SE510806C2 - Reningsanordning för en kärnkraftsanläggning samt reningsanläggning med ett flertal dylika reningsanordningar - Google Patents

Description

510 806 De flesta idag kända anordningar för rening av det förorenade vattnet är anordnade på sä stort avstånd fràn källan att föroreningarna hinner spridas över ett stort område i bassängerna innan det när en reningsanordning. Under pågående servicearbete där frigörelse av partiklar förekommer anordnas därför vanligen någon form av sugmunstycke i närheten av den plats där de radioaktiva partiklarna frigörs.

Sugmunstycket anordnas för insugning av åtminstone huvuddelen av det förorenade vattnet till en reningsanläggning.

Efter avslutat sevicearbete töms reaktor- och bränslebassängen på vattnet som förs bort via reningsanläggningen varefter t ex bassängväggarna och reaktortanken rengörs innan rent vatten fylls på och kärnreaktorn åter tas i drift.

För rening av vattnet används vanligen en reningsanläggning som innefattar ett filter. Dessa filter utgörs ofta av sa kallade jonbytarfilter. Ett filter av jonbytartyp innefattar en jonbytarmassa som innesluts av en behållare. När jonbytarmassan är förbrukad ersätts denna med en ny jonbytarmassa medan behållaren återanvänds. En nackdel med jonbytarmassan är att den är voluminös vilket leder till stora mängder avfall. Den radioaktivitet som de i jonbytarmassan upptagna partiklarna avger kan bryta ned jonbytarmassan som vanligtvis är en polymer. En sàdan nedbrytning av jonbytarmassan kan leda till frigörande av radioaktivitet och nedbrytningsprodukter som kan vara korrosiva för rörsystem och tankar eller den slutliga avfallsbehàllaren.

En känd anordning för rening av vatten som innehåller radioaktiva partiklar innefattar ett sugmunstycke anslutet till ett pàsliknande organ placerat i en 510 806 3 behållare som för tillfället är anordnad i bassängen.

Behållaren är exempelvis utförd i rostfritt stål och har t ex formen av en cirkulär cylinder. Det påsliknande organet innefattar ett inlopp för vatten som ska renas, ett utlopp för renat vatten och ett mellan inloppet och utloppet anordnat filter för rening av vattnet. Efter avslutad rening lyfts det påsliknande organet tillsammans med behållaren upp till ytan och placeras i en betongkokill. Kokillen fylls därefter med någon gjutblandning t ex cement.

En svårighet med konventionella filter är hanteringen av dessa efter det att vattnet i bassängen renats.

Konventionella filter måste, på grund av sin utformning, hanteras och transporteras i specialutformade behållare, vanligen stora och tunga, vilka är mycket dyrbara.

En annan svårighet är att den personal som hanterar filtren efter avslutad användning erhåller en viss stråldos från de radioaktiva partiklarna som samlats upp i det använda filtret. Ett särskilt känsligt tillfälle är när de nedsmutsade filtren lyfts upp ovanför vattenytan. Dessutom kan personal utsättas för radioaktiv strålning i det fall de radioaktiva partiklarna inte omhändertas direkt vid källan. De radioaktiva partiklarna kan samlas på ställen såsom i spalter, passager med lägre vattenflöde, ventiler eller i rörböjar vilka är anordnade i förbindelse med bassängerna. Då personal utför servicearbeten på sådana ställen utsätts den för radioaktiv strålning.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser en reningsanordning för rening av vatten som innehåller korrossionsprodukter i form av radioaktiva partiklar och/eller joner, såsom crud från kärnbränsle eller radioaktiva föroreningar 510 806 4 från utförda eller pågående servicearbeten.

Reningsanordningen innefattar en behållare vilken är utförd på ett sådant sätt att dess yttre form motsvarar den yttre formen hos en bränslepatron avsedd för användning i kärnreaktorn i fråga. Vidare innefattar behållaren vid sin normalt i reaktorn anordnade övre ände ett som handtag utformat organ för samverkan med ett lyftorgan så att behållaren kan hanteras som en bränslepatron avsedd för användning i kärnreaktorn ifråga. Vidare innefattar behållaren vid sin normalt i bassängen anordnade nedre del ett bottenstöd avsett att möjliggöra utnyttjande av befintliga uppställningsorgan, såsom bränsleställ, för bränslepatroner anordnade i bassängerna.

Behållarens normalt i bassängen anordnade övre ände innefattar vidare en öppning för inlopp av vatten som ska renas och ett utlopp för renat vatten. Åtminstone huvuddelen av det utrymme som omsluts av behållaren uppfylls av ett filter för rening av det med radioaktiva partiklar och/eller joner förorenade vattnet. Filtret som sådant utgörs företrädesvis av ett för detta reningsändamål konventionellt filter.

Fördelen med föreliggande uppfinning är att genom utformningen av behållaren på ett sådant sätt att dess yttermått motsvarar yttermåtten hos en i aktuell kärnreaktor använd kärnbränslepatron kan reningsanordningen hanteras med i kärnkraftsanläggningen befintlig hanteringsutrustning avsedd för hantering av bränslepatroner eller andra reaktorinterna delar.

Vidare medger behållarens utformning att det för transport av radioaktiva härdkomponenter avsedda systemet för förflyttning av radioaktiva interna delar från reaktortanken till exempelvis ett lager placerat i 510 806 en anläggning skild fràn kärnkraftanläggningen, t ex en slutförvaringsanläggning, kan användas.

Genom möjliggörande av användning av redan för bränslepatroner befintlig hanteringsutrustning och transportsystem minskas kostnaderna för hantering och transport av anordningen enligt uppfinningen väsentligt.

Den stràldos som personal riskerar att utsättas för minskas med hjälp av föreliggande uppfinning genom att de radioaktiva partiklarna och/eller jonerna samlas upp vid källan och förs till ett filter anordnat i en behållare som följer med filtret till slutförvaring pà samma sätt som den aktuella kärnreaktoranläggningens bränslepatroner.

Behållaren i anordningen enligt uppfinningen kan exempelvis ges samma yttre form som ett bränsleelement avsett för en BWR-, PWR- eller en VVER-reaktor. En fördel med detta är att reningsanordningens placering i ett slutförvar underlättas genom dess utformning.

Reningsanordningens utformning medför att redan befintliga uppställningsorgan anpassade för slutförvaring av bränslepatroner kan användas.

Behällaren görs företrädesvis i storleksordningen fyra meter läng, dvs behàllarnas längd motsvarar i huvudsak längden hos de för kärnreaktoranläggningen aktuella bränslepatronerna. Behållaren kan även göras väsentligt kortare.

BESKRIVNING AV RITNINGSFIGURER Uppfinningen ska nu förklaras närmare genom hänvisning till bifogade ritningsfigurer. 510 806 6 Figur la visar schematiskt i en vy fràn ovan en kärnkraftsanläggning innefattande en reningsanordning enligt uppfinnigen.

Figur lb visar kärnreaktoranläggningen i figur la i en vy fràn sidan.

Figur 2 visar schematiskt i en vy fràn sidan en reningsanordning för rening av vatten som innehàller radioaktiva partiklar.

Figur 3 visar en reningsanordning enligt uppfinningen i ett snitt A-A i figur 2.

Figur 4 visar ett schematiskt utföringsexempel pà en reningsanläggning innefattande ett flertal reningsanordningar enligt uppfinningen.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSFORMER Figur la, lb visar en reaktortank l anordnad i en normalt vattenfylld reaktorbassäng 2. Vid vardera sidan av reaktorbassängen 2 är anordnad en bränslebassäng 3.

En reningsanordning 4 enligt uppfinningen är anordnad pá godtycklig plats i en eller flera av bassängerna.

Vidare visas en i anslutning till bassängerna anordnad hanteringsmaskin M. Hanteringsmaskinen M är av konventionell typ och avsedd för t ex lyft och hantering av bränslepatroner i och ur reaktortanken l respektive mellan reaktorbassängen 2 och en av bränslebassängerna 3.

Figur 2 visar en reningsanordning 4 enligt uppfinningen utförd med en yttre form som motsvarar den yttre formen hos en för utföringsexemplet vald bränslepatron för en reaktor av kokarvattentyp. I det fall reningsanordningen ska användas i en reaktor av tryckvattentyp eller av VVER-typ ser den ut som den i 510 806 7 figuren visade men med yttermàtten modifierade så att dessa motsvarar yttermátten för bränslepatroner för användning i dessa typer av reaktorer. Invändigt föreligger det inte nagon väsentlig skillnad mellan de olika utföringsformerna av uppfinningen.

Reningsanordningen 4 innefattar en behållare 5 i form av en i huvudsak rak cylinder med i huvudsak rektangulärt tvärsnitt. Behàllarens 5 normalt nedát anordnade ände är försluten medelst en bottendel 6, och dess normalt uppät anordnade ände är försluten med en toppdel 7. Toppdelen 7 är utförd med ett handtag 7a för lyft och hantering medelst hanteringsmaskinen M.

Bottendelen 6 har givits en form som motsvarar formen hos bottendelen pà en bränslepatron avsedd för den aktuella kärnreaktorn vars form medger placering i ett bränsleställ anordnat i åtminstone en av bassängerna.

I toppdelen 7 är anordnad en inloppsöppning 8 för inlopp av vatten som ska renas med avseende pà föroreningar i form av radioaktiva partiklar och/eller joner i reningsanordningen 4 och en utloppsöppning 9 för utlopp av vatten som renats.

Till inloppsöppningen 8 är ansluten ett slangorgan 10 vars inloppsöppning i sin tur är utformad med ett sugmunstycksliknande organ ll för insugning av vatten som ska renas för transport via slangorganet 10 och inloppsöppningen 8 till reningsorganet 4. Slangorganets sugmunstycksliknande organ ll placeras företrädesvis i närheten av den plats i bassängerna, eller i reaktortanken l, där radioaktiva partiklar och/eller frigörs för uppnàende av effektiv insamling av föroreningarna. I en alternativ utföringsform är reningsanordningen anordnad i ett slutet system innefattande ett objekt, t ex en bränslepatron, som är anordnat för dekontaminering. Det vatten som förs genom exempelvis bränslepatronen för dekontaminering av denna 510 806 8 förs därvid till reningsanordningen enligt uppfinning för rening innan det aterförs till vattnet i bassängen.

Figur 3 visar ett snitt av behållaren 5, dess bottendel 6 och dess toppdel 7. Det filtrerande organet är i denna utföringsform utfört i åtta filterenheter 12 för filtrering av det förorenade vattnet i fyra steg. Under drift av reningsanordningen 4 är denna i normalfallet vertikalt anordnad och nedsänkt i vattnet i bassängerna.

Det i figur 3 visade utföringsexemplet avser en reningsanordning 4 där behållaren 5 i sin normalt anordnade övre del innefattar filterenheter 12 med en filterstruktur som medger infångning av de storleksmässigt sett relativt större partiklarna, t ex i storleksordningen tio mikrometer i diameter eller större. Vidare innefattar den normalt anordnade nedre delen av behållaren 5 filterenheter 12 med en filterstruktur för infångning av de storleksmässigt sett relativt mindre partiklarna, t ex i storleksordningen en mikrometer i diameter. Då vattnet passerar filterenheterna 12 uppstår ett tryckfall.

Tryckfallet inne i behållaren 5 utgör ett mått på i vilken grad radioaktiva partiklarna fastnat i filterenheterna 12. När ett visst tryckfall erhållits är filterenheten 12 och därmed reningsanordningen 4 förbrukad varvid denna ersätts med en ny.

Filterenheterna 12 har en utsträckning i behållarens 5 axiella led som i huvudsak motsvarar halva behållarens längd i axiell led. Det av behållaren 5 inneslutna utrymmet är delat i två, i huvudsak lika stora, delar anordnade axiellt åtskilda av en skiljevägg 13.

De i det normalt anordnade övre utrymmet l3a hos behållaren 5 placerade filterenheterna 12 är anordnade på ett parallellt sätt. Filterenheterna 12 i det 510 806 9 normalt anordnade nedre utrymmet l3b hos behållaren 5 är anordnade pà samma parallella sätt.

Det genom de i övre behållarutrymmet 13a anordnade filterenheterna 12 filtrerade vattnet förs till det nedre behàllarutrymmet l3b genom en genomloppsöppning 14 anordnad i skiljeväggen 13. I en utföringsform av uppfinningen är även skiljeväggar med en axiell utsträckning anordnade (ej visat) för àtskiljande av filterenheterna 12 från varandra.

Det renade vattnet förs efter rening av de i det nedre behållarutrymmet l3b anordnade filterenheterna 12 till ett uppsamlingsutrymme 15 anordnat i anslutning till bottendelen 6. En utloppsledning 16 är anordnad att förbinda uppsamlingsutrymmet 15 till utloppsöppningen 9. Det renade vattnet förs således ut ur behållaren 5 via utloppsledningen 16 och utloppsöppningen 9.

När det filterande organets förmåga att rena vattnet har minskats till en förutbestämd nivå eller då reningsproceduren ska avslutas, lösgörs slangorganet 10 från utloppsöppningen 9 varefter utloppsöppningen 9 försluts.

Innan förslutning av inloppsöppningen 8 görs måste en dränering av behållaren 5 med avseende pà vatten och fukt göras.

Det till inloppsöppningen 8 anordnade slangorganet 10 anordnas med det sugmunstycksliknande organet 11 till en tryckluftsgenererande anordning (ej visad). Den tillförda tryckluften är företrädesvis uppvärmd till en temperatur, företrädesvis i intervallet 20-80°C.

Uppvärmning av tryckluften medger en snabbare dränering. Tryckluften förs igenom reningsanordningen 4 varvid kvarvarande vatten i behållaren 5 pressas in i en filterenhet 12 i den övre behållardelen 13a, 510 806 varefter det pressas ut i utrymmet 18 mellan filterenheterna 12. Därefter pressas vattnet in i en av filterenheterna 12 i den nedre behàllardelen 13b och ner i uppsamlingsutrymmet 15. En dräneringskanal 19 är anordnad att ansluta uppsamlingsutrymmet 15 med en dräneringsöppning 20 anordnad i toppdelen 7. Vattnet och fukten dräneras sàledes medelst tryckluften ut ur behållaren 5 via dräneringskanalen 19.

När behàllarens 5 innanmäte torkats i önskad grad avlägsnas slangorganet 10 frán inloppsöppningen 8 varefter denna försluts liksom dräneringsöppningen 20.

Den dränerade behållaren 5 transporteras därefter medelst hanteringsmaskinen M frán bassängen 2 eller 3 till ett utrymme där en för den aktuella kärnreaktoranläggningen avsedd transportbehàllare för utbränt kärnbränsle är placerad. Därefter transporteras den dränereade behållaren i transportbehàllaren exempelvis till ett slutförvaringslager.

Ett exempel pà ett material användbart i det filtrerande organet är glasfiber som anordnas i form av en träd i ett flertal varv kring en kärna företrädesvis av rostfritt stal. Detta filter har en begränsning i det att det làter jonformig radioaktivitet passera igenom. I detta fall behöver reningsanordningen, dá den radioaktiva aktivitetsnivàn är hög, kompletteras med separat jonbytare för infångning av de radioaktiva jonerna som företrädesvis är oorganisk. Denna jonbytare är exempelvis utförd i zeolit eller en metalloxidkeram.

I en alternativ utföringsform innefattar det filtrerande organet ett mekaniskt filterorgan. Detta filterorgan omhändertar sàväl radioaktiva partiklar som radioaktiva joner. Ett sádant mekaniskt filterorgan innefattar exempelvis ett keramiskt filter utfört i zeolit eller nàgon metalloxid. 510 806 ll I figur 4 visas en reningsanläggning 21 för rening av vatten innefattande ett flertal reningsanordningar 4 av ovan beskriven utföringsform. Reningsanläggningen 21 innefattar en första och en andra reningsanordning 4 anordnad i serie på ett sådant sätt att vatten som ska renas passerar genom endast den första eller först genom den första och därefter genom den andra eller endast genom den andra reningsanordningen 4. Den första och den andra reningsanordningen 4 är i en utföringsform av uppfinningen anordnad parallellt med en tredje reningsanordning 4a genom vilken vattnet som ska renas passerar. Denna tredje reningsanordning 4a kan antingen vara placerad före eller efter de i serie anordnade reningsanordningarna 4.

I figur 4 visas ett exempel på en reningsanläggning 21 som närmare bestämt innefattar fem reningsanordningar 4 enligt uppfinningen. Fyra av reningsanordningarna 4, dvs en första, en andra, en tredje och en fjärde reningsanordning 4, är kopplade i serie med varandra.

De fyra seriekopplade reningsanordningarna 4 är i sin tur kopplade parallellt med den femte, jämför tredje ovan, reningsanordningen 4a. De seriekopplade reningsanordningarna 4 kopplas in efter hand som uppströms anordnade reningsanordningar 4 fylls med föroreningar. Den femte reningsanordningen 4a innehåller ett filter, ett så kallat finfilter, som har förmåga att fånga in partiklar som storleksmässigt är relativt mindre än de partiklar som fångas in av de seriekopplade reningsanordningarna 4. Allt vatten som leds in i reningsanläggningen 21 har således möjlighet att passera genom detta finfilter. I en alternativ utföringsform utgörs finfiltret av ett jonbytarfilter.

I ytterligare en utföringsform av uppfinningen är ett jonbytarfilter 30 anordnat nedströms den femte reningsanordningen 4a. 510 806 12 Reningsanordningarna 4 är sammankopplade via ett ledningssystem innefattande en tilloppsledning 22 för ledning av förorenat vatten till reningsanläggningen 21 och en frànloppsledning 23 för ledning av renat vatten frán reningsanläggningen 21 tillbaka till den bassäng 2 eller 3 i vilken de är placerade.

Nedströms en öppning till tilloppsledningen 22 och uppströms en öppning till frànloppsledningen 23 är anordnad ett ventilorgan V1 för öppning respektive slutning av tillopps- respektive fránloppsflödena.

Ett tryckmätningsorgan 25 är anslutet mellan tillopps- 22 och fránloppsledningen 23 för kontinuerlig mätning av tryckdifferensen i dessa ledningar. I beroende av tryckdifferensen styrs anslutning respektive avstängning av enskilda reningsanordningar 4. Vidare är ventilorgan V2 anordnade för inkoppling och urkoppling av respektive reningsanordning 4, 4a.

Den i utföringsexemplet visade reningsanläggningen 21 är utförd pá ett mycket flexibelt sätt. I takt med att tryckfallet över en eller flera reningsanordningar 4 ökar kopplas ytterligare reningsanordningar 4 in.

Företrädesvis kopplas de redan använda reningsanordningarna 4 inte ur förrän de fyllts till en förutbestämd grad. Fördelen med detta är att vardera reningsanordningen 4 tilläts fyllas maximalt innan den försluts och förs vidare till slutförvaring. Detta i sin tur minskar förbrukningen av reningsanordningar 4, 4a som annars mäste kasseras innan deras kapacitet utnyttjats maximalt. Därmed minskas även kostnaden för slutförvaring av reningsanordningarna 4 väsentligt.

Genom anordnande av reningsanordningarna 4, 4a enligt uppfinningen enligt figur 4 möjliggörs fyllning av ett minimalt antal reningsanordningar 4, 4a. Detta innebär att endast halvfulla reningsanordningar 4, 4a inte 510 806 13 upptar onödigt utrymme i t ex bränsleställ i bassängerna eller i ett slutförvar.

En reningsanordning 4, 4a enligt föreliggande uppfinning kan givetvis innehålla ett godtyckligt antal filterenheter 12 för ernàende av rening av därigenom fört vatten. Reningsanordningen 4 enligt uppfinningen kan antingen användas som en separat enhet för rening av förorenat vatten eller användas som en del i ett system där rening av vatten ingår.

Claims (13)

510 806 PATENTKRAV 14

1. l. Reningsanordning (4) för en kärnkraftsanläggning för rening av med radioaktiva partiklar och/eller radioaktiva joner förorenat vatten, där reningsanordningen innefattar ett filtrerande organ anordnat i en behållare (5), där en pumpanordning är anordnad ansluten till reningsanordningen för cirkulation av vatten genom denna kännetecknad av att behållaren (5) är utförd som en i huvudsak rak cylinder med en första ände som är försluten med en bottendel (6) och en andra ände som är försluten med en toppdel (7) bildande en enhet som uppvisar en yttre geometri som motsvarar den yttre formen hos en bränslepatron avsedd för den aktuella kärnkraftsanläggningen, varvid en inloppsöppning är anordnad för inlopp av vattnet som ska renas och en utloppsöppning är anordnad för utlopp av det renade vattnet.

2. Reningsanordning (4) enligt patentkrav 1, kännetecknad av att inloppsöppningen (8) och/eller utloppsöppningen (9) är anordnade i behàllarens (5) toppdel (7).

3. Reningsanordning (4) enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den innefattar en första och en andra filterenhet (12) anordnade efter varandra pà ett sàdant sätt att vattnet som ska renas först passerar genom första filterenheten (12) och sedan genom den andra filterenheten (12).

4. Reningsanordning (4) enligt patentkrav l, kånnetecknad av att behållaren (5) är indelad i en första och en andra del (l3a, l3b) för rening av vattnet i två steg, varvid den första delen (l3a) innefattar en filterenhet (12) för filtrering av relativt större partiklar medan den andra delen (l3b) innefattar en filterenhet (12) för filtrering av 510 806 15 relativt mindre partiklar.

5. Reningsanordning (4) enligt patentkrav 4, kännetecknad av att behållaren (5) innefattar en tredje del (15) anordnad i anslutning till åtminstone en filterenhets (12) nedströms anordnade ände och till en utloppsledning (16) som mynnar i en utloppsledning (9) vid behállarens (5) utsida.

6. Reningsanordning (4) enligt patentkrav 4, kännetecknad av att behållaren (5) innefattar en tredje del (15) anordnad i anslutning till åtminstone en filterenhets (12) nedströms anordnade ände och till en dräneringskanal (19) som mynnar i form av en dräneringsöppning (20) vid behállarens (5) utsida.

7. Reningsanordning (4) enligt patentkrav 6, kännetecknad av att dräneringsöppningen (20) är anordnad i behállarens (5) toppdel (7).

8. Reningsanordning (4) enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att ett handtag (7a) är anordnat anslutet till behállarens (5) andra ände så att behållaren (5) kan hanteras som en bränslepatron avsedd för den aktuella kärnkraftsanläggningen.

9. Reningsanläggning (21) kånnetecknad av att den innefattar ett flertal reningsanordningar (4) enligt något av patentkraven 1-7, där reningsanordningarna (4) är sammankopplade medelst en tilloppsledning (22) och en frånloppsledning (23).

10. Reningsanläggning (21) enligt patentkrav 9, kännetecknad av att den innefattar en första och en andra reningsanordning (4) anordnade i serie på ett sådant sätt att vatten som ska renas passerar genom endast den första eller först genom den första och därefter genom den andra eller endast genom den andra 510 806 reningsanordningen (4). l6

11. ll. Reningsanläggning (21) enligt patentkrav 10, kännetecknad av att den första och den andra reningsanordningen (4) är anordnade parallellt med en tredje reningsanordning (4a) genom vilken vattnet som ska renas passerar.

12. Reningsanläggning (21) enligt patentkrav ll, kännetecknad av att den tredje reningsanordningen (4a) är anordnad nedströms den första och den andra reningsanordningen (4) och innefattar ett finfilter eller ett jonbytarfilter för rening av vattnet i högre grad än den rening som àstadkoms medelst den första och den andra reningsanordningen (4).

13. Reningsanläggning (21) enligt patentkrav ll, kännetecknad av att ett jonbytarfilter (30) är anordnat nedströms den tredje reningsanordningen (4a).