DE3824606C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckentlastung des Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage im Störfall, wobei aus einem im Sicherheitsbehälter entstehenden Dampf-Luft-Gemisch radioaktive Bestandteile, wie Jod und Jodverbindungen, entfernt werden. Dazu wird das Dampf-Luft-Gemisch durch ein Filter in Form eines Schüttbettsiebes aus mit Kaliumjodid imprägnierter Aktivkohle oder in Form eines silberhaltigen Molekularsiebes geleitet. Die radioaktiven Bestandteile werden an das Adsorptionsmaterial des Filters abgegeben, bevor das so gereinigte Dampf-Luft-Gemisch in die Atmosphäre abgeführt wird.

Die Erfindung betrifft des weiteren ein Filter zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Es ist allgemein bekannt, die beim Normalbetrieb einer Kernkraftanlage frei werdenden radioaktiven Bestandteile, wie Jod und Jodverbindungen, durch Jodfilteranlagen abzuscheiden und dadurch eine Freisetzung in die Umgebung auszuschließen. In der Regel weisen diese Filteranlagen Schüttbetten auf, die aus mit Kaliumjodid imprägnierter Aktivkohle als Adsorptionsmittel bestehen. Bei Abgasen mit höheren Temperaturen kann die Adsorption auch beispielsweise mittels eines silberhaltigen Molekularsiebes erfolgen. Diese Filteranlagen werden in der Regel unter konstanten Anström- und Temperaturbedingungen betrieben, wobei es sich bei den zu filternden Medien ausschließlich um trockene Luft- bzw. Gasströme handelt.

Die bekannten Filterverfahren und -anlagen sind ungeeignet, um Jod und Jodverbindungen aus einem Dampf-Luft-Gemisch auszuscheiden, das bei sogenannten Druckabbausystemen von Kernkraftanlagen anfällt. Dabei ergibt sich nämlich eine sehr diskontinuierliche Beaufschlagung der Filter mit einem erheblichen Kondensatanfall, der sich sehr nachteilig auf die Wirksamkeitsdauer des Adsorptionsmaterials auswirkt.

Druckabbausysteme von Kernkraftanlagen dienen bekanntlich dazu, den bei einem Störfall in einem Sicherheitsbehälter entstehenden Druck auf einen Maximalwert von beispielsweise 6 bar zu begrenzen, wenn der Sicherheitsbehälter beispielsweise für einen Berstdruck von 8 bis 9 bar ausgelegt ist. Obschon an sich die Berstfestigkeit eines Containments ausreicht, um bei einem potentiellen Störfall auf eine Druckentlastung verzichten zu können, erfordern strenge Sicherheitsbestimmungen einen hypothetischen Störfall zu berücksichtigen, bei dem ohne Druckentlastung im Sicherheitsbehälter der Druckanstieg beispielsweise 6 bar um einen unbestimmten Betrag überschreiten würde. Für einen solchen Fall ist es unerläßlich, das sich über einen längeren Zeitraum im Sicherheitsbehälter entwickelnde Dampf-Luft-Gemisch über ein Druckabbausystem nach außen abzuführen. Dabei ist anzustreben, den Druckabbau diskontinuierlich vornehmen zu können.

Wird angenommen, daß der aus dem Dampf-Luft-Gemisch im Reaktor resultierende Druck 6 bar beträgt, das Gemisch eine Temperatur von 160°C aufweist und die relative Feuchte einen Wert von 100% hat, so beaufschlagt dieses Gas über eine Drosselarmatur auf einen Druck von 1 bar entspannt mit einer Temperatur von 140°C bei einer Taupunkttemperatur von 100°C die im Druckabbausystem eingebauten Filtereinrichtungen. Folglich entsteht an allen Teilen der Filtereinrichtungen, deren Temperaturen unter 100°C liegen, eine Oberflächenkondensation.

Während Kondensat für nicht isolierte Rohrleitungen, Armaturen und Filter mit Edelstahlfasern unschädlich ist und zudem abgeleitet werden kann, soweit es nicht ohnehin an Einrichtungsteilen verdampft, sobald diese die Taupunkttemperatur überschritten haben, ist davon auszugehen, daß Kondensat an oder in für die Jodabscheidung einzusetzenden Sorbentien, z. B. Molekularsieben, die Adsorptionswirkung beeinträchtigt oder diese sogar gänzlich unterbindet. Da bei einem diskontinuierlichen Druckabbau Kondensat wiederholt anfällt, verstärkt sich entsprechend dessen schädlicher Einfluß auf die Adsorptionsfähigkeit der eingesetzten Molekularsiebe.

Es ist zwar grundsätzlich möglich, die Kondensatbildung durch eine Wiederaufheizung des gesamten entspannten Luft-Dampf-Gemisches zu verhindern. Diese Lösung ist jedoch sehr energieaufwendig.

Aus der Fachzeitschrift "atomwirtschaft", November 1986, Seiten 542 bis 548 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt, wobei vorgesehen ist, den Filtern Tropfenabscheider vorzuschalten. Diese sollen zwar verhindern, daß Kondensat in die Filter gelangt. Tropfenabscheider können diese Aufgabe jedoch nicht in einem Ausmaß erfüllen, wie es bei hochempfindlichen Filtern dieser Art erforderlich ist.

Aus der DE-OS 36 37 845 ist ein Kernreaktor bekannt, bei dem ein mit dem Auslaßmedium aus einer Sicherheitshülle beaufschlagtes Filter dadurch entlastet werden soll, daß zwischen der Auslaßöffnung und dem Filter eine Strahlpumpe angeordnet ist. Das mit Hilfe der Strahlpumpe mit einem Verdünnungsmittel vermischte Auslaßmedium soll die Beanspruchung des Filters namentlich hinsichtlich Druck und Temperatur verringern.

Schließlich ist aus der DE-OS 36 37 795 ein Kernkraftwerk mit einer Sicherheitshülle bekannt, bei der ein Auslaß gleichfalls über ein Filter in die Atmosphäre führt. Das Filter umfaßt einen Venturiwäscher und einen Behälter. Unter Ausnutzung des vorhandenen Druckes des Auslaßmediums wird dieses so beschleunigt, daß ohne Hilfsenergie eine höchst wirksame Aerosol-Benetzung stattfindet.

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich eine Kondensatbildung an und in Molekularsieben wahlweise entweder gänzlich, d. h. bereits bei der ersten Beaufschlagung, verhindern oder aber deren Wiederholung nach der ersten Beaufschlagung ausschließen läßt, ohne dazu einen größeren Energieaufwand betreiben zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten gattungsgemäßen Art ausgegangen, welches erfindungsgemäß die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale aufweist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Beheizung des Filters ein Minimum an Energieaufwand erforderlich, um dennoch eine für das Adsorptionsmittel schädliche Kondensatbildung zu verhindern.

Wird die Beheizung darauf beschränkt, das infolge der ersten Beaufschlagung durch das Dampf-Luft-Gemisch unmittelbar selbst auf die Taupunkttemperatur zu halten, so hat eine einmalige Kondensatbildung keine für die Wirkung des Adsorptionsmittels schädlichen Folgen, wenn das dabei angefallene Kondensat alsbald durch die Aufrechterhaltung der erhöhten Filtertemperatur verdampft wird.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die integrierte Beheizung auch in Abhängigkeit vom Druckanstieg im Sicherheitsbehälter eingeschaltet werden, so daß eine Aufheizung des Filters bereits erfolgt ist, bevor dieses erstmalig mit dem Dampf-Luft-Gemisch beaufschlagt wird.

Für die beiden erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrensweisen ist jedenfalls eine so geringe Menge an Heizleistung erforderlich, daß diese gemäß einem weiteren Vorschlag aus einer netzunabhängigen Stromquelle zugeführt werden kann. Als Stromquelle reicht ein Kleingenerator oder sogar eine Batterie aus, so daß die Energieversorgung auch dann gewährleistet ist, wenn diese in allen übrigen Kraftwerksbereichen infolge des Störfalles unterbunden sein sollte.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Filter vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß innerhalb des Schüttbettes in gleichmäßiger Verteilung Heizstäbe angeordnet sind.

Um insbesondere während den beaufschlagungsfreien Intervallen selbst bei minimaler Heizleistung einen Temperaturabfall des Filters zu verhindern, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß ein das Schüttbett aufnehmendes Gehäuse allseitig mit einer temperaturbeständigen und ein- und austrittsseitig zudem gasdurchlässigen Isolierstoffschicht verkleidet ist.

Da das Schüttgut selbst eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, kann es vorteilhaft sein, die Aufheizung des Filtergehäuses dadurch zu unterstützen und auch zu beschleunigen, daß nach einer Ausgestaltung der Erfindung zwischen den Außenseiten des Gehäuses und den Innenseiten der Isolierstoffschicht Heizelemente angeordnet sind.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und des zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Filters lassen sich im wesentlichen wie folgt zusammenfassen:

• - Das Filter kann mit einer geringen Menge an Heizenergie auf die Taupunkttemperatur des als Abgas das Filter passierenden Dampf-Luft-Gemisches angehoben werden.
• - Vom Zeitpunkt des Beginns eines Reaktorunfalles bis zum Zeitpunkt der ersten Beaufschlagung des Jodfilters besteht eine ausreichende Zeitspanne, bei einer Temperaturdifferenz zwischen den Heizelementen und den Filterelementen eine ausreichende Aufheizung zu erzielen.
• - Jegliche Kondensatbildung ist vermeidbar, da sich das Filter vor seiner Beaufschlagung mit Abgas auf eine Temperatur über den Abgastaupunkt aufheizen läßt.
• - Da ein Wärmeabfluß aus dem Schüttbett an die Umgebung auch während der Intervalle, in denen das Filter nicht durchströmt wird, fast gänzlich unterbunden werden kann, lassen sich einfache netzunabhängige Energiequellen, wie z. B. Akkumulatoren, einsetzen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filters im Schnitt dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Modul eines Jodfilters auf Molekularsiebbasis und

Fig. 2 den Aufbau eines abgebrochen dargestellten Schüttbettfilterelements in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab.

Dem Filtermodul gemäß Fig. 1 wird das zu reinigende Gas über ein Verteilrohr 1 zugeleitet, in dem Öffnungen 2 vorgesehen sind, über die das Gas in eine Entspannungskammer 3 gelangt. Die Entspannungskammer 3 ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten durch je ein plattenförmiges Filterelement 4 begrenzt.

Wie Fig. 2 zeigt, besteht das Filterelement 4 aus einem Schüttbett 5, das an- und abströmseitig durch je ein Lochblech 6 bzw. 7 begrenzt ist.

Auf dem anströmseitigen Lochblech 6 sind über Tragteile 8 Heizelemente 9 in gleichmäßiger Verteilung über die Fläche des Filterelements 4 befestigt und durch eine gasdurchlässige sowie temperaturbeständige Isolierstoffschicht 10 abgedeckt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Druckentlastung des Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage im Störfall, wobei aus einem im Sicherheitsbehälter entstehenden Dampf-Luft-Gemisch radioaktive Bestandteile, wie Jod und Jodverbindungen, entfernt werden, indem das Dampf-Luft-Gemisch durch ein Filter in Form eines Schüttbettsiebes aus mit Kaliumjodid imprägnierter Aktivkohle oder in Form eines silberhaltigen Molekularsiebes geleitet und die radioaktiven Bestandteile an das Adsorptionsmaterial des Filters abgegeben werden, bevor das so gereinigte Dampf-Luft-Gemisch in die Atmosphäre abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß entweder

• a) die Temperatur des Filters durch eine in das Filter integrierte Beheizung mindestens auf die Taupunkttemperatur des Dampf-Luft-Gemischs angehoben und auf dieser Temperatur gehalten wird, oder
• b) die Temperatur des Filters durch seine erste Beaufschlagung mit dem Dampf-Luft-Gemisch mindestens auf dessen Taupunkttemperatur angehoben und durch die in das Filter integrierte Beheizung auf dieser Temperatur gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Beheizung in Abhängigkeit von einem Druckanstieg im Sicherheitsbehälter eingeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Heizleistung erforderliche Energie aus einer netzunabhängigen Stromquelle zugeführt wird.

4. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Schüttbettes (5) in gleichmäßiger Verteilung Heizstäbe angeordnet sind.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Schüttbett (5) aufnehmendes Gehäuse allseitig mit einer temperaturbeständigen und ein- und austrittsseitig zudem gasdurchlässigen Isolierstoffschicht (10) verkleidet ist.

6. Filter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenseite des Gehäuses (6, 7) und der Innenseite der Isolierstoffschicht (10) Heizelemente (9) angeordnet sind.