DE1639392C3 - Verfahren zur Änderung der Borsäurekonzentration im Primär-Kühlwasser von Kernreaktoren - Google Patents

Description

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

Die Einbringung von Borsäure in das Primärkühlwasser eines Kernreaktors hat sich als sehr vorteilhaft für die Kompensation der sogenannten Überschußreaktivität herausgestellt. Die Höhe der Borkonzentration muß je nach dem Betriebszustand des Reaktors einregi.Hert werden, insbesondere beim Lastwechsel des Kernreaktors müssen entsprechende Konzentrationsänderungen /orgen Ληΐηεη werden.

Es ist bekannt, eine Erniedrigung des Borsäuregehaltes durch Verdünnen des Primarkühlwassers 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 Patentschritt 696 294 bekannt, das abgezogene Primärkühlwasser in einer Destillationsanlage 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 and Strom«, Nov./Dez. 1967, S. 163 und 164 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zur Verringerung der Borsäurekonzentration Ionenaustauscher verwendet werden, die in bestimmten Zeitabständen regeneriert werden müssen. Zur Erhöhung der Borsäurekonzentration ist dabei stets die Zugabe frischer Borsäure notwendig.

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

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Erniedrigung der Borsäurekonzentration durch Einstellung der Wassertemperatur auf 0 bis 40° C vorgenommen wird, während eine Erhöhung der Borsäurekonzentration durch Einstellung der Wassertemperatur auf 60 bis 90⁰C vorgenommen wird. Damit ist es nunmehr möglich, die gesamte fflr die Kompensation der ReakjorUberscriußreaktivititt, also «ir die Reaktartrimmung, notwendige BorsBure in fanenaustauscherharzen zu speichern und die Konzentration im Wasser je nach dem Lastfiihrprogriunm zu regeln.

Der Vorteil dieses neuen Verfahrens liegt dann, daß durch die Temperatureinsteilung des durch den Ionenaustauscher laufenden Wassers die im Primärsystem befindliche Borsäure im Ionenaustauscher gespeichert wird, wogegen bei einer chemischen Regeneration eine Entfernung der Borsäure aus denn Kreislauf erfolgen müßte. Die Entstehung von radioaktivem Abfall wird somit auf ein Minimum reduziert.

In der Figur ist eine nach diesem Verfahren funktionierende Anlage zur Änderung der Borsäurekonzentration schematisch dargestellt. Sie ist an den Kernreaktor R angeschlossen und besteht zunächst aus den Wärmetauschern IA und IB und einer Kühlwasserentnahmevorrichtung 2 — an sich bekannter Konstruktion —, die die aus dem Primärkreisiauf 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·». Hernach gelangt es über die Ventile 51 bzw. 52 und die Pumpe 6 sowie den Wärmetauscher 1A wieder zurück in den Rpaktorkreislauf. Gestrichelt dargestellt ist ein Vorratsbehälter7 für Wasser von 60 bis 90° C sowie eine an sich bekannte Borsäureaufkonzentrierungseinrichtung 8, die über Ventile 71 bzw. 72 mit der Anlage verbunden sind.

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

1. Boniäurespeicherung bei La^c:.wechsel — die Borsäurekonzentration im Primärkreislauf des Reaktors soll erniedrigt werden: Das Primärkühlwasser verläßt den Kernreaktor R und wird in den Wärmetauschern 1 A und 1 B beispielsweise auf 60° C abgekühlt und gelangt alsdann in die Kühlwasserentnahmevorrichtung 2. Von dorl 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 1O⁰C abgekühlt wird. Von dort aus durchströmt das borsäuiehaltige Primärkühlwasser die Borsäurespeicher 5 von oben nach unten. Dabei wird die Borsäure an Ionenaustauschharzen 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 6O⁰C ab. Sollte diese Kühlung nicht ausreichen, so kann auch ein mit Fremdwasser gekühlter Wärmetauscher 1B im Bedarsfalle zugeschaltet werden.

2. Boruäurefreisetzung bei Lastwechs?l — das PrimärkUhlwasser soll mit Borsäure angereichert werden: Bis zum Mischbettfilter 3 bleibt der vorbeschriebene Strömurtgsweg unverändert. Nunmehr wird jedoch das Ventil 31 geschlossen und das Ventil 32 geöffnet, so daß das Wasser

die BorsHwrespeicher von unten nach oben ein Sperrsieb _{PnhrlßitunES8y8WH}, _B„,«„,p„„ ,.-

durchströmt. Durch das Wasser, das sich auf nicht in das ^K^lÄSS_un| mit Wasser er-

etner Temperatur beispielsweise von 60 bis P» ««^^βjP^TSu_e?Sisch nicht beschränkt.

90° C befindet, wird die gespeicherte Borsäure folgt, ^t die ^LeÄ«^a"£Ä ^{sich nanh dem}

_m den Austauscherharzen ausgewaschen. Aa- 5 Pas Volumen d«r 8orspeicn^er nw _8p(sichernden

schließend strömt das mit Borsäure angereicherte erforderlichen ^Ώ™?™™~ ^der Größenordnung von

Wasser Über das Ventil 51 sowie über die Hoch- Borsäuremenge und kann in «er

druckpumpei» und den Wärmetauscher SZ so- ID ra^s liegen. Ablauf dieser Verfahren

wie über die Hochdruckpumpe 6 und den War- Die Steuerung und der ™»* „ _wesenüi_chaen

metauscher IA wieder zurück in den Kernreak- ™ kann automatisiert werden, w _OTamjnenhang

t°^ri?· ^Elf^roent-^e U^ ^r R« einsSinet Zur kontinu-Borsäureentzug aus dem System: Es ist notwen- schematisch m der ^'^β _Β ^Γ ^urekonzentration sind an dig, nach einer gewissen Betriebszett, die infolge »erheben Messung^ «"JJJ\\ _{vor und} hinter den von Ne^tΓtίnenabsoφtion an Bor 10 abgerei- sich bekannte oeraiewe uu Prozeßrechner 10 cherte Borsäurelösung aus dem Priraärkreislauf i_S Ionentauscher^ .^^^„^ ^d _steuert entsprewenigstens zum Teil zu entfernen. Dazu werden verwertet laufend deren aigtw' _benen Lastzydie Borsäurespeicher 5 — wie bereits beschrie- chend ^emgpg^ebj^neV°t°,; _abhlneiger Sollwerte, ben — mit Borsäure beiaden. Dann wird vom klenfahrweise des «ST^SnJe^ur des durehlau-Vorratsbehä!ter7 heißes Wasser von beispiels- Durchfluß_:Menge, -ZeU, iemp _wirkverbind weise 70⁰C über das Ventil 71 von unten nach ao fender. Kuhlwassers, was _qutld■ . oben durch die Borsäurespeicher 5 geleitet und linien zu den einzelnen Ven^ ilen ^a"g™^ei _{d Ver}. über das Ventil 72 der Bonäureauflconzentrie- Selbstversandhch ^^^^Ά^^ rungseinrichtungS zugeführt. Auf diese Weise fahrens »^ch ^.f^^ Z brauchen z.B. wird abgereicherte Borsäure in der gewünschten der Borsaurespeicher ?»ogjicn, s. Menge dem Primärkreislauf entnommen, Bor- _a5 nicht ^^"^^^^^^ Speisäure mit natürlicher Isotopenzusammensetzung sein, auch können mit tnscnem «υ kann anschließend in analoger Weise in den nun- eher in Reserve stehen, damit iur mehr freien Borsäurespeicher 5 angelagert wer- sehen Bors im ^Ve^^le^"^^u ₁₍."„_i; den und steht somit innerhalb des Primärkreis- spielen Zeit " "^mr ""

laufes des Kernreaktors zum Einsatz bereit. 30 ^isfcure^uto be«n BJtotoiJ^ EnUa

Als Ionenaustauscher für die Borsäurespeicherung der nur von oben nach unten werden vorzugsweise stark basische Anionenaus'.au- oben durchströmt werden. _{hallung sä}mtli-

scherharze auf Polystyrolbasis (z.B. LewatitM500) Auch eine Fahrweise ■" *f^{menscnai s}

verwendet. Diese Harze können ohne Schwierigkei- ^J^^^vS^f^ schwerwassergeten mit hejßem Wasser ausgewaschen werden und 35 B« Einsatz des; νer ¹J?" ^ ^_{n sich}

werden in mit Borsäure beladenem Zustand erst ober- kühlte ^oder _v ^m?1?_p ^ne?_a das bei üblicher chemischer halb von 90⁰C zersetzt. Hinsichtlich der Behälter besondere Vorteile, da das J™^_chwerwasser für die Ionenaustauscher ist zu sagen, daß für die Regenerate anfallende abgereicherte .>cnwerwas Borspeicher oberhalb und unterhalb der Harzfüllung entfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 639 3913 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Änderung der

-. zentratfon im Primärkttblwasser von KernreaKtoren, wobei das Wasser durch Ionenaustauscher strömt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erniedrigung der Borsäurekonzentration durch Einstellung der Wassertemperatur auf 0 bis 40° C vorgenommen wird, während eine Er- m höhung der Porsäurekonzentration durch Einstellung der Wassertemperatur auf 60 bis 90° C vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtungen des Wassers durch die Ionenaustauscher für die Erniedrigung bzw. Erhöhung der Borsäurekonzentration gegenläufig eingestellt werden.