DE3825856A1

DE3825856A1 - Verfahren zum zufuehren von gas in eine salzhaltige loesung

Info

Publication number: DE3825856A1
Application number: DE3825856A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Haberland
Original assignee: WIEDERAUFARBEITUNGSANLAGE KARLSRUHE BETRIEBSGESELLSCHAFT MBH 7514 EGGENSTEIN-LEOPOLDSHAFEN DE; KARLSRUHE WIEDERAUFARBEIT
Current assignee: WIEDERAUFARBEITUNGSANLAGE KARLSRUHE BETRIEBSGESELLSCHAFT MBH 7514 EGGENSTEIN-LEOPOLDSHAFEN DE; KARLSRUHE WIEDERAUFARBEIT
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1990-02-01
Also published as: GB2221304A; DE3825856C2; GB8917319D0; US5047124A; FR2634881A1; GB2221304B; JPH0275933A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen von Gas in eine salzhaltige, erwärmte Lösung zur Druckmes sung oder zur Förderung dieser Lösung.

Die Konzentrations- und Füllstandsmessung in salzhalti ge Lösungen aufnehmenden Behältern kann mit dem soge nannten Einperlmeßverfahren durchgeführt werden. Über Lufteinperlrohre wird das Meßgas in die Flüssigkeit eingebracht. Über die Druckdifferenz kann die Dichte oder der Füllstand ermittelt werden (Thiemig-Taschen bücher, Band 66, Chemie der Nuklearen Entsorgung, Teil II, S. 203 bis 213).

Wird diese Differenzdruckmeßmethode für salzhaltige oder zum Auskristallisieren neigende Flüssigkeiten ein gesetzt, beispielsweise in einem Verdampfer, entzieht die Meßluft den Lösung Feuchtigkeit, so daß es im Zu führrohr, dem Einperlrohr, im Bereich der Luftaus trittsöffnung zur Auskristallisation kommen kann. In diesem ungünstigen Fall steigt mit zunehmender Be triebszeit die Druckdifferenz an und täuscht vom Ist stand abweichende Betriebszustände vor. Es ist möglich, daß die Meßleitung schließlich ganz verstopft ist. Ne ben dem falschen Meßwert wird die häufige Wartung als Nachteil angesehen.

Salzhaltige Lösungen können auch mittels Airliftein richtungen gefördert werden (Thiemig-Taschenbücher, Band 66, Teil II, S. 210). Auch hier liegt ebenfalls die Verstopfungsgefahr vor.

Der Verstopfungsgefahr wurde damit begegnet, daß größe re Röhrendurchmesser für die Druckmeßeinrichtungen be nutzt werden. Sie ergeben aber ungenaue Meßresultate (Fachbuch "Engineering for Nuclear Fuel Reprocessing", von Justin T. Long, Second Printing 1978, Seite 735).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art derart auszugestalten, daß Verstopfungen durch Auskristallisation an den Zu führrohren des Meß- oder Fördergases minimiert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gas vor dem Einbringen erwärmt und mit Feuchtigkeit beladen wird, bis die Sättigung des Gases den Sätti gungsbedingungen an der Gasaustrittsöffnung in der Lö sung nahekommt oder entspricht.

Wird das Meß- oder Fördergas vor dem Einbringen bis möglichst zur Sättigung befeuchtet, wird ein Aus kristallisieren verhindert. Bei der Auslegung der Sät tigungsmaßnahmen wird von dem Zustandsbereich (Tempera tur und Druck) ausgegangen, der den Bedingungen an der Gasaustrittsöffnung des Gaszuführrohres entspricht.

Im Inneren des Einperlrohres bzw. unmittelbar am Gas austritt kann das Meßgas oder Fördergas keine Feuchtig keit mehr aus der salzhaltigen Lösung entnehmen. Da durch wird die Verstopfungsgefahr gemindert.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 in einer Verdampfungsanlage das Meß- oder Fördergas unter Ver wendung der Restwärme des Verdampferdestillates be feuchtet. Das zugeführte Destillat erwärmt und sättigt das Meß- oder Fördergas. Diese Verfahrensführung bedeu tet eine erhebliche Energieeinsparung.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Druck messung in einem Naturumlaufverdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2. Die Vor richtung wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 3 genannten Merkmale gekennzeichnet. Das Verdampferde stillat wird außerhalb des Meßgehäuses in das Luftein perlrohr eingeleitet und befeuchtet die Meßluft während des Durchströmens in Richtung Luftaustrittsöffnung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung wird im Anspruch 4 gekennzeichnet. Die beiden gebildeten Zonen liegen im ungefüllten und im gefüllten Bereich des Meß gehäuses. Die erste Aufheizzone erwärmt das zugeführte Destillat, da durch die Entlüftung zum Brüdenraum des Verdampferbehälters die dort herrschende Temperatur auch im Meßgehäuse oberhalb des Flüssigkeitsspiegels herrscht. In der zweiten Zone liegt die Temperatur im Bereich der Siedetemperatur, so daß das Destillat ver dampft und die Meßluft gemäß den Bedingungen am Aus tritt sättigt.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungs beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Verfahrensfließbild mit schematisch dargestelltem Naturumlaufverdampfer,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung aus dem Verfah rensfließbild gemäß Fig. 1 das Meßgehäuse für die Füllstandsmessung.

Die gezeigte Anordnung weist einen Naturumlaufverdam pfer 5 auf, in den über eine Rohrleitung 7 eine wäßrige Uranlösung eingespeist und durch Verdampfen einge engt wird. Aus dem Verdampfer 9 führt im oberen Bereich eine Rohrleitung 11 in einen Behälter 13, der einen großen Brüdenraum 15 aufweist. Die Zuführöffnung 17 ist durch eine Blende 19 abgedeckt. Der Behälter 13 ist an seinem Boden über eine Rohrleitung 21 zur Bildung des Naturumlaufes mit der Zuführleitung 7 verbunden.

Der nach oben austretende Dampf wird über eine Rohrlei tung 23 in einen Kondensator 25 geführt. Das Destillat wird am Boden des Kondensators 25 in einen Vorratsbe hälter 27 abgezogen, der mit Abstand über dem Flüssig keitsniveau (Sumpf) 29 des Behälters 13 angeordnet ist. Aus dem Vorratsbehälter 27 führt eine Rohrleitung 31 zu einem Kondensatnachkühler 33, von dem das gewonnene De stillat in den Prozeß zurückgeführt wird.

Die Zuführleitung 7 ist unter Zwischenschaltung eines Absperrventils 34 an einem parallel zum Behälter 13 an geordneten Meßgehäuse 37 unten angeschlossen. Das läng liche Meßgehäuse 37 ist an seinem oberen Ende über eine Flanschverbindung 39 mit einer Rohrleitung 41 verbun den, die zu einem Luftbehälter 43 führt und sich durch das Meßgehäuse 37 als Lufteinperlrohr 44 (Fig. 2) nach unten erstreckt. Die Rohrleitung 41 ist mit dem Vor ratsbehälter 27 des Destillats über eine Rohrleitung 45 verbunden. In dieser Rohrleitung 45 ist ein Absperrven til 47 eingesetzt.

Das Meßgehäuse 37 stellt eine Beruhigungszone dar, die eine genaue Füllstandsmessung möglich macht. Im Bereich des Verdampfers und Brüdenraumes kommt es zu für eine Messung nachteilige Turbulenzen.

Das Meßgehäuse 37 (Fig. 2) weist den gleichen Flüssig keitsspiegel 48 auf wie im Behälter 13, weil es über eine Rohrleitung 49 mit dem Behältersumpf 50 verbunden ist. Die Rohrleitung 49 endet in einer Flanschverbin dung 51 an einem seitlichen Gehäusestutzen 53. Über die Rohrleitung 49 gelangt die Flüssigkeit aus dem Behälter 13 in das Meßgehäuse 37. Über eine darüberliegende Rohrleitung 55 wird das Meßgehäuse 37 zum Brüdenraum 15 des Behälters 13 entlüftet.

In das Meßgehäuse 37 wird über die Rohrleitung 41 Ein perlluft zugeführt, wobei die Austrittsöffnung 57 im unteren Bereich des Meßgehäuses 37 liegt. Ein parallel angeordnetes Luftrohr 59 endet im oberen Bereich des Meßgehäuses 37 und dient dem Erfassen des Druckes im Meßraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels.

Das Meßgehäuse 37 weist im oberen Bereich zwei seitlich angeordnete, diametral gegenüberliegende Gehäusestutzen 61, 63 auf. Der eine Gehäusestutzen 63 ist durch ein Blindflansch 65 verschlossen. Der andere Gehäusestutzen 61 ist über eine Flanschverbindung 67 mit der Rohrlei tung 55 verbunden, die im Brüdenraum 15 des Behälters 13 endet.

Im unteren Bereich des Meßgehäuses 37 ist seitlich ein Gehäusestutzen 69 angeordnet, über den eine Abzugslei tung 71 für das Konzentrat angebracht ist.

Das Lufteinperlrohr 44 endet mit der angeschrägten Luf taustrittsöffnung 57 unterhalb des Abzugsstutzens 69.

Die obere Flanschverbindung 39 des Meßgehäuses 37 ist von der weiteren Luftleitung 59 durchdrungen, die be reits im oberen Bereich des Meßgehäuses 37 offen endet. Auch diese Luftleitung 59 ist an einem Druckmeßsystem angeschlossen, das nach der Differenzdruckmeßmethode arbeitet.

Die vorstehend beschriebene Anordnung wird wie folgt verfahrensmäßig betrieben.

Der Uranverdampfer 5 besteht aus Verdampfer 9 und Be hälter 13 und arbeitet im Naturumlauf bei Normaldruck (ca. 1 bar absolut). Die salpetersaure, wäßrige Uran lösung wird mit einer Anfangskonzentration von ca. 80 g/l Uran eingespeist und auf ca. 400 g/l Uran einge engt.

In dem parallel angeordneten Meßgehäuse 37 werden der Füllstand und die Dichte der konzentrierten, umlaufen den Uranylnitratlösung (Sumpfprodukt) mit der Luftein perlmethode gemessen. Mit diesen Meßgrößen soll der Verdampfer und der Produktauslauf geregelt werden. Der Brüden wird in dem Kondensator 25 kondensiert und das Destillat in dem nachgeschalteten Wärmetauscher 33 nachgekühlt.

Die Meßluft wird bei 25°C herangebracht. Vor dem Aus tritt in die konzentrierte Lösung soll diese Meßluft mit Wasser gesättigt werden. Als Befeuchtigungsflüssig keit wird das Verdampferdestillat verwendet. Es wird noch vor dem Kondensatnachkühler 33 entnommen und be sitzt somit noch eine Restwärme. Durch diese Maßnahme wird keine Zusatzheizung notwendig. Das Destillat wird oberhalb des Meßgehäuses 37 in das Rohr 41 und damit in die Einperlleitung 44 für die Füllstandsmessung geführt.

Da der Vorratsbehälter 27 für das Destillat bauseitig über dem Meßgehäuse 37 angeordnet ist, läuft das De stillat frei ab. Das Meßgehäuse 37 besitzt eine Länge von ca. 5 m. Die Entlüftung erfolgt über den Verdam pferbrüdenraum 15, in dem eine Temperatur von 95°C herrscht. Das Einperlrohr taucht ca. 3 m in die 105°C heiße Konzentratlösung ein, so daß die Lufterwärmung und die Sättigung wie nachstehend beschrieben in zwei Zonen erfolgen kann.

In der Aufheizzone I werden das zugeführte Destillat und die Meßluft weiter erwärmt, da dieser Raum des Meß gehäuses 37 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 48 mit dem Brüdenraum 15 verbunden ist, in dem eine Temperatur von ca. 95°C herrscht. In der nächsten Zone II liegt das Einperlrohr 44 in der Flüssigkeit, deren Tempera tur nahe der Siedetemperatur liegt, weil das Meßgehäuse 37 mit dem Sumpf 50 des Behälters 17 verbunden ist und von dem Sumpfprodukt durchströmt wird. Das Destillat verdampft, so daß die Meßluft entsprechend den Bedin gungen im Bereich der Austrittsöffnung 57 gesättigt ist. Im Inneren des Einperlrohres 44 bzw. unmittelbar an der Luftaustrittsöffnung 57 kann die Meßluft deshalb keine Feuchtigkeit mehr aus dem Konzentrat entnehmen. Die Verstopfungsgefahr durch Auskristallisation ist ge mindert.

Bezugszeichenliste:

5 Naturumlaufverdampfer
7 Rohrleitung
9 Verdampfer
11 Rohrleitung
13 Behälter
15 Brüdenraum
17 Zuführöffnung
19 Blende
21 Rohrleitung
23 Rohrleitung
25 Kondensator
27 Vorratsbehälter
29 Sumpf
31 Rohrleitung
33 Kondensatnachkühler
34 Absperrventil
37 Meßgehäuse
39 Flanschverbindung
41 Rohrleitung
43 Luftbehälter
44 Lufteinperlrohr
45 Rohrleitung
47 Absperrventil
48 Flüssigkeitsspiegel
49 Rohrleitung
50 Behältersumpf
51 Flanschverbindung
53 Gehäusestutzen
55 Rohrleitung
57 Austrittsöffnung
59 Luftrohr
61 Gehäusestutzen
63 Gehäusestutzen
65 Blindflansch
67 Flanschverbindung
69 Gehäusestutzen
71 Abzugsleitung

Claims

1. Verfahren zum Zuführen von Gas in eine salzhaltige, erwärmte Lösung zur Druckmessung oder zur Förderung dieser Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vor dem Einbringen erwärmt und mit Feuchtigkeit beladen wird, bis die Sättigung des Ga ses den Sättigungsbedingungen an der Gasaustritts öffnung in der Lösung nahekommt oder entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 in einer Verdampfungsan lage, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas unter Verwendung des Restwärme aufwei senden Verdampfungsdestillates befeuchtet wird.

3. Vorrichtung zur Druckmessung in einem Naturumlauf verdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Verdampfer kommunizierendes Meßge häuse (37) angeordnet ist, durch das sich ein Luft einperlrohr (44) erstreckt, wobei das Lufteinperl rohr (44) im außerhalb des Meßgehäuses (37) liegen den Bereich (41) mit einem Vorratsbehälter (27) zur Aufnahme des Verdampferdestillates verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgehäuse (37) mit dem Brüdenbehälter (13) der Verdampfungsanlage (5) derart kommunizierend verbunden ist, daß der Flüssigkeitsspiegel das Inne re des Meßgehäuses (37) in zwei Zonen (I, II) unter teilt.