DE19701549C2 - Verfahren zur Rückkühlung eines von mit abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters zum Transport und/oder zur Lagerung der Brennelemente - Google Patents
Verfahren zur Rückkühlung eines von mit abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters zum Transport und/oder zur Lagerung der BrennelementeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückkühlung eines
von mit abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters zum
Transport und/oder zur Lagerung der Brennelemente, bei dem
Kühlwasser aus einem Wasserreservoir über eine Rückkühlein
richtung in den Behälter eingeführt wird und im Behälter
gebildeter Wasserdampf abgezogen und außerhalb des Be
hälters auskondensiert wird. - Transport- und/oder Lagerbe
hälter, die mit abgebrannten Brennelementen beladen werden,
erfahren üblicherweise eine mehr oder weniger starke Erwär
mung. Vor der weiteren Handhabung müssen diese Behälter
daher zunächst auf geringere Temperaturen abgekühlt werden.
Diese Abkühlung wird im Rahmen der Erfindung als Rück
kühlung bezeichnet.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art, von dem die
Erfindung ausgeht, ist aus DE 27 47 601 B1 bekannt. Um eine
Kühlung des Transportbehälters für Brennelemente zu er
reichen, wird bei diesem bekannten Verfahren ein Überdruck
in einem Kühlkreis und in dem zum Kühlkreis gehörenden
Transportbehälter verwirklicht. Auch die aus DE 31 06 753
C2 und DE 28 14 796 A1 bekannten Verfahren arbeiten mit
Kühlwasser zur Kühlung des Behälters und nach beiden
Verfahren wird in dem Behälter ein Überdruck erzeugt.
Auch bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren wird der
mit den bestrahlten Brennelementen beladene Behälter über
eine Rückkühleinrichtung kontinuierlich mit Kühlwasser
befüllt. Um die Abkühlung zu beschleunigen, muss der Be
hälter außerdem im Brennelement-Wasserbecken angeordnet
werden. Der aufgrund der hohen Temperaturen im Behälter
entstehende Wasserdampf bzw. die im Behälter entstehenden
Gase werden in der Regel aus dem Behälter mit Überdruck ab
geführt. Aufgrund der hierbei entstehenden hohen Dampf
drücke wird die angeschlossene Rückkühleinrichtung erheb
lichen thermischen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend
muss im Rahmen der bekannten Maßnahmen die Rückkühlein
richtung relativ aufwendig und voluminös ausgeführt sein.
Die Effektivität der Wärmeabfuhr lässt bei dem bekannten
Verfahren zu wünschen übrig. Dies ist unter anderem darauf
zurückzuführen, dass bei der kontinuierlichen Befüllung mit
Kühlwasser die dem Behälterinneren durch das Kühlwasser
entzogene Wärme zunächst auf die Behälterwände übertragen
wird, welche Behälterwände aber ebenfalls gekühlt werden
sollen. Im Ergebnis kann die Wärme nur langsam aus dem
Behälter abgeführt werden. Um für die Handhabung des
Behälters ausreichend niedrige Temperaturen zu erzielen,
muss weiterhin in aufwendiger Weise Kühlwasser über eine
bis auf den Behälterboden reichende Tauchlanze kontinuier
lich eingeführt werden. Außerdem können im Rahmen der be
kannten Maßnahmen anfallende Dämpfe und Gase nur durch
aufwendig gestaltete Einrichtung kontrolliert aufgefangen
bzw. abgefördert werden. - Im Ergebnis lassen alle bekann
ten Verfahren im Hinblick auf eine schnelle und effektive
Wärmeabfuhr aus dem Behälter zu wünschen übrig und diese
Verfahren sind zudem nur in aufwendiger Weise durchführbar.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem
zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzu
geben, mit dem auf verhältnismäßig einfache und wenig auf
wendige Weise die Behälter schnell und effektiv abgekühlt
werden können.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung
ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch
gekennzeichnet ist, dass der im Behälter gebildete Wasser
dampf kontinuierlich mittels einer gasfördernden Pumpein
richtung abgezogen wird und zwar derart, das stets ein
Unterdruck unterhalb von 1 bar im Behälter aufrechterhalten
wird. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird
der Behälter während der Rückkühlung bereits an seinem für
die Abfertigung vorgesehenen Lagerplatz angeordnet. Zweck
mäßigerweise wird das Brennelement-Wasserbecken des Reak
tors als Wasserreservoir eingesetzt und Kühlwasser aus
diesem Wasserbecken über die Rückkühleinrichtung in den
Behälter eingeführt. Vorzugsweise wird Kühlwasser mit einer
Temperatur von ungefähr 40°C in den Behälter eingeführt.
Bei dem Kühlwasser handelt es sich zweckmäßigerweise um
möglichst weitgehend entgastes Wasser. - Es versteht sich,
dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch
mehrere Behälter gleichzeitig der Rückkühlung unterworfen
werden können und an die Rückkühleinrichtung und/oder die
Pumpeinrichtung mehrere Behälter gleichzeitig angeschlossen
sind. Insoweit umfasst Patentanspruch 1 auch ein Verfahren
zur Rückkühlung mehrerer mit abgebrannten Brennelementen
beladener Behälter.
Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfin
dung besondere Bedeutung zukommt, wird eine für andere
Einsatzzwecke bereits vorhandene Pumpeinrichtung zur Erzeu
gung des Unterdrucks und zum Abziehen des Wasserdampfes
eingesetzt. Vorzugsweise wird eine zum Zwecke der Trocknung
der Behälter ohnehin vorhandene Pumpeinrichtung zur Erzeu
gung des Unterdrucks und zum Abziehen des Wasserdampfes
eingesetzt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine
als Unterdruckquelle dienende Pumpeinrichtung, die im
Rahmen einer aus DE-PS 32 00 331 bekannten Befüllanlage für
Transport- und/oder Lagerbehälter mit radioaktiven Abfall
stoffen zur Trocknung bzw. Vakuumtrocknung der radioaktiven
Abfallstoffe eingesetzt wird.
Vorzugsweise wird vor und während des Rückkühlvorganges ein
Unterdruck in dem Behälter erzeugt. Zweckmäßigerweise wird
der Druck in dem Behälter gesteuert und/oder geregelt, und
zwar so, dass der Druck im Behälter während des gesamten
Rückkühlvorgangs unterhalb von 1 bar liegt. Nach bevorzug
ter Ausführungsform der Erfindung beträgt der Druck bzw.
Dampfdruck im Behälter zwischen 0,1 und 0,4 bar, bevorzugt
zwischen 0,1 und 0,3 bar. Es versteht sich, dass außer dem
in dem Behälter gebildeten Wasserdampf auch alle anderen in
dem Behälter vorhandenen bzw. gebildeten Gase über die
Pumpeinrichtung abgezogen werden.
Vorzugsweise wird der aus dem Behälter abgezogene Wasser
dampf mit Hilfe des Kühlwassers aus dem Wasserreservoir
auskondensiert. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfin
dung, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zu
kommt, wird der Wasserdampf in einem Mischkondensator aus
kondensiert. Mischkondensator meint eine Einrichtung, bei
der der zu kondensierende Wasserdampf mit dem Kühlwasser
gleichsam vermischt wird. Vorzugsweise wird der Wasserdampf
in dem Mischkondensator im Gegenstrom zu dem Kühlwasser
geführt. Zweckmäßigerweise wird der auskondensierte Wasser
dampf dem Wasserreservoir und/oder dem Behälter wieder
zugeführt. Nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung wird der kondensierte und mit
dem Kühlwasser vermischte Wasserdampf dem Wasserreservoir und
dem Behälter als Kühlwasser wieder zugeführt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine beson
ders effektive und schnelle Kühlung eines mit Brennelementen
beladenen Behälters erreicht werden kann, wenn in dem Behäl
ter ein Unterdruck erzeugt wird und hierdurch der in dem
Behälter entstehende Wasserdampf gleichsam kontinuierlich
abgepumpt wird. Hierdurch findet in einem relativ kurzen
Zeitraum eine überraschend hohe Wärmeabfuhr statt, indem
durch Erzeugung des Unterdruckes die Verdampfungswärme
gleichsam unmittelbar abtransportiert wird und der Behälter
dadurch gekühlt wird. Der Kühlvorgang wird ohne wesentliche
Verzögerungen zunächst am Boden des Behälters in Gang gesetzt
und erfaßt mit kontinuierlich steigendem Wasserstand
allmählich alle Bereiche der Behälterwände und der in dem
Behälter angeordneten Gegenstände. Zwischen dem Kühlwasser
und den zu kühlenden Oberflächen stellt sich verhältnismäßig
schnell ein weitgehender Temperaturausgleich ein. Im Ergebnis
wird eine sehr schnelle und effektive Kühlung des Behälters
mit verhältnismäßig wenig aufwendigen Mitteln erreicht.
Gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik ergibt
sich zudem der Vorteil, daß der Behälter zur Kühlung nicht im
Brennelement-Wasserbecken des Reaktors angeordnet werden muß,
sondern aufgrund der im Rahmen der Erfindung erzielten
effektiven Kühlung bereits an seinem für die Abfertigung
vorgesehenen Platz angeordnet sein kann. Ein mit
Brennelementen mit maximaler Nachzerfallsleistung beladener
üblicher Transport- und/oder Lagerbehälter kann mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren in etwa 10 Stunden auf Temperatu
ren von 60°C abgekühlt werden. Anschließend sind keine wei
teren Rückkühlungsmaßnahmen mehr erforderlich. - Der Erfin
dung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, daß im Rah
men des erfindungsgemäßen Verfahrens eine ohnehin bereits
vorhandene Pumpeinrichtung, die insbesondere zur Trocknung
der Behälter verwendet wird, zur Erzeugung des Unterdrucks
eingesetzt werden kann. Diese Ausführungsform des Verfahrens
zeichnet sich durch Einfachheit und geringen Aufwand aus. Mit
der bereits vorhandenen Pumpeinrichtung kann ohne aufwendige
Anpassungsmaßnahmen das erfindungsgemäße Verfahren erfolg
reich durchgeführt werden.
Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Mög
lichkeiten der weiteren Ausführung und Gestaltung. Vorzugs
weise wird der Rückkühlvorgang über die Geschwindigkeit der
Kühlwassereinführung in den Behälter und/oder die Einstellung
des mit der Pumpeinrichtung erzeugten Unterdruckes gesteuert
und/oder geregelt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand
einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeich
nung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
Fig. 1 Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens,
Fig. 2 die Temperatur verschiedener Behälterbereiche als
Funktion der Zeit für das weiter unten erläuterte
Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 die Temperatur der Brennelemente als Funktion der
Zeit,
Fig. 4 den Dampfdruck in dem Behälter als Funktion der
Zeit,
Fig. 5 den Füllstand des Kühlwassers in dem Behälter als
Funktion der Zeit.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückkühlung eines von mit
abgebrannten Brennelementen beladenen Behälters 1 zum
Transport und/oder zur Lagerung der Brennelemente, darge
stellt. Kühlwasser wird aus einem Wasserreservoir 2, das im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 das Brennelement-Wasserbecken
des Reaktors ist, über eine Rückkühleinrichtung 3 in den
Behälter 1 über die Zuführungsleitung 4 kontinuierlich einge
führt. Bereits vor Einführung des Kühlwassers wird mittels
der gasfördernden Pumpeinrichtung 5 der Behälter 1 und die
Rückkühleinrichtung 3 über die Abführleitung 6 und die Ver
bindungsleitung 7 evakuiert, so daß zunächst noch im Behälter
vorhandene Gase abgepumpt werden. Im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 wird eine ohnehin vorhandene Pumpeinrichtung 5 einge
setzt, die bereits für die Trocknung des Behälters 1 einge
setzt wurde. Vorzugsweise weist die Pumpeinrichtung 5 zwei
nicht dargestellte Drehschieberpumpen zur Erzeugung des
Unterdruckes auf. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist
lediglich ein Behälter 1 der Einfachheit halber dargestellt.
Es versteht sich, daß auch eine Mehrzahl von beispielsweise
nebeneinander angeordneten Behältern 1 an die Rückkühlein
richtung 3 bzw. die Pumpeinrichtung 5 angeschlossen werden
können. Der oder die Behälter können an einem für die Abfer
tigung bzw. den Weitertransport der Behälter bestimmten Platz
angeordnet werden und müssen im Gegensatz den eingangs
geschilderten bekannten Maßnahmen zur Kühlung nicht in dem
Wasserreservoir 2 bzw. Brennelement-Wasserbecken des Reaktors
aufgestellt werden.
Während der Einführung des Kühlwassers über die Zuführungs
leitung 4 in den Behälter 1 wird weiterhin mittels der
Pumpeinrichtung 5 ein Unterdruck in dem Behälter 1 und der
Rückkühleinrichtung 3 erzeugt. Dabei wird der in dem
erwärmten Behälter 1 gebildete Wasserdampf kontinuierlich
abgezogen. Es versteht sich, daß auch andere in dem Behälter
1 gebildete Gase gleichzeitig abgezogen werden. Der
Wasserdampf wird in dem als Gegenstrom-Mischkondensator
ausgebildeten Kondensator 8 mit Hilfe des Kühlwassers aus dem
Wasserreservoir 2 auskondensiert. Hierzu wird der über die
Abführleitung 6 in den Kondensator 8 eingeleitete Wasserdampf
im Gegenstrom zu dem über die Kühlwasserleitung 9 in den
Kondensator 8 eingeführten Kühlwasser geführt. Das Kühlwasser
wird dem Kondensator 8 über eine Kühlwasserpumpe 10 aus dem
Wasserreservoir 2 zugeführt. Das mit dem auskondensierten
Wasserdampf vermischte Kühlwasser wird nach dem Austritt aus
dem Kondensator 8 über die Förderpumpe 11 in einem ersten
Teilstrom über die Zuführleitung 4 dem Behälter 1 zugeführt.
Ein zweiter Teilstrom des mit dem kondensierten Wasserdampf
vermischten Kühlwassers wird in das Wasserreservoir 2
zurückgeführt. Der Behälter 1 füllt sich während des
Rückkühlvorganges allmählich mit Kühlwasser. Aus dem Behälter
1 abgezogene Gase und eventuell in dem Kondensator 8 nicht
kondensierter Wasserdampf werden über die Verbindungsleitung
7 mit der Pumpeinrichtung 5 aus dem Kondensator 8 abgezogen.
Dabei wird das Gasgemisch über einen Nachkondensator 12
geführt, um in dem Gasgemisch verbliebenen Wasserdampf zu
kondensieren, da die Pumpeinrichtung in der Regel nur eine
begrenzte Dampfverträglichkeit aufweist. In einem der
Pumpeinrichtung 5 nachgeschalteten Emissionskondensator 13
werden noch vorhandene Dampfanteile auskondensiert und die
abgezogenen Gase mit eventuell noch verbleibenden
Dampfanteilen über die Abluftleitung 14 einem Abluftsystem
zugeführt. - Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit der in Fig. 1 darge
stellten und oben erläuterten Vorrichtung durchgeführt. Es
wurde ein mit maximaler Nachzerfallsleistung von 21 kW bela
dener üblicher Behälter zum Transport von bestrahlten
Brennelementen eingesetzt. Kühlwasser wurde mit einer Tempe
ratur von 40°C in einer Menge von 20 l/min in den Behälter
eingeführt. Die Umgebungstemperatur betrug 27°C. Das für die
Aufnahme des Kühlwassers zur Verfügung stehende freie Volumen
des Behälters wies einen Wert von 4,4 m3 auf. Die für den
Kontakt mit dem Kühlwasser zur Verfügung stehende freie
Fläche im Behälter betrug 1,32 m2. In Fig. 2 ist der Tempera
turverlauf während des Rückkühlvorgangs über einen Zeitraum
von 9 Stunden dargestellt. Die ausgezogene Kurve A gibt den
Temperaturverlauf für den Primärdeckel des Behälters, die
gestrichelte Kurve B den Temperaturverlauf für die Behälter
wandung und die strichpunktierte Kurve C den Temperaturver
lauf für den Behälterboden in dem genannten Zeitraum wieder.
Es ist erkennbar, daß in etwa 10 Stunden eine Abkühlung des
Behälters auf eine Temperatur um etwa 60°C erzielt werden
kann. Fig. 3 zeigt den Temperaturverlauf der Brennelemente
für die ersten drei Stunden der Rückkühlung. In Fig. 4 ist
der Dampfdruck in dem Behälter in den ersten drei Stunden der
Rückkühlung dargestellt. Im Behälter wurde stets ein Druck
unterhalb von 1 bar und somit ein Unterdruck aufrechterhal
ten. Das Maximum der Kurve gemäß Fig. 4 liegt knapp unterhalb
1 bar. Zu dem entsprechenden Zeitpunkt war die Abführleitung
6 des Behälters 1 vorübergehend geschlossen. In Fig. 5 zeigt
die ausgezogene Kurve den Füllstand des Behälters mit Kühl
wasser über den Zeitraum von 9 Stunden. - Im Ergebnis wird
eine verhältnismäßig schnelle und effektive Abkühlung des
Behälters erzielt. Zusätzliche Nachkühlmaßnahmen sind nicht
erforderlich und der Behälter steht für die weitere Handha
bung bzw. den Weitertransport zur Verfügung.
Claims (5)
1. Verfahren zur Rückkühlung eines von mit abgebrannten
Brennelementen beladenen Behälters zum Transport und/oder
zur Lagerung der Brennelemente,
bei dem Kühlwasser aus einem Wasserreservoir über eine Rückkühleinrichtung in den Behälter eingeführt wird und im Behälter gebildeter Wasserdampf abgezogen und außerhalb des Behälters auskondensiert wird, dadurch gekenn zeichnet,
dass der im Behälter gebildete Wasserdampf kontinuierlich mittels einer gasfördernden Pumpeinrichtung abgezogen wird und zwar derart, dass stets ein Unterdruck unterhalb von 1 bar im Behälter aufrechterhalten wird.
bei dem Kühlwasser aus einem Wasserreservoir über eine Rückkühleinrichtung in den Behälter eingeführt wird und im Behälter gebildeter Wasserdampf abgezogen und außerhalb des Behälters auskondensiert wird, dadurch gekenn zeichnet,
dass der im Behälter gebildete Wasserdampf kontinuierlich mittels einer gasfördernden Pumpeinrichtung abgezogen wird und zwar derart, dass stets ein Unterdruck unterhalb von 1 bar im Behälter aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine, vorzugsweise zum Zwecke der Trocknung des Behälters,
bereits vorhandene Pumpeinrichtung zur Erzeugung des Unter
druckes und zum Abziehen des Wasserdampfes eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Wasserdampf mit Hilfe des Kühl
wassers aus dem Wasserreservoir in einem Mischkondensator
auskondensiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasserdampf in dem Mischkondensator im Gegenstrom zu
dem Kühlwasser geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der auskondensierte Wasserdampf dem
Wasserreservoir und/oder dem Behälter wieder zugeführt
wird.
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