Vorrichtung zur Vermeidung von Überdrücken in Lagerbehältern mit Wasserstoff entwickelndem Inhalt

Abstract

 Gefährliche Überdrücke in Lagerbehältern für radioaktive Abfallstoffe, die während der Lagerung durch Wasserstoffentwicklung entstehen, können durch Anordnungen vermieden werden, die Mittel, insbesondere Katalysatoren, zur Umwandlung des Wasserstoffs in Wasser und Trockenmittel zur Adsorption des letzteren in gasdichter Kapselung enthalten, die mit der Behälteratmosphäre über eine Berstscheibe in Verbindung steht. Zweckmäßig ist eine napfartige Dose (2) zur Aufnahme von Katalysator und Trockenmittel mit einer Berstscheibe (17) als Verschluß, über der ein Schutzgitter (16) angeordnet ist. Das durch eine Berstscheibe (17) abgeschlossene Behältnis ist insbesondere mit Inertgas von Behälterfülldruck gefüllt und besitzt vorzugsweise Fixierungselemente (18,19,23) zur Befestigung an der Behälterinnenwand. Die lagenweise Anordnung von Trockenmittel und Wasserdampfbildner unterhalb der Berstscheibe (17) ist zweckmäßig.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vermeidung von Überdrücken in Lagerbehältern für Wasserstoff entwickelnde, insbesondere radioaktive Abfallstoffe mit einem in den Behälter einbezogenen, Mittel zur Umwandlung von Wasserstoff in Wasser aufweisenden Behältnis.

[0002] Radioaktive Abfälle werden über längere Zeiten hinweg in geschlossenen Behältern gelagert. Aufgrund radiolytischer Zersetzung sowie infolge elektrochemischer Reaktionen entsteht in radioaktiven Abfällen, insbesondere in solchen mit hochverpreßten radioaktiven Mischabfällen, Wasserstoff. So können z.B. in konventionellen Behältern von 200 l gelagerte hochverpreßte radioaktive Mischabfälle innerhalb von 100 Tagen bis zu 1300 l Wasserstoff freisetzen. Diese Gasentwicklung kann zu beträchtlichem Überdruck und damit zu Aufwölbungen und/oder Leckagen der jeweiligen Abfallbehälter führen. Bei der Lagerung radioaktiver Abfallgebinde muß aber deren Integrität gewährleistet und ferner sichergestellt werden, daß keine weitere Gefährdung durch das Entweichen von Wasserstoff und ggf. Knallgasbildung auftreten kann.

[0003] Zur Reduzierung des in radioaktiven Abfallgebinden durch Wasserstoff verursachten Innendrucks wird bereits von R.Köster et.al. in der DE 39 04 149 A1 eine in einer Durchlaßöffnung von Behälter oder Deckel vorgesehene Anordnung beschrieben, die zwischen gasdurchlässigen Begrenzungen ein Füllmaterial enthält, das zur katalytischen Oxidation von Wasserstoff bei Lagertemperatur befähigt ist. Das dabei gebildete Wasser kann dabei ungehindert aus dem Behälter entweichen. Mit einer solchen Anordnung ist die sicherheitstechnische Barrierefunktion des Behälters für radioaktive Gase oder Dämpfe aber nicht mehr erfüllt. Insbesondere berücksichtigt diese Problemlösung nicht, daß tritiumhaltiges Wasser entstehen und an die Umgebung des Behälters abgegeben werden kann.

[0004] Eine mit zusätzlichem Trockenmittel versehene Katalysatorpackung in gasdurchlässiger Hülle ist zwar schon länger bekannt (DE 2856243 C2) die an möglichen Austrittsstellen von Behältern wie z.B. unterhalb des Behälterdeckels abdichtend vorgesehen sein kann, jedoch erscheint die Brauchbarkeit dieser von Anfang an zugänglichen Anordnung über lange Zeiten hinweg nicht unbedingt gewährleistet. Eine Funktion der Druckminderung im Behälter ist in der DE 28 56 243 C2 nicht erwähnt.

[0005] Ziel der Erfindung ist nun eine Anordnung mit der auch über längere Zeiten hinweg ein brauchbares Mittel zum Druckabbau bei Wasserstoff-Entwicklung im geschlossenen Behälter zur Verfügung steht.

[0006] Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis sowohl Mittel zur Umsetzung des Wasserstoffs in Wasser als auch Trockenmittel in einem in sich gasdicht abgeschlossenen Raum aufweist, der mit der Umgebung über eine Berstscheibe in Verbindung steht.

[0007] Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

[0008] Eine solche in den Abfallbehälter integrierte Bersteinheit gibt bei Überschreiten eines bestimmten Behälterinnendruckes eine zuvor insbesonders unter Schutzgas gelagerte Kombination aus Wasserstoff/Sauerstoff-Rekombinationskatalysator bzw. wasserbildendem chemischen Oxidationsmittel und einem Trockenmittel frei. Beide Komponenten sind sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Endlagertemperatur wirksam. Die Bersteinheit schützt den Katalysator bzw. das Oxidationsmittel und Trockenmittel bis zum Erreichen des Bedarfsfalles vor unerwünschtem Kontakt mit inaktivierenden Abfallkomponenten. Im Hinblick auf die Minimierung des freien Behältervolumens wird die Bersteinheit vorteilhaft an der Innenseite des Behälterdeckels mit nach oben oder nach unten zeigender Berstscheibe verschraubt oder verklebt. Sie kann aber auch anderweitig im Behälter fixiert oder ohne Befestigung plaziert und insbesondere durch ein hervorragendes Gitter mechanisch geschützt sein.

[0009] Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt zwei Versionen A und B einer an der Innenseite des Behälterdeckels mit nach unten zeigender Berstscheibe hängend angeordneten Bersteinheit.

[0010] Gemäß der Version A besteht die Bersteinheit im wesentlichen aus einem napfförmigen Behältnis 2 mit verschlossenem Boden. Im Rand des Behältnisses 2 sind über den Umfang verteilt Sacklochbohrungen und durchgehende Bohrungen eingebracht. Die Sacklochbohrungen dienen der Befestigung des kreisförmigen Deckels 12 und der darunterliegenden Dichtscheibe 15 mittels der Scheiben 13 und Schrauben 14. Die durchgehenden Bohrungen nehmen in den Behälterdeckel 1 eingelassene Gewindestangen 23 auf, über die die gesamte Bersteinheit mittels der Scheiben 18 und Muttern 19 am Behälterdeckel befestigt ist.

[0011] Der Deckel 12 besitzt eine Öffnung, in der die Berstscheibe 17 sowie ein darüber angeordnetes Schutzgitter 16 befestigt sind. Bei Versuchen haben sich insbesondere bei 150 bis 200 mbar Differenzdruck brechende Berstscheiben aus Graphit oder ein- bzw. doppelseitig mit PTFE beschichtetem Graphit, z.B. Typ HYKARB der Ralph Coidan Equipment Ltd. (Cleveland, USA), Berstscheiben aus verschiedenen Metallen oder Legierungen, z.B. Typ BS & B der Firma Bormann & Neupert (Düsseldorf), sowie Berstscheiben aus PTFE bzw. Teflon®, z.B. Typ COV der Firma Striko Verfahrenstechnik (Wiehl) als geeignet erwiesen. Im Inneren des Behältnisses 2 befinden sich unterhalb der wasserdampfdurchlässigen Trennschichten 4 und 6 zwei Lagen verschieden wirkender Trockenmittel. Gut geeignete Trockenmittel sind außer Silicagel Molekularsiebe, entwässerte Aquokomplexbildner, wie z.B. Kupfersulfat, oder hygroskopische Chemikalien wie Calciumchlorid, Magnesiumsulfat oder Phosphorpentoxid ggf. auf Trägermaterial.

[0012] Oberhalb der Trennschicht 6 befindet sich in Version A der Bersteinheit eine Lage aus einem chemischen Oxidationsmittel, insbesondere einem Oxid mit hohem Oxidationspotential, die von der gasdurchlässigen Trennschicht 21 gehalten wird. Als Oxidationsmittel ist nach bisherigen Versuchen insbesondere mit Silberspuren aktiviertes Mangandioxid wirksam, welches als Pulver oder in gepreßter Form eingesetzt werden kann.

[0013] Oberhalb der Trennschicht 6 befinder sich in der Version B der Bersteinheit zwei Netze 7 und 9 mit aufgebrachtem Wasserstoff/ Sauerstoff-Rekombinationskatalysator. Hier eignen sich nach bisherigen Versuchen insbesondere platin- oder palladiumbeschichtete Netze, insbesondere Typ E2993AE100 (Pt) oder L1993CB003 (Pd) der Firma DODUCO GmbH & Co. (Sinsheim).

[0014] Zur Fixierung der Trennschichten 4 und 6 sowie der Trennschicht 21 oder der Netze 7 und 8 dienen die in den Behälter 2 eingelegten Distanzringe 3, 5 und 20, 22 bzw. 24, 8 und 10. Der zwischen Distanzring 20 (Version A) bzw. 10 (Version B) und Dichtscheibe 15 liegende flexible Ring 11 dient dem Ausgleich von Toleranzen in der Dicke der Distanzringe.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Vermeidung von Überdrücken in Lagerbehältern (1) für Wasserstoff entwickelnde, insbesondere radioaktive Abfallstoffe mit einem in den Behälter einbezogenen, Mittel zur Umwandlung von Wasserstoff in Wasser aufweisenden Behältnis (2; 12),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Behältnis (2; 12) sowohl Mittel zur Umsetzung des Wasserstoffs in Wasser als auch Trockenmittel in einem in sich geschlossenen Raum aufweist, der mit der Umgebung über eine Berstscheibe (17) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Behältnis (2; 12) als napfartige Dose mit einer Berstscheibe (17) als Verschluß ausgebildet ist, über der ein Schutzgitter (16) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dose mit Fixierungselementen (18; 19; 23) versehen ist und entsprechende Gegenstücke an Behälterinnenwand oder Deckelinnenseite vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine lagenweise Anordnung (A bzw. B) von Trockenmittel und Wasserdampfbildner unterhalb der Berstscheibe (17).

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Trockenmittel Silicagel vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserdampfbildner durch einen Wasserstoff/Sauerstoff-Umwandlungskatalysator oder insbesondere durch ein Oxid mit hohem Oxidationspotential gebildet wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der in sich abgeschlossene Raum mit Inertgas von Behälterfülldruck gefüllt ist.

Zeichnung