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Verfahren und Vorrichtung zur kontrollierten Be- und Ent-
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lüftung nicht begehbarer Hohlräume.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontrollierten Be-
und Entlüftung nicht begehbarer Hohlräume zur Lagerung bioschädlicher Stoffe, insbesondere
zur Endlagerung radioaktiver Abfälle, sowie eine Vorrichtung zur Durchfühuung des
Verfahrens.
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Bioschädliche, insbesondere radioaktive Abfälle, werden konditioniert,
verpackt und anschließend endgelagert. FLUr derartige Endlager werden bevorzugt
unterirdische Hohlräume in geeigneten geologischen Formationen verwendet, beispielsweise
in Salzstöcken, um die langzeitige Isolierung der umweltschädlichen Schadstoffe
von der Biosphäre sicherzustellen.
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Um den Nachteil der verlorenen Einwegverpackung zu vermeiden und um
die Hohlraumkapazität besser auszunutzen, ist es auch möglich, pumpfähige Gemische
aus Abfällen und hydraulischen Verfestigungsmitteln behälterlos direkt in den unterirdischen
Hohlraum einzubringen. Dabei erstarrt das Gemisch erst in dem Hohlraum zu einem
monolithischen Block. Auch die Rohrförderung von verfestigtem abfallhaltigem Granulat
und von abfallhaltigen KrUmelmassen direkt in den Hohlraum ist bekannt.
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Bei der Lagerung von radioaktiven Abfällen ist es aus Sicherheitsgrunden
erforderlich, in den abgeschlossenen Lagerzellen und unterirdischen Hohlräumen einen
Unterdruck gegenüber der Außenatmosphäre aufrecht zu erhalten. Für Endlager gilt
das zumindest während der Befüll- bzw.
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Beschickungszeit für den bioschädlichen Abfall, ehe das Endlager endgültig
fachgerecht auch von der Außenatmosphäre abgeschlossen wird.
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In derzeitigen normalerweise nicht begehbaren entsprechenden Hohlräumen
erfolgt der Aufbau des Unterdruckes PU über eine Differenzdruckregelung gegenüber
der Außenatmosphäre PA, wobei der Differenzdruck PA p po konstant gehalten wird.
Bei einer barometrischen Druckabsenkung der Außenatmosphäre z. B.
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wird der Hohlraum über eine Lüftungsanlage solange abgesaugt, bis
die vorgegebene konstante Druckdifferenz wieder eingestellt ist, allerdings nunmehr
auf einem anderen Druckniveau, entsprechend dem neuen Außendruck. Der Unterdruck
PU im Hohlraum ist also variabel. Das bedeutet jedoch, daß barometrische Druckschwankungen
zu großen Abluft-Volumenströmen führen, um eine kontrollierte Lüftung mit konstantem
Differenzdruck aufrecht zu erhalten. Diese Abluft-Volumenströme konnen wegen der
häufigen atmosphärischen Luftdruckschwankungen im Größenbereich von mehreren tausend
Kubikmetern je Stunde liegen. Da die Abluft mit Schadstoffen und freigesetzter Radioaktivität
kontaminiert ist bzw. sein kann, ist nachteilig
eine entsprechend
diesen großen Luftmengendurchsätzen aufwendige Abluftreinigungsanlage, meist redundant
ausgelegt, erforderlich.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur kontrollierten Be- und Entlüftung nicht begehbarer Hohlräume zur Lagerung bioschädlicher
Stoffe insbesondere zur Endlagerung radioaktiver Abfälle, sowie eine Vorrichtung
zur Durchfrhrung des Verfahrens zu schaffen, das den Abluft-Reinigungsaufwand verringert
und eine mögliche Belastung der Biosphäre minimiert.
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Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck der
Hohlraumatmosphäre unter einem minimal auftretenden barometrischen Außenluftdruck
eingestellt und durch eine Absolutdruckregelung konstant gehalten wird.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Absolutdruckregelung mit Hilfe von
dem Hohlraum zu- und abgefuhrten Gasströmen, insbesondere Luftströmen. Anhand der
schematischen Abbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft näher erläutert.
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In einer geeigneten geologischen Formation (30) befindet sich in Gestalt
einer Salzkaverne ein unterirdischer Hohlraum (1), der mittels mehrere hundert Meter
tiefen Schachtes (2) mit der Erdoberfläche (16) verbunden ist. Uber dem * eines
Schacht
(2) ist eine Beschickungszelle (4) mit entsprechenden Einrichtungen angeordnet,
in der das zu lagernde Abfallgut, entweder verpackt oder mit hydraulischen Bindemitteln
vermischt, über eine Fördereinrichtung (5) in den Hohlraum (1) gefördert wird. Als
Fördereinrichtung (5) finden u. a. Förderrohre und Förderkörbe Verwendung. Gegen
die Wand des Schachtes (2) ist die Fördereinrichtung (5) durch Dichtungselemente
(14) abgedichtet. Der Hohlraum (1) enthält den eingelagerten zementierten Abfall
(6) und verpackten Abfall (7).
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Die Öffnung (11.) des Hohlraumes (1) und Schachtes (2) bzw.
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die Fördereinrichtung (5) ist normalerweise durch einen Verschluß
(31) z. B. durch eine Armatur einer Beschickungsanlage geschlossen, d. h. Hohlraum
und Schacht sind von der Biosphäre getrennt und nicht begehbar. Der Schacht (2)
bzw.
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die Fördereinrichtung (5) werden lediglich während der Beschickungsphase
freigegeben. Somit werden Hohlraum (1) und Schacht (2) von barometrischen Druckschwankungen
der Außenatmosphäre nicht beeinflußt.
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Die Hohlraumatmosphäre (1) ist auf einen konstanten Druck Pk eingestellt,
der unter Einbeziehung einer Sicherheits-Druckdifferenz geringer ist als der niedrigste
langjährig gemessene Wert PA(MiN) an äußeren atmosphärischen Luftdruckschwankungen
PA im Umkreis des Hohlraumes. Mit diesem
konstanten Druck Pk der
Hohlraumatmosphäre, der ständig aufrecht erhalten wird und bleibt, wird erreicht,
daß das beim Stand der Technik beschriebene nachteilige Auftreten des nAtmen" des
variablen Unterdruckes PU und damit das ständige Fördern und die Kontrolle großer
Mengen Abluft in aufwendigen Abluftsystemen vermieden wird.
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Im Schacht (2) befindet sich ein Abluftkanal (15) mit einer Ansaugeinrichtung
(10), welche verhältnismäßig tief im Schacht (2) angeordnet ist, in vielen Fällen
in Tiefen von 10 - 50 m. Die Hohlraum-Luft wird mit konstantem Volumenstrom durch
die Ansaugeinrichtung (10) angesaugt über ein Rückhaltesystem (9) gereinigt und
mit einer F6rdereinrichtung (22), beispielsweise einem Ventilator, durch den Abluftaustritt
(17) abgeführt. Das Rilokhaltesystem (9) besteht fallweise aus Filtern, Waschen,
Kühlern, Tritiumcatchern usw., auch aus Kombinationen dieser Vorrichtungen. Zur
Aufrechterhaltung des Druckes Pk der Hohlraumatmosphäre (1) wird entsprechend der
abgesaugten Luft über einen ZuluSteintritt (12) Luft durch einen Zuluftkanal (20),
dessen Ende mit den Luftaustrittsöffnungen sich in einer Schleuse (3) befindet,
dem Schacht und dem Hohlraum zugeführt. Dabei passiert die Zuluft zunächst eine
Zuluftaufbereitung (26), die fallweise aus Filtern, Erhitzern, Kühlen und aus Ent-oder
Befeuchtern bestehen kann, auch in Kombination, sowie eine Zuluftregeleinrichtung
(ins) mit an sich bekannter Ausstattung.
Die Schleuse (3) enthält
u. a. Überwachungs und Versorgungseinrichtungen (25) für den Hohlraum (1) und den
Schacht (2). Die Schleuse (3) ist begehbar und kann fallweise auch die Beschickungsfunktion
der Beschickungszelle (4) übernehmen. Durch gasdichte DurchfWhrungen (19), die sich
in den Wänden (13) der Schleuse (3) befinden, werden die Zuluft-und Abluftkanaäle
(15, 20) nach außen geführt. Zum Schacht (2) hin ist die Schleuse (3) mit einem
Schott (23), das eine geeignete Überströmeinrichtung (24) für die Zuluft sowie weitere
Durchfthrungen für die oberwachungs- und Versorgungseinrichtungen (25) enthält,
abgeschlossen.
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Durch das AbluSt-ZuluSt-System wird eine gerichtete Luftströmung relativ
geringer Geschwindigkeit im oberen Teil des Schachtes (2) und in der Schleuse (3)
aufgebaut und gleichzeitig der Sollwertdruck Pk im Hohlraum reguliert. Dabei wird
der Hohlraum-Innendruck ständig über eine Meßleitung (27) und eine Meß- und Regeleinrichtung
(8) mit dem Hohlraum-Innendruck-Sollwert Pk verglichen, der über eine weitere Xeßleitung
(29) der Meß- und Regeleinrichtung (8) zugeführt ist.
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Abweichungen vom Sollwert Pk werden in entsprechende Schaltbefehle
umgesetzt, die mittels Leitung (28) auf die Zuluftregeleinrichtung (18) übertragen
werden und die Zuluft entsprechend regeln.
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Es ist jedoch auch möglich, den Zuluft-Volumenstrom konstant zu halten
und die Abluft zu regeln.
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Besonders günstig ist es, je nach den gegebenen Druckverhältnissen
der Hohlraumatmosphäre die Abluft gänzlich oder teilweise über die Zuluftregeleinrichtung
(18) wieder dem Hohlraum (1) bzw. dem Schacht (2) zuzufUhren.
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Außerhalb der relativ kurzen Phase, in der der Hohlraum (1) mit Abfall
(6, 7) beschickt wird, sind Hohlraum und Schacht (2) während der reinen Lagerphase
von der Biosphäre, also auch von der Außenatmosphäre, getrennt. Abweichungen vom
Sollwert Pk können während der reinen Lagerphase im Hohlraum und im Schacht zum
Beispiel durch Leckagen oder aber durch Vorgänge im Zusammenhang mit dem hydraulischen
Abbinden zementierter Abfälle auftreten. Diese derart verursachten Druckabweschungen
vom Sollwert Pk sind sehr gering, so daß die Einrichtungen (22, 18, 26), insbesondere
das Rückhaltesystei (9) zur Aufrechterhaltung der gerichteten Luftströmung sowie
des Sollwertes Pk nur unwesentlich, dX h. nur durch wenige zusätzliche Kubikmeter
Luft/Stunde, beaufschlagt werden. Gleichzeitig werden die Leckagen (Zusammensetzung,
Herkunft) überwacht, z. B. über Sonden (21).
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Während der relativ kurzen Beschickungsphase des Hohlraumes mit Abfall
(6, 7) ergeben sich wegen der Wirksamkeit der Dichtelemente (14) gewisse Druckabweichungen
vom Sollwert Pk hauptsächlich nur durch die vom Abfall verdrängte Luft,
die
ebenfalls lediglich zu einer vorübergehenden geringfügigen Mehrbelastung der Einrichtungen
(9, 22, 18, 26) von ca. 30 bis 50 m3/h führt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur
kontrollierten Be- und Entlüftung nicht begehbarer Hohlräume zur Lagerung bioschädlicher
Abfälle, mit einem Schacht zur Befüllung des Hohlraums, ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine oder mehrere im Schacht (2) bzw.
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im Hohlraum (1) befindliche Ansaugeinrichtungen (10) an einem Abluftrohr
(15) befestigt sind, das Abluftrohr (15) mit Rückhaltesystemen (9) und einer Fördereinrichtung
(22) verbunden ist, und ferner ein den Schacht (2) und den Rohlraum (1) versorgendes
Zuluftrohr (20) mit einer Zuluftaufbereitung (263 sowie einer Zuluftregeleinrichtung
(18) zusammengefngt ist, wobei die Zuluftregeleinrichtung (18) mit einer den jeweiligen
Hohlraum-Atmosphärendrnck mit einem vorgegebenen Absolutdruck vergleichenden Meß-
und Regeleinheit (8) in Verbindung steht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur DurchfUhrung des Verfahrens gestatten also die Verwendung einer wenig aufwendigen
kleinen und damit auch sicher arbeitenden Abluftreinigungsanlage, die ferner leicht
zu dekontaminieren und auszubauen ist.
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Durch die Anordnung der Ansaugeinrichtung (10) möglichst weit unten
im Schacht (2) wird eine Kontamination des oberen Schachtbereiches weitgehend verhindert.
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In besonderen Fällen, entsprechend den Eigenschaften der eingelagerten
bioschädlichen Abfälle, ist es zweckmäßig, die Luft durch andere Gase, beispielsweise
durch Inertgase, ganz oder teilweise zu ersetzen. Auch ist es möglich, bei Bedarf
weitere Ansaugeinrichtungen (10) am Abluftkanal (15) anzubringen.
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Durch die Erfindung wird also regelmäßiger weitgehend vollständiger
Austausch der radioaktiv kontaminierten Hohlraumatmosphäre vermieden. Dadurch werden
auch die erfindungsgemäßen sehr kleinen Rückhaltesysteme nur mit relativ geringer
Radioaktivität beaufschlagt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
sind nicht nur bei unterirdischen Hohlräumen bis zu ihrer völligen Befüllung, sondern
auch bei anderen normalerweise nicht begehbaren Lagern anwendbar, zum Beispiel bei
luftgekEhlten Trockenlagern mit nach dem Wärmetauscher-Prinzip arbeitenden geschlossenen
Containment, das im Sinne der vorliegenden Erfindung ebenfalls ein nicht begehbarer
Hohlraum darstellt.
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