, wie sie sonst zum Beispiel in Verzögerungsleitungen zum Zurückhalten der Gase über eine so lange Zeit eingesetzt werden, daß die Aktivität der Gase weitgehend abklingen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln von gasförmigen Nukliden aus Behältern mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand ist dadurch gekennzeichnet, daß eine begrenzte Abluftmenge aus den Lufträumen der Behälter ständig in ein Abgassystem abgezogen wird und daß darüber hinausgehende, kurzzeitig auftretende Überschußluftmengen beim Auffüllen der Behälter mit Flüssigkeit über die zu einer Kette als Verzögerungssystem verbundenen Behälter einem Kamin zugeführt werden und daß beim Entleeren der Behälter vom Flüssigkeitsinhalt das Belüften von

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dem dem Anschluß an das Abgassystem entgegengesetzten Ende der Behälterkette erfolgt. Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgeführt, daß ein Filter als reversibel arbeitender Speicher zum Entfernen von den mit der Abluft aus den Behältern in Richtung Kamin ausgetragenen Nukliden verwendet wird, wobei die Nuklide aus der die Behälterkette verlassenden Luft zurückgehalten und später in die in die Behälterkette zurückströmende Luft aus dem Speicher entlassen werden.

Die Bewegungen der Flüssigkeitsmengen sind zwar weitgehend durch die Fahrweise des Kernkraftwerkes vorgegeben. Wie gefunden wurde, läßt es sich jedoch praktisch immer so einrichten, daß die in die Behälterkette eingezogene Luftmenge durch den ständigen Luftabzug ins Abgassystem über die Zeit integral größer gehalten wird als die in Richtung Kamin abgegebenen Schiebeluftmengen.

Als ein zum Behandeln von gasförmigen Nukliden besonders geeignetes Gassystem, das eine die Behälter verbindende Leitung mit einem Anschluß an einen Kamin umfaßt, hat sich eine Anordnung bewährt, bei der die Behälter mit der Leitung zu einer nach dem Maß der Radioaktivität des jeweiligen Gases geordneten Kette aneinandergereiht sind, deren hochaktives Ende an ein Abgassystem angeschlossen ist und deren niedrigakti-

"5 ves Ende in den Kamin führt.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Kette werden die Gasvolumina, die in den Behältern über dem Flüssigkeitsspiegel ohnehin vorhanden sind, als Speicherräume benutzt, die vor dem Austreten der Gase in den Kamin eine Verzögerung bewirken und damit ein Abklingen der Radioaktivität ermöglichen. Dabei ist durch die Ordnung der Behälter nach dem Maß der Radioaktivität des jeweils vorhandenen Gases sichergestellt, daß hochaktive Gase bis zum Austritt in den Kamin die längste Zeit brauchen. Gleichzeitig sorgt der Anschluß des hochaktiven Endes der Kette an ein Abgassystem, das ohnehin mit Filtern für radioaktive Gase, insbesondere Edelgase, versehen ist, dafür, daß eine ständige Spü-

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lung und damit eine Beeinflussung der Luftmengenbilanz durch Abgabe von Gasen, und zwar an das Abgassystem möglich ist. Auch diese Abgabe führt, ohne daß besondere Mittel benötigt werden, zu keiner Belastung der Umwelt, weil in diesem Fall die im Rahmen des Abgassystems ohnehin vorgesehene Reinigung der Gase wirksam wird.

Am kaminseitigen Ende der Kette ist vorteilhafterweise ein Filter angeordnet, das langlebige Aktivitätsträger, insbesondere Edelgase, aufnehmen kann. Das Filter, das praktisch für eine "Nullabgabe" aus dem Bereich der belüfteten Behälter in den Kamin sorgt, kann als Absorptionsfilter, zum Beispiel in Form von feinkörnigem Kohlenstoff (Aktivkohle) ausgebildet sein. Ein solches Filter kann in einem Speicherbehälter untergebracht oder damit kombiniert sein. Wesentlich ist, daß die im folgenden ausschließlich als Filter bezeichnete Einrichtung zur Zurückhaltung langlebiger Aktivitätstrager geeignet ist (Edelgasspeicher).

Am kaminseitigen Ende der Kette kann ferner eine Spülgasleitung angeschlossen sein. Diese macht es möglich, die zu einer Kette verbundenen Gasvolumina der Behälter langsam, zum Beispiel mit einer Menge von 10 m^ je Stunde, in Richtung vom Kamin zum Abgassystem zu durchströmen, um durch eine solche Spülung den Aktivitätssspiegel insgesamt niedrig zu halten. Als Spülgas kann zum Beispiel aus dem Abgassystem stammendes gereinigtes und getrocknetes Abgas verwendet werden. Man kann aber auch Frischluft dazu verwenden, die ebenfalls getrocknet werden kann.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung erhält man, wenn die Spülgasleitung zwischen dem vorstehend erwähnten Filter und dem Kamin an die Kette angeschlossen ist. Mit dem Spülgas kann hier nämlich im Normalbetrieb das Filter von radioaktiven Bestandteilen gereinigt werden, die in vorhergehenden Betriebsphasen beim Austreten von Gas aus der Kette in den Kamin angelagert worden sind. Diese radioaktiven Produkte werden dann vom Spülgas gegebenenfalls bis zum Abgassystem zurückgeführt. Im gleichen Sinne wie das Spülgas wirkt auch Luft, die beim Entleeren eines oder mehrerer Behälter in die Behälterkette eingezogen wird.
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Das Spülgas kann der Kette über eine Trocknungseinrichtung zugeführt werden, um das Einschleppen von Feuchtigkeit in die Behälter der Kette zu verhindern. Hier ist es günstig, wenn die Trocknungseinrichtung als Kühlfalle ausgebildet ist, die mit einer Kühleinrichtung für das Filter baulich zusammengefaßt ist. Mit derart gekühlten Filtern lassen sich bei gegebenem Volumen besonders große Absorptionsraten erzielen.

Die Anschlüsse der zu einer Kette aneinandergereihten Behälter liegen zweckmäßigerweise auf gegenüberliegenden Seiten des über der Flüssigkeit befindlichen Gasraumes, weil man damit erreichen kann, daß das gesamte Volumen des Gasraumes bei der Strömung der Gase als Verzögerungsbehälter wirkt. Dabei sollten die Anschlüsse auf der Oberseite der Behälter sitzen, damit sie auch bei dem höchsten denkbaren Flüssigkeitsstand nicht verschlossen werden können.

Der Druck in der Kette der Behälter kann kleiner als Atmosphärendruck sein, weil man dadurch ein Austreten von radioaktiven Gasen an Leckstellen vermeiden kann. Zu diesem Zweck genügt es in vielen Fällen, die Kette der Behälter an einen Unterdruck führenden Teil des Abgassystems anzuschließen. Hier kann noch eine Druckminderungseinrichtung vorgesehen sein, um einen Druckunterschied zwischen dem Abgassystem und der Behälterkette zu

.5 ermöglichen. Bezweckt wird damit, daß der Unterdruck in der Kette kleiner als der im Abgassystem ist, damit die im allgemeinen höhere Radioaktivität des Abgassystems nicht in die Behälterkette hineingeschleppt werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 in schematischer Darstellung das zu einem Siedewasserleistungsreaktor von zum Beispiel 1000 MWe gehörende Behältersystem mit der erfindungsgemäßen Belüftung. In Fig. 2 ist in einem Schaubild die Bewegung der Luftmengen zur Belüftung der in Fig. 1 sichtbaren Behälter über der Zeit aufgezeichnet.

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Mit 1 ist als Ganzes eine Kette von zwölf Behalten! 2 bezeichnet, die für radioaktive Flüssigkeiten eines Kernkraftwerkes vorgesehen sind. Die Behälter enthalten zum Beispiel als Metalltanks 3a und 3b je 40 m^ Primärwasser, das aus dem Reaktordruckbehälter stammt. Diese Flüssigkeit hat die größte Aktivität. Sie beträgt je 5 Ci. Anschließend sind drei gleiche Metallbehälter 4a, 4b und 4c vorhanden, die als Kühlmittelbehälter dienen. Die Aktivität ist hier etwas schwächer, sie beträgt je 1 Ci. Zwei weitere parallelgeschaltete Behälter 5a und 5b mit einem größeren Volumen von je 200 w? sind zur Aufnahme von 150 w? Flüssigkeit vorgesehen. Diese Flüssigkeit ist insbesondere Dampfkondensat, d.h. hinter der Turbine des Siedewasserreaktors kondensiertes Reaktorkühlmittel, das eine um den Faktor 10 oder mehr kleinere Aktivität als das Primärwasser im Reaktordruckbehälter hat.

Zwischen dem Behälter 5a und den Behältern 3a und 3b ist eine Verbindungsleitung 6 vorgesehen, die für das Umfüllen von Flüssigkeit dient und am Boden der Behälter angeschlossen ist. Eine ähnliche Verbindungsleitung 7 ermöglicht das Umfüllen des Kühlmittels aus den Behältern 4 in den Behälter 5a. Ferner sind die Behälter 5 über eine Leitung 8 mit einer Pumpe 9 ausgerüstet, mit der Flüssigkeit in ein Abwasseraufbereitungssystem gepumpt werden kann.

Zur Aufbewahrung von Abwasser, zum Beispiel Leckwasser aus dem Sumpf des Reaktorgebäudes, sind drei weitere parallelliegende Behälter 10a, 10b und 10c vorgesehen. Sie stehen über eine Leitung 11 mit einer Pumpe 12 darin ebenfalls mit einem Abwasseraufbereitungssystem in Verbindung. Die Aktivität beträgt hier durchschnittlich 0,2 Ci. Ein weiterer Behälter 14 von 200 m^ enthält 150 m³ Flüssigkeit. Die Radioaktivität ist hier mit je 0,1 Ci sehr niedrig. Dies gilt auch für den letzten Behälter 15 im Verlauf der Kette 1, der mit Abwasser gefüllt ist.

Die Behälter 2 bis 15 können über Zuluftleitungen 17, die gastechnisch parallel zueinander liegen, bei Bedarf mit Stickstoff

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beaufschlagt werden. Dabei ist durch Ventile dafür gesorgt, daß über die Leitungen 17 nur eine Stickstoffzufuhr erfolgen kann. Mithin bleiben die Leitungen 17 und der nicht dargestellte Stickstoffspeicher praktisch aktivitätsfrei. 5

Die Behälter 2 bis 15 sind im Verlauf der Kette 1 durch Verbindungsleitungen 20 lüftungstechnisch in Reihe geschaltet. Das "niedrigaktive" Ende 21 der Kette 1 führt über einen Kühler 22 zu einem Edelgasspeicher 23, der aus einem Behälter 24 mit einem Aktivkohleabsorber 25 besteht. Das der Kette 1 abgekehrte Ende des Speichers 23 ist über eine Leitung 26 mit einem als Ganzes mit 28 bezeichneten Luftsystem verbunden. Zu diesem gehört eine Zuluftleitung 30, die über ein Filter 32 zu einem Kompressor 33 führt. Der Kompressor versorgt über eine Druckleitung 34 die zu belüftenden Bereiche des nicht weiter dargestellten Kernkraftwerkes mit Frischluft, wobei ein Unterdruck von zum Beispiel -10 mm Wassersäule aufrechterhalten bleibt.

An die Druckleitung 34 des Kompressors 33 ist die Leitung 26 über eine Rückschlagklappe 36 angeschlossen. Eine weitere Rückschlagklappe 37 stellt die Verbindung mit einem Abluftkamin 38 her. Dieser nimmt eine Abluftleitung 39 auf, die Gebäudeabluft führt und über ein Filter 40 geführt wird, wobei mit einem Gebläse 41 ein Unterdruck von -10 mm Wassersäule in der Leitung aufrechterhalten wird.

In den Kamin 38 mündet ferner eine Auslaßleitung 45, die zu einem als Ganzes mit 46 bezeichneten Abgassystem gehört. Das Abgassystem umfaßt in dem in der Fig. 1 dargestellten Teil eine Leitung 47, die von dem nicht weiter dargestellten Turbinenkondensator des Siedewasserreaktors kommt. Dieser ist über die Leitung 47 an eine Rekombinationsanlage 48 angeschlossen, in der evtl. im Dampf enthaltenes Radiolysegas verbrannt wird, wobei die Verbrennung ein katalytischer Vorgang ohne Flammbildung sein kann. Das so beeinflußte Abgas wird über einen Kondensator 49 bei einem Druck von -500 mm Wassersäule zu zwei weiteren parallelliegenden Kühlern 50 und 51 geführt. In diesen Kühlern wird das Abgas getrocknet.
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Hinter den Kühlern 50 und 51 des Abgassystems 46 schließt sich eine Verzögerungsstrecke 52 mit drei gegebenenfalls gleich ausgebildeten, in Reihe geschalteten Behältern 53, 54 und 55 an, die zum Zurückhalten insbesondere von Edelgasen dienen. Aus der Verzögerungsstrecke 52 werden die Gase dann von einem Gebläse in die Leitung 45 gefördert, die in den Kamin 38 führt.

Die Kette 1 der erfindungsgemäß zusammengefaßten Behälter 2 steht mit ihrem hochaktiven Ende 60 mit dem Abgassystem 46 in Verbindung. Dabei ist in der Verbindungsleitung eine Druckminderungseinrichtung 61 vorgesehen. Sie besteht aus einer Meßblende 62 und einem von dieser gesteuerten Ventil 63, mit dem die Spülluftmenge über das Behältersystem gesteuert wird (zum Beispiel 10 m3/h). Es besteht ein Druckunterschied von -10 mm Wassersäule im Bereich der Kühlmittelbehälter und - 500 mm Wassersäule im Abgassystem 46. Ein weiteres Ventil 64 ist im Normalfall offen. Es dient lediglich dazu, das Gassystem für die Belüftung der Behälter 2 abtrennen zu können.

In Fig. 2 ist in einem Diagramm die Bilanz der Belüftung dargestellt, die sich aus den Strömungsrichtungen und den bewegten Luftmengen im Bereich der Leitung 26 ergibt. Die Meßstelle 66 liegt, wie Fig. 1 zeigt, zwischen dem Kühler 22 und dem Edelgasspeicher 23. Die bewegten Luftmengen M sind auf der Ordinate in m^/h angegeben. Auf der Abszisse als Zeitachse ist die Zeit T einer Woche aufgetragen.

Die für die Luftbewegung kennzeichnende Kurve 67 schneidet vielfach die Nullinie. Man erkennt jedoch, daß die oberhalb der Abszisse liegenden Flächenteile 68, die für die in die Anlage angesaugten Luftmengen charakteristisch sind, integral gesehen um ein Mehrfaches größer sind als die unter der Abszisse liegenden Flächenteile 69, die die in den Kamin geführten Luftmengen bezeichnen. Für die angesaugte Luft ist zunächst einmal eine Spülluftmenge von etwa 5 bis 10 m3/h kennzeichnend.

Dieser praktisch ständig angesaugten Luftmenge überlagert sich im Diagramm bei 70 eine Luftmenge, die durch schnelles Füllen

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eines Behälters der Kette in den Kamin geschoben wird. Die dabei ausgedrückte Luftmenge ist jedoch wesentlich kleiner als die bei 71 angesaugte Luftmenge, die durch Entleeren eines der Behälter zustande kommt. Ein ähnliches Verhältnis ergibt sich auch bei den nachfolgenden Füllvorgängen, die in der Kurvendarstellung durch die Kurventeile 72, 73, 74 angedeutet sind. Die dabei ausgeschobene Luft ist wesentlich kleiner als die Luftmengen, die entsprechend den Kurventeilen 76, 77, 78 und 79 angesaugt werden.

Zu bemerken ist noch, daß die mengenmäßig großen Ansaugvorgänge und die beim Füllen der Behälter auftretenden nennenswerten Abgaben von Luft im Bereich des Kurventeiles 80 entfallen, weil in diesem für die Zeit eines Wochenendes kennzeichnenden Kurventeil die überwiegend von Hand gesteuerten Füllvorgänge unterbleiben.

Die Kurve der Fig. 2 zeigt klar, daß bei der Erfindung keine radioaktiven Gase in die Umwelt abgegeben werden, weil die bei den kurzzeitigen AusschiebeVorgangen im Edelgasspeieher 26 aufgehaltenen Aktivitätsträger bei den anschließenden Spülvorgängen in umgekehrter Richtung befördert werden. Diese Aktivitätsträger können deshalb im Behältersystem selbst abklingen oder aber in die Abgasanlage gelangen, die für die Behandlung

"^ gasförmiger Aktivitäten ohnehin ausgelegt ist.

12 Patentansprüche
2 Figuren

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

(1 Λ Verfahren zum Behandeln von gasförmigen Nukliden aus Behältern mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand, dadurch gekennzeichnet, daß eine "begrenzte Abluftmenge aus den Lufträumen der Behälter ständig in ein Abgassystem abgezogen wird und daß darüber hinausgehende, kurzzeitig auftretende Überschußluftmengen beim Auffülen der Behälter mit Flüssigkeit über die zu einer Kette als Verzögerungssystem verbundenen Behälter einem Kamin zugeführt werden und daß beim Entleeren der Behälter vom Flüssigkeitsinhalt das Belüften von dem dem Anschluß an das Abgassystem entgegengesetzten Ende der Behälterkette erfolgt.,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter als reversibel arbeitender Speicher zum Entfernen von den mit der Abluft aus den Behältern in Richtung Kamin ausgetragenen Nukliden verwendet wird, wobei die Nuklide aus der die Behälteranlage verlassenden Luft zurückgehalten und später in die in die Anlage zurückströmende Luft aus dem Speicher entlassen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Behälterkette eingezogene Luftmenge durch den ständigen Luftabzug ins Abgassystem über die Zeit integral größer gehalten wird als die in Richtung Kamin abgegebenen Schiebeluftmengen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Belüften der Behälterräume Gas aus dem Abgassystem oder Frischluft verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung Kamin geführte Schiebeluft vor Eintritt in den Filter getrocknet wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lufträumen der Behälterkette ein Unterdruck aufrecht gehalten wird.
7. Gassystem für die Belüftung von Behältern mit radioaktiver Flüssigkeit, das eine die Behälter verbindende Leitung mit einem Anschluß an einen Kamin umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (2) mit der Leitung (20) zu einer nach dem Maß der Radioaktivität des jeweiligen Gases geordneten Kette (1) aneinandergereiht sind, deren hochaktives Ende (60) an ein Abgassystem (46) angeschlossen ist und deren niedrigaktives Ende (21) in den Kamin (38) führt.
8. Gassystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am kaminseitigen Ende (21) ein Filter (23) angeordnet ist.
9. Gassystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß am kaminseitigen Ende (21) eine. Spülgasleitung (30) angeschlossen ist.
10. Gassystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Kühlfalle als Trocknungseinrichtung, die mit einer Kühleinrichtung für das Filter (23) baulich zusammengefaßt.ist.
11. Gassystem nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der zu einer Kette (1) aneinandergereihten Behälter (2) auf gegenüberliegenden Seiten des über der Flüssigkeit befindlichen Gasraumes liegen.
12. Gassystem nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anschlußstelle der· Kette (1) an das Abgassystem (46) eine Druckminderungseinrichtung (61) vorgesehen ist.

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