EP0116663A1 - Verfahren zur Dekontamination der inneren Oberfläche eines Reaktorbehälters - Google Patents

Verfahren zur Dekontamination der inneren Oberfläche eines Reaktorbehälters Download PDF

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EP0116663A1
EP0116663A1 EP83101599A EP83101599A EP0116663A1 EP 0116663 A1 EP0116663 A1 EP 0116663A1 EP 83101599 A EP83101599 A EP 83101599A EP 83101599 A EP83101599 A EP 83101599A EP 0116663 A1 EP0116663 A1 EP 0116663A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
wall
suction
guide column
jet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP83101599A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf M. Ortmayer
Peter Dipl.-Phys. Finke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ntg Neue Technologien & Co KG GmbH
Original Assignee
Ntg Neue Technologien & Co KG GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ntg Neue Technologien & Co KG GmbH filed Critical Ntg Neue Technologien & Co KG GmbH
Priority to EP83101599A priority Critical patent/EP0116663A1/de
Priority to JP4328283A priority patent/JPS59154399A/ja
Publication of EP0116663A1 publication Critical patent/EP0116663A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
    • G21F9/005—Decontamination of the surface of objects by ablation

Definitions

  • the invention relates to a method of decontaminating the inner surface of a reactor vessel by cleaning of the substantially double-layer structure Oxidbelages of which strigagese from the wall quasi heterogeneous amorphous film is easily ablatable, while directed to austenitic usually steel wall surface H art harshness (0, 9 to a maximum of 9.5 MOHS hardness) with which a firm connection is established and essentially consists of the basic elements Fe, Cr, Ni, the radiochemical structure of which contains the decomposition products Co60, Zr, 144 Ce and others , developed an average dose rate of approx. 240 R / h ..
  • the term contamination is to be understood exclusively as the radioactive contamination of the surfaces of the reactor pressure vessel affected by the reactor water - which will be referred to as reactor vessel in the following - and the layer formation on the carrier caused by this contamination, whereby, however, that on the carrier material by chemical and physical processes often occurring diffusion of this oxide layer in the carrier material should also be addressed.
  • the decontamination work to be performed can therefore not only be limited to removing the more or less accumulating or grown layer, it must also include the removal of a surface layer of the carrier material which has been damaged by penetrated oxidation particles.
  • the theoretical lifespan of a reactor vessel is generally designed for 30 years of operation.
  • the decontamination factor i.e. the ratio of activity concentrations or activity area densities of a contaminating radioactive material before and after decontamination is at least 100.
  • the two-layer oxide coating which is not precisely delimited in terms of diffusion contamination, can grow in the course of 10 to 15 years of operation - assuming an average burn-up of 15,000 MWd / Te - up to 2 mm and locally up to 3 mm.
  • DE-OS 31 35 882.9 are provided, provides only a decontamination factor of about 2 for the essentially flat cleaning here.
  • Such a procedure does not allow repair work to be carried out for a limited period of time or, in the case of alternating shift operation, in a semi-continuous manner within the reactor vessel.
  • the effect of the liquid jet directed at the wall is not only derived from the set of impulses, but also the forces resulting from the jet - which in this case is to be addressed as a sound source - also become effective.
  • the spherical waves generated are pushed together in the direction of movement and move away from each other in the opposite direction.
  • the maxima of the spherical waves follow each other more and more closely in the direction of movement and accumulate in a tangent spherical area when the speed of sound is reached, i.e. in the so-called sound barrier, so that there is practically only an extremely strong pressure wave directed against the wall, the effect of which is at least partially added to the forces directly developed by the jet.
  • the resulting sound energy is the sound intensity, which is due to a surface perpendicular to the direction of propagation of the sound defined size and time.
  • the sound source moves even faster, it breaks through the sound barrier, the individual spherical pressure waves then being enveloped by the so-called MACH cone, at the top of which the sound source, i.e. in this case the incident beam.
  • the MACH cone is more or less a truncated cone, but in connection with the angle the jet direction and high static pressure when exiting the nozzle has a peeling effect in the superimposed, soft oxide layer and in the hard oxide layer bound to the wall.
  • the spiral-shaped guidance of the beam along the wall can be carried out at a preset speed by known means, for example by connecting the rotary drive to the drive which enables the axial adjustment via an adjustable intermediate member.
  • the speed is set so that a cleaning performance of about 1 cm 2 is achieved per minute.
  • the cleaning can take place in gaseous or aqueous liquid media.
  • This calculation process can be expanded to the extent that the required feed rate of the nozzle along the wall is entered as an additional value, which can be used as a control variable for control means for setting the feed rate.
  • a is assigned to the nozzle area TV camera work results in controlled and not satisfactory adjustment signal or control pulse for the corrective adjustment for the A bFlvorgang are determining factors.
  • An important factor in assessing the suitability of the process for quality is not only the efficiency of the blasting device but also the separation and removal of the peeling products from the blasting liquid or from the water filling of the reactor vessel, as well as the possibility of reusing the blasting liquid.
  • a device suitable for carrying out the method provides that a centrally aligned, rotatably drivable guide column is mounted in its upper exit section from this in a cover centered by the edge of the reactor container and connected to it, while the lower end of the guide column is centrally fixed by support struts which can be actuated from above, so that the cleaning device is carried by a lifting carriage equipped with a nozzle drive, arranged on the guide column and equipped with a lifting drive, and this nozzle arm has in its end region a pivotable member provided with a suction bell for adjusting the nozzle distance and the nozzle angle to the wall, and with a connection for the nozzle leading supply line and a suction line leading away from the suction bell is provided, the supply line having a high-pressure compressor attached to this in the outlet section of the guide column from the cover plate arranged on this d the suction line is connected to the floor suction line leading through the guide column, after its exit from the guide column, by a branch piece, and that the central floor suction line is
  • Such a device permits the correct setting of the peeling-off parameters and ensures safe guidance of the cleaning apparatus in the container.
  • the high pressure compressor used is a known design according to the prior art 'and requires no additional explanation.
  • the exit bearing of the guide column from the cover also receives the drive gear for the guide column, among other things. offers a worm gear as a suitable drive gear.
  • the lifting drive of the lifting truck is a rack and pinion gear, the rack, which is also encompassed by the lifting truck, being arranged axially parallel to the guide column.
  • the lower limit of the floor suction line is a telescopically resilient end piece that is designed as a central suction nozzle.
  • the nozzle it is proposed that it be hard-coated, e.g. has a diamond coating.
  • the R eaktor constitutioner 1 is closed by a cover 3 when carrying out the decontamination process, wherein this puts on the container 1 on the amplified outwardly projecting rim 2 and is connected thereto.
  • the A ufsatzebene the cover 3 is formed by an overlapping collar flange 3.1.
  • a cover 3.4 is closed at the top by a cover 3.4 forming a formation.
  • the cover 3 is reinforced by stiffening ribs 3.5.
  • the cover 3.4 has a central through opening for the passage of the outlet section 4.1 of the guide column 4.
  • the guide column 4 is guided through a housing 5 placed on the cover, this housing accommodating the outlet bearing 5.1 and likewise the screw drive 5.2 for driving the guide column 4.
  • the support struts 6, which are arranged at the lower end 4.2 of the guide column 4 and can be actuated in a spreadable manner, are spread by lifting the central suction line 8.9 guided centrally in the guide column 4 and the stop flange 6.1 fixed to it by the toggle lever system 6.2 and guided evenly against the wall of the container 1, so that there is a central fixation of the guide column 4 in the lower B e region of the reactor vessel 1.
  • the lifting of the floor suction line 8.9 is brought about by a lifting member 6.3, which acts on it in its upper outlet area from the cover 3 and is not shown in detail in the drawing.
  • the actual cleaning device 7 is carried by a lifting carriage 8 which can be moved axially on the guide column 4, said lifting carriage being equipped with a lifting drive 8.1 and with a nozzle arm 8.2.
  • the lifting drive 8.1 is a rack and pinion drive, the rack 8.11 being arranged axially parallel to the guide column 4, leading through the lifting carriage 8.
  • a pivotable member 8.3 equipped with a suction bell 8.4 is provided for setting the nozzle spacing and the angle to the container wall, and is the carrier of the connection 8.5 receiving the nozzle 8.6, in which connection 8.5 the supply line 8.7 flows into.
  • the supply line 8.7 leads to a high-pressure condenser 10 for the jet liquid arranged on a support plate 9 in the exit area 4.1 of the guide column 4 from the cover 3.
  • the suction bell 8.4 is connected to the suction line 8.8.
  • the two wastewater streams are further fed back to the high-pressure compressor 10 in the bypass via a wastewater suction device 11.1 with filter 11.2 in the cleaned state.
  • the bottom suction line 8.9 opens at its lower end into a resilient central suction nozzle 8.12 that spans the bottom of the container.
  • the reactor vessel 1 is also provided with an air suction device 12.1 equipped with a filter 12.2.
  • a TV camera 13 is provided in the end region of the nozzle arm 8.2 for checking the peeling process and for possibly giving a signal or control pulse.
  • FIG. 3 schematically shows the process of peeling at approximately 1.1 times the speed of sound of the liquid jet 8.14 in the outlet area of the nozzle 8.6 in aqueous solution.
  • the angle of the nozzle 8.6 is directed against the wall in such a way that the MACH cone 8.13 which develops around the jet 8.14 and surrounds it, as soon as the jet 8.14 hits the softer region of the oxide layer, i. to layer 1.2, which is to be addressed as a heterogeneous-amorphous layer, at least loosens it and partially also the subsequent hard layer 1.1, while the actual peeling work is essentially carried out by the progressively moving beam 8.14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dekontamination der inneren Oberfläche eines Reaktorbehälters durch Entfernung des üblicherweise zweischichtigen Oxidbelages. Die Lösung dieser Aufgabe sieht die Bildung eines Strahles vor (8, 12) der mit einem Druck bis zu 400 MPa (4000 bar) und 0,6 bis 3,5 - facher Schallgeschwindigkeit durch das Gas- oder Flüssigkeitszustand aufweisende Umgebungsmedium gegen die abzureinigende Wandung in einem vorbestimmten Winkel des zur Wand gerichteten Flüssigkeitsstrahles nicht nur aus dem Impulssatz ab, sondern es werden darüber hinaus auch die durch den Strahl, der in diesem Fall auch als Schallquelle anzusprechen ist, resultierenden Kräfte wirksam. Erst die zumindest teilweise sich addierenden bzw. überlagernden Kräfte ermöglichen eine ausreichende Abschälung des Oxidbelages.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dekontamination der inneren Oberfläche eines Reaktorbehälters durch Abreinigung des im wesentlichen zweischichtig aufgebauten Oxidbelages von denen die von der Wand abgerichtete quasi heterogene, amorphe Schicht leicht abtragbar ist, während die zur in der Regel austenitischen Stahlwandoberfläche gerichtete Hartschicht (0,9 bis max. 9,5 MOHS-Härte) mit dieser eine feste Verbindung eingeht und sich im wesentlichen aus den Grundelementen Fe,Cr, Ni zusammensetzt, deren radiochemischer Aufbau aus den ent-95 144 haltenen Spaltprodukten Co60, Zr, 144Ce und weitere, eine mittlere Dosisleistung von ca. 240 R/h entwickelt..
  • Unter dem Begriff Kontamination soll in diesem Zusammenhang ausschließlich die radioaktive Verseuchung der durch das Reaktorwasser beaufschlagten Oberflächen des Reaktordruckbehälters - der im nachfolgenden kurz Reaktorbehälter genannt wird - und die durch diese Kontamination bedingte, am Träger entstehende Schichtbildung verstanden werden, wobei allerdings die am Trägermaterial durch chemische und physikalische Prozesse oft auftretende Diffusion dieser Oxidschicht in das Trägermaterial mit angesprochen werden soll.
  • Die zu leistende Dekontaminationsarbeit kann sich deshalb nicht nur auf das Abtragen der mehr oder weniger anlagernden bzw. aufgewachsenen Schicht beschränken, sondern sie muß auch das Abtragen einer, durch eingedrungene Oxidationsteilchen geschädigte Oberflächenschicht des Trägermaterials beinhalten.
  • Ein weiterer, durch die Kontamination gegebener Mechanismus ist die durch die sehr hohe Neutroneninfluenz im Metall entstehende gleichmäßige Aktivierung durch Neutronen mit großer Reichweite, wobei diese Veränderung des Materials langfristig zu dessen kompletter Versprödung führt, gegen die nichts unternommen werden kann.
  • Die Folgen bezüglich der Festigkeit usw. können lediglich im Rahmen der Projektierung durch entsprechende Auswahl und Dimensionierung auf eine vorbestimmte Lebens- bzw. Betriebsdauer abgefangen werden.
  • Die theoretische Lebensdauer eines Reaktorbehälters wird im allgemeinen auf 30 Betriebsjahre ausgelegt.
  • Desweiteren ist noch zu bemerken, daß eine hinreichende Dekontamination nur dann gegeben ist, wenn der Dekontaminationsfaktor, d.h. das Verhältnis der Aktivitätskonzentrationen oder Aktivitätsflächendichten eines kontaminierenden radioaktiven Materials, vor und nach der Dekontamination, mindestens 100 ist.
  • Geht man von einem expotentiellen Profil der Konzentrationsverteilung aus, so ergeben sich für den Abfall der Konzentration auf den Wert 1/e, für eine Schichtdicke von 0,1 mm bei der Abtragung von Schichten der Dicke D folgende Dekontaminationsfaktoren:
    Figure imgb0001
  • Der im Hinblick auf die Diffusionskbntamination nicht exakt in sich abgegrenzte, zweischichtige Oxidbelag kann im Laufe von 10 bis 15 Betriebsjahren - einen durchschnittlichen Abbrand von 15.000 MWd/Te vorausgesetzt - bis zu 2 mm und örtlich bis zu 3 mm anwachsen.
  • Ferritische Stähle zeigen dabei, bei gewissenhafter Kontrolle des im Interesse einer guten Filtrierbarkeit im schwach alkalischen Bereich (pH = ca. 10) zu haltenden Druckwassers, eine gute Beständigkeit, wobei sich jedoch der auf der Oberfläche bildende Oxidfilm weniger fest als bei den ebenfalls sehr gut beständigen austenitischen Stählen mit dem Untergrund verbindet, so daß bei austenitischen Stählen die Gefahr von Störungen durch Anlagerungen, die sich durch Ausfällungen aus im strömenden Wasser sich ablösenden Oxidteilchen als crudeabsetzen, geringer ist als bei ferritischen Stählen.
  • Es kann also festgehalten werden, daß das Problem der Anlagerungen von Ausfällungen - insbesondere in Flüssigkeitsführungen, die die Strömungsabscheidung dieser Teilchen fördern - wesentlich größer als es die Tatsache der Materialschwächung durch die Neutronenaktivierung ist.
  • Umgekehrt erfordert die bei austenitischen Stählen gegebene erhöhte Haftung der zur.Behälterwandung gerichteten Oxidschicht - mit der sie zumindest partiell eine die Oberfläche durchsetzende Bindung eingeht - einen erhöhten Aufwand für die Dekontamination.
  • Der Versuch einer Beseitigung dieser zum Behälter gerichteten Oxidschicht mittels rotierender Bürsten, wie sie beispielsweise auch für die Abreinigung von Gewinden nach der DE-PS 27 32 882 und der
  • DE-OS 31 35 882.9 vorgesehen sind, erbringt für die hier im wesentlichen ebenflächige Abreinigung nur einen Dekontaminationsfaktor von etwa 2.
  • Dieser erlaubt kein unmittelbares Arbeiten im Druckbehälter selbst und bedeutet letztlich, daß entweder ergänzende, eventuell chemische Angriffe - die in aller Regel nicht zugelassen sind - oder aber kürzere Wartungsintervalle vorgesehen werden müssen.
  • Ein solches Vorgehen läßt Reparaturarbeiten in begrenztem zeitlichem Umfang oder, bei Wechselschichtbetrieb, in semi-kontinuierlicher Weise innerhalb des Reaktorbehälters nicht zu.
  • Unabhängig von diesen Ausführungen ist ein einheitliches Verfahren nach der eingangs genannten Art, sowohl bei ferritischen als auch austenitischen Werkstoffen schon aus Gründen der erforderlichen apparativen Vorhaltung von grundsätzlicher wirtschaftlicher Bedeutung.
  • Dies berücksichtigend ist es deshalb Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren nach der eingangs beschriebenen Art zu nennen, dessen Anwendung durch tiefenwirksames Ab- bzw. Ausschälen des Kontaminationsbelages von bzw. aus der Trägerfläche, d.h. der Innenwandung des Reaktorbehälters, mit einem solchen Wirkungsgrad zuläßt, daß der Dekontaminationsfaktor einen Wert von mindestens 100 aufweist und damit Reparaturarbeiten in einem begrenzten zeitlichen Umfang zuläßt. Selbstverständlich ist die Erreichung höherer Dekontaminationsfaktoren erstrebenswert.
  • Desweiteren soll eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung genannt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß in einem Gas oder einer wässrigen Flüssigkeit ein gegen die mit der Oxidschicht belegte Innenwandung des Reaktorbehälters gerichteter, gleichzeitig als Schallquelle wirksamer Flüssigkeitsstrahl durch eine in ihrer Entfernung zur Wandung einstellbare Düse zur Abschälung des Oxidbelages erzeugt wird, dessen Geschwindigkeit sowohl in einer gasförmigen als auch in einer flüssigen Umgebungsphase jeweils im Bereich der 0,6- bis 3,5-fachen Schallgeschwindigkeit liegt,
    daß der aus einer vorbestimmten Düse austretende Strahl spiralförmig gewendelt über die mit einer Oxidschicht belegte Wandung des Reaktorbehälters mit einer Vorschubgeschwindigkeit bis etwa 1,2 m/h in einem vorgewählten Abstand zur Wandung geführt wird, wobei die Einstellung des Strahlwinkels zur Sehne des Strahlauftreffbereiches an der gekrümmten Behälterwandung - bei der während des Verlaufes eines Abreinigungsprozesses im wesentlichen konstant zu betrachtenden Einstellung der Geschwindigkeit und des statischen Druckes der Flüssigkeit - mit ein Regelfaktor der abschälwirksamen Intensität des Flüssigkeitstrahles ist,
    daß die in praxi nicht kompressible Strahlflüssigkeit auf einen statischen Druck innerhalb des Bereiches von 50 MPa und 400 MPa liegend verdichtet wird, wobei die gegen die Wandung gerichtete Kraft gleich
    • dem Produkt aus der Dichte (gamma/g),
    • der Ausflußleistung der Düse, der Geschwindigkeit des Strahles und dem Sinus des Angriffswinkels ist,

    und daß bei im Uberschallbereich liegender Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles die durch den MACH-Kegel eingehüllten Druckwellen zusätzlich abschälwirksam sind.
  • Die Erzeugung eines gegen die Oxidschicht gerichteten Flüssigkeitsstrahles, dessen Geschwindigkeit in der flüssigen oder gasförmigen isotropen Umgebungsphase zumindest über der halben, in aller Regel jedoch weit über der Schallgeschwindigkeit des Umgebungsmediums liegt, läßt interessante, zwar teilweise eventuell bedingte hypothetische Perspektiven zu.
  • Die Wirkung des auf die Wand gerichteten Flüssigkeitsstrahles leitet sich nicht nur aus dem Impulssatz ab, sondern es werden darüberhinaus auch die durch den Strahl - der in diesem Fall als Schallquelle anzusprechen ist - resultierenden Kräfte wirksam. Die erzeugten Kugelwellen werden in Bewegungsrichtung zusammengedrängt und rücken in der entgegengesetzten Richtung voneinander ab.
  • Nähert sich die Geschwindigkeit der Schallquelle der der Schallgeschwindigkeit, dann folgen die Maxima der Kugelwellen in Bewegungsrichtung einander immer dichter und-häufen sich bei Erreichung der Schallgeschwindigkeit in einem sich tangierenden kugeligen Bereich, d.h. in der sogenannten Schallmauer, so daß praktisch nur noch eine extrem starke, gegen die Wandung gerichtete Druckwelle gegeben ist, deren Wirkung sich mit den durch den Strahl unmittelbar entwickelten Kräften zumindest teilweise addiert.
  • Die hierbei entstehende Schallenergie ist dabei die Schallintensität, welche durch eine senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Schalles stehende Fläche definierter Größe und definierter Zeit hindurch geht.
  • Sie wird in W/cm2 gemessen, wobei die Beziehung zwischen der Schallintensität J, der Schallamplitude A, der Schallschnellenamplitude U und der Schallwechselamplitude P in diesem Zusammenhang nicht entwickelt werden soll; sie ist bekannt, wobei letztlich das Ergebnis
    J = PU/2 ist.
  • Bei noch schnellerer Bewegung der Schallquelle durchbricht diese die Schallmauer, wobei die einzelnen kugelförmigen Druckwellen dann durch den sogenannten MACH'schen-Kegel eingehüllt werden, an dessen Spitze sich die Schallquelle, d.h. in diesem Fall der auftreffende Strahl, befindet.
  • Für dessen öffnungswinkel α gilt:
    sinus α = Schallgeschwindigkeit des isotropen Trägermediums durch Geschwindigkeit der Schallquelle = 1/M.
  • Da der austretende Strahl trotz seiner hohen Geschwindigkeit und der damit verbundenen scharfen Bündelung nicht als echte Spitze angesprochen werden kann, muß davon ausgegangen werden, daß in praxi der MACH'sche-Kegel mehr oder weniger ein Kegelstumpf ist, der jedoch in Verbindung mit dem Winkel der Strahlrichtung und hohem statischen Druck beim Austritt aus der Düse abschälend tiefenwirksam in der auflagernden, weichen und in der mit der Wandung gebundenen harten Oxidschicht ist.
  • Die spiralförmig gewendelte Führung des Strahles entlang der Wandung kann mit vöreingestellter Geschwindigkeit durch bekannte Mittel, z.B. durch die Verbindung des Rotationsantriebes mit dem die axiale Verstellung ermöglichenden Antrieb über ein einstellbares Zwischenglied erfolgen. Hierbei wird in aller Regel die Geschwindigkeit so eingestellt, daß pro Minute eine Reinigungsleistung von etwa lcm2 erreicht wird.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Abreinigung sowohl in gasförmigen oder wässrig flüssigen Medien erfolgen.
  • Auch Sicherheitsgründen, insbesondere im Hinblick auf den Druck von 50 MPa bis 400 MPa, ertsprechend 500 bis 4000 bar, wird in aller Regel bei geflutetem, d.h. mit Wasser gefüllten Behälter, gearbeitet, wobei in einem solchen Fall die Strahlgeschwindigkeit etwa auf die 1,1- bis auf die 1,2-fache Schallgeschwindigkeit des Umgebungsmediums eingestellt wird.
  • Die genannten höheren Werte für die Schallgeschwindigkeit sollen im allgemeinen in nicht gefluteten Behältern, d.h. in Luft,Anwendung finden.
  • Zur Erleichterung der die Wirksamkeit des Verfahrens bestimmenden Faktoren ist vorgesehen, daß die die Abschälbarkeit und Abschälwilligkeit der Oxidschicht bestimmenden Parameter durch einen Rechner aufgenommen oder in diesen eingegeben werden, und daß diese Parameter durch einen vorbestimmten Rechenvorgang Werte für
    • a) die Auswahl des Düsendurchmessers,
    • b) die Voreinstellung des Düsenabstandes zur Oberfläche der Oxidschicht der Wandfläche,
    • c) die Voreinstellung der Winkeleinstellung der Düse zur Oxidschicht der Wandung

    ausweisen, wobei diese als Regelgröße für Steuermittel zur Einstellung von Düsenabstand und Düsenwinkel verwendbar sind.
  • Dieser Rechengang kann noch dahingehend erweitert werden, daß als zusätzlicher Wert die erforderliche Vorschubgeschwindigkeit der Düse entlang der Wandung eingegeben wird, wobei dieser als Regelgröße für Steuermittel zur Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit verwendbar ist.
  • Zur weiteren Erleichterung einer optimalen Einstellung der bestimmenden Parameter kann vorgesehen werden, daß eine dem Düsenbereich zugeordnete TV-Kamera das Arbeitsergebnis kontrolliert und bei nicht befriedigender Einstellung Signal oder Regelimpuls für die korrigierende Regulierung für die den Abschälvorgang bestimmenden Faktoren gibt.
  • Zusammengefaßt darf zu der vorgeschlagenen Regelung der hier nicht zu diskutierenden Ausbildung der Steuerglieder für die Einstellung der einzelnen Parameter festgehalten werden, daß diese,von deren Voreinstellung ausgehend, und im weiteren durch Auswertung der TV-Überwachung im einzelnen .in Richtung des Optimums nachgeführt werden kann, so daß ein maximales Arbeitsergebnis erreicht werden kann.
  • Ein wesentliches Moment bei der Würdigung der qualitativen Verfahrenseignung ist nicht nur der Wirkungsgrad der Strahleinrichtung sondern darüberhinaus die Trennung und Beseitigung der Abschälprodukte aus der Strahlflüssigkeit bzw. aus der Wasserfüllung des Reaktorbehälters, sowie die Möglichkeit der Wiederverwendung der Strahlflüssigkeit.
  • In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, daß ein wesentlicher Anteil der Abschälprodukte durch einen unmittelbar hinter der Düse in einer diese zum Behälter abgrenzenden Absaugeglocke angeordneten Absaugetrichter über eine Leitung abgesaugt und dieser Saugstrom mit einem zweiten, zentral geführten Saugstrom, der den absinkenden Restanteil der Abschälprodukte am Boden des Reaktorbehälters aufnimmt, hydraulisch verbunden ist, und die Flüssigkeit beider Saugströme zusammen einer Filtereinrichtung zugeführt und nach Ausscheidung der Verunreinigungen einem Hochdruckverdichter im Bypass zur erneuten Verwendung zugeleitet wird.
  • Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung sieht vor,
    daß eine im Reaktorbehälter zentral ausgerichtete, drehbarantreibbare Führungssäule in ihrem oberen Austrittsabschnitt aus diesem in einer durch den Rand des Reaktorbehälters zentrierten und mit diesem verbundenen Abdeckhaube gelagert ist, während das untere Ende der Führungssäule durch von oben spreizbar betätigbare Abstützstreben zentrisch fixiert ist, daß die Abreinigungsvorrichtung durch einen, an der Führungssäule angeordneten, mit Hubantrieb ausgerüsteten Hubwagen mit Düsenausleger getragen wird, und dieser Düsenausleger in seinem Endbereich ein schwenkbares, mit einer Absaugeglocke versehenes Glied zur Einstellung des Düsenabstandes und des Düsenwinkels zur Wandung aufweist, sowie mit einem Anschluß für die zur Düse führende Versorgungsleitung und einer von der Absaugeglocke abführendeiAbsaugeleitung versehen ist, wobei die Versorgungsleitung mit einem im Austrittsabschnitt der Führungssäule aus der Abdeckhaube an dieser angeordneten Tragplatte befestigten Hochdruckverdichter und die Absaugeleitung mit der durch die Führungssäule führenden Bodenabsaugeleitung, nach deren Austritt aus der Führungssäule, durch Zweigstück verbunden ist, und daß die zentrale Bodenabsaugeleitung über eine mit Filter ausgerüstete Schmutzwasserabsaugevorrichtung dem Hochdruckverdichter im Bypass verbunden ist, und die Abdeckhaube mit einer Luftabsaugevorrichtung mit zugeordnetem Filter versehen ist.
  • Eine solche Vorrichtung erlaubt die einwandfreie Einstellung der abschälwirksamen Parameter und gewährleistet eine sichere Führung der Abreinigungsapparatur im Behälter.
  • Der verwendete Hochdruckverdichter ist eine an sich bekannte Ausführung nach dem Stand der Technik 'und bedarf keiner zusätzlichen Erläuterung.
  • Im weiteren ist zu der Vorrichtung festzuhalten, daß das Austrittslager der Führungssäule aus der Abdeckhaube gleichfalls das Antriebsgetriebe für die Führungssäule aufnimmt, wobei sich u.a. ein Schneckengetriebe als geeignetes Antriebsgetriebe anbietet.
  • Der Hubantrieb des Hubwagens ist ein Zahnstangengetriebe, wobei die durch den Hubwagen mitumfaßte Zahnstange'achsparallel zur Führungssäule angeordnet ist.
  • Zur Ausbildung des Absaugebereiches der Bodenabsaugeleitung wird empfohlen, daß die untere Begrenzung der Bodenabsaugeleitung ein teleskopartig federnd spannendes Endstück ist, das als Zentralabsaugedüse ausgebildet ist.
  • Zur Ausbildung der Düse wird vorgeschlagen, daß diese eine Hartbeschichtung, z.B. eine Diamantbeschichtung aufweist.
  • Das Verfahren und die zu seiner Ausübung vorgeschlagene Vorrichtung wird in vollem Umfang den Forderungen der Aufgabenstellung gerecht.
  • Eine zur Ausübung des Verfahrens geeignete Vorrichtung wird in beispielsweiser Ausführung durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt im Aufriß einen Schnitt durch den (Schnitt II/II Reaktorbehälter mit aufgesetzter aus Fig.2) Abdeckhaube und weiteren erforderlichen Aufbauteilen.
    • Figur 2 zeigt den Grundriß des Reaktorbehälters (Schnitt I/I bei entfernter Abdeckhaube mit Blick aus Fig. 1) auf den der Führungssäule zugeordneten Hubwagen und verbundenen Düsenausleger,sowie die in einer darunterliegenden Ebene angeordneten Abstützstreben der Führungssäule.
    • Figur 3 zeigt schematisch den Vorgang des Abschälens.
  • Der Reaktorbehälter 1 ist bei Durchführung des Dekontaminationsverfahrens durch eine Abdeckhaube 3 verschlossen, wobei sich diese auf dem nach außen verstärkten Rand 2 des Behälters 1 aufsetzt und mit diesem verbunden ist.
  • Die Aufsatzebene der Abdeckhaube 3 wird durch einen übergreifenden Bundflansch 3.1 gebildet.
  • Diesem ist das zylindrische Haubenteil 3.2 verbunden, das seinerseits nach oben hin in das in einen Kegelstumpf bildende Haubenteil 3.3 überführt, das nach
  • oben durch einen ein Planum bildenden Deckel 3.4 abgeschlossen ist.
  • Die Abdeckhaube 3 ist durch versteifende Rippen 3.5 verstärkt.
  • Der Deckel 3.4 weist eine zentrale Durchgangsöffnung für den Durchtritt des Austrittsabschnittes 4.1 der Führungssäule 4 auf.
  • Die Führungssäule 4 ist durch ein auf dem Deckel aufgesetztes Gehäuse 5 geführt, wobei dieses das Austrittslager 5.1 und gleichfalls den Schneckenantrxb 5.2 für den Antrieb der Führungssäule 4 aufnimmt.
  • Die am unteren Ende 4.2 der Führungssäule 4 angeordneten, drei spreizbar betätigbaren Abstützstreben 6 werden durch Anhebung der zentrisch in der Führungssäule 4 geführten Bodenabsaugeleitung 8.9 und des an ihr fixierten Anschlagflansches 6.1 durch das Kniehebelsystem 6.2 gespreizt und gleichmäßig gegen die Wandung des Behälters 1 geführt, so daß eine zentrale Fixierung der Führungssäule 4 im unteren Be-reich des Reaktorbehälters 1 gegeben ist.
  • Das Anheben der Bodenabsaugeleitung 8.9 wird durch ein an dieser in deren oberen Austrittsbereich aus der Abdeckhaube 3 angreifendes, zeichnerisch nicht detailliert dargestelltes Hubglied 6.3 bewirkt.
  • Die eigentliche Abreinigungsvorrichtung 7 wird durch einen an der Führungssäule 4 axial einstellbar bewegbaren Hubwagen 8 getragen, wobei dieser mit einem Hubantrieb 8.1, sowie mit einem Düsenausleger 8.2 ausgerüstet ist.
  • Der Hubantrieb 8.1 ist ein Zahnstangentrieb, wobei die Zahnstange 8.11 achsparallel zur Führungssäule 4, durch den Hubwagen 8 führend, angeordnet ist.
  • An dem zur Behälterwandung gerichteten Endbereich des Düsenauslegers 8.2 ist zur Einstellung des Düsenabstandes und des Winkels zur Behälterwandung ein schwenkbares, mit einer Absaugeglocke 8.4 ausgerüstetes Glied 8.3 vorgesehen, das Träger des die Düse 8.6 aufnehmenden Anschlusses 8.5 ist, wobei in diesen Anschluß 8.5 die Versorgungsleitung 8.7 einmündet.
  • Die Versorgungsleitung 8.7 führt zu einem im Austrittsbereich 4.1 der Führungssäule 4 aus der Abdeckhaube 3 an dieser auf einer Tragplatte 9 angeordneten Hochdruckverddchter 10 für die Strahlflüssigkeit.
  • Der Absaugeglocke 8.4 ist die Absaugeleitung 8.8 verbunden.
  • Diese führt in eine zweite Leitung, d.h. in die bereits erwähnte zentrisch geführte Bodenabsaugeleitung 8.9, über das Zweigstück 8.10 ein.
  • Die beiden Schmutzwasserströme werden im weiteren gemeinsam über eine Schmutzwasserabsaugevorrichtung 11.1 mit Filter 11.2 in abgereinigtem Zustand dem Hochdruckverdichter 10 im Bypass wieder zugeführt.
  • In diesem Zusammenhang muß noch erwähnt werden, daß die Bodenabsaugeleitung 8.9 an ihrem unteren Ende in eine federnd,gegen den Behälterboden spannende, Zentralabsaugedüse 8.12 einmündet.
  • Der Reaktorbehälter 1 ist darüberhinaus mit einer mit Filter 12.2 ausgerüsteten Luftabsaugevorrichtung 12.1 versehen.
  • Desweiteren ist im Endbereich des Düsenauslegers 8.2 eine TV-Kamera 13 zur Kontrolle des Abschälvorganges und zur eventuellen Signal- bzw. Regelimpulsgabe vorgesehen.
  • Figur 3 zeigt schematisiert den Vorgang der Abschälung bei etwa 1,1-facher Schallgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles 8.14 im Austrittsbereich der Düse 8.6 in wässriger Lösung. Der Winkel der Düse 8.6 ist so gegen die Wandung gerichtet, daß der um den Strahl 8.14 sich entwickelnde und diesen umschließenden MACH' schen-Kegel 8.13 bereits mit dem Auftreffen des Strahles 8.14 auf den weicheren Bereich der Oxidschicht, d.h. auf die etwa als heterogen-amorph anzusprechende Schicht 1.2, diese und partiell auch die anschließende Hartschicht 1.1 zumindest lockert, während die eigentliche Abschälarbeit im wesentlichen durch den fortschreitend bewegten Strahl 8.14 übernommen wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Dekontamination der inneren Oberfläche eines Reaktorbehälters durch Abreinigung des im wesentlichen zweischichtig aufgebauten Oxidbelages von denen die von der Wand abgerichtete quasi heterogene, amorphe Schicht leicht abtragbar ist, während die zur in der Regel austenitischen Stahlwandoberfläche gerichtete Hartschicht (0,9 bis max. 9,5 MOHS-Härte) mit dieser eine feste Verbindung eingeht und sich im wesentlichen aus den Grundelementen Fe, Cr, Ni zusammensetzt, deren radiochemischer Aufbau aus den enthaltenen Spaltprodukten Co60, 95 Zr, 144 Ce und weitere, eine mittlere Dosisleistung von ca. 240 R/h entwickelt, 'dadurch gekennzeichnet,
d a B in einem Gas oder einer wässrigen Flüssigkeit ein gegen die mit der Oxidschicht belegte Innenwandung des Reaktorbehälters gerichteter, gleichzeitig als Schallquelle wirksamer Flüssigkeitsstrahl durch eine in ihrer Entfernung zur Wandung einstellbare Düse zur Abschälung des Oxidbelages erzeugt wird, dessen Geschwindigkeit sowohl in einer gasförmigen als auch in einer flüssigen Umgebungsphase jeweils im Bereich der 0,6- bis 3,5-fachen Schallgeschwindigkeit liegt,
d a ß der aus einer vorbestimmten Düse austretende Strahl spiralförmig gewendelt über die mit einer Oxidschicht belegte Wandung des Reaktorbehälters mit einer Vorschubgeschwindigkeit bis etwa 1,2 m/h in einem vorgewählten Abstand zur Wandung geführt wird, wobei die Einstellung des Strahlwinkels zur Sehne des Strahlauftreffbereiches an der gekrümmten Behälterwandung - bei der während des Verlaufes eines Abreinigungsprozesses im wesentlichen konstant zu betrachtenden Einstellung der Geschwindigkeit und des statischen Druckes der Flüssigkeit - mit ein Regelfaktor der abschälwirksamen Intensität des Flüssigkeitsstrahles ist,
d a B die in praxi nicht kompressible Strahlflüssigkeit auf einen statischen Druck innerhalb des Bereiches von 50 MPa und 400 MPa liegend verdichtet wird, wobei die gegen die Wandung gerichtete Kraft gleich
dem Produkt aus der Dichte (gamma/g),
der Ausflußleistung der Düse, der Geschwindigkeit des Strahles und dem Sinus des Angriffswinkels ist,

und d a ß bei im Überschallbereich liegender Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles die durch den MACH-Kegel eingehüllten Druckwellen zusätzlich abschälwirksam sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
d a ß die die Abschälbarkeit und Abschälwilligkeit der Oxidschicht bestimmenden Parameter durch einen Rechner aufgenommen oder in diesen eingegeben werden,und
d a ß diese Parameter durch einen vorbestimmten Rechenvorgang Werte für
a) die Auswahl des Düsendurchmessers,
b) die Voreinstellung des Düsenabstandes zur Oberfläche der Oxidschicht der Wandfläche,
c) die Voreinstellung der Winkeleinstellung der Düse zur Oxidschicht der Wandung

ausweisen, wobei diese als Regelgrößen für Steuermittel zur Einstellung von Düsenabstand und Düsenwinkel verwendbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d a ß als zusätzlicher Wert die erforderliche Vorschubgeschwindigkeit der Düse entlang der Wandung ausgewiesen wird, wobei dieser als Regelgröße für Steuermittel zur Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit verwendbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
d a ß eine dem Düsenbenich zugeordnete TV-Kamera das Arbeitsergebnis kontrolliert und bei nicht befriedigender Einstellung Signal oder Regelimpuls für die korrigierende Regulierung von den den Abschälvorgang bestimmenden Faktoren gibt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d a ß ein wesentlicher Anteil der Abschälprodukte durch einen unmittelbar hinter der Düse in einer diese zum Behälter abgrenzenden Absaugeglocke angeordneten Absaugetrichter über eine Leitung abgesaugt und dieser Saugstrom mit einem zweiten, zentral geführten Saugstrom, der den absinkenden Restanteil der Abschälprodukte am Boden des Reaktorbehälters aufnimmt, hydraulisch verbunden ist, und diese Flüssigkeit beider Saugströme zusammen einer Filtereinrichtung zugeführt und nach Ausscheidung der Verunreinigungen einem Hochdruckverdichter im Bypass zur erneuten Verwendung zugeleitet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
d a ß eine im Reaktorbehälter (1) zentral ausgerichtete, drehbar antreibbare Führungssäule (4) in ihrem oberen Austrittsabschnitt (4.1) aus diesem in einer durch den Rand (2) des Reaktorbehälters (1) zentrierten und mit diesem verbundenen Abdeckhaube (3) gelagert ist, während das untere Ende (4.2) der Führungssäule (4) durch von oben spreizbar betätigbare Abstützstreben (6) zentrisch fixiert ist,
d a ß die Abreinigungsvorrichtung (7) durch einen, an der Führungssäule (4) angeordneten, mit Hubantrieb (8.1) ausgerüsteten Hubwagen (8) mit Düsenausleger (8.2) getragen wird, und dieser'Düsenausleger (8.2) in seinem Endbereich ein schwenkbares,.mit einer Absaugeglocke (8.4) versehenes Glied (8.3) zur Einstellung des Düsenabstandes und des Düsenwinkels zur WAndung aufweist, sowie mit einem Anschluß (8.5) für die zur Düse (8.6) führende Versorgungsleitung (8.7) und einer von der Absaugeglocke (8.4) abführenden Absaugeleitung (8.8) versehen ist, wobei die Versorgungsleitung (8.7) mit einem im Austrittsabschnitt (4.1) der Führungssäule (4) aus der Abdeckhaube (3) an dieser angeordneten Tragplatte (9) befestigten Hochdruckverdichter (10) und die Absaugeleitung (8.8) mit der durch die Führungssäule (4) führenden Bodenabsaugeleitung (8.9), nach deren Austritt aus der Führungssäule (4), durch Zweigstück (8.10) verbunden ist, und
d a B die zentrale Bodenabsaugeleitung (8.9) über eine mit Filter (11.2) ausgerüstete Schmutzwasserabsaugevorrichtung (11.1) dem Hochdruckverdichter (10) im Bypass verbunden ist,und die Abdeckhaube (3) mit einer Luftabsaugevorrichtung (12.1) mit zugeordnetem Filter (12.2) versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
d a ß das Austrittslager (5.1) der Führungssäule (4) aus der Abdeckhaube (3) gleichfalls das Antriebsgetriebe (5.2) für die Führungssäule (4) mit aufnimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
d a ß das Antriebsgetriebe (5.2) ein Schneckengetriebe ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
d a ß der Hubantrieb (8.1) des Hubwagens (8) ein Zahnstangengetriebe ist, wobei die durch den Hubwagen (8) mitumfaßte Zahnstange (8.11) achsparallel zur Führungssäule (4) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
d a B die untere Begrenzung der Bodenabsaugeleitung (8.9) ein teleskopartig federnd spannendes Endstück ist, das als Zentralabsaugedüse (8.12) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
d a ß die Düse (8.6) eine Hartbeschichtung, z.B. eine Diamantbeschichtung aufweist.
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