EP0352594B1 - Elektropolierverfahren zum Zwecke der Dekontamination - Google Patents
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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
- G21F9/04—Treating liquids
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- G—PHYSICS
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- G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
- G21F9/002—Decontamination of the surface of objects with chemical or electrochemical processes
- G21F9/004—Decontamination of the surface of objects with chemical or electrochemical processes of metallic surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
- C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
- C25F3/16—Polishing
Definitions
- the invention relates to an electropolishing process for the purpose of decontamination of parts of a nuclear power plant, in particular a nuclear power plant.
- Electropolishing processes which are known for example from DE-A-33 43 396 and DE-A-33 45 278, have so far proven successful for decontamination of the system parts.
- the part of the system whose surface is to be decontaminated is switched as the anode and a sponge electrode as the cathode.
- the conductive connection between the cathode and the anode is produced by deionized water, to which an electrolyte is added to ensure sufficient conductivity.
- dilute sulfuric acid or dilute phosphoric acid is used.
- the sponge electrode is used to wipe the surface to be decontaminated when the voltage is switched on. In this process, a very thin surface layer with the surface-attached impurities is removed and the removal is washed away with the electrolyte solution of deionized water and electrolyte.
- the radioactivity of contaminated surfaces can easily be reduced by more than a power of ten.
- the acid used in decontamination contains radioactive residue from the material removal after decontamination and must therefore be disposed of at great expense.
- the disposal effort is considerable both in terms of costs and in terms of personal protection.
- the acidic solutions that remain after decontamination are collected in special containers and transported to processing plants. Special shielding is required in the factory and during transport in order to reduce the radioactive radiation into the environment to the permissible level.
- the object of the invention is to reduce the radiation exposure of the personnel during the decontamination of system parts on the one hand and the technical and financial outlay of such measures on the other.
- deionate is used for electropolishing, which is enriched to ensure electrical conductivity with an electrolyte which is present in the primary coolant anyway, and in that an electrolyte present in a remaining solution is worked up in a factory water treatment system .
- deionized water which is enriched with electrolytes that can be processed by the factory water treatment system
- the solution that remains after decontamination no longer needs to be transported in shielded containers, but can be removed by the factory water purification or Processing plant to be refurbished.
- the resulting salts can be filtered out.
- the component to be decontaminated leaks into other system parts, for example into a connected pipeline, it is possible to dispense with a special suction of the leaked liquid. From there, it gets to the factory water treatment plant without further measures, where it is treated. This significantly reduces the radiation exposure of the staff.
- an electrolyte that is already present in the primary coolant material damage due to electrolyte residues remaining in the adjacent system parts is reliably avoided because the materials used are designed for these electrolytes.
- boric acid or lithium hydroxide In the case of nuclear power plants, it is particularly advantageous to add boric acid or lithium hydroxide to the deionate.
- the temperature of the deionate enriched with an electrolyte is increased above the ambient temperature. This increases its conductivity, which improves the result of the decontamination.
- a sponge electrode is used whose distance from the surface of a component to be treated is less than 10 mm. A largely complete decontamination is thus achieved.
- the inner wall of a pressure line in the primary circuit of a nuclear reactor is intended for the purpose of implementation be decontaminated from maintenance work, for example an electropolishing device can be used, as disclosed in German Offenlegungsschrift 33 45 278.
- an electropolishing device can be used, as disclosed in German Offenlegungsschrift 33 45 278.
- the electrolyte solution used there mostly dilute sulfuric acid - deionate is used, to which boric acid, for example, has previously been added. Since the electrical conductivity that can be achieved with boric acid is significantly lower than the conductivity that can be achieved with sulfuric acid, the current flow and thus the erosion per unit of time will also be lower.
- the deionate enriched with boric acid supplied to the sponge electrodes can be warmed up before being introduced into the sponge electrode.
- the limit temperature to be maintained is limited by the temperature resistance of the sponge and the other components of the sponge electrode and by the formation of steam. Temperatures of the deionate enriched with boric acid around 75 ° C are realistic when using temperature-resistant sponges.
- the thickness of the sponge used ie the distance of the metallic part of the sponge electrode from the surface to be decontaminated, can be reduced. Sponge thicknesses of 10 mm and below, preferably 5 mm, can be used well.
- the operation of the electropolishing device can be carried out in a conventional manner, as is known from DE-OS 33 45 278 or DE-OS 33 43 396.
- a heater for heating the electrolyte solution to the supply line to the sponge electrode.
- the boron acid-enriched deionate with the removed surface substances, including the radioactive material originally attached to the surface is located in a collecting container for the electrolyte solution.
- the interior of the tube or container treated in this way is left with small amounts of Electrolyte solution contaminated.
- the nuclear power plant can be put into operation again after the decontamination without cumbersome extraction of the remaining electrolyte solution quantity.
- the resulting slight increase in the boric acid content in the coolant can easily be worked up by the factory water treatment system. This saves the human effort that would otherwise be required with the extraction.
- the amount of electrolyte solution in the collecting container can also be gradually fed to the factory water treatment system after filtering off the removed material, processed there and fed to the primary coolant.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektropolierverfahren zum Zwecke der Dekontamination von Anlagenteilen einer kerntechnischen Anlage, insbesondere eines Kernkraftwerkes.
- Beim Betrieb von kerntechnischen Anlagen ist eine Kontamination von mit radioaktiven Substanzen in Berührung kommenden Anlagenteile, wie Rohrleitungen, Behälter, Wellen und dergleichen, meist nicht zu vermeiden. Die Kontamination beruht ganz überwiegend auf der Ablagerung radioaktiver Nuklide auf den Oberflächen dieser Anlagenteile. Für die Dekontamination der Anlagenteile haben sich bisher Elektropolierverfahren bewährt, die beispielsweise aus der DE-A-33 43 396 und der DE-A-33 45 278 bekannt sind. Bei den meisten dieser Elektropolierverfahren schaltet man das Anlagenteil, dessen Oberfläche dekontaminiert werden soll, als Anode und eine Schwammelektrode als Kathode. Die leitende Verbindung zwischen Kathode und Anode wird durch Deionat, dem zur Sicherstellung einer ausreichend großen Leitfähigkeit, ein Elektrolyt zugemischt ist, hergestellt. In den meisten Fällen wird hierzu verdünnte Schwefelsäure oder verdünnte Phosphorsäure eingesetzt. Mit der Schwammelektrode wird bei eingeschalteter Spannung über die zu dekontaminierende Oberfläche gewischt. Bei diesem Verfahren wird eine sehr dünne Oberflächenschicht mit den oberflächlich angelagerten Verunreinigungen abgetragen und der Abtrag mit der Elektrolytlösung aus Deionat und Elektrolyt fortgeschwemmt. Erfahrungsgemäß läßt sich so die Radioaktivität kontaminierter Oberflächen ohne weiteres um mehr als eine Zehnerpotenz vermindern.
- Die beim Dekontaminieren eingesetzte Säure enthält nach dem Dekontaminieren radioaktiven Rückstand aus dem Materialabtrag und muß daher aufwendig entsorgt werden. Der Entsorgungsaufwand ist sowohl hinsichtlich der Kosten als auch hinsichtlich des Personenschutzes beachtlich. Die sauren Lösungen, die nach der Dekontamination übrig bleiben, werden in speziellen Behältern gesammelt und zu Aufbereitungsanlagen transportiert. Im Werk und beim Transport sind besondere Abschirmungen erforderlich, um die radioaktive Strahlung in die Umgebung auf das zulässige Maß zu reduzieren.
- Zugleich muß beim Dekontaminieren dafür gesorgt werden, daß Leckagen weitgehend vermieden werden, um eine Kontamination benachbarter Anlagenbereiche zu vermeiden. Insbesondere bei der Dekontamination in Primärkreisläufen von Kraftwerken müssen ganze Rohrabschnitte sorgfältig abgedichtet werden. Unvermeidliche Leckagen in eine an das zu dekontaminierende Bauteil angeschlossene Rohrleitung hinein machen eine sorgfältige Absaugung der ausgetretenen Flüssigkeit notwendig. Diese zusätzlichen Arbeiten führen zur Erhöhung der Strahlenbelastung des Personals und erhöhen zugleich auch das technische Risiko und die Kostenbelastung.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strahlenbelastung des Personals bei der Dekontamination von Anlagenteilen einerseits und den technischen und finanziellen Aufwand solcher Maßnahmen andererseits zu verringern.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Elektropolieren Deionat verwendet wird, welches zur Gewährleistung einer elektrischen Leitfähigkeit mit einem Elektrolyten angereichert ist, der im Primärkühlmittel ohnehin vorhanden ist, und daß ein in einer verbleibenden Lösung befindlicher Elektrolyt in einer werkseigenen Wasseraufbereitungsanlage aufgearbeit wird.
- Wegen der Verwendung von Deionat, welches mit solchen Elektrolyten angereichert ist, welche von der werkseigenen Wasseraufbereitungsanlage aufarbeitbar sind, braucht die Lösung, die nach der Dekontamination übrig bleibt, nicht mehr in abgeschirmten Behältnissen abtransportiert zu werden, sondern kann durch die werkseigene Wasserreinigungs- bzw. Aufbereitungsanlage aufgearbeitet werden. Die dabei anfallenden Salze können ausgefiltert werden. Außerdem ist es möglich, bei Leckagen des zu dekontaminierenden Bauteils in andere Anlagenteile, beispielsweise in eine angeschlossene Rohrleitung hinein auf eine besondere Absaugung der ausgetretenen Flüssigkeit zu verzichten. Diese gelangt von dort ohne weitere Maßnahmen in die werkseigene Wasseraufbereitungsanlage, wo sie aufbereitet wird. Dadurch vermindert sich die Strahlenbelastung des Personals erheblich. Durch die Verwendung eines Elektrolyten, der im Primärkühlmittel ohnehin vorhanden ist, werden Werkstoffschädigungen durch in den angrenzenden Anlagenteilen verbleibende Elektrolytrückstände zuverlässig vermieden, weil die verwendeten Werkstoffe für diese Elektrolyte ausgelegt sind.
- Bei Kernkraftwerken ist es besonders vorteilhaft, dem Deionat Borsäure oder Lithiumhydroxid zuzusetzen.
- Beispielsweise wird die Temperatur des mit einem Elektrolyt angereichterten Deionats über die Umgebungstemperatur hinaus erhöht. Dadurch wird dessen Leitfähigkeit erhöht, was das Ergebnis der Dekontamination verbessert.
- Nach einem anderen Beispiel wird eine Schwammelektrode eingesetzt, deren Abstand zur zu behandelnden Oberfläche eines Bauteiles kleiner als 10 mm ist. Damit erzielt man eine weitgehend vollständige Dekontamination.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
- Soll beispielsweise die Innenwandung einer Druckleitung im Primärkreislauf eines Kernreaktors zum Zwecke der Durchführung von Wartungsarbeiten dekontaminiert werden, so kann beispielsweise eine Elektropoliervorrichtung zum Einsatz kommen, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 33 45 278 offenbart ist. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird jedoch, anstelle der dort verwendeten Elektrolytlösung - meist verdünnte Schwefelsäure - Deionat eingesetzt, dem man zuvor beispielsweise Borsäure zugesetzt hat. Da die elektrische Leitfahigkeit, die man mit Borsäure erreichen kann, deutlich geringer ist als die Leitfähigkeit, die man mit Schwefelsäure erreichen kann, wird auch der Stromfluß und damit auch der Abtrag je Zeiteinheit geringer ausfallen. Um diese Minderleistung aufzufangen kann das den Schwammelektroden zugeführte, mit Borsäure angereicherte Deionat vor der Einleitung in die Schwammelektrode aufgewärmt werden. Die hierbei einzuhaltende Grenztemperatur wird durch die Temperaturfestigkeit des Schwamms und der übrigen Bauelemente der Schwammelektrode sowie durch die Dampfbildung begrenzt. Temperaturen des mit Borsäure angereicherten Deionats um 75° C sind bei der Verwendung entsprechend temperaturfester Schwämme realistisch. Des weiteren kann zur Erhöhung des Abtrags je Zeiteinheit auch die Dicke des verwendeten Schwamms, das heißt der Abstand des metallischen Teils der Schwammelektrode von der zu dekontaminierenden Oberfläche verringert werden. Hierbei sind Schwammstärken von 10 mm und darunter, vorzugsweise von 5 mm, gut brauchbar.
- Der Betrieb der Elektropoliervorrichtung kann in herkömmlicher Weise, wie dies durch die DE-OS 33 45 278 oder die DE-OS 33 43 396 bekannt ist, erfolgen. Dabei ist es anlagenseitig jedoch zweckmäßig, an die Zuführungsleitung zur Schwammelektrode eine Heizung für die Aufwärmung der Elektrolytlösung anzuschließen. Nach Abschluß der Elektropolierarbeiten befindet sich in einem Auffangbehälter für die Elektrolytlösung das mit Borsäure angereicherte Deionat mit den abgetragenen Oberflächensubstanzen inklusive des ursprünglich an der Oberfläche angelagerten radioaktiven Materials. Außerdem ist der Innenraum des so behandelten Rohres oder Behältnisses mit geringen Mengen an zurückgebliebener Elektrolytlösung verunreinigt. Da diese zurückgebliebenen Elektrolytlösungsmengen sich im wesentlichen aus dem ohnehin im Primärkreislauf befindlichen Deionat und Borsäure zusammensetzen und in ihrer Menge gegenüber der betriebsmäßig durchzusetzenden Menge an Deionat verschwindend gering sind, kann die Kernkraftanlage nach der Dekontamination ohne umständliche Absaugung der zurückgebliebenen Elektrolytlösungsmenge wieder in Betrieb genommen werden. Die hierdurch bedingte geringfügige Erhöhung des Borsäuregehalts im Kühlmittel kann durch die werksseitige Wasseraufbereitungsanlage ohne weiteres aufgearbeitet werden. Hierdurch wird der mit der Absaugung sonst erforderliche Personeneinsatz eingespart. Auch die Elektrolytlösungsmenge im Auffangbehälter kann nach Abfiltern des abgetragenen Materials allmählich der werkseigenen Wasseraufbereitungsanlage zugeführt, dort aufgearbeitet und dem Primärkühlmittel zugeführt werden.
- Es ist ein großer Vorteil dieser Art der Dekontamination darin zu sehen, daß die die Strahlenbelastung des Personals erhöhende und arbeitsaufwendige Absaugung von aus unvermeidlichen Leckagen ausgetretener Flüssigkeit unterbleiben kann und daß darüber hinaus der Transport der verbrauchten Elektrolytlösungsmengen außerhalb der Kraftwerksanlage entfällt. Schließlich ist es ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens, daß die Aufarbeitung der Elektrolytlösung nach der Dekontamination mit der werkseigenen Wasseraufbereitungsanlage durchgeführt werden kann. Nicht zu vergessen ist, daß nach der Aufarbeitung der Lösung der größte Teil, nämlich das Deionat, wieder verwendet werden kann und nur ein sehr kleiner schlammartiger Rückstand entsorgt werden muß, wie dies von Zeit zu Zeit auch mit den Rückständen des betrieblichen Wasserreinigungsvorgangs erfolgt.
Claims (5)
- Elektropolierverfahren zum Zwecke der Dekontamination von Anlagenteilen einer kerntechnischen Anlage, insbesondere eines Kernkraftwerks,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Elektropolieren Deionat verwendet wird, welches zur Gewährleistung einer elektrischen Leitfähigkeit mit einem Elektrolyten angereichert ist, der im Primärkühlmittel ohnehin vorhanden ist, und daß ein in einer verbleibenden Lösung befindlicher Elektrolyt in einer werkseigenen Wasseraufbereitungsanlage aufgearbeitet wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Deionat Borsäure zugesetzt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Deionat Lithiumhydroxid zugesetzt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des mit einem Elektrolyt angereicherten Deionats zur Erhöhung von dessen Leitfähigkeit über die Umgebungstemperatur hinaus erhöht wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwammelektrode zum Einsatz kommt, bei der der Abstand der Elektrode zur behandelnden Oberfläche kleiner als 10 mm ist.
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