DE3909438C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Probenahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die aus der DE 26 14 787 A1 und der DE 35 03 228 A1 bekannten Probenahmeeinrichtungen in Anlagen zur Wiederaufarbeitung von bestrahlten Kernbrennstoffen verwenden zur Überführung der Probelösung in Probegefäße eine Kombination von verschlossener Probenflasche und Hohlnadelbefüllung. Die Füllöffnung der Probenflasche ist dabei durch ein Gummiseptum verschlossen, durch das eine oder zwei im spitzen Winkel angeschliffene Hohlnadeln eingestochen werden. Durch diese eingestochenen Hohlnadeln erfolgt die Befüllung der Probenflaschen aus einer umgeleiteten Teilmenge der geförderten Probenflüssigkeit.

Umgekehrt kann, wie aus der DE 30 44 424 A1 entnehmbar ist, diese Kombination auch für die Entnahme von Probelösungen aus einem Probegefäß verwendet werden. Dazu wird gleichfalls der Gummimembranverschluß der Probenflasche von der Hohlnadel eines Nadelkopfsystems an das ein Behälter angedockt ist durchstoßen und eine einstellbare Teilmenge der Probelösung aus der Probenflasche in den Behälter überführt. Die Überführung der Probelösung durch die Hohlnadel in den Behälter erfolgt mittels im Behälter erzeugter Druckschwankungen, über deren Regelbarkeit auch die Entnahme von bestimmten Teilmengen aus der Probenflasche ermöglicht wird.

Aus der DE 35 03 228 A1 ist eine Probenahmeeinrichtung für radioaktive und/oder toxische Substanzen bekannt, mit der eine Probenflasche innerhalb eines abgeschirm­ ten Raumes mittels einem Rohrsystem über einen Einna­ delkopf befüllt wird. Die Hohlnadel des Nadelkopfes ist in der Achse eines Drehkörpers befestigt, der in seiner dem Gehäuseinneren zugewandten Stirnseite eine kegelige Ausnehmung bis auf den Nadeldurchmesser hin aufweist. Am Ende des Drehkörpers ist im Gehäuse der Probenahme­ vorrichtung eine Zuführkammer angeordnet, die mit einer Vorlaufleitung verbunden ist. An der tiefsten Stelle der Zuführkammer ist eine Rücklaufleitung angeschlos­ sen.

Der Nadelkopf besitzt nur eine Hohlnadel, die das Sep­ tum, das die Probenflasche verschließt, zentral durch­ stößt und dabei zentral geführt ist. Dadurch ist es möglich, eine größere Nadel einzusetzen, die den Vor­ teil hat, daß sie weniger zu Verstopfungen neigt und sich weniger leicht verbiegt.

Mit dieser bekannten Probenahmevorrichtung wurden an sich gute Ergebnisse erzielt. Für den Einsatz von fest­ stoffhaltigen Suspensionen und eine möglichst repräsen­ tative Probenahme werden weitere Verbesserungen ange­ strebt.

Wie aus der DE 37 24 859 A1 bekannt ist, lassen sich derartige Verbesserungen durch die Zuführung von Druckluft über eine speziell ausgebildete Zweistufendüse erzielen, wodurch zu Verstopfungen neigende Stoffe in einem Düsenraum für den nachfolgenden Transport durch eine Rohr- oder Schlauchleitung mit Druckluft vermischt, aufgelockert und verwirbelt werden. Durch Freiblasen der Wandungen im Übergangsbereich zwischen dem Düsenraum und der Transportleitung werden Verstopfungen verhindert.

Aufgrund der erforderlichen Zuspeisung von Druckluft kann dieses Düsensystem allerdings nicht zur Verbesserung einer aus Sicherheitsgründen vakuumunterstützten Airlift-Förderung von radioaktiven und/oder toxischen Probelösungen Verwendung finden. Zudem ist zu erwarten, daß sich mangels einer Entlüftungsmöglichkeit in der Probenflasche ein die Befüllung verhindernder Überdruck in der Probenflasche aufbaut.

Auch aus der in der DE 21 34 100 C2 aufgezeigten Brennkammerspeiseeinrichtung und der daraus bekannten Düsenkombination zur Verbesserung der Durchmischung eines Gas-Luftgemisches, lassen sich keine Rückschlüsse zur Verbesserung der bekannten Probenahmevorrichtungen für die Probenahme von feststoffhaltigen Suspensionen ziehen, die geeignet sind, die Minimierung von Verstopfungen in der Hohlnadel bei der Befüllung von Probenflaschen zu erreichen. Es kann lediglich erwartet werden, daß durch den Einsatz einer derartigen Düsenkombination im Nadelkopf der Probenahmevorrichtung die Verteilung der Feststoffe in der Probesuspension vergleichmäßigt wird.

Der Erfindung liegt die nunmehr Aufgabe zugrunde, eine Probenahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Verstopfungsgefahr in der Probenahmevorrichtung weiter minimiert wird und sicher repräsentative Proben erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Airliftförderung wird der beförderten Flüs­ sigkeit eine Pulsation aufgedrückt. Über den untergetauchten Airliftanschluß wird die Luft in die durch Unterdruck angehobene Flüssigkeitssäule in der Vorlauf­ leitung eingeperlt. Der sich aufbauende Druck schiebt die Flüssigkeitssäule pulsweise nach oben. Die Flüssig­ keitssäule wird durch das Einperlen leichter. Die pul­ sationsförmige Förderung bewirkt eine Verwirbelung der Feststoffe und eine schnelle Befüllung durch Einsprit­ zen sowie das teilweise Ausspülen der Flüssigkeit aus der Probenflasche während einer Pulsationspause.

Durch die Anordnung der bis nahe zum Boden der Misch­ kammer ragenden Vorlaufleitung wird in der Mischkammer ein Druckaufbau zur Verwirbelung der Feststoffe er­ zielt. Die unterschiedlichen Abmessungen führen zu Fließgeschwindigkeitsänderungen, die einen Staudruck bewirken. Die Folge sind hohe Turbulenzen im Nadelkopf­ gehäuse und dadurch eine vorteilhafte Feststoffverwir­ belung und Homogenisierung der Suspension, wobei auch die Verstopfungsgefahr minimiert wird. Die engen Räume im Nadelkopf wirken für eine Verwirbelung vorteilhaft.

Die konusförmige Ausbildung des Mischraumes des Nadel­ kopfes ist günstig für eine Entleerung bei Aufheben des Unterdruckes im Probenahmekreislauf. Das Gehäuse der Probenahmevorrichtung ist in üblicher Weise im Probe­ nahmesystem an der obersten Stelle der Rohrschleife an­ gebracht, damit bei einem Unterbrechen des Unterdrucks das Gehäuse leerläuft.

Endet die Vorlaufleitung vor dem Boden des Mischraums in einer Düse, wird eine hohe Druckfortpflanzung bis in die Probenflasche erreicht. Durch diese vorteilhafte Düsenausbildung wird dem zulaufenden Medium eine Geschwindigkeitser­ höhung aufgedrückt, die zu der Druckerhöhung in der Flasche beiträgt und so den Rücklauf aus der Flasche sichert.

In der Probenflasche wird durch die im Nadelkopfgehäuse als Düse endende Vorlaufleitung ein pulsierender Druck in der Probenflasche erzeugt, dessen Druckspitze über dem Maximaldruck im Nadelkopfgehäuse liegt. Dadurch sind an der Flaschenspülung größere Probenmengen betei­ ligt, die die Austauschrate der Probe erhöhen. Diese Ausführung eignet sich für Probenahmesysteme, bei dem die Probenflasche vor dem Einschalten des Förderkreises auf die Nadel aufgesteckt wird und der zu verwerfende Vorlauf des Systems ausgespült werden muß.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Düsenöffnung 1,5- bis 1,8mal größer als der Innendurchmesser der Probenahmenadel. Es wurde festgestellt, daß bei der Wahl dieses Abmessungsberei­ ches ein ausreichender pulsierender Druck in der Fla­ sche erzeugt wird. Der Austausch der Probenahmeflüssig­ keit in der aufgesteckten Probenflasche zum Erreichen einer möglichst repräsentativen Probe ist hierbei auch mit einer einzigen Nadel anforderungsgerecht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der konische Ringraum zwischen der Vor­ laufdüse und der Innenwand des Nadelkopfes eine lichte Weite von 2,5 bis 3,5 mm auf. Dieser enge Raum un­ terstützt die vorteilhaften Turbulenzen in der umlau­ fenden Flüssigkeit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Außenmantel des Nadelkopfes konusartig ausgebildet, wodurch erreicht wird, daß der Nadelkopf sich durch den Unter­ druck im Probenahmesystem selbst festzieht. Es kann auf mechanische Befestigungsmittel verzichtet werden. Die Anwendung dieses konischen Paßsitzes hat für den fern­ hantierten Austausch eines Nadelkopfes erhebliche Vor­ teile.

Durch die Erfindung können repräsentative Proben von feststoffhaltigen Flüssigkeiten ohne die Gefahr von Verstopfungen gezogen werden. Dieses wird im wesentli­ chen durch die Kombination der Pulsa­ tionsförderung in Verbindung mit den druckaufbauenden Ausbildungen der Probenahmevorrichtung er­ reicht.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Probenah­ mekreislauf, wobei die Probenahmevorrichtung an der höchsten Stelle angeordnet ist,

Fig. 2 eine Probenahmevorrichtung im Schnitt mit einem im Gehäuse der Probenahmevorrichtung eingesetzten Nadelkopf,

Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform der Probe­ nahmevorrichtung.

In der Fig. 1 wird in schematischer Darstellung ein Probenahmekreislauf für eine in einem Prozeßbehälter 11 befindliche feststoffhaltige, radioaktive Suspension gezeigt. Der Flüssigkeitsstrom wird aus diesem Prozeß­ behälter 11 zu einer an der obersten Stelle des Kreis­ laufes angeordneten Probenahmevorrichtung 13 durch eine Umlaufförderung mit einem unterdruckgestützten Airlift­ system 15 bewegt. Dazu ist der Prozeßbehälter 11 mit einer untertauchenden, zur Probenahmevorrichtung 13 führenden Vorlaufleitung 16 versehen. Eine Rücklauflei­ tung 17 aus der Probenahmevorrichtung 13 führt zu einem Entlüftungsbehälter 19, von dem sich die Rücklauflei­ tung 17 weiter zum Prozeßbehälter 11 erstreckt und dort ebenso in der Flüssigkeit untertaucht ist.

An die Probenahmevorrichtung 13 ist eine Probenflasche 20 andockbar.

In an sich bekannter Weise ist zur Förderung des Pro­ zeßstromes eine Airlifteinrichtung 15 angeordnet, durch die Druckluft in die Vorlaufleitung 16 eingeperlt wird. In der Rücklaufleitung 17 ist der Entlüftungsbehälter 19 eingesetzt, der mit einem Ejektor 21 zur Erzeugung eines Unterdruckes verbunden ist. Der Ejektor 21 wird von einer Druckluftleitung 23 mit Druckluft versorgt und weist eine Entlüftungsleitung 25 auf.

Die in der Fig. 2 gezeigte Probenahmevorrichtung 13 weist im Gehäuse 30 eine sich konisch erweiternde Ge­ häusebohrung 31 auf, in der ein kegelstumpfförmiger Nadelkopf 33 eingesetzt ist. Dieser Nadelkopf 33 weist eine in seiner Mittelachse befestigte hohle Probenahme­ nadel 35 auf, die im Betrieb der Probenahmevorrichtung 13 durch ein Septum 37 der Probenflasche 20 sticht. Der Nadelkopf 33 hat eine einen Mischraum 41 bildende Aus­ drehung, die zum Gehäuseinneren geöffnet ist und dahin konisch erweiternd verläuft.

Die Vorlaufleitung 16 wird in der Nadelkopfachse heran­ geführt und ragt mit einer Düsenverlängerung 43 in den konischen Mischraum 41 des Nadelkopfes 33 bis kurz vor seinen Boden 45. Zwischen der Vorlaufdüse 43 und dem Mischraum 41 befindet sich ein Kreisringraum 47, der am Ende des Nadelkopfes 33 über einen kreisringförmigen Gehäuseraum 49 mit der Rücklaufleitung 17 in Verbindung steht. Die Rücklaufleitung 17 ist an der untersten Stelle des Gehäuseraumes 49 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:
Vor dem Einschalten des Förderkreises wird die Probe­ flasche auf die Nadel der Probenahmevorrichtung aufge­ steckt. Der Ejektor 21 wird wirksam und erzeugt einen Unterdruck im Füllsystem, durch den eine Flüssigkeits­ säule in der Vorlaufleitung 16 angehoben wird. Der An­ schluß des Airlifts 15 untertaucht diese Flüssigkeits­ säule. Durch Aufgabe von Druckluft über die Airliftlei­ tung 15 beginnt die Förderung des Probemediums.

Die Probenflasche wird zwangsläufig mit einer Teilmenge der in der Vorlaufleitung 16 vorhandenen, abgestande­ nen Flüssigkeit gefüllt. Dieser Vorlauf kann nicht für eine repräsentative Probenahme herangezogen werden. Nach Einschalten des Förderkreises wird dieser eine Zeitlang im Betrieb gehalten. Dabei wird die Probefla­ sche ständig von einer Teilmenge der umlaufenden Flüs­ sigkeit gespült. Nach einer bestimmten, entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums festgelegten Zeit befindet sich in der Probenflasche eine repräsen­ tative Probe der homogenisierten Flüssigkeit.

Durch die Düsenform 43 der im Mischraum 41 des Nadel­ kopfes 33 endenden Vorlaufleitung 16 wird ein pulsie­ render Unterdruck erzeugt, der sich bis in die Probe­ flasche 20 fortpflanzt. Die Druckspitzen liegen über den Maximaldrücken im Nadelkopfgehäuse. Dadurch sind an der Flaschenspülung größere Probenmengen beteiligt, die die Austauschrate der Probe erhöhen. In den Pulsations­ pausen kann daher Flüssigkeit zurückgedrückt werden.

Nach der bestimmten Spülzeit wird die Airliftförderung abgestellt, die Lufteinperlung hört auf. Die Probenfla­ sche 20 wird von der Probenahmevorrichtung 13 abgezo­ gen. Unmittelbar danach wird der Unterdruck im Förder­ kreis abgeschaltet. Diese Reihenfolge hat den Vorteil, daß ein Nachtropfen an der hohlen Probenahmenadel 35 verhindert wird. Die Probenahmenadel 35 spült sich durch das kurzzeitige Wirken des Unterdruckes bei abge­ zogener Probenflasche 20 zum Förderkreislauf hin frei.

Die modifizierte Ausführungsform (Fig. 3) der Probenah­ mevorrichtung 13 erlaubt, daß die Vorlaufflüssigkeit bereits gefördert wird, ohne daß sich die Probenflasche 20 schon auf der Nadel 35 befindet. Um bei dieser Be­ triebsphase Leckagen an der offenen Nadel 35 zu verhin­ dern, wurde die Vorlaufleitung 115 im Nadelkopf 33 ohne Verengung ausgebildet und zum Abbauen von Druckspitzen zusätzlich mit einer oberen Entlüftungsbohrung 51 im Kreisringraum 49 in Höhe der angeschlossenen Rücklauf­ leitung 17 verbunden.

Der am außenliegenden Ende des Nadelkopfes 33 befindli­ che Flansch 53 dient zum Hantieren des Nadelkopfes 33 bei einem Auswechseln aus dem Gehäuse 55 der stationä­ ren Probenahmevorrichtung 13.

Mit dieser Ausbildung kann eine schnellere Probe gezo­ gen werden. Dabei wird die Vorlaufflüssigkeit bereits gefördert, ohne daß sich eine Probeflasche auf der Na­ del 35 befindet. Um bei dieser Betriebsphase Leckagen an der offenen Nadel 35 zu verhindern, endet die Vor­ laufleitung 16 im Mischraum 41 des Nadelkopfes 33 ohne eine Verengung und hat zum Abbauen von Druckspitzen zusätzlich eine Entlüftungsbohrung 51 in Höhe des Kreisringraumes 49. Die Probeflasche 20 wird befüllt und kann sofort nach der Befüllung wieder abgezogen werden.

Claims (5)

1. Probenahmevorrichtung für feststoffhaltige radioak­ tive und/oder toxische Suspensionen mit einem Nadelkopf zur Probenahme aus einer in einer Rohrschleife zirkulierenden Flüssigkeit in eine Probenflasche, wobei die Flüssigkeit durch einen vakuumunterstützten Airlift gefördert wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) der Nadelkopf (33) weist einen durch eine mittige Ausdrehung gebildeten kegelstumpfförmigen Mischraum (41) auf, der sich zwischen einem Boden (45) und einem entgegengesetzt angeordneten Kreisringraum (47) erstreckt, wobei der Kreisringraum (47) mit einem Gehäuseraum (49) in Verbindung steht, und wobei sich der Mischraum (41) und der Kreisringraum (47) konisch vom Boden (45) des Mischraumes (41) ausgehend zum Gehäuseraum (49) hin erweitern,
• b) die auf der Mittelachse des Nadelkopfes (33) befestigte Probenahmenadel (35) endet an dem rechtwinklig zur Mittelachse angeordneten Boden (45) des Mischraumes (41),
• c) die Vorlaufleitung (16) der zirkulierenden Flüssigkeit erstreckt sich auf der Nadelkopfachse in die aus Mischraum (41) und Kreisringraum (47) gebildete, konische Ausnehmung hinein bis kurz vor die Nadelöffnung im Boden (45) des Mischraumes (41),
• d) der Durchmesser der Öffnung der Vorlaufleitung (16) ist größer als der Innendurchmesser der ihr auf der Mittelachse des Nadelkopfes (33) gegenüberliegenden Probenahmenadel (35),
• e) der Rücklauf für die zirkulierende Flüssigkeit ist am Gehäuseraum (49) angeordnet.

2. Probenahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in die aus Mischraum (41) und Kreisringraum (47) gebildete, konische Ausnehmung erstreckende Vorlaufleitung (16) als sich konisch verjüngende Düsenverlängerung (43) ausgebildet ist, wobei die Neigung der Außenfläche der Düsenverlängerung (43) der Neigung der sich konisch erweiternden Ausnehmung (41, 47) entspricht.

3. Probenahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung der Düsenverlängerung (43) 1,5- bis 1,8mal größer ist als der Innendurchmesser der Probenahmenadel (35).

4. Probenahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Kreisringraum (47) zwischen der Düsenverlängerung (43) und der Innenwand des Nadelkopfes (33) eine lichte Weite von 2,5 bis 3,5 mm aufweist.

5. Probenahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelkopf (33) an seiner Außenseite als Kegelstumpf ausgebildet und in eine konische Aufnahmebohrung (31) eines Gehäuses (30) einsetzbar ist.