DE3600358A1

DE3600358A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von wasserhaltigem maschinenoel aus kernkraftanlagen

Info

Publication number: DE3600358A1
Application number: DE19863600358
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Kupfer
Original assignee: MTT METALLTRENNTECHNIK fur NU
Current assignee: MTT METALLTRENNTECHNIK fur NU
Priority date: 1986-01-09
Filing date: 1986-01-09
Publication date: 1987-07-16
Also published as: DE3600358C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von wasserhaltigem Maschinenöl, das in mit Kernkraft betriebenen Anlagen mit in Wasser gelösten Substanzen und/oder in Wasser hydratisiert enthaltenen Partikeln verunreinigt wurde, durch Wasserentzug.

Solches Maschinenöl ist mit radioaktiven Teilchen verunreinigt, die durch Undichtigkeiten der Anlage mit Wasser in das Maschinenöl gelangt sind.

Man hat zur Entsorgung von so verunreinigtem Maschinenöl dieses mit Schwefelsäure gewaschen, um dadurch das Wasser zu entziehen. Dabei gehen die nicht im Wasser gelösten radioaktiven Teilchen in die Lösung und werden mit den bereits im Wasser in Lösung befindlichen Verunreinigungen ausgewaschen. Die Schwefelsäure wird dann mit Natronlauge neutralisiert und die neutrale Flüssigkeit wird eingeengt. Das ist ein großer Aufwand an eingesetzter Schwefelsäure und Natronlauge und Energie zum Eindampfen. Man erhält eine große Menge radioaktiv verseuchtes Salz.

Das auf diese Weise behandelte Maschinenöl ist, wenn man nicht ganz unerhörten Aufwand treiben will, nicht so rein, daß man es in der Anlage wieder als Maschinenöl verwenden kann, es wird in der Regel unter sehr großen Kostenfolgen in speziellen Verbrennungsanlagen verbrannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß möglichst wenig zu entsorgender Abfall entsteht, möglichst wenig Hilfsmaterialien und Energie eingesetzt werden müssen und das gereinigte Maschinenöl möglichst widerverwendbar ist oder an konventionelle Industrie abgegeben werden kann.

Das erfinderische Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das einen Restwassergehalt von 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent enthaltende Maschinenöl mit großem Oberflächenkontakt mit wasseradsorbierendem Adsorptionsmaterial in Kontakt gebracht wird, bis der Restwassergehalt auf mindestens 5 ppm reduziert ist, und daß dabei auch die gelösten und hydratisierten Verunreinigungen an dem Adsorptionsmaterial adsorbiert werden und mit dem Adsorptionsmaterial und dem adsorbierten Wasser von dem Maschinenöl entfernt werden.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß die strahlenden Bestandteile des verunreinigten Maschinenöls sich hauptsächlich in dem Restwassergehalt des Maschinenöls befinden, weil sie als Begleitsubstanzen von Wasser in das Maschinenöl gelangt sind. Sie sind in diesem Wasser entweder gelöst oder als kolloiddisperse Phase vorhanden und werden deshalb zwangsläufig mit dem Restwasser auf dem Adsorptionsmaterial adsorbiert. Grobdisperse radioaktive Verunreinigungen werden durch Papierfilter (5 µ) beseitig. Außer dem Adsorptionsmaterial beziehungsweise zugehörigen Filterpatronen benötigt man keine Hilfsmaterialien.

Als Abfall fällt nur das gefüllte Adsorptionsmaterial beziehungsweise das zugehörige Filtermaterial mit einer zugehörigen Filterpatrone als radioaktiver Abfall an, aus dem man im übrigen sehr leicht durch Verdampfen das adsorbierte Restwasser entfernen kann. Dabei handelt es sich im Verhältnis zu der bei dem bekannten Verfahren einzudampfenden, neutralisierten Schwefelsäure um verschwindend kleine Volumina.

Wenn das zu reinigende Maschinenöl einen höheren Wassergehalt hat als den gewünschten Restwassergehalt, empfiehlt es sich, um die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmaterials möglichst auszunutzen, den Wassergehalt auf den gewünschten Restwassergehalt durch fraktioniertes Eindampfen zu reduzieren.

Man kann das Adsorptionsmaterial in das Maschinenöl eintauchen oder mit dem Maschinenöl vermischen und anschließend entfernen. Einfacher, weil im Durchlaufverfahren zu betreiben, ist es aber, wenn das Maschinenöl zur Entfernung des Restwassergehaltes durch ein Filter aus Adsorptionsmaterial getrieben wird.

Im allgemeinen ist die radioaktive Belastung des in Kernkraftanlagen verunreinigten Maschinenöls so gering, daß besondere Schutzmaßnahmen nicht erforderlich sind. Im Adsorptionsmaterial dagegen reichert sich die Radioaktivität an, so daß Schutzmaßnahmen erforderlich sind. Dazu genügt es aber, das Filter für sich allein nach außen gegen Kernstrahlen abzuschirmen.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung mit einem Filter zum Reinigen von wasserhaltigem, verunreinigten Maschinenöl mit einer Filterpatrone, die in einem flüssigkeitsdicht geschlossenen, öffenbaren Filtergehäuse bei geöffnetem Filtergehäuse austauschbar untergebracht ist und deren Filtermaterial wasseradsorbierend ist, mit einem in das Filtergehäuse mündenden Zulauf und Ablauf für das Maschinenöl und bei dem die Filterpatrone bei geschlossenem Filtergehäuse sich in ihrer Funktionsstellung befindet und in dieser abgedichtet mit dem Filtermaterial durchströmbar in der Strömung zwischen Zulauf und Ablauf angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art so auszugestalten, daß sie zur Durchführung des eingangs beschriebenen Verfahrens geeignet ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zur Behandlung von Maschinenöl, das in mit Kernkraft betriebenen Analgen verunreinigt wurde, das Filtergehäuse kernstrahlenabschirmend ausgebildet ist.

Eine ausgebrauchte Filterpatrone ist radioaktiv und muß entsprechend geschützt behandelt werden. Einen Austausch einer verbrauchten Filterpatrone gegen eine neue Filterpatrone unter gleichzeitiger Abschirmung des gesamten Vorganges nach außen zu ermöglichen, dienen Weiterbildungen, die Gegenstand der Ansprüche 6 bis 8 sind.

Man kann in einer mit Kernkraft betriebenen Anlage das Maschinenöl von Zeit zu Zeit herausnehmen und nach dem beschriebenen Verfahren mit dem beschriebenen Filter reinigen. Man kann es aber auch während des Betriebes umwälzen und dabei ständig durch ein solches Filter treiben. Durch die besondere, kernstrahlenabschirmende Ausgestaltung des Filtergehäuses kann das Filter auch in Anlagebereichen eingesetzt werden, die nicht besonders gesichert sind. In einem solchen Fall empfiehlt es sich jedoch, dem Filter ein Grobfilter, gegebenenfalls einen Verdampfer vorzuordnen, um einen erhöhten Wassergehalt durch Eindampfen auf den gewünschten Restwassergehalt zu reduzieren. Entsprechende Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 9 und 10.

Als adsorbierendes Filtermaterial kommen wasseradsorbierende Zellulose und wasseradsorbierende Zeolithe in Frage. Die Wasseradsorbierenden Materialien werden in der Filterpatrone zweckmäßig unmittelbar stromabwärts eines Filterpapiers oder eines anderen stabilen Filtermaterials angeordnet und gegebenenfalls mit einem Stützsieb abgestützt. Es empfiehlt sich, das wasseradsorbierende Filtermaterial auch auf der strömungsabwärtigen Seite mit Filterpapier oder einem anderen stabilen Filtermaterial zu hinterlegen, um sicherzustellen, daß keine Teilchen des wasseradsorbierenden Filtermaterials von der gereinigten Ölströmung mitgerissen werden.

Beispiel 1

Maschinenöl, das in einer mit Kernkraft betriebenen Anlage mit radioaktiven Substanzen verunreinigt wurde, hat einen Wassergehalt von 1 Gewichtsprozent. 10 l (Liter) solch verunreinigtes Maschinenöl werden zunächst mit einem Papierfilter mit einer Durchlaßgröße von 5 µ grob gereinigt. Dann wird der Wassergehalt durch Eindampfen in einem Unterdruck von maximal 600 Torr und bei einer Temperatur von 80°C (Grad Celsius) auf 0,2 Gewichtsprozent Restwassergehalt eingestellt.

Dann wird das Maschinenöl durch eine Filterpatrone getrieben, die mit 40 g (Gramm) wasseradsorbierender Zellulose gefüllt ist. Die radioaktive Verschmutzung vor und nach der Behandlung ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle. Das mit dem Restwassergehalt gefüllte Adsorptionsmaterial wird durch Eindampfen bei 80 Torr und 90°C getrocknet.

Tabelle zum Beispiel 1

A = Ausgangsmaterial verunreinigtes Maschinenöl
B = Öl nach Papierfilter
C = fertig gereinigtes Maschinenöl
* = Die Aktivität ist auf 1 m³

Öl bezogen
- = unter der Nachweisgrenze

Weiter wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 im Querschnitt ein in eine mit Kernkraft betriebene Anlage eingebautes Filter,

Fig. 2 den Schnitt II aus Fig. 1,

Fig. 3 das Filter aus Fig. 1 mit angesetztem Auffangbehälter für verbrauchte Filterpatronen und angesetztem Vorratsbehälter für eine neue Filterpatrone, bereit zum Auswechseln der Filterpatrone,

Fig. 4 eine Filterpatrone perspektivisch,

Fig. 5 den Schnitt V aus Fig. 4, und

Fig. 6 ein Schaltbild mit integriertem Filter.

In der Zeichnung ist mit 1 ein quaderförmiges Filtergehäuse bezeichnet, dessen Wände sämtlichst aus kernstrahlenabschirmendem Material bestehen, zum Beispiel aus einer Schicht Plexiglas und einer Schicht Stahl. Das Gehäuse 1 besteht aus zwei Gehäuseschalen 3 und 4, zwischen die eine rechteckige, flache Filterpatrone 5 eingesetzt ist. Die Filterpatrone 5 weist, wie besonders gut aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, einen rechteckigen Kunstoffrahmen 6 auf, der zwischen den beiden Gehäuseschalen 3 und 4 unter Zwischenlage von je zwei Abdichtringen 7 und 8 in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Funktionsstellung des geschlossenen Gehäuses flüssigkeitsdicht eingesetzt ist. Der Rahmen 6 ist außen am Gehäuse 1 durch aufgedeckte Abschirmungen abgedeckt. Die Abschirmungen 10 und 11 entlang der Seitenwände sind an der Gehäuseschale 3 befestigt, die Abschirmungen 12 und 13 entlang der Deck- und der Bodenwand sind in nicht dargestellten Führungen in die in Fig. 1 gezeichnete gestrichelte Stellung verschieblich, in der sie den Rahmen 6 nach außen freigeben. In die Gehäuseschale 3 mündet ein Zuflußstutzen 15. Von der Gehäuseschale 4 geht ein Abflußstutzen 16 aus, der zu einem Teil aus einem Faltenbalg 17 besteht und dadurch in Richtung der Stutzenachse 18 stauchfähig ist.

Die vom Rahmen 6 umgebene Filteröffnung 20 ist mit Filtermaterial 21 ausgekleidet. Als Filtermaterial ist vorgesehen ein Papierfaltenfilter 22, ein Lochblech 23, ein weiteres Papierfaltenfilter 24 und wasseradsorbierendes Filtermedium 26 vorzugsweise aus Zellulose oder Zeolith, das in einen zwischen dem Lochblech 23 und dem Papierfaltenfilter 24 ausgesparten Zwischenraum einfüllt ist und diesen vollständig ausfüllt. Das Papierfaltenfilter 22, das Lochblech 23 und das Papierfaltenfilter 24 sind ringsherum in den Kunststoff des Rahmens 6 eingegossen und mithin an ihrem ganzen Rand mit dem Rahmen dicht verbunden.

Das durch den Zulaufstutzen 15 in das Gehäuseinnere einströmende verschmutzte Maschinenöl muß, um zum Abflußstutzen 16 zu gelangen, das Filtermaterial 21 passieren und wird dabei im Papierfaltenfilter 24 zunächst grob gefiltert, dann in dem Filtermedium 26 entwässert, wobei sich die radioaktiven Verunreinigungen durch Adsorption niederschlagen, und passiert dann das Lochblech 23 und das Papierfaltenfilter 22. Das Papierfaltenfilter 22, das Lochblech 23 und das Papierfaltenfilter 24 dienen dazu, das Filtermedium 26 zu halten und auch daran zu hindern, mit dem Öl wegzuschwimmen. Die Durchströmrichtung ist durch den Pfeil 28 angezeigt.

Zum Auswechseln einer gefüllten Filterpatrone wird der mit einer neuen Filterpatrone gefüllte Vorratsbehälter 30 auf das geschlossene Filtergehäuse 1 gesetzt und unten am Filtergehäuse 1 wird ein Auffangbehälter 31 für die verschmutzte Filterpatrone angeschlossen. Der Auffangbehälter 31 weist oben eine Einwurföffnung 32 auf, durch die eine einzelne Filterpatrone hindurchpaßt, und ist im übrigen an seinem ganzen Umfang mit einer gegen Kernstrahlen abschirmenden Wandung 33 ausgestattet. Die beiden Abschirmungen 12 und 13 sind zum Ansetzen des Vorratsbehälters 30 und des Auffangbehälters 31, wie aus Fig. 3 ersichtlich, zur Seite geschoben und die Gehäuseschale 4 ist um ein kleines Stück in Pfeilrichtung 28 gegenüber der Gehäuseschale 3 verschoben.

Das Filtergehäuse 1 befindet sich nun in Bereitstellung zum Auswechseln einer Filterpatrone. In dieser Bereitstellung ist die Filterpatrone 5 nicht mehr mit ihrem Rand zwischen den Gehäuseschalen 3 und 4 abgedichtet verklemmt, sondern hängt lose zwischen den Gehäuseschalen in zwei an den Gehäuseschalen befestigten Blattfedern 34 und 35.

Die durch die zur Seite geschobene Abschirmung 13 entstandene Ausführungsöffnung 36 fluchtet mit der Einwurföffnung 32. Die beiden Öffnungen 36 und 32 sind so bemessen, daß die Filterpatrone 5 hindurchgeschoben werden kann.

In dem Vorratsbehälter 30 befindet sich eine neue Filterpatrone 38, die genauso ausgebildet ist wie die verschmutzte Filterpatrone 5 und in der dargestellten Stellung in Flucht über dieser steht. Der Vorratsbehälter 30 hat eine Abgabeöffnung 39, die über einer durch Beiseiteschieben der Filteröffnung 20 entstandenen Einführungsöffnung 40 des Filtergehäuses 1 fluchtet. Die beiden Öffnungen 39 und 40 sind so bemessen, daß die Filterpatrone 38 da hindurchpaßt.

Im Vorratsbehälter 30 ist ein Stempel 41, der von außen betätigbar ist, verschieblich gelagert, mit dem die Filterpatrone 38 in Pfeilrichtung nach unten getrieben werden kann, bis sie in die Bereitstellung der Filterpatrone 5 gelangt und dabei die Filterpatrone 5 in den Auffangbehälter 31 auswirft. Ist das geschehen, dann wird das Gehäuse 1 wieder geschlossen, wodurch die in Bereitstellung befindliche neue Filterpatrone in Funktionsstellung gerät, in der sie zwischen den beiden Gehäuseschalen 3 und 4 abgedichtet eingespannt ist. Der Vorratsbehälter 30 und der Auffangbehälter 31 werden abgenommen und dabei werden gleichzeitig die Abschirmungen 12 und 13 in ihre in Fig. 1 gezeichnete Stellung verschoben. Das Filter ist nun wieder funktionsbereit. Der Auffangbehälter 31 wird durch einen gegen Kernstrahlen abschirmenden gemäß Fig. 3 zur Seite geschobenen Schiebedeckel 42 verschlossen. Der Vorratsbehälter 30 und der Auffangbehälter 31 werden fortgeräumt.

Das in Austauschstellung gemäß Fig. 3 befindliche Filtergehäuse weist außer der Einführungsöffnung 40 und der Ausführungsöffnung 36 keine weitere, die Kernstrahlenabschirmung unterbrechende Öffnung auf. Diese Öffnungen sind bei Betrieb durch die Abschirmungen 12 und 13 verschlossen und abgeschirmt.

In der in Fig. 3 dargestellten Austauschstellung ist die Einführungsöffnung 40 durch den Vorratsbehälter 30 und die Ausführungsöffnung 36 durch den Auffangbehälter 31 gegen Kernstrahlen nach außen abgeschirmt. Die Wände des Vorratsbehälters 30 und des Auffangbehälters 31 bestehen ringsherum aus kernstrahlenabschirmendem Material, zum Beispiel einer Schicht Plexiglas und einer Schicht Stahl. In entsprechender Weise ist auch der Schiebedeckel 42 abschirmend ausgebildet, ebenso wie die Abschirmungen 10 bis 13, die aus kernstrahlenabschirmendem Material bestehen.

Das Filter nach Fig. 1 kann, wie für das Filter 49 in Fig. 6 dargestellt, in eine Reinigungsanlage 43 für verschmutztes Maschinenöl integriert werden. Dem Filter 49 ist dann ein Vorverdampfer 44 vorgeordnet, der mit einem Wasserableiter 45 ausgestattet ist. Außerdem ist ein Grobfilter 46 vorgeordnet. Eine solche Reinigungsanlage 43 kann für sich betrieben werden. Dann wird gemäß Pfeil 50 das verunreinigte Maschinenöl zugeführt und gemäß Pfeil 51 das gereinigte Maschinenöl abgeführt. Eine solche Anlage kann aber auch, wie in Fig. 6 dargestellt, in das Leitungsnetz 48 einer mit Kernkraft betriebenen Anlage 47 eingesetzt sein. Dann fließt das Maschinenöl gemäß Pfeil 52 in dem Leitungsnetz im Kreis.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von wasserhaltigem Maschinenöl, das in mit Kernkraft betriebenen Anlagen mit in Wasser gelösten Substanzen und/oder in Wasser hydratisiert enthaltenen Partikel verunreinigt wurde, durch Wasserentzug, dadurch gekennzeichnet,
daß das einen Restwassergehalt von 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent enthaltende Maschinenöl mit großem Oberflächenkontakt mit wasseradsorbierendem Adsorptionsmaterial in Kontakt gebracht wird, bis der Restwassergehalt auf mindestens 5 ppm reduziert ist, und
daß dabei auch die gelösten und hydratisierten Verunreinigungen an dem Adsorptionsmaterial adsorbiert werden und mit dem Adsorptionsmaterial und dem adsorbierten Wasser von dem Maschinenöl entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Maschinenöl gegebenenfalls durch fraktioniertes Eindampfen auf einen Restwassergehalt von 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenöl zur Entfernung des Restwassergehaltes durch einen Filter aus Adsorptionsmaterial getrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter für sich nach außen gegen Kernstrahlen abgeschirmt wird.

5. Vorrichtung mit einem Filter zum Reinigen von wasserhaltigem, verunreinigten Maschinenöl,
mit einer Filterpatrone, die in einem flüssigkeitsdicht geschlossenen, öffenbaren Filtergehäuse bei geöffnetem Filtergehäuse austauschbar untergebracht ist und deren Filtermaterial wasseradsorbierend ist,
mit einem in das Filtergehäuse mündenden Zulauf und Ablauf für das Maschinenöl und
bei dem die Filterpatrone bei geschlossenem Filtergehäuse sich in ihrer Funktionsstellung befindet und in dieser abgedichtet, mit dem Filtermaterial durchströmbar in der Strömung zwischen Zulauf und Ablauf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Behandlung von Maschinenöl, das in mit Kernkraft betriebenen Anlagen verunreinigt wurde, das Filtergehäuse (1) kernstrahlenabschirmend ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Filtergehäuse (1) teilweise öffenbar ist in eine Austauschstellung, in der die Filterpatrone (5) austauschbar ist,
daß in Austauschstellung des Filtergehäuses eine Einführungsöffnung (40) und dieser gegenüber eine Ausführungsöffnung (36) jeweils passend für eine durchzuführende Filterpatrone (5) entsteht,
daß das in Austauschstellung befindliche Filtergehäuse außer der Einführungsöffnung und der Ausführungsöffnung keine weitere, die Kernstrahlenabschirmung unterbrechende Öffnung aufweist, und
daß in Austauschstellung des Filtergehäuses eine sich im Filtergehäuse befindende Filterpatrone (5) in Bereitstellung arretiert ist, die beim Schließen des Filtergehäuses in ihre Funktionsstellung gerät und umgekehrt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Auffangbehälter (31) für verbrauchte Filterpatronen (5) vorgesehen ist,
daß der Auffangbehälter eine Einwurföffnung (32) aufweist, durch den eine einzelne Filterpatrone (5) in den Auffangbehälter einführbar ist,
daß der Auffangbehälter gegen Kernstrahlen abschirmend ausgebildet ist,
daß die Einwurföffnung (32) mit einem gegen Kernstrahlen abschirmenden Deckel (42) verschließbar ist,
daß der Auffangbehälter mit seiner Einwurföffnung bei geöffneter Einwurföffnung in die in Bereitstellung des Filtergehäuses (1) entstehende Ausführungsöffnung (36) des Filtergehäuses gegen Kernstrahlen nach außen abgeschirmt anschließbar ist, und
daß eine verbrauchte Filterpatrone (5) bei in Bereitstellung befindlichem Filtergehäuse und angeschlossener Einwurföffnung aus ihrer Bereitstellung innerhalb des Filtergehäuses in den Auffangbehälter verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Vorratsbehälter (30) für eine neue Filterpatrone (38) vorgesehen ist, der eine Abgabeöffnung (39) aufweist und mit dieser Abgabeöffnung an die bei in Bereitstellung befindlichem Filtergehäuse (1) entstehende Einführungsöffnung (40) anschließbar ist,
daß bei an die Einführungsöffnung des Filtergehäuses angeschlossender Abgabeöffnung des Vorratsbehälters die Einführungsöffnung nach außen durch Abschirmungselemente (30) des Vorratsbehälters gegen Kernstrahlen abgeschirmt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (49) in eine Reinigungsanlage (43) für verschmutztes Maschinenöl integriert ist, in der dem Filter (49) vorgeordnet ein Vorverdampfer (44) mit Wasserableiter (45) und/oder ein Grobfilter (46) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (49) in ein Maschinenöl führendes Leitungsnetz (48) einer mit Kernkraft betriebenen Anlage (47) eingesetzt ist.