DE9109368U1 - Container for storing a flowable, radioactive substance - Google Patents
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Description
Siemens AktiengesellschaftSiemens AG
Behälter zum Aufbewahren eines fließfähigen, radioaktiven StoffesContainer for storing a flowable, radioactive substance
Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Aufbewahren eines fließfähigen, radioaktiven Stoffes mit einem im vertikalen Querschnitt rechteckigen Innenraum mit einer mehrfach größeren Höhe als Breite und mit einer in der Mitte des Innenraums angerodneten Absorbereinrichtun.g, die sich über annähernd die gesamte Höhe erstreckt.The invention relates to a container for storing a flowable radioactive substance with a vertical cross-section that is rectangular in shape and has a height several times greater than its width and with an absorber device arranged in the middle of the interior that extends over almost the entire height.
Ein derartiger Behälter ist aus der DE-OS 38 07 775 bekannt.Such a container is known from DE-OS 38 07 775.
Bei dem bekannten Behälter weist die Absorbereinrichtung als Absorbermittel eine Neutronen absorbierende Borcarbid-Schicht auf, die in Blechwände eingeschlossen ist. Dabei ist allerdings eine überwachung der Wirksamkeit des Absorbermittels zur Sicherstellung der Unterkritikalität in einem derartigen Behälter äußerst schwierig. Darüber hinaus kann bei verminderter Wirksamkeit des Absorbermittels, z.B. aufgrund einer Aufheizung durch die Nachzerfallswärme des eingelagerten Stoffes, das Absorbermittel erst nach vollständiger Entleerung des Behälters erneuert werden.In the known container, the absorber device has a neutron-absorbing boron carbide layer as the absorber medium, which is enclosed in sheet metal walls. However, monitoring the effectiveness of the absorber medium to ensure subcriticality in such a container is extremely difficult. In addition, if the effectiveness of the absorber medium is reduced, e.g. due to heating up due to the residual heat of the stored material, the absorber medium can only be replaced after the container has been completely emptied.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs genannten Art derart weiterzublden, daß unter Berücksichtigung einer kompakten und besonders leichten Gesamtkonzeption ein hohes Maß an Sicherheit auch im Langzeitbetrieb sowie während eines Absorberwechsels gewährleistet ist.The invention is therefore based on the object of further developing a container of the type mentioned at the beginning in such a way that, taking into account a compact and particularly lightweight overall design, a high degree of safety is guaranteed even in long-term operation and during an absorber change.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Absorbereinrichtung in einem Mantel vertikal angeordnete Rohre zur Aufnahme des Absorbermittels umfaßt. Dadurch wird einerseits ein besonders günstiges Verhältnis von Absorberoberfläche zur eingesetzten Absorbermenge erreicht; andererseits ist der zwischen dem Mantel und den Rohren gebildete ZwischenraumThis object is achieved according to the invention in that the absorber device comprises vertically arranged tubes in a casing for receiving the absorber agent. This achieves, on the one hand, a particularly favorable ratio of absorber surface to the amount of absorber used; on the other hand, the space formed between the casing and the tubes
Fre / Hof - 25.07.1991
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sowohl zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels als auch für Uberwachungszwecke geeignet. Außerdem kann das Absorbermittel ohne den Behälter zuvor entleeren zu müssen, erneuert werden, indem die Rohre separat oder in kleinen Gruppen nacheinander ausgetauscht werden.suitable for holding a liquid or gaseous coolant as well as for monitoring purposes. In addition, the absorber medium can be renewed without having to empty the container first, by replacing the tubes separately or in small groups one after the other.
Der Mantel der Absorbereinrichtung weist vorteilhafterweise die Form eines Hohlzylinders auf. Er kann aber auch in Form einer Rohrschlange ausgebildet sein, so daß eine vorteilhafte Kühlmittelführung und eine zuverlässige Überwachung des Absorbermittels sowie eine günstige Durchmischung des gelagerten, fließfähigen Stoffes erreicht wird.The casing of the absorber device advantageously has the shape of a hollow cylinder. However, it can also be designed in the form of a coiled pipe, so that advantageous coolant guidance and reliable monitoring of the absorber medium as well as favorable mixing of the stored, flowable material are achieved.
Zur weiteren Steigerung des Abstands zum kritischen Zustand sind in den den Innenraum umgebenden hohlen Längswänden eine Vielzahl von mit Absorbermittel befüllten Rohren vertikal angeordnet. Dies ermöglicht ebenfalls eine besonders wirkungsvolle Kühlung und Überwachung des Absorbes in den Längswänden.To further increase the distance to the critical state, a large number of tubes filled with absorber medium are arranged vertically in the hollow longitudinal walls surrounding the interior. This also enables particularly effective cooling and monitoring of the absorber in the longitudinal walls.
Zur Verbesserung der Durchmischung von in dem Behälter aufbewahrten Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters der Mantel der Absorbereinrichtung im oberen Bereich am Umfang verteilte Öffnungen auf.In order to improve the mixing of liquids of different densities stored in the container, according to an advantageous embodiment of the container according to the invention, the casing of the absorber device in the upper area has openings distributed around the circumference.
Um bei Erschütterungen eine unzulässige Verdichtung des Absorbers in den Rohren zu vermeiden, ist zwischen einer sich über alle Rohre erstreckenden Platte und jedem Rohr ein Federelement angeordnet.In order to avoid undue compression of the absorber in the pipes in the event of vibrations, a spring element is arranged between a plate extending over all pipes and each pipe.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Behälters sind in den Unteransprüchen 7 bis 9 angegeben.Further advantageous embodiments of the container according to the invention are specified in subclaims 7 to 9.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben; darin zeigtTo explain the invention in more detail, embodiments are described with reference to a drawing, in which
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3
FIG 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines3
FIG 1 is a partially sectioned side view of a
Behälters mit einer Absorbereinrichtung,Container with an absorber device,
FIG 2 im horizontalen Querschnitt einen Behälter gemäß Figur 1, FIG 3 einen Ausschnitt III aus Figur 2 in größerem Maßstab, FIG 4 im vertikalen Schnitt IV-IV eine AbsorbereinrichtungFIG 2 shows a container according to Figure 1 in horizontal cross section, FIG 3 shows a detail III from Figure 2 on a larger scale, FIG 4 shows an absorber device in vertical section IV-IV
gemäß Figur 3 mit einem Rohr in einem zylinderförmigen Mantel,
FIG 5 einen Ausschnitt V aus Figur 2 mit einer in Form einer Rohrschlange ausgebildeten Absorbereinrichtung,
FIG 6 im vertikalen Schnitt VI-VI eine Absorbereinrichtung gemäß Figur 5 mit einer bevorzugten Anordnung der
Rohre in der Rohrschlange, und FIG 7 einen Ausschnitt VII aus Figur 6 in größerem Maßstab.according to Figure 3 with a tube in a cylindrical casing,
FIG 5 shows a section V from Figure 2 with an absorber device designed in the form of a pipe coil, FIG 6 shows a vertical section VI-VI of an absorber device according to Figure 5 with a preferred arrangement of the pipes in the pipe coil, and FIG 7 shows a section VII from Figure 6 on a larger scale.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Der Behälter 1 zur Aufbewahrung eines radioaktiven, fließfähigen Stoffes S, z.B. zur Lagerung von Brennelement-Lösungen in einer Wiederaufbereitungsanlage, hat die Form eines Hohlzylinders mit einem auf der linken Seite der Figur 1 dargestellten rechteckigen Innenraum 2. Der Innenraum 2, dessen Unterseite 3 abgerundet ist, hat eine Höhe H von z.B. 2,1 m und eine Breite B von z.B. 0,3 m. Das Verhältnis von Höhe H zu Breite B beträgt demnach 7 : 1. Weitere geeignete Höhe-Breite-Verhältnisse liegen im Bereich zwischen 5 : 1 und 10 : 1.The container 1 for storing a radioactive, flowable substance S, e.g. for storing fuel element solutions in a reprocessing plant, has the shape of a hollow cylinder with a rectangular interior 2 shown on the left side of Figure 1. The interior 2, whose underside 3 is rounded, has a height H of e.g. 2.1 m and a width B of e.g. 0.3 m. The ratio of height H to width B is therefore 7:1. Other suitable height-width ratios are in the range between 5:1 and 10:1.
Der Behälter 1 besteht aus rostfreiem Stahl und steht auf einem Sockel 4, wobei zum Entleeren des Behälters dessen untere Seite 5 geneigt ausgebildet ist. An deren tiefster Stelle 6 ist eine nicht dargestellte Entnahmevorrichtung vorgesehen. Der Behälter 1 hat einen Außendurchmesser von etwa 3 m, so daß das speicherbare Volumen etwa 5 m3 beträgt.The container 1 is made of stainless steel and stands on a base 4, the lower side 5 of which is inclined to allow emptying of the container. A removal device (not shown) is provided at the lowest point 6 of the base. The container 1 has an external diameter of approximately 3 m, so that the volume that can be stored is approximately 5 m 3 .
Der im Querschnitt rechteckige Innenraum 2 hat, wie in Figur erkennbar, die Form eines Ringraums, der sich durch ein minimales Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auszeichnet. DadurchThe interior space 2, which is rectangular in cross-section, has, as can be seen in Figure, the shape of an annular space, which is characterized by a minimal ratio of surface to volume. As a result,
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ist unter Berücksichtigung der kritischen Masse eine verhältnismäßig große Menge des radioaktiven Stoffes S in einem verhältnismäßig kleinen Behälter 1, der häufig auch als Ringbehälter bezeichnet wird, möglich.Taking the critical mass into account, a relatively large amount of the radioactive substance S can be contained in a relatively small container 1, which is often also referred to as a ring container.
Der Innenraum 2 ist von zylinderförmigen, hohlen Längswänden 7 und 8 umgeben. Sie sind jeweils mit einem Einlaßstutzen 9 und einem Auslaßstutzen 10 zum Zuführen bzw. Abführen eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels K versehen. Zur Gewährleistung der Unterkritikalität des radioaktiven Stoffes S im Behälter 1 ist in der Mtite des Innenraums 2 eine Absorbereinrichtung 11 angeordnet, die sich über annähernd die gesamte Höhe H erstreckt.The interior 2 is surrounded by cylindrical, hollow longitudinal walls 7 and 8. They are each provided with an inlet nozzle 9 and an outlet nozzle 10 for supplying or discharging a liquid or gaseous coolant K. To ensure the subcriticality of the radioactive substance S in the container 1, an absorber device 11 is arranged in the middle of the interior 2, which extends over almost the entire height H.
In Figur 3 sind im Ausschnitt die Absorbereinrichtung 11 sowie die Längswände 7 und 8 vergrößert dargestellt. Die Absorbereinrichtung 11 umfaßt einen Mantel 12, in dem eine Vielzahl von Rohren 13 vertikal und nebeneinander angeordnet ist. In entsprechender Art und Weise sind auch in den Längswänden 7 und 8 Rohre 14 angeordnet, wobei dort jeweils eine Anzahl von Rohren 14 in jeweils zwei Reihen vorgesehen ist.In Figure 3, the absorber device 11 and the longitudinal walls 7 and 8 are shown enlarged in detail. The absorber device 11 comprises a casing 12 in which a plurality of tubes 13 are arranged vertically and next to one another. In a corresponding way, tubes 14 are also arranged in the longitudinal walls 7 and 8, with a number of tubes 14 being provided there in two rows each.
In der Absorbereinrichtung 11 wird der zwischen dem Mantel 12 und den Rohren 13 gebildete Zwischenraum 15 ebenfalls vom Kühlmittel K durchströmt. Dabei erfolgt, wie in Figur 4 dargestellt, die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels K in Richtung der Pfeile 17 und 18 von bzw. nach oben. Dazu führen eine Zuführleitung 20 und eine Abführleitung 21 durch einen Deckel 16 des Behälters 1 und durch eine ringförmig ausgebildete Platte 22 in den Zwischenraum 15 der Absorbereinrichtung 11.In the absorber device 11, the intermediate space 15 formed between the casing 12 and the tubes 13 is also flowed through by the coolant K. As shown in Figure 4, the coolant K is supplied and discharged in the direction of the arrows 17 and 18 from and upwards respectively. For this purpose, a supply line 20 and a discharge line 21 lead through a cover 16 of the container 1 and through an annular plate 22 into the intermediate space 15 of the absorber device 11.
Die Platte 22 ist innerhalb des Mantels 12 der Absorbereinrichtung 11 angeordnet und erstreckt sich über alle Rohre 13. Im Zwischenraum 15 sind außerdem Stützbleche 23 zum Fixieren der Rohre 13 angebracht.The plate 22 is arranged within the casing 12 of the absorber device 11 and extends over all the pipes 13. In the intermediate space 15, support plates 23 are also attached for fixing the pipes 13.
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_ „91 G 3 35 7 DE_ „91 G 3 35 7 EN
Die Rohre 13 sind mit einem pulverförmigen Absorbermittel A, vorzugsweise mit Borcarbid, gefüllt, und mit einem Stopfen oder Deckel 24 verschlossen. Das Borcarbid kann z.B. auch in Form von Pellets in die Rohre 13 eingebracht werden. Die Rohre 14 in den Längswänden 7 und 8 sind in gleicher Weise mit dem Absorbermittel A gefüllt. Um beim Verschweißen des Stopfens ein Aufsteigen von Kohlenstoff aus dem Rohr 13 - und damit ein Verspröden der Schweißnaht - zu vermeiden, ist unterhalb des Stopfens 24 eine Siebtasse 25 in das Rohr 13 eingesetzt.The tubes 13 are filled with a powdered absorber A, preferably boron carbide, and closed with a plug or lid 24. The boron carbide can also be introduced into the tubes 13 in the form of pellets, for example. The tubes 14 in the longitudinal walls 7 and 8 are filled with the absorber A in the same way. In order to prevent carbon from rising out of the tube 13 when the plug is welded - and thus embrittlement of the weld seam - a sieve cup 25 is inserted into the tube 13 below the plug 24.
Zur Dämpfung von in vertikaler Richtung wirkenden Stoßen, z.B. hervorgerufen durch Erschütterungen bei einem Erdbeben, sind die Rohre 13 über ein Federelement 26 zwischen der Ringplatte 22 und dem Mantelboden 27 eingeklemmt.To dampen vertical impacts, e.g. caused by vibrations during an earthquake, the tubes 13 are clamped between the ring plate 22 and the casing base 27 via a spring element 26.
Um eine besonders gute Durchmischung der Bestandteile des Stoffes S innerhalb des Behälters 1 zu erreichen, sind im Mantel 12 der Absorbereinrichtung 11 oberhalb der Ringplatte 22 Öffnungen 28 vorgesehen. Eine gerichtete Strömungsbewegung wird durch im Innenraum 2 angeordnete Pulsrohre 29 erreicht.In order to achieve a particularly good mixing of the components of the substance S within the container 1, openings 28 are provided in the casing 12 of the absorber device 11 above the ring plate 22. A directed flow movement is achieved by pulse tubes 29 arranged in the interior 2.
Die Leitungen 20 und 21 führen in eine Überwachungseinrichtung 30, in der das Kühlmittel K, z.B. durch eine chemische Analyse, auf Bestandteile des Absorbermittels A überwacht wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Zwischenraum 15 mit einem unter Druck stehenden Gas zu beaufschlagen und in der Überwachungseinrichtung 30 eine Druckmessung vorzunehmen. Dadurch kann die Dichtigkeit der Rohre 13 und des Mantels 12 geprüft werden.The lines 20 and 21 lead to a monitoring device 30 in which the coolant K is monitored, e.g. by chemical analysis, for components of the absorber medium A. Another possibility is to pressurize the space 15 with a gas under pressure and to carry out a pressure measurement in the monitoring device 30. This allows the tightness of the pipes 13 and the casing 12 to be checked.
In Figur 5 ist eine in Form einer Rohrschlange 31 ausgebildete Absorbereinrichtung 11 dargestellt. Figur 6 zeigt die Anordnung der Rohre 13 im Mantel 12 der Rohrschlange 31. Mit dieser Ausführungsform der Absorbereinrichtung 11 wird eine besonders vorteilhafte Kühlung und Überwachung des Absorbermittels A sowie eine günstige Durchmischung der radioaktiven Flüssigkeit oder des fließfähigen Stoffes S erreicht.Figure 5 shows an absorber device 11 in the form of a pipe coil 31. Figure 6 shows the arrangement of the pipes 13 in the casing 12 of the pipe coil 31. This embodiment of the absorber device 11 achieves particularly advantageous cooling and monitoring of the absorber medium A as well as favorable mixing of the radioactive liquid or the flowable substance S.
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• .■'/'; SI BH 5•.■'/'; SI BH 5
Wie in Figur 7 erkennbar, strömt das Kühlmittel K durch Öffnungen 32 in einer Hülse 33 in den Zwischenraum 15 zwischen dem durch die Rohrschlange 31 gebildeten Mantel 12 und dem Rohr 13. Die Hülse 33 ist oberhalb des Stopfens 24 angeordnet und mit dem oberen, konisch aufgeweiteten Ende in die Rohrschlange 31 eingepreßt und dort mit dem Mantel 12 verschweißt. Dabei wird jedes zweite Rohr 13 von oben nach unten, und jedes dazwischen liegenden Rohr 13 wird von unten nach oben durchströmt. 10As can be seen in Figure 7, the coolant K flows through openings 32 in a sleeve 33 into the space 15 between the casing 12 formed by the pipe coil 31 and the pipe 13. The sleeve 33 is arranged above the plug 24 and is pressed into the pipe coil 31 with the upper, conically widened end and welded there to the casing 12. Every second pipe 13 is flowed through from top to bottom, and every pipe 13 in between is flowed through from bottom to top. 10
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994011883A1 (en) * | 1992-11-19 | 1994-05-26 | Compagnie Generale Des Matieres Nucleaires | Storage tank for a radioactive fissile material solution |
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1991
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| WO1994011883A1 (en) * | 1992-11-19 | 1994-05-26 | Compagnie Generale Des Matieres Nucleaires | Storage tank for a radioactive fissile material solution |
| US5629963A (en) * | 1992-11-19 | 1997-05-13 | Compagnie Generale Des Matieres Nucleaires | Storage tank for a radioactive fissile material solution |
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