DE2726206A1

DE2726206A1 - Verfahren zur zerlegung dickwandiger stahlbehaelter

Info

Publication number: DE2726206A1
Application number: DE19772726206
Authority: DE
Inventors: Josef Ing Grad Ehrhardt; Hans-Ulrich Dr Freund; Rainer Dr Guenther; Heinrich Dr Winter
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2726206C3; DE2726206B2

Description

Verfahren zur Zerlegung dickwandiger
Stahlbehälter Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Zerlegen dickwandiger Stahlbehälter, wie sie vor allem in der chemischen Industrie in vielfältiger Ausführung und Gestaltung benötigt werden. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zerlegen und Beseitigen von Reaktor-Druckbehältern von Kernkraftwerken.
Das Zerlegen der dickwandigen Druckbehälter, die - im Kernreaktorbau - eine Wandstärke vo n 60 cm und rnelir sowie ein Gewicht von mehreren 100 Tonnen - besitzen können in transportable Stück ist schwierig und außerordentlich aufwendig. Stehen die Behälter, wie bei Kernkraftwerken, in einer Betonabschirmung, ist ein Zugang von außen praktisch unmöglich. Zum Sprengen solcher Behälter nach bj.%-herigen Verfahren wären derart hohe Sprengladungen erforderlich, daß auch die Umgebung zerstört würde. Das Abtragen der Behälter von innen nach außen scheidet ebenfalls in vieien Rillen au, wenn es sich z.B. um radioaktiv oder chemisch verseuchte Behälter handelt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Schwier7igReiten zu überwinden und ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem sich selbst die äußerst dickwandigen und voluminösen Reaktor-Druckbehälter für Kernkraftwerke, aber auch kleinere dickwandige Druckbehälter in wirtschaftlicher Weise zerlegen urid beseitigcii lassen.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in technisch sehr fortschrittlicher Weise gelöst werden kann, indem die Wandung des Stahlbehälters bis zur oder unter die übergangstemperatur duktil-spröde abgekühlt, der Behälter mit eitier Flüssigkeit gefüllt und dann durch eine im Behälter gezu idete Sprengladung zerlegt wird. Zweckmäßigerweise wird dabei mit der Flüssigkeit, die die Druckwirkung von der Sprengladung auf die Behälterwandung überträgt, auch die erforderliche Abkühlung bewirkt, obwohl oft auch eine von der Flüssigkeit unabhängige Kühlung etwa von außen möglich ist.
Sind die Stahlbehälter, vornehmlich zum Korrosionsschutz, mit einer Schicht aus austenitischen Stahl, wie Edelstahl, oder aus einer anderen Legierung, z. B. Bronze, ausgekleidet, wird nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst diese Innenauskleidung auf elektrochemischem Wege abgetragen und danach wie zuvor beschrieben der Behälter durch Zündung der Sprengladung zerlegt.
Die Entfernung der Innenauskleidung ist insbesondere bei Reaktor-Druckbehältern für Kernkraftwerke notwendig, weil der Großteil der radioaktiven Elemente in dieser Schicht enthalten ist. Außerdem ist die Übergangstemperatur duktil-spröde der Innenauskleidung fast immer sehr viel niedriger als die Übergangstemperatur der übrigen Stahlwandung, weshalb nach Entfernen der Innenauskleidung eine wesentlichogeringere Abkühlung zur Versprödung des Behälters genügt.
Um die Form und Größe der durch Zündung der Sprengladung entstehenden Teile vorzugeben, ist es erfindungsgemäß noch vorgesehen, die Behälterwandung nach einem Zerlegungsplan von innen einzukerben Weitere Maßnahmen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung weiterer Einzelheiten hervor.
Zur Zerlegung eines von Beton umgebenen Kernreaktor-Druckbehältera wird zunächst der Reaktorkern ausgebaut. Anschließend wird eine Kathode, z.B. in Form eines Mantels aus einem passivierbaren Metall oder aus einem oberflächlich leitfähig gemachten Kunststoff, in den Reaktor-Druckbehälter abgesenkt. Nach Einfüllen des Elektrolyten wird die Innenwandung des Druckbehälters als Anode geschaltet. Durch Wahl des Elektrolyten, der Temperatur und der angelegten Spannung kann gesteuert werden, welche Elemente in Lösung gehen und welche auf der Kathode abgeschieden werden. Im Falle eines Reaktor-Druckbehälters lassen sich so besonders störende radioaktive Elemente, wie Kobalt oder Tantal, aufkonzentrieren.
Es soll dabei nur der Edelstahl der Innenauskleidung in Lösung gehen, während der Feinkornbaustahl der Behälterwandung nicht abgetragen werden soll.
Die Elektrolyse wird z.B. unter Verwendung eines Elektrolyten durchgeführt, der hauptsächlich aus Sehwefelsäure (65 Gew.-%) besteht. Die Elektrolyttemperatur darf in diesem Fall 21 OC und die Elektrolysespannung 2 V nicht übersteigen, da sonst der Feinkornbaustahl mit aufgelöst würde.
Nach der elektrolytischen Ablösung der hochaktiven Innenauskleidung und nach dem Abtransport des radioaktiven Elektrolyten und der aktivierten Kathode wird das Innere des Reaktor-Druckbehälters gründlich mit verdünnter Natronlauge und mit Wasser nachgespült.
Die Zerlegung des Reaktor-Druckbehälters nach Entfernen der Edelstahl-Innenauskleidung wäre nach herkömmlichen Methoden immer noch mit großen Schwierigkeiten verbunden. So ist das Brennschneiden von Wandstärken in der Größenordnung von 60 cm in jedem Fall aufwendig und kompliziert. Außerdem würden hierbei große Mengen an schädlichen Gasen und radioaktiver Staub anfallen.
Erfindungsgemäß wird nun die Eigenschaft der ferritischen Stähle genutzt, bei tiefen Temperaturen in den spröden Zustand überzugehen. Der für die meisten Reaktor-Druckbehälter verwendete Feinkornbaustahl vom Typ ASTM A 508, Klasse 2, entsprechend der deutschen Norm 22NiMoCr 37 weist folgende Zusammensetzung auf: C Cr Ni Mo Fe 0,22 o,40 0,80 0,70 Rest Dieser Feinkornbaustahl hat im unbestrahlten Zustand eine Übergangstemperatur duktil-spröde von -20 00. Während des Reaktorbetriebes unterliegt die Behälterwandung einer Bestrahlung durch schnelle Neutronen, was einen erheblichen Anstieg der Ubergangstemperatur zur Folge hat. Nach der vorgesehenen Betriebszeit eines Reaktors genügt in vielen Fällen bereits die Einfüllung einer Kältemischung, um den Stahl in den Bereich der Übergangstemperatur duktil-spröde zu überführen. Eine Lösung aus 100 g Ammoniumnitrat (NH4No3) in 100 g H20 setzt bereits die Wassertemperatur um 25 0 herab. Füllt man den Reaktor-Druckbehälter mit Eiswasser und gibt dann entsprechende Mengen Ammoniumnitrat hinzu, so gelangt man in den Temperaturbereich von unter -20 0 und dadurch mit Sicherheit in den Sprödbruchbereich des bestrahlten Stahles der Behälterwandung.
Zur Zerlegung des Reaktor-Druckbehälters wird des weiteren von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß Flüssigkeiten in geringem Maße kompressibel sind. Zündet man in dem geschlossenen, unterkühlten und völlig mit Flüssigkeit gefüllten Reaktor-Druckbehälter eine relativ kleine Sprengladung, so zertrümmert die von dieser Ladung ausgehende Druckwelle die spröde Wandung des Reaktor-Druckbehälters. Bedingt durch die geringen Dehnungswerte des ferritischen Stahls im Sprödbruchbereich ist nämlich die aufzuwendende Zerlegungsarbeit relativ gering und wird im wesentlichen für die Schaffung neuer Oberflächen verbraucht. Damit kann die benötigte Sprengladung so klein gehalten werden, daß sich die Druckwelle nach der Zerlegung des Reaktor-Druckbehälters durch die Volumenvergrößerung weitgehend erschöpft. Eine Gefährdung der Umgebung wird dadurch vermieden.
Die Zerlegung in annähernd gleich große Teilstücke wird begünstigt, wenn nach dem elektrolytischen Entfernen der Innenauskleidung und vor dem Einleiten der Kältemischung die Wandung des Stahlbehälters von innen z.B. durch Fräsen oder andere Verfahren ohne Erwärmung des Stahls mit Kerblinien nach einem vorgegebenen Plan versehen wird. Für einen so.vorgekerbten Reaktordruckbehälter genügen wenige kg TNT zur Zerlegung nach dem oben beschriebenen Verfahren.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Zerlegung dickwandiger Stahlbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Stahlbehälters bis zur oder unter die Übergangstemperatur duktil-spröde abgekühlt wird, und daß der Stahlbehälter nach Füllung mit einer Flüssigkeit durch eine im Inneren des Behälters gezündete Sprengladung zerlegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch die eingefülite Flüssigkeit bewirkt wird.
3. Verfahren zur Zerlegung dickwandiger Behälter mit einer Innenauskleidung aus austenitischem Stahl oder aus anderen Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung vor dem Zerlegen des Behälters mit Hilfe der Sprengladung auf elektrolytischem Wege abgetragen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zünden der Sprengladung der Stahlmantel entsprechend den gewünschten Zerlegungslinien vorgekerbt wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Zerlegung von Reaktor-Druckbehältern von Kernkraftwerken.