DE3106753C2

DE3106753C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Transportbehältern

Info

Publication number: DE3106753C2
Application number: DE3106753A
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. Dr. 6454 Bruchköbel Christ; Dieter Ing.(grad.) 6368 Bad Vilbel Feyerbacher; Reiner Dipl.-Ing. 6450 Hanau Laug; Werner Ing.(grad.) 6000 Frankfurt Stich
Original assignee: Transnuklear 6450 Hanau De GmbH
Current assignee: Transnuklear 6450 Hanau De GmbH
Priority date: 1981-02-24
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1985-01-03
Also published as: EP0058956A1; DE3106753A1; EP0058956B1; DE3261018D1

Abstract

Zur Kühlung von Transportbehältern für Zerfallswärme abgebende Komponenten aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere bestrahlte Brennelemente, vor dem Entladen in einem Lagerbecken wird Wasser verwendet. Der dabei anfänglich entstehende überhitzte Wasserdampf kann schädliche Temperaturspannungen an den Entsorgungsanschlüssen und an den Deckeldichtungen hervorrufen. Abhilfe schafft man dadurch, daß die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes durch Einsprühen von Wasser über einen im Deckel des Transportbehälters befindlichen Anschluß erniedrigt wird. Vorzugsweise befinden sich an der Unterseite des Abschirmdeckels des Behälters Düsen, die über eine Durchführung im Abschirmdeckel mit einer Wasserzuführungsleitung lösbar verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Transportbehälters für Nachzerfallswärme abgebende Komponenten aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere bestrahlte Brennelemente, vorder Entladung in einem Lagerbecken, durch Zugabe von Wasser in den Innenraum des Behälters über einen unteren Anschluß und anschließender Kühlniittelzirkulation, wobei die Temperatur des während der anfänglichen Wasserzugabe entstehenden überhitzten Wasserdampfes einstellbar ist.

Außerdem wird eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben.

Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-AS 27 47 601 bekannt.

Transportbehälter für radioaktive Abfälle bzw. für bestrahlte Brennelemente, insbesondere solche, die für trockenen Transport, d. h. ohne Verwendung eines flüssigen Kühlmittels im Innern des Behälters, ausgelegt sind, v/eisen im Transportzustand relativ hohe Temperaturen im Inneren (Brennelemente, Einsatzkorb) auf. Es ist deshalb erforderlich, den Behälter und seinen Inhalt vor der Entladung so weit abzukühlen, daß eine problemlose anschließende Öffnung und Entladung in einem wassergefüllten Becken möglich ist

Entsprechend dem Stand der Technik (DE-AS 27 47 601, DE-OS 28 14 796, ferner Proceedings of the 5th Internationa] Symposium »packaging and transportation of radioactive materials«, Las Vegas, Vd. I 1978,

S. 494—500) wird der Behälterinnenraum zunächst an die Leitungen eines Wasserkreislaufs angeschlossen. Anschließend wird kaltes oder auch vorgeheiztes Wasser durch einen unteren Einlaß in den Behälter eingeleitet bis der Behälter mit Wasser gefüllt ist Danach erfolgt eine ständige Zirkulation von Kühlwasser, bis Behälter und Inhalt auf eine für die Entladung geeignete Temperatur abgekühlt sind. Gemäß der DE-AS 27 47 601 wird dem Innenraum des Transportbehälters bei Beginn der Kühlung nur so viel Wasser zugeführt, daß Dampf entsteht der abgezogen wird und die Abkühlung bewirkt Die Dampftemperatur ist dabei über den Druck im Innenraum einstellbar. Der Dampf streicht an den bis zu 550⁰C heißen Brennelementen entlang und überhitzt sich. Dabei kann die Überhitzung des Dampfes je nach Wärmeleistung und Temperatur des Behälterinhaltes so hoch werden, daß am Behälterdeckel und an den in Ihm oder seitlich in Deckelnähe befindlichen Anschlüssen zur Versorgung und Entsorgung unzulässig hohe Temperaturen und Wärmespannungen entstehen. Diese Belastungen können zu Materialermüdungen sowie auch zum Versagen der Dichtungselemente am Deckel bzw. an den Versorgungsbzw. Entsorgungsöffnungen führen.

Entsprechend der DE-OS 28 14 796 erfolgt die Kühlung durch Fluten mit Wasser, wobei ebenfalls überhitzter Dampf entsteht, der außerhalb des Behälters in einem Mischkondensator durch Einsprühen von Wasser kondensiert wird. Aus der DE-OS 23 62 858 ist eine Außenkühlung am Behälter bekannt, wobei durch einen den Behälter umgebenden, abnehmbaren Mantel ein Zwischenraum für das Kühlmittel geschaffen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so weiterzubilden, daß unzulässig hohe Temperaturen im Deckelbe-

•45 reich vermieden werden. Außerdem sollte eine entsprechende Vorrichtung geschaffen werden.

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes durch Einsprühen von Wasser in den Behälterinnenraum über an der Unterseite des Behälterdeckels befindliche Düsen erniedrigt wird.

Durch die Wassereinsprühung wird der überhitzte Dampf auf eine zulässige Temperatur abgekühlt, bevor er durch eine Versorgungs- bzw. Entsorgungsöffnung im Behälter in einen angeschlossenen Kühlkreislauf strömt. Die Einsprühung erfolgt dabei durch Eindüsen, wobei am Behälterdeckel Einzeldüsen oder ein Düsenstock angeordnet sein können. Überraschenderweise entstehen durch das Einsprühen von Wasser keine Thermoschockspannungen an der Behälterwandung und in den Brennelementhüllen.

Es ist vorteilhaft, das für das Einsprühen erforderliche Wasser direkt aus dem Lagerbecken der kerntechnischen Anlage zu entnehmen. Das gleiche gilt für das Wasser, das für die an sich bekannten Verfahrensschritte zum Füllen des Behälters und Zirkulieren von Kühlwasser benötigt wird.

Günstig ist es auch, den entstehenden Wasserdampf

und das Kühlwasser in das Lagerbecken zurückzuführen. Damit wird das Lagerbecken als Wärmesenke genutzt, und es erübrigt sich ein zusätzlicher Wärmetauscher.

Für die Kondensation des Dampfes wird bevorzugt ein im Lagerbecken angeordnetes Kühielement, insbesondere ein Dampfstrahlanwärmer, vorgesehen.

Es ergeben sich weitere Vorteile, wenn vor der Kühlung des Behälterinnenraumes eine Außenkühlung des Behälters durchgeführt wird, um dem massiven Behälterkörper bereits Wärme zu entziehen. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Außenflächen des Transportbehälters unter Ausbildung eines Zwischenraumes mit einem Mantel umhüllt werden und der Zwischenraum mit Wasser zur zusätzlichen Wärmeabfuhr beaufschlagt wird. Hierzu wird vorteilhafterweise nicht kontaminiertes Wasser im Kreislauf gefahren und die Wärme über einen Wärmetauscher an das Wasser des Lagerbeckens abgeführt.

Nachfolgend wird das Verfahren anhand einer vorteilhaften Vorrichtung in den schematischen Abbildungen I und II beispielhaft beschrieben. Abbildung I zeigt die Wasserzugabe zur Kühlung des überhitzten Dampfes im Behälterinneren. Abbildung II gibt ein Evühlkreislaufschema wieder. Auf die Darstellung an sich bekannter Armaturen, wie Absperr- und Steuerorgane, wird hier aus Vereinfachungsgründen weitgehend verzichtet.

Entsprechend den Abbildungen weist der Abschirmdeckel (4) eines Transportbehälters (1), der mit einer Wasserzuführungsöffnung (2) sowie mit einer weiteren Versorgungs- und Entsorgungsöffnung (3) ausgestattet ist, eine Durchführung (5) auf, durch die über eine Zu führungsleitung (9) Lagerbeckenwasser zu einer Düse (22) geführt wird. Die Düse (22) befindet sich an der Unterseite des Abschirmdeckels (4), wobei es besonders günstig ist, die Düse (22) vor dem jeweiligen Entladevorgang durch die Durchführung (5) in das Behälterinnere, in der Nähe der Unterseite des Abschirmdeckels (4) einzustecken. Als Durchführung (5) können gegebenenfalls bereit«: vorhandene verschließbare Öffnungen, beispielsweise Prüfanschlüsse, verwendet werden. Die Durchführung (5) kann jedoch auch für den genannten Zweck speziell gestaltet sein. Im Innern des Behälters (1) befinden sich Nachzerfaliswärrne abgebende bestrahlte Brennelemente (6). Der Abschirmdeckel (4) ist gegen den Behältergrundkörper /26) durch Dichtelemente (25) abgedichtet. Ober die Wasserzuführungsöffnung (2) wird Kühlwasser (17), das dem Lagerbecken (23), z. B. mittels Pumpe (18), entnommen werden kann, in den außerhalb des Lagerbeckens befindlichen Behälter (1) eingeleitet. Es bildet sich überhitzter Dampf, der mittels Einspriihung von Lagerbeckenwasser über die Düsen (22) so gekühlt wird, daß die Temperatur des über die Versorgungs- und Entsorgungsöffnung (3) entweichenden Dampfes die zulässigen Temperaturen für die Dichtelemente (25) sowie für die Anschluß- und Kupplungsorgane an der Versorgungs- bzw. Entsorgungsöffnung (3) nicht überschreitet. Das über die Düsen (22) in das Behälterinnere eingesprühte Wasser kann ebenfalls mittels Pumpe (18) gefördert werden.

Der im Vorstehenden beschriebenen Kühlung geht die entsprechende Vorbereitung des Behälters (1) am Beckenrand (27) voraus. Dazu gehören die Ankupplung der Wasser zuführenden Leitungen (8, 9) bzw. der WasserVWasserdampf abführenden Leitung (10) an die Anschlüsse der jeweiligen Versorgungs- bzw. Entsor gungsöffnungen (2, 3, 5) sowie das Anlegen eines Kühlmantels (7) um den Behalte,· (1). Über eine separate Wasserversorgung (nicht gezeichnet) wird der Zwischenraum (28) zwischen dem Kühlmantel (7) und der Außenfläche des Behälters (1) mit nicht kontaminiertem Wasser geflutet und entlüftet. Nach Anschluß der Kühlkreisleitungen (11, 12) an die zugehörigen Anschlüsse (13, 14) am Kühlmantel (7) ist der das Behälteräußere kühlende Kreislauf, der außerdem einen Wärmetauscher (15) und eine Kreiselpumpe (16) aufweist, betriebsbereit Die dem Behälter (1) über den Mantelkühlkreislauf entzogene Wärme wird über den Wärmetauscher (15) an das Beckenwasser des Lagerbeckens (23) abgeführt

Der aus dem Behälter (1) aus der Entsorgungsöffnung (3) austretende gekühlte Dampf wird über eine Leitung

(10) zu einem im Beckenkühlwasser befindlichen Kühlelement, z. B. einem Dampfstrahlanwärmer (19), geführt, wo der Dampf kondensiert Hierbei wird der Dampf als Treibmedium des Dainpfsirahlanwärmers (19) benutzt und die in der Umgebung der in ihm befindliehen Mischdüse befindliche Flüssigkeit wird in den Dampfstrahlanwärmer eingezogen .and der Dampf, wie bereits beschrieben, darin kondensier!. Die nicht kondensierbaren Anteile werden in den Gasraum (24) des darübergestülpten offenen Behälters (20) geleitet und können von dort über die Entlüftungsleitung (21) und gegebenenfalls Filterelementen an die Abluft abgegeben werden.

Sobald der beschriebene Vo.rgang abgeschlossen ist und auch keine Verdampfung des Kühlwassers mehr erfolgt, wird der Transportbehälter (lyvoUständig geflutet und anschließend durch Kühlwasserzirkulation die Temperatur im Behälterinnenraum weiter erniedrigt, wobei das zirkulierende Kühlwasser über die Leitung (10) und den Dampfstrahlanwärmer (19) in das Lagerbecken (23) zurückgeführt wird. Nach Abkuppeln der Hilfseinrichtungen wird der Behälter (1) auf bekannte Weise nachfolgend in das Lagerbecken (23) abgesenkt, unter Wasser geöffnet und entladen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kühlung eines Transportbehälters für Nachzerfallswärme abgebende Komponenten aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere bestrahlte Brennelemente, vor der Entladung in einem Lagerbecken, durch Zugabe von Wasser in den Innenraum des Behälters über einen unteren Anschluß und anschließender Kühlmittelzirkulation, wobei die Temperatur des während der anfänglichen Wasserzugabe entstehenden überhitzten Wasserdampfes einstellbar ist,dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes durch Einsprühen von Wasser in den Behälterinnenraum über an der Unterseite des Behälterdeckels (4) befindliche Düsen (22) erniedrigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Einsprühen erforderliche Wasser aus dem Lagerbecken (23) entnommen wird.

3. Verfahrt» nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der im Behälterinnenraum entstehende Wasserdampf mit Hilfe eines im Lagerbecken (23) angeordneten Kühlelementes (19) kondensiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dit Außenflächen des Transportbehälters (1) unter Ausbildung eines Zwischenraumes (28) mit einem Mantel (7) umhüllt werden und der Zwischenraum (28) mit Wasser zur zusätzlichen Wärmeabfuhr beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Kühlung der Außenflächen erforderliche Wasser in efe:eni geschlossenen Kreislauf zirkuliert und über einen ms Wasser aus dem Lagerbecken (23) gekühlten Wärmetauscher (15) geführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (22) über eine Durchführung (5) im Behälterdeckel (4) mit einer Wasserzuführungsleitung (9) lösbar verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (22) durch die Durchführung (5) gesteckt sind.