DE1639392B2 - Verfahren zur Änderung der Borsaure konzentration im Pnmar Kuhlwasser von Kernreaktoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Änderung der Borsäurekonzentration im Primärkühhvasser von Kernreaktoren, wobei das Wasser durch Ionenaustauscher strömt.

Die Einbringung von Borsäure in das Primärkühlwasser eines Kernreaktors hat sich als sehr vorteilhaft für die Kompensation der sogenannten Überschußreaktivität hei ausgestellt. Die Höhe der Borkonzentration muß je nach fern B, Tiebszustand des Reaktors einreguliert werderv insbesondere beim Lastwechsel des Kernreaktors müsse entsprechende Konzentrationsänderungen vorgenommen werden.

Es ist bekannt, eine Erniedrigung des Borsäuregehaltes durch Verdünnen des Primärkühlwassers mit vollentsalztem Wasser durchzuführen. Das abgezogene borhaltige Primärkühlwasser muß danach mit Alkalilauge neutralisiert und der Abfallaufbereitung zugeführt werden. Dadurch entsteht vor allem bei Lastzyklenfahrweise ein beträchtlicher radioaktiver Abfall

Weiterhin ist aus der belgischen Patentschrift 696 294 bekannt, das abgezogene Primärkühhvasser in einer Destillalionsanlage in Borsäurekonzentrat und destilliertes Wasser aufzutrennen. In diesem Fall fällt zwar bei der Erniedrigung des Borsäuregehaltes kein radioaktiver Abfall mehr an, aber es müssen stets beträchtliche Wassermengen wieder aufbereitet werden, was mit einem hohen Energieverbrauch verbunden ist.

Aus der Zeitschrift »Atom und Strom«, Nov./Dez. 1967, S. 163 und 164 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zur Verringerung der Borsaurekonzentration Ionenaustauscher verwendet werden, die in bestimmten Zeitabständen regeneriert werden müssen. Zur Erhöhung der Borsaurekonzentration ist dabei stets die Zugabe frischer Borsäure notwendig.

Es stellte sich daher die Aufgabe, die Regelung der Borsaurekonzentration ohne eine besondere Zugabe von Borsäurekonzentrat vorzunehmen.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Erniedrigung der Borsaurekonzentration durch Einstellung der Wassertemperatur auf 0 bis 40° C vorgenommen wird, während eine Erhöhung der Borsaurekonzentration durch Einstellung der Wassertemperatur auf 60 bis 90° C vorgenommen wird. Damit ist es nunmehr möglich, die gesamte für die Kompensation der Reaktorüberschußreaktivität. also für die Reaktortrimmung. notwendige Borsäure in Ionenaustauscherharzen zu speichern und die Konzentration im Wasser je nach d^m Lastfahrprogramm zu regeln.

Der Vorteil dieses neuen Verfahrens liegt darin, daß durch die Temperatureinstelking des durch den Ionenaustauscher laufenden Wassers die im F rimärs\stern befindliche Borsäure im Ionenaustauscher gespeichert wird, wogegen bei einer chemischen Regeneration eine Entfernung der Borsäure aus dem Kreislauf erfolgen müßte. Die Einstellung \on radioaktivem Abiall wird somit auf ein Minimum reduzieu.

In der Figur ist eine nach diesem Verfahren funktionierende Anlage zur Änderung der Borsäurekonzemraiion schemalisch dargestellt. Sie i-t an den Kernreaktor R angeschlossen und besteht zunächst aus den Wärmetauschern 1 A und 1 ß und einer Kühlwa?^serentnahmevorrichtung 2 — an sich bekannter Konstruktion —. die die aus dem Primärkreislauf zu entnehmende Wassermenge steuert. Dieses Wasser gelangt dann zu einem Mischbettfilter 3 ebenfalls an sich bekannter Bauart und wird dort normal gereinigt. Anschließend strömt das Wasser durch die Borsäurespeicher 5. entweder über das Ventil 32 oder über das Ventil 31 und den nachgeschalteten Kühler 4. Hernach gelangt es über die Ventile 51 bzw. 52 und die Pumpe 6 sowie den Wärmetauscher 1 A wieder zurück in den Reaktorkreislauf. Gestrichelt dargestellt ist ein Vorratsbehälter 7 für Wasser von 60 bis 90 C sowie eine an sich bekannte BorsäureaufkonzentrierungseinrichtungS. die über Ventile 71 bzw. 72 mit der Anlage verbunden sind.

Die Funktion der Anlage sei nun an Hand verschiedener Aufgabenstellungen au:> der Praxis erläutert:

1. Borsäurespeicherung bei Lastwechsel — die Borsäurekonzentration im Primärkreislauf des Reaktors soll erniedrigt werden: Das Primärkühlwasser verläßt den Kernreaktor/? und wird in den Wärmetauschern 1 A und 1 B beispielsweise auf 60 C abgekühlt und gelangt alsdann in die Kühlwasserentnahmevorrichtung 2. Von dort wird die gewünschte Wassermenge abgezogen, geht durch das Mischbettfilter 3. wird dort gereinigt und gelangt über das Ventil 31 in den Kühler 4, wo es beispielsweise auf 10 C ahgekühlt wird. Von dort aus durchströmt das borsäurehaltige Primärkühhvasser die Borsäurespeicher 5 von oben nach unten. Dabei wird die Borsäure an lonenaustauschharzen gespeichert. Über das Ventil 51 gelangt das Wasser zu der Hochdruckpumpe 6 und von dort über den Wärmetauscher 1 A wieder in den Kernreaktor zurück. Dabei wird es wieder erwärmt und kühlt gleichzeitig die aus dem Reaktor entnommene Wassermenge beispielsweise auf 60° C ab Sollte diese Kühlung nicht ausreichen, so kann auch ein mit Fremdwasser gekühlter Wärmetauscher 1 B im Bedarsfalle zugeschaltet werden.

2. Borsäurefreisetzung bei Lastwechsel — das Primärkühlwasser soll mit Borsäure angereichert werden: Bis zum Mischbettfilter 3 bleibt der vorbeschriebene Strömungsweg unverändert. Nunmehr wird jedoch das Ventil 31 geschlossen und das Ventil 32 geöffnet, so daß das Wasser

die Borsäurespeicher son unten nach oben durchströmt. Durch das Wasser, das sich auf einer Temperatur beispielsweise von 60 bis ¹M C befindet, wird die gespeicherte Borsäure aus den Ausiauscherharzen ausgewaschen. Anschließend strömt das mit Borsäure angereicherte Wasser über das Ventil 52 sowie über die Hochdruckpumpe 6 und den Wärmetauscher 52 sowie über die Hochdruckpumpe 6 und den Wärmetauscher I A wieder zurück in den Kernreaktor/?.

3. Borsäureentzug aus dem System: Hs ist notwendig, nach einer gewissen Betr . bszeit. die infolge \on Neutronenabsorption a.i Bor 10 abgereicherte Borsäurelösung aus dem Primärkreislauf wenigstens zum Teil :.u entfernen. Dazu werden die BorsäurespeicherS — wie bereits beschrieben — mit Borsäure beladen. Dann wird vom Vorratsbehälter 7 heißes Wasser von beispielsweise 70 C über das Ventil 71 von .inten nach oben durch die Borsäurespeicher 5 geleitet und über das Ventil 72 der Borsäureaufkonzentrierungseinrichtung8 zugeführt. Auf diese Weise wird abgereicherte Borsäure in der gewünschten Menge dem Primärkreislauf entnommen, Borsäure mit natürlicher Isotopenzusammensetzung kann anschließend in analoger Weise in den nunmehr freien BorsäurespeicherS angelagert werden und steht somit innerhalb des Primärkreiflaufes des Kernreaktors zum Einsatz bereit.
Als Ionenaustauscher für die Borsäurespeicherung werden vorzugsweise stark basische Anionenaustauscherharze auf Polystyrolbasis (z.B. LewatitM 500) verwendet. Diese Harze können ohne Schwierigkeiten mit heißem Wasser ausgewaschen werden und werden in mit Borsäure beladenem Zustand erst oberhalb von 90° C zersetzt. Hinsichtlich der Behälter für die Ionenaustauscher ist zu sagen, daß für die Borspeicher oberhalb und unterhalb der Harzfüllung ein Sperrsieb vorgesehen sein muß. damit die Harze nicht in das Rohrleitungssystem gelangen können Da nur eine Heiß-Kalt-Beh'andlung mit Wasser erfolgt, ist die Lebensdauer praktisch nicht beschränkt. Das Volumen der Borspeicher richtet sich nach d^m erforderlichen Durchsatz und der zu speichernder. Borsäurememie und kann in der Größenordnung \on 10 m^:i liegen
Die Steuerung und d r Ablauf dieser Verfahren

ίο kann automatisiert werden. Die datür wesentlichsten Elemente sind <n ihrem Funktionszusammenhang schematisch in der Figur eingezeichnet. Zur kontinui^rlicheii Messung der Borsäurekonzentration sind an sich bekannte Geräte 9« und 9 b vor und hinter den loncntauschern vorgesehen. Ein Prozeßrechner 10 verwertet laufend deren Signale und steuert entsprechend eingegebener, von der vorgegebenen Lastzyklenfahrweise des Reaktors anhängiger Sollwerte. Durchfluß-Menge, -Zeit, Tempe^ratur des durchlaufender. Kühlwassers, was durch Wirkverbindungslinien zu den einzelnen Ventilen angedeutet ist.

Selbstverständlich sind zur Durchführung des Verfahrens auch noch andere Schaltungsmöglichkeiten der Borsäurespeicher möglich, so brauchen z.B.

nicht alle Borsäurespeicher gleichzeitig im Einsatz zu sein, auch können mit frischem Bor beladene Speicher in Reserve stehen, damit für die Einspeisung frischen Bors im Vergleich zu den beschriebenen Beispielen Zeit gespart werden kann. Weiter können die Borsaurespeicher beim Beladen und Entladen entweder nur von oben nach unten oder von unten nach oben durchströmt werden.

Auch eine Fahrweise in Reihenschaltung sämtlicher Borsaurespeicher ist möglich.

Bei Einsatz des Verfahrens für schwerwassergekühlte oder moderierte Kernreaktoren ergeben sich besondere Vorteile, da das bei üblicher chemischer Regeneration anfallende abgereicherte Schwerwasser entfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. \ erfahren zur Änderung der borsaurekonzentration im Primürkühhvasser von Kernreaktoren, wobei das Wasser durch Ionenaustauscher strömt, dadurch ecken η ζ e i c h η e t. daß eine Erniedriuune der Borsäurekonzeniration durch Einstellung der Wassertemperatur auf Π his 40 C vorgenommen wird, während eine Erhöhung der Borsäurekonzentration durch Einstellung der Wassertemperatur auf (Sf) hi·. ^CM) C vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Sirömungsrichtungen des Wassers durch die Ionenaustauscher für die Erniedrigung bzw. Erhöhung der Bovsäuvckonzctitration seaenl'a j"i>: einsestellt werden.