DE2630311A1

DE2630311A1 - Verfahren zum fuellen eines behaelters mit zugehoerigem behaeltersystem

Info

Publication number: DE2630311A1
Application number: DE19762630311
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hempelmann; Guenter Waldenmeier
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1976-07-06
Publication date: 1978-01-12
Also published as: JPS5328813A; FR2357478A1; FR2357478B3; BR7704411A

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 21. Juni 76

KERNFORSCHUNG MBH PLA 7638 Sdt/bu

Verfahren zum Füllen eines Behälters mit zugehörigem Behältersystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen eines Behälters, insbesondere zum Füllen eines Tankwagens zur Aufnahme radioaktiver Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten mittels Vakuum in den Behälter gesaugt werden und der maximale Flüssigkeitsstand im Behälter mittels Meßsonden abgefühlt wird, sowie eine Behälteranlage zur Anwendung dieses Verfahrens, bestehend aus einem Druckbehälter zur Aufnahme der radioaktiven Flüssigkeit sowie an den Behälter angeschlossener Saugleitung und Einspeisleitung für die Flüssigkeiten.

In kerntechnischen Anlagen müssen größere Mengen mittelaktiver und hochaktiver, radioaktiver Flüssigkeiten transportiert werden. Die spezivische Aktivität dieser Flüssigkeiten liegt zwischen 1O"¹ und 1O³ Ci/nr⁵ Flüssigkeit. Neben einem sicheren Transport ist das Befüllen und Entleeren solcher Transportbehälter allen

- 1 709882/0288

sicherheitlichen Anforderungen entsprechend. Ein überfüllen dieser Behälter muß wirksam und sicher verhindert werden.

Es sind bereits für diesen Zweck Transportbehälter bekannt. Diese Behälter sind meist jedoch klein und nur zum Transport geringerer Mengen Flüssigkeit geeignet, da im Regelfall die Aufarbeitung der radioaktiven Abwässer direkt beim Produzenten angestrebt wird. Diese bekannten Transportbehälter können bei Versagen der Inhaltsanzeigeeinrichtungen durch technische Defekte oder durch physikalisch bedingte Umstände überfüllt werden. Die Beschickung dieser Transportbehälter erfolgt normalerweise mittels der Vakuumtechnik über Pumpen. Diese Befülltechniken erfüllen jedoch nicht die an solche Behälter heute zu stellenden hohen Anforderungen. Insbesondere bei Vorhandensein von mehreren Flüssigkeiten, die sich aus physikalischen und chemischen Gründen nicht mischen, sondern in Phasen abtrennen, ist ein einwandfreies Beschicken nicht gewährleistet.

Ausgehend von diesem Stande der Technik hat nun die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zum Füllen eines solchen Behälters, sowie ein dazu geeignetes Behältersystem anzugeben, bei welchem ein Überfüllen des Behälters, der auch große Mengen aufnehmen kann, mit Sicherheit vermieden wird. Desweiteren soll der Behälter hohen äicherheitstechnischen Anforderungen genügen, d. h. abgeschirmt sein, Leckagesicherheit aufweisen und auch bei Versagen der eingebauten Überfüllsicherungen noch hinreichend sicher gegen überfüllung sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorgeschlagenen Erfindung bezüglich des eingangs angegebenen Verfahrens dadurch gelöst, daß der Behälter chargenweise hintereinander gefüllt wird und das Einsaugen der einzelnen Chargen durch die Höhe des im Behälter herrschenden Vakuums bis zum Erreichen des maximalen Füllstandes gesteuert wird. Erfindungsgemäß werden dabei zwei Grenzwerte für das Vakuum vorgegeben, wobei bei Erreichen des höheren Grenzwertes, d. h. des niedereren Druckes, die Vakuumpumpleitung abgetrennt und die Flüssigkeitsansaugleitung geöffnet und danach bei Erreichen des

709882/0288

niedereren Grenzwertes, d. h. des höheren Druckes, die Vakuumpumpleitung wieder geöffnet und die Flüssigkeitsansaugleitung wieder geschlossen wird.

Zur Lösung der Aufgabe bezüglich der eingangs beschriebenen Behälteranlage schlägt die Erfindung vor, daß in der Saugleitung und der Einspeisleitung je ein fernbetätigbares Ventil eingesetzt ist, die beide so gegeneinander schaltbar sind, daß jeweils nur ein Ventil geöffnet ist und daß an dem Behälter ein Drucküberwachungsinstrument angebracht ist, welches zwei Grenzwerte anzeigt, überweiche die beiden Ventile wechselseitig betätigbar sind. Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß der Behälter auf einem Stutzen einen dichten Deckel aufweist, durch welchen alle Anschlüsse mit Flanschen bzw. Durchführungen für die Sonden in der Weise geführt sind, daß die unteren Hälften der Flansche bzw. Durchführungen auf der Oberseite des Deckels gelegen sind, während die oberen Hälften derselben von oben darauf befestigbar sind und daß in den Leitungen direkt oberhalb und neben dem Deckel die beiden Ventile innerhalb der Außenwandung des Abschirmbehälters gelegen sind. Von Vorteil ist es weiterhin, daß vom Behälter aus gesehen in der Saugleitung nacheinander das Drucküberwachungsinstrument, das Ventil, der Wasserabscheider, der Filter das Ventil und die Pumpe geschaltet sind, sowie das Zwischenventil und Pumpe eine Entlüftungsleitung abzweigt, in die ein weiteres Ventil sowie am Ende ein Filter eingeschaltet sind und daß letztlich die Pumpe umgehend eine, mittels eines Ventiles absperrbare Bypassleitung vorhanden ist.

Die durch die Erfindung vorgeschlagene Lösung hat den Vorteil, daß immer nur ein Ventil entweder in der Flüssigkeitsleitung oder in der Entlüftungsleitung geöffnet ist. Während des Einströmens von Flüssigkeit ist die Entlüftungsleitung immer geschlossen. Auf diese Art und Weise wird ein überfüllen des Behälters unabhängig von den eingebauten Überfüllsicherungen wirksam verhindert. Selbst beim Versagen aller Überfüllsicherungen wird ein Überfüllen verhindert, da das Spiel zwischen öffnen und Schließen des Entlüf-

- 3 709882/0288

tungsventils mit schwindendem freien Behältervolumen gleich null wird, über ein Zeitrelais kann die Mindestpumpzeit der Vakuumpumpe bzw. die Mindestöffnungszeit des Entlüftungsventils begrenzt werden. Wird der eingestellte Wert unterschritten, so schaltet die Anlage automatisch ab und ist nicht mehr zu betätigen. Dieses System hat den Vorteil, daß mit ihm auch Flüssigkeiten gepumpt werden können, die in zwei oder mehreren Phasen auftreten und damit wegen der stark unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten bzw. der stark unterschiedlichen spezivischen Dichten alle denkbaren physikalischen Inhaltsmeßgeräte irritieren. Durch die vorgeschlagene Erfindung können somit auch Flüssigkeiten, die mehrere Phasen bilden, sicher und ohne die Gefahr des Überfüllens befördert werden. Durch Automatisierung ist das System sehr betriebssicher. Eine Außerbetriebsetzung der Automatik ist nur durch gewaltsame Einflüsse möglich. Durch Benutzung der Vakuumtechnik wird die Gefahr von Leckagen ganz erheblich vermindert. Bei Leckagen am Behälter bzw. an den Leitungen im Behälterraum wird das erforderliche Endvakuum nicht erreicht, so daß das Flüssigkeitsventil sich nicht öffnet. Während des Fördervorgangs steht auch die Schlauchleitung unter Vakuum. Durch die besondere Konstruktion ist ein einfaches Ausbauen der Verschleißteile sehr gut auch unter Abschirmung möglich. Die großen Volumina der aktivitätsführenden Behälterteile sind dabei weiterhin abgeschirmt. Der Abschirmbehälter dient gleichzeitig als Auffangwanne für irgendwelche auslaufende Flüssigkeiten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im einzelnen anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das Fließschema eines Tankwagens, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefüllt werden kann, wobei der Tankwagen selbst nicht gezeichnet ist.

Figur 2 einen:schematischen Schnitt durch den Tank gemäß der Linie AB in der Figur 3

Figur 3 eine Draufsicht auf den Zwischendeckel des Tankes bei abgenommenem Hauptdeckel.

_ i, _
709882/0288

Die Figur 1 zeigt schematisch den eigentlichen Behälter bzw. Tank 1 aus Edelstahl, der für die Aufnahme der Flüssigkeiten vorgesehen und mit Abstand von einem weiteren Behälter 2 umgeben ist. Beide ineinanderliegende Behälter sind auf einem nicht dargestellten Fahrzeug montiert. In dem Zwischenraum 3 zwischen den beiden Behältern befindet sich ein Feuchtefühler ¹J, der bei Feststellung von Flüssigkeit im Raum 3 zwischen den beiden Behältern 1 und 2 sofort Alarm gibt. Der Behälter 2 dient einerseits als Auffangbehälter bei eventuellen Leckagen und andererseits als Abschirmbehälter. Er kann wahlweise aus Stahlguß oder anderen Materialien gefertigt sein. In dem Behälter 1 sind verschiedene, auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhende Inhaltsmeßeinrichtungen eingebaut. Diese arbeiten z. B. nach der Einperlmethode, nach dem Schwimmerschalterprinzip oder nach dem kapazitiven Inhaltsmeßprinzip. Im einzelnen sind folgende Inhalts- bzw. Höhenstandsmeßeinrichtungen eingebaut: Eine pneumatische Höhenstandsmeßeinrichtung, bestehend aus den Sonden 5, 6, 7 und 8. Die Sonden bestehen aus in den Behälter 1 ragenden dünnen Rohren, durch welche Druckluft geblasen wird. Die Sonde 5 endet oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, die Sonde 6 bei 80 % und die Sonde 7 bei 95 % Behälterfüllung. Die Sonde 8 wiederum mündet am Boden des Behälters 1. Die Sonden 6,7 und 8 arbeiten nach dem Differenzdruckprinzip gegenüber der Sonde 5» wobei Ihr Druck gegenüber dem Druck der Sonde 5 mittels der Kontaktmanometer von 16, 17 und l8 bestimmt wird. Alle Sonden 5 bis 8 werden mittels einer Druckluftanlage 29, die durch die Pumpe 26 gespeist wird, versorgt. Die Pumpe 26 arbeitet über das Ventil 19 auf einen Druckbehälter 27, der die einzelnen Sonden 5 bis 8 mit Druck versorgt, wobei dieser Druck mittels Manometers 28 gemessen bzw. kontrolliert wird. Desweiteren ist im Behälter 1 eine kapazitive überfüllsicherungssonde 20 bei 100 % des Behälternettovolumens eingebaut, die bei einem Versagen der pneumatischen Inhaltsmessung durch die anderen Sonden ein überfüllen des Tankes verhindert. Diese Sonde schließt bei Ansprechen sämtliche Ventile und schaltet die Vakuumpumpe 21 ab.

- 5 709882/0288

Die Vakuumpumpe 21 ist mittels der Saugleitung 22 an den Behälter 1 angeschlossen. In die Saugleitung 22 sind die Ventile 12 und 13, sowie der Wasserabscheider 23 und ein Filter 24 eingeschaltet. Der Druck in der Saugleitung 22 bzw. im Behälter 1 wird mittels des Drucküberwachungsinstrumentes 25 überwacht, welches zwei Grenzwerte anzeigt, über welche die beiden Ventile 12 und 11 wechselseitig betätigbar sind.

An die Saugleitung 22 ist ein Entlüftungsrohr 30 angeschlossen, welches mittels des Ventiles I¹I verschließbar ist und über einen Filter 31 ins Freie mündet. Die Vakuumpumpe 21 saugt über das Ansaugrohr .32 an, welches mit dem Ventil 9 verschließbar ist und über das Filter 33 ins Freie mündet.

Außerdem ist eine Kurzschlußleitung 3¹J vorgesehen, welche die Pumpe 21 umgeht und von deren Ansaugrohr 32 zwischen dem Ventil 9 und der Pumpe 21 zu der Saugleitung 22 zwischen dem Filter 24 und dem Ventil I3 führt. In diese Kurzschlußleitung 34 ist ein Ventil 15 eingeschaltet. Mittels der Leitung 34 und der beiden Ventile 15 und 13 kann für Sonderfälle der Behälter 1 über die Leitung 22 auch im Druckbetrieb gefahren werden. Zur Tankreinigung ist im Tank ferner eine fest eingebaute Düse 56 mit hoher Strahlwirkung vorgesehen, deren Zuleitung 35 mittels des handbetätigten Ventiles 10 absperrbar ist.

Für die Zu- bzw. Abführung der radioaktiven Flüssigkeiten in bzw. aus den Behältern dient die Einspeisleitung 36, die mittels des Tauchrohres 37 ein Stück oberhalb des Behälterbodens mündet und außerhalb des Behälter 1 wieder nach unten geführt ist. Die Leitung 36 ist mittels des Ventiles 11 absperrbar und endet in einem Flansch an der Behälteraußenseite. Letztlich ist an der Behälteroberseite noch ein Reserveanschluß 47 vorgesehen (s. Fig. 3).

In den Figuren 2 und 3 ist der Behälter als schematische Konstruktion dargestellt, die Figur 3 zeigt dabei die Draufsicht auf den Zwischendeckel 38 mit den Rohrdurchführungen bei abge-

- 6 709882/0288

nommenem Hauptdeckel 39· Der stählerne Innenbehälter 1 ist in den Abschirmbehälter 2 eingestellt und wird in diesem mittels der Distanzpflaster 40 zentriert. Der Behälter 1 weist an seiner Oberseite zwei Anschlußstutzen ^l und 42 auf, deren einer 41 mit einem Deckel verschlossen ist und zu Reinigungsarbeiten dient. Auf den zweiten Stutzen 42 ist ein Deckel 44 geschweißt, der sämtliche Behälteranschlüsse in Form von Flanschen bzw. Durchführungen für die Meßleitungen aufnimmt. Wie aus der Figur 3 ersichtlich, handelt es sich dabei um die Flansche 50 für die Einspeisleitung 36, den Flansch 45 für die Tankreinigungsdüse56 den Flansch 46 für die Saugleitung 22 sowie einen Reserveflansch 47. Die Durchführungen 48 und 49 für die Meßsonden 5,6,7 und sowie für die kapazitive Überfüllsicherungssonde 20 sind ebenfalls dort angeordnet. Die Flansche 45, 46, 47 und 50 sowie die Durchführungen 48 und 49 sind dabei auf der Oberseite des Deckels so angebracht, daß jeweils die untere Hälfte der Flansche bzw. Durchführungen auf der Oberseite des Deckels 44 sitzt und die obere Hälfte jeweils darüber. Dabei bleibt die Abschirmwirkung gegenüber der Behälterflüssigkeit im Behälter auch bei Arbeiten an den Flanschen, z. B. bei einer Demontage, erhalten. Entsprechend dem Deckel 44 über den Stutzen 42 ist für den Stutzen 41 ein Deckel 51 im Zwischendeckel 38 vorgesehen, mittels welchem der Stutzen 4l zugänglich gemacht werden kann.

Wie bereits erwähnt sind alle Anschlüsse bzw. Zuleitungen von oben durch den Deckel 44 in den Behälter 1 geführt. Die Leitung 35 tritt im oberen Teil des Behälters 2 aus, die Leitungen 22 und 36 werden in einem, in der Außenwand abgeschirmt angeordneten Schacht nach unten geführt und münden in Flanschen 53j die in der Schachtwandung 54 außen gelegen sind. An diese Flansche 53 und 55 werden die nicht mehr dargestellten Füll- bzw. Entleerungsleitungen oder -Schläuche angeflanscht, bzw. die Saugleitung 21 angeschlossen.

Die Beschickung des Behälters 1 erfolgt nun in der Weise, daß der gesamte Behälter 1 unter Vakuum gesetzt wird. Dazu dient die auf dem nicht gezeichneten Tankwagen montierte Vakuumpumpe 21.

- 7 709882/0288

Die Beschickung des Behälters 1 mittels Vakuum hat den Vorteil, daß bei geringen Leckagen keine radioaktive Lösung nach außen gelangen kann. Insbesondere ist dieser Punkt wichtig bei Schlauchbrüchen. Der Behälter 1 selbst wird an dem Flansch 53 über einen Doppelmantelschlauch an den abzupumpenden Behälter angeschlossen. Die Beschickung des Behälters 1 erfolgt schluck- bzw. chargenweise. Unabhängig von der Füllstandsanzeige mittels der Sonden 5, 6 und 7 wird der Behälter 1 unter Vakuum gesetzt. Während des Vakuumpumpens ist über das Motorventil 11 der Anschluß zu der Flüssigkeitsleitung 36 verschlossen. Erst wenn das einstellbare Sollvakuum erreicht ist, öffnet das Motorventil 11 in der Flüssigkeitsleitung 36. Gleichzeitig schließt sich in der Vakuum- bzw. Entlüftungsleitung 22 das Motorventil 12. Nachdem das Vakuum auf einen geringereren Wert, der als Mindestwert für das Ansaugen dient, abgesunken ist, schließt sich wiederum das Ventil 11 und das Ventil 12 wird geöffnet. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis eine der Sonden 5, 6, 7 im Deckel i\U im Behälterstutzen h2 den gewünschten Füllstand anzeigt. Nun wird die Befüllung des Behälters 1 durch die Vakuumpumpe 21 und die zwei wechselseitig öffnenden Ventile 11 und 12 unterbrochen, über einen Handschalter kann die Schlauchleitung entleert und gespült werden.

Die Anlage wird während des normalen Betriebes über eine Automatik gesteuert. Diese Automatik füllt den Tank 1 über ein bestimmtes Programm. Voraussetzung für die Inbetriebnahme des Programmes ist, daß die Druckluftanlage 29 für die pneumatische Inhaltsmessung den eingestellten Solldruck aufweist. Bei Einschalten des Hauptschalters beginnt daher automatisch der Kompressor 26 der Druckluftanlage 29 zu laufen und fördert Druckluft in den eingebauten Zwischenbehälter 27· Nach Erreichen des Solldruckes bzw. höheren Grenzwertes wird auf Saugbetrieb umgeschaltet. Die Ventile 12, 13 und 9 öffnen sich dann automatisch. Anschließend geht die Vakuumpumpe 21 in Betrieb. Sie erzeugt in dem Behälter 1 Vakuum solange, bis der Sollwert erreicht ist. Danach wird das Ventil 11 geöffnet und das Ventil 12 geschlossen.

- 8 709882/0288

über das Tauchrohr 37 und die Saugleitung 36 wird Flüssigkeit in den Tank 1 hineingefördert. Bei Absinken des Vakuums auf den niedereren Grenzwert wird das Ventil 11 geschlossen und das Ventil 12 wieder geöffnet. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis wie bereits erwähnt die Inhaltsmeßanlage bei 8O % Füllung anspricht und das Ventil 11 schließt. Bei einem Ansprechen der Sonde 7 für 95 % Füllung werden alle Ventile geschlossen und die Pumpe 21 wird abgeschaltet. Die kontinuierliche Inhaltsmessung mit der Sonde 8 erfolgt über einen Minimalkontakt, der bei Erreichen eines minimalen Füllstandes einen optischen und akustischen Alarm gibt.Zur normalen Entleerung der Anlage werden die Ventile 11, 12, 13 und 14 geöffnet. Die Ventile schließen wieder bei Ansprechen der Sonde 8.

Alle Leitungen, welche Flüssigkeit führen, sind so weit als möglich in dem Abschirmbehälter 2 bzw. dem Schacht 52 untergebracht und damit bei Leckagen gegen eventuelles Auslaufen von Flüssigkeit gesichert. Die Anschlüsse aller Leitungen sind im Deckel 44 so angeordnet, daß ein leichtes Dekontaminieren möglich ist und daß zwischen einem evtl. gefüllten Behälter und den zu lösenden Flanschen noch eine gewisse Abschirmung durch den Deckel 44 selbst vorhanden ist.

- 9 709882/0288

Leerseite

Claims

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 21. Juni KERNFORSCHUNG MBH PLA 7638 Sdt/bu Patentansprüche:

1.· Verfahren zum Füllen eines Behälters, insbesondere zum Füllen ^y eines Tankwagens zur Aufnahme radioaktiver Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten mittels Vakuum in den Behälter gesaugt werden und der maximale Flüssigkeitsstand im Behälter mittels Meßsonden abgefühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter chargenweise hintereinander gefüllt wird und das Einsaugen der einzelnen Chargen durch die Höhe des im Behälter herrschenden Vakuums bis zum Erreichen des maximalen Füllstandes gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Grenzwerte für das Vakuum vorgegeben werden, wobei bei Erreichen des höheren Grenzwertes, d. h". des niedereren Druckes, die Vakuumpumpleitung abgetrennt und die Flüssigkeitsansaugeleitung geöffnet und danach bei Erreichen des niedereren Grenzwertes, d. h. des höheren Druckes, die Vakuumpumpleitung geöffnet und die Flüssigkeitsansaugleitung wieder geschlossen wird.

3. Behälteranlage zur Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bestehend aus einem Druckbehälter zur Aufnahme der radioaktiven Flüssigkeit, sowie an den Behälter angeschlossener Saugleitung und Einspeisleitung für die Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saugleitung (22) und der Einspeisleitung (36) je ein fernbetätigbares Ventil (12+11) eingesetzt ist, die beide so gegeneinander schaltbar sind, daß· jeweils nur ein Ventil geöffnet ist und daß an dem Behälter ein Drucküberwachungsinstrument (25) angebracht ist, welches zwei Grenzwerte anzeigt, über welche die beiden Ventile (12+11) wechselseitig betätigbar sind.

- IO 709882/0288

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) auf einem Stutzen einen dichten Deckel (44) aufweist, durch welchen alle Anschlüsse (22, 35 und 36) mit Flanschen (45, 46, 50) bzw. Durchführungen für die Sonden (5 - 8) in der Weise geführt sind, daß die unteren Hälften der Flansche bzw. Durchführungen auf der Oberseite des Deckels (44) gelegen sind, während die oberen Hälften derselben von oben darauf befestigbar sind und daß in den Leitungen (22+36) direkt oberhalb und neben dem Deckel die beiden Ventile (11 + 12) innerhalb der Außenwandung des Abschirmbehälters (2) gelegen sind.

5. Behälteranlage nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Behälter aus gesehen in der Saugleitung (22) nacheinander das Drucküberwachungsinstrument (25),das Ventil (12), der Wasserabscheider (23), der Filter (24), das Ventil (13) und die Pumpe (21) geschaltet sind,

6. Behälteranlage nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (13) und der Pumpe (21) eine Entlüftungsleitung (30) abzweigt, in die ein Ventil (14), sowie am Ende ein Filter (31) eingeschaltet sind und daß die Pumpe umgehend eine mittels eines Ventiles (15) absperrbare Bypassleitung (34) vorhanden ist.

- 11 709882/0288