Verfahren und Einrichtung zum Entfernen von Ablagerungen auf den Oberflächen der Bauteile einer wassergekühlten Kernreaktoranlage

Abstract

 Sollen an den Oberflächen von Brennelementen (4) Ablagerungen entfernt werden, so sind aufgrund der hohen Frequenzen der Ultraschallschwinger Beschädigungen an den in den Hüllrohren (7) eingeschlossenen Brennstofftabletten sowie an den Abstandshaltegittern nicht auszuschließen. Zur Vermeidung von Beschädigungen wird vorgeschlagen, daß das Brennelement (4) gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten aus mit Ultraschallschwingern (14) gleicher Leistung beschallt wird. Dazu ist das Brennelement (4) in einem geschlossenen, wassergefüllten Behälter (3) angeordnet. An wenigstens zwei gegenüberliegenden Außenseiten (10, 11) des Behälters (3) sind Ultraschallschwinger (14) befestigt, wobei die jeweils gegenüberliegenden Ultraschallschwinger auf einer gemeinsamen Mittenachse (31) liegen.

Beschreibung

[0001] .Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Ablagerungen auf den Oberflächen der Bauteile einer wassergekühlten Kernreaktoranlage, wobei die Bauteile unter Verwendung von Wasser als Koppelmedium mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt werden.

[0002] Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 27 14 245 zu entnehmen. Dort wird gemäß Spalte 2, Zeile 6 - 16 eine Cersatzlösung, die zur Dekontaminierung der Metalloberflächen von Kernreaktor-Kühlkreisläufen Verwendung findet, mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt. Über die Reinigung der Brennelemente ist dort nichts erwähnt, da dieselben bei der beschriebenen Dekontaminierung offenbar bereits aus dem Reaktordruckbehälter entfernt sind. Es erfolgt dort auch keine Aussage über die Intensität der Ultraschallschwingungen. Eei der allgemein behannten Wtraschalreinigung von Metallteilen arbeitet man mit Frequenzen oberhalh von 18 KHz. la zum Reinigen die Teile unter Wasser angeordnet sind, hat man es mit Longitudinalwellen zu tun, die zur periodischen Verdichtung der Materie Wasser führen. Aufgrund der großen Energie reißt das Wasser während der Zugphase an Instabilitätsstellen auseinander. In der folgenden Druckphase brechen die Bläschen mit großer Geschwindigkeit in sich zusammen, wobei in der nächsten Umgebung dieser sehr kleinen Bläschen Energie frei wird, die sich als Überdruck der Größenordnung von eintausend bar und als Mikroströmung bemerkbar macht. Die Grenzflächen von Flüssigkeit zu Festkörper stellen Instabilitätsstellen und somit Kavitationskeime dar. Dieser Vorgang wird mit Mikroschruppen bezeichnet, da auch die kleinsten Fremdteilchen von der Festkörperoberfläche durch rein mechanische Kräfte entfernt werden.

[0003] Will man die komplett montierten Brennelemente einer wassergekühlten Kernreaktoranlage auf die gleiche Art und Weise wie allgemein in der Industrie anfallende Metallteile mit Ultraschallwellen reinigen, so treten verschiedene Probleme auf. Zur Abschirmung der ggf. bestrahlten Brennelemente ist nämlich eine mehrere Meter dicke Wasserschicht erforderlich, unterhalb derer ein Reinigungsvorgang ablaufen müßte. Außerdem ist die Verunreinigung dieser Wasservorlage durch die beim Reinigungsprozeß freiwerdenden Schmutzpartikel unerwünscht. Wesentliche Probleme entstehen jedoch daraus, daß aufgrund der großen Energien die in den Hüllrohren angeordneten Brennstofftabletten oder andere Bauteile des Brennelements wie z. B. die Abstandshaltegitter beschädigt werden.

[0004] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reimigung der Ükerälächer, von Rreneicmenten wassergekühlter Kernreaktoren anzugeken, bei dem eine nachteilige Eeeinflussung der Bauteile des Frennelementes selbst, sowie der von den Hüllrohren umgebenen Erennstofftabletten vermieden wird.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zur Reinigung eines komplett montierten Brennelementes dasselbe gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten aus mit Ultraschallschwingern gleicher Leistung beschallt wird. Die auf das Brennelement einwirkenden Kräfte heben sich dadurch gegenseitig auf, so daß Beschädigungen sicher vermieden werden.

[0006] Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß das Brennelement in einem geschlossenen wassergefüllten Behälter angeordnet ist, daß Ultraschallschwinger an wenigstens zwei gegenüberliegenden Außenseiten des Behälters befestigt sind, daß die jeweils gegenüberliegenden Ultraschallschwinger auf einer gemeinsamen Mittenach- .se liegen und daß sich der Behälter in einem Abschirmzwecken dienenden Wasserbecken befindet.

[0007] Mit einer solchen Einrichtung wird eine schonende Entfernung von Ablagerungen bei Wahrung einer ausreichenden Abschirmung erzielt.

[0008] Eine besondere Ausbildung der Einrichtung sieht vor, daß der Behälter mit einer Bypaßleitung zur Umwälzung des innerhalb desselben befindlichen Wassers versehen ist und daß in der Bypaßleitung eine Umwälzpumpe und ein Filter in Reihe geschaltet ist.

[0009] Damit werden die entfernten Ablagerungspartikel ausgefiltert und eine Beeinträchtigung der Ultraschallintensität vermieden.

[0010] Eine andere Einrichtung zur Durchiührung des Verfachrens aieht vor, daß das Brennelement in einem an seiner Oberseite offenen, wassergefüllten Rehälter angeordnet ist, daß Ultraschallschwinger an wenigstens zwei gegenüberliegenden Außenseiten des Behälters befestigt sind und daß sich der Behälter in einem Abschirmzwecken dienenden Wasserbecken befindet.

[0011] Diese Ausbildung findet bei Brennelementen Anwendung, die zum Zwecke einer Prüfung der unteren Enden der Hüllrohre nur in ihrem unteren Bereich gereinigt werden müssen.

[0012] Zur Vermeidung einer Verschmutzung des Beckenwassers führt von dem oben offenen Behälter eine Leitung weg, deren freies Ende in das Wasserbecken mündet, wobei diese Leitung in Reihe geschaltet einen Filter und eine Umwälzpumpe aufweist.

[0013] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ultraschallschwinger unter Zwischenschaltung einer Schwingerplatte an dem Behälter befestigt.

[0014] Nach einer weiteren Ausführung ist in der dem Behälter zugeordneten Bypaßleitung bzw. Leitung in Durchflußrichtung gesehen vor dem Filter eine Vorrichtung zur Überprüfung des Reinheitsgrades des den Behälter verlassenden Wassers vorgesehen.

[0015] Sobald ein vorgebbarer Reinheitsgrad des Wassers erreicht ist, wird der Beschallungsvorgang beendet.

[0016] Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Einrichtung ergibt sich dadurch, daß zur Aufnahme des Brennelementes ein in wassergekühlten Kernreaktoranlagen vorhandener Sippingbehälter verwendet wird.

[0017] Ein Verfahren zum wahlweisen Verwenden einer derartigen Einrichtung zun Dntfernon von Ablagerungen und zum Durchführen eines Sippingtestes zeichnet sich dadurch aus, daß zuerst das Entfernen der Ablagerungen erfolgt und dann der Sippingtest durchgeführt wird.

[0018] Damit wird sichergestellt, daß eventuell in den Ablagerungen enthaltene Aktivitäten, die aus anderen defekten Brennelementen des ursprünglichen Kernverbandes stammen, nicht zu Fehlschlüssen bei dem Sippingtest führen.

[0019] Anhand von Ausführungsbeispielen und der schematischen Zeichnungen der Fig. 1, 1a und 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

[0020] Dabei zeigen die

Fig. 1 ein in einem geschlossenen Behälter angeordnetes Brennelement, die

Fig. 1a einen Schnitt entlang der Linie a-a der Fig. 1 und die

Fig. 2 ein in einem offenen Behälter angeordnetes Brennelement.

[0021] Die Fig. 1 zeigt einen Teilbereich eines Wasserbeckens 1, das zur Aufbewahrung von abgebrannten Brennelementen unter Wahrung ausreichender Abschirmbedingungen durch das Wasser dient. Bekanntlich ist hierzu eine Wasserschicht erforderlich, die oberhalb der eingelagerten Brennelemente noch eine Dicke von mehreren Metern aufweist. Am Boden 2 des Waserbeckens ist ein Behälter 3 zur Aufnahme eines Brennelementes 4 wassergekühlter Kernreaktoren angeordnet. Das komplett montierte Brennelement 4 war bereits im Reaktorkern eingesetzt und soll nach erfolgter Entfernung der auf den Oberflächen seiner Bauteile haftenden Ablagerungen auf seine Wiederverwendbarkeit im Reaktorkern überprüft werden. Es besteht aus dem Fuß-5 und dem Kopfstück 6, die über nicht dargestellte Steueretabführungsrohre miteinander erhunden sind und das Gerippe des Brennelementes bilden. Zwischen dem Fuß- und dem Kopfstück erstreckt sich eine Vielzahl von ca. vier Meter langen Hüllrohren 7, die eine große Anzahl von Brennstofftabletten aus Urandioxid enthalten und an ihren Enden mit nicht dargestellten Endstopfen verschlossen sind. Mehrere über die Länge der Hüllrohre verteilte Abstandshaltegitter 8 halten die Hüllrohre in ihrer Position. Insbesondere die Brennstofftabletten und die mit feingliedrigen Federungen ausgestatteten Abstandshaltegitter sind durch die zur Reinigung erforderlichen energiereichen Frequenzen einer schädlichen Belastung ausgesetzt. Durch die nach dem Verfahren vorgesehene gleichzeitige Beschallung mit gegenüber angeordneten Ultraschallschwingern gleicher Leistung, werden die auf die Bauteile des Brennelementes einwirkenden Kräfte gegenseitig aufgehoben bzw. zumindest reduziert. Zur Durchführung des Verfahrens sind, wie auch aus der Fig. 1a zu ersehen ist, an den vier Seitenwänden 9, 10, 11 und 12 des aus Stahl bestehenden geschlossenen Behälters 3 Schwingerplatten 13 befestigt. Jede Schwingerplatte trägt neun Ultraschallschwinger 14 gleicher Leistung und gleicher geometrischer Anordnung. Jeweils vier paarweise gegenüberliegende Schwingerplatten 13 sind auf gleicher Höhe angeordnet, so daß sich die von ihnen getragenen Ultraschallschwinger 14 gegenüberliegen. Der Behälter ist mit drei mal vier solcher Schwingerplatten ausgerüstet, die in ihrer senkrechten Erstreckung betrachtet einen solchen Abstand zueinander haben, daß eine optimale Reinigung der Oberflächen des Brennelementes erfolgt. Ein mit Drehgelenken 15 ausgestattetes Halteelement 16 trägt einen hydraulisch betätigten Zylinder 17 und ist mit seinem einen Ende 18 am Behälter 3 und mit seinem anderen Ende 19 an einem Deckel 20 zum Verschließen des Behälters 3 befestigt. Die Steuerleitungen 21 des Zylinders 17 sind mit einer außerhalb des Wasserbeckens 1 befindlichen Steuereinheit 22 verbunden, so daß der Deckel 20 zur Be- bzw. Entladung des Behälters mit einem Brennelement ferngesteurert geöffnet oder ge- sehlessen werden kann. Auch die Ultrascehallschwinger werden, wie mit der Verhindungsleitung 23 angedeutet, von der Steuereinheit bedient. Damit die aufgrund der Ultraschalleinwirkung bereits entfernten und in den innerhalb des Behälters angeordneten Wasser vorhandenen Ablagerungspartikel den Reinigungsprozeß nicht stören, weist der Behälter eine mit einem Filter und einer Umwälzpumpe versehene Bypaßleitung auf. Die Bypaßleitung 26 ist mit ihrem einen Ende in der Nähe des Behälterbodens 27 und mit ihrem anderen Ende in der Nähe des Deckels 20 mit dem Behälter 3 verbunden. Die Umwälzpumpe 25 bewirkt einen Umlauf des im Behälter befindlichen und zur Ultraschallreinigung erforderlichen Wassers, so daß darin enthaltene Partikel im Filter 24 zurückgehalten werden. Eine über die Kabelverbindung 28 mit der Steuereinheit 22 verbundene und in Durchflußrichtung gesehen vor dem Filter in die Bypaßleitung eingebaute Vorrichtung 29 dient zur Überwachung des Reinheitsgrades des im Behälter 3 angeordneten Wassers. Das Erreichen eines vorgebbaren Reinheitsgrades ist ein Indiz dafür, wie weit die Ablagerungen von den Oberflächen des Brennelementes entfernt sind. Ist das den Anforderungen entsprechende Ergebnis erreicht, wird die Beschallung beendet und das gereinigte Brennelement entnommen.

[0022] Die in den Fig. 1 und 1a beschriebene Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn als Behälter 3 ein in wassergekühlten Reaktoranlagen üblicherweise bekannter Sippingbehälter verwendet wird. Der Sippingbehälter nimmt ebenfalls ein Brennelement auf. Durch die Wirkung der Nachzerfallswärme treten aus defekten Hüllrohren radioaktive Spaltprodukte in das Behälterwasser aus. Eine Wasserprobe ergibt dann Aufschluß darüber, ob Hüllrohre des Brennelementes defekt sind und ausgetauscht werden müssen. Ein solcher Sippingbehälter wäre nur mit Ultraschallschwingern 14 und der Bypaßleitung 26 zu ertüchtigen, um zusätzlich für die Ultraschallreinigung verwendbar zu sein. Bei einer solchen kombinierten Anwendung ist es von Vorteil, zuerst die Ültraschallreinigung vorzunehmen und dann erst den Sippingtest durchzuführen. Diese Vorgehensweise ist folgerichtig, da in den an den Oberflächen des gerade im Sippingbehälter befindlichen Brennelements anhaftende Ablagerungen aktivitätsführende Stoffe enthalten sein können, die aus anderen beschädigten Brennelementen des Kernverbandes stammen. Ein Brennelement könnte als defekt bezeichnet werden obwohl es gar keine defekten Hüllrohre enthält. Werden die Ablagerungen jedoch vor dem Sippingtest entfernt und im Filter festgehalten, so werden falsche Aussagen des Sippingtestes vermieden.

[0023] Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausbildung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Damit sollen die Oberflächen eines Brennelementes nur im unteren Drittel ihrer Höhenerstreckung von Ablagerungen befreit werden, um eine in diesem Bereich erforderliche Prüfung nach defekten Hüllrohren zu ermöglichen. Der Behälter 3 besteht aus Stahl und ist an seiner Oberseite 30 offen. Seine Seitenwände 9a, 10a, 11a, 12 a sind so hoch, daß ein Drittel der Höhenerstreckung des Brennelements in den Behälter eingetaucht ist. Der Öffnungsquerschnitt des Behälters ist so groß gewählt, daß zwischen den Innenseiten des Behälters und den an der Peripherie des Brennelements angeordneten Hüllrohren jeweils ein Spalt von ca. 50 Millimeter besteht. An jeder Seitenwand 9a, 10a, 11a, 12a des quaderförmigen Behälters 3 ist in zueinander gleicher geometrischer Anordnung eine Schwingerplatte 13 befestigt, die jeweils neun Ultraschallschwinger 14 trägt. Dabei liegen zumindest die gegenüberliegend angeordneten Ultraschallschwinger 14 auf einer gemeinsamen Mittenachse 31. Dagegen können die etwa in einem rechten Winkel zueinander angeordneten Ultraschallschwinger auch eine unterschiedliche Höhenlage einnehmen. Dadurch wird insgesamt das beschallte Volumen vergrößert und die Reinigung verbessert. Damit die entfernten Ablagerungspartikel nicht in das Wasserbecken 1 gelangen, führt in der Nahe des Enhälterbodens 27 eine Leitung 32 von Behälter 3 weg, die mit ihrem freien Ende 23 in das Wasserbeeken 1 mündet. Durch die in der Leitung 32 angeordnete Umwälzpumpe 25 findet eine ständige Erneuerung des im Behälter 3 enthaltenen Beckenwassers statt. Der in Reihe zur Umwälzpumpe 25 in der Leitung 32 eingebaute Filter 24 hält die Ablagerungspartikel zurück. Ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. 1 ist in Durchflußrichtung gesehen vor dem Filter 24 eine Vorrichtung 29 zur Überprüfung des Reinheitsgrades des den Behälter verlassenden Wassers vorgesehen. Über eine nicht dargestellte, außerhalb des Wasserbeckens angeordnete Steuereinrichtung lassen sich die Ultraschallschwinger 14 als auch die Umwälzpumpe 25 fernbedient betätigen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Entfernen von Ablagerungen auf den Oberflächen der Bauteile einer wassergekühlten Kernreaktoranlage, wobei die Bauteile unter Verwendung von Wasser als Koppelmedium mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reinigung eines komplett montierten Brennelementes (4) dasselbe gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten aus mit Ultraschallschwingern (14) gleicher Leistung beschallt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement (4) in einem geschlossenen, wassergefüllten Behälter angeordnet ist, daß Ultraschallschwinger (14) an wenigstens zwei gegenüberliegenden Außenseiten (9, 12) des Behälters (3) befestigt sind, daß die jeweils gegenüberliegenden Ultraschallschwinger (14) auf einer gemeinsamen Mittenachse (31) liegen und daß sich der Behälter in einem Abschirmzwecken dienenden Wasserbecken (1) befindet.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) mit einer Bypaßleitung (26) zur Umwälzung des innerhalb desselben befindlichen Wassers versehen ist und daß in der Bypaßleitung eine Umwälzpumpe (25) und ein Filter (24) in Reihe geschaltet sind.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement (4) in einem an seiner Oberseite (30) offenen, wassergefüllten Behälter (3) angeordnet ist, daß Ultraschallschwinger (14) an wenigstens zwei gegenüberliegenden Außenseiten (9a, 10a) des Behälters befestigt sind und daß sich der Behälter in einem Abschirmzwecken dienenden Wasserbecken (1) befindet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Behülter (3) eine Leitung (32) wegführt, deren freies Ende (33) in des Wasserbecken (1) mündet und dae die Leitung in Reihe geschaltet ein Filter (24) und eine Umwälzpumpe (25) aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwinger (14) unter Zwischenschaltung einer Schwingerplatte (13) an dem Behälter (3) befestigt sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypaßleitung (26) bzw. in der Leitung (32) in, Durchflußrichtung gesehen vor dem Filter (24) eine Vorrichtung (29) zur Überprüfung des Reinheitsgrades des den Behälter (3) verlassenden Wassers vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Behälter (3) zur Aufnahme des Brennelementes (4) ein in wassergekühlten Kernreaktoranlageh vorhandener Sippingbehälter verwendet wird.

9. Verfahren zur wahlweisen Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 8 zum Durchführen eines Sippingtestes und zum Entfernen von Ablagerungen, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das Entfernen der Ablagerungen erfolgt und dann der Sippingtest durchgeführt wird.

Zeichnung