DE2133250C3 - Vorrichtung zu adsorptiven Verzögerung von radioaktiven Gasen in einem Abgasstrom - Google Patents

Description

Die in Kernreaktoren freigesetzten radioaktiven Abgase, z. B. zusammengesetzt aus langlebigen Spaltgasen (Krypton, Xenon) und kurzlebigen Aktivierungsgasen (SlickMoff/Sauerstoffisotope), müssen vor ihrem Austritt in die Atmosphäre so behandelt werden, daß es nicht zu einer unzulässig hohen Kontamination der Umgebungsluft der Kernreaktoren und einer damit verbundenen Strahlenbelastung kommt.

Bei der Behandlung solcher Abgase kommt es im wesentlichen darauf an, den Austritt der Abgase mittels geeigneter Verzögerungsstrecken so lange zu verzögern, bis die Radioaktivität in ausreichendem Maße abgeklungen ist.

Bei einer bekannten Anlage (Atom und Strom 16 (1970) 8, 115/118) wird dies dadurch erreicht, daß der Abgasstrom aus einem Siedewasserkernkraftwerk zunächst in einem langen Rohrleitungssystem mechanisch verzögert wird, so daß insbesondere kurzlebige Aktivitätsbestandteile abklingen können. Hinler der mechanischen Verzögerungsstrecke ist dabei ein mechanisches Filter vorgesehen, um die beim Zerfall der hochaktiven Gase in der Verzögerungsstrecke entstandenen festen Tochterprodukte abzuscheiden. Dem Filter hinter der mechanischen Verzögerungsstrecke schließt sich eine rein adsorptive Verzögerungsstrecke an, in der die langeriebigen Spaltgasisotope an der Oberfläche des Adsorptionsmittels durch freie Oberflächenkräfte angelagert und damit verzögert werden. Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß zur Abgasreinigung ein großer apparativer Aufwand erforderlich ist. Das gilt besonders für die mechanische Verzögerungsstrecke, welche durch lange Rohrleitungen gebildet wird. Da in den Rohrleitungen zwangläufig Kondensat anfällt, wird ein kompliziertes Entwässerungssystem erforderlich. Bei Unterdruckbetrieb vergrößern sich die Schwierigkeiten der Kondensatabführung noch. Die mechanische Verzögerungsstrecke wird auch dadurch sehr groß, daß in den Rohrleitungen eine parabolische Strömungsverteilung herrscht. Die Strömungsgeschwindigkeit ist also in der Rohrmitte höher als nahe der Rohrwandung. Damit wird für die zu verzögernden Stoffe die Verweilze» unterschiedlich lang. Für die Auslegung der Verzögerungsstrecke ist aber die höhere Stromungsgeschwindigkeit in Rohrmitte zu berücksichtigen. Die großyolumige Verzögerungsstrecke bedingt naturgemäß aufwendige Strahlenschutzmaßnahmen, und zwar sowohl für das Rohrleitungssystem, als auch für den Raum, in dem das abgeführte Kondensat gesammelt wird.

Weiterhin ist aus der DE-OS 14 44 453 eine Vorrichtung zur Aufbereitung von radioaktiven Abgasen aus Siedewasser-Kernkraftwerken bekannt, die keine mc-ίο chanische Verzögerungsstrecke besitzt. In diesem bekannten Fall ist nur an die Aufbereitung von Spaltgasen (Xenon, Krypton, Argon) mittels einer liefgekühlten adsorptiven Verzögerungsstrecke — bestehend aus einem Adsorptionsmittel enthaltenden Behälter — gedacht. Diesem Behälter ist dabei ein Verflüssiger mit einem entsprechenden Speicher nachgeschaltet, in dem Argon verflüssigt und zum Abklingen gespeichert wird. Aus der US-PS 32 78 386 ist eine Vorrichtung bekannt, die aus mehreren hintereinandergeschalteten, ein Adsorptionsmittel enthaltenden Behältern besteht, von denen der letzte Behälter — im Gegensatz zu der Anordnung nach der DE-OS 14 44 453 — ohne weitere Verzögerungsglieder mit dem Abluflkamin verbunden ist. Mit dieser Vorrichtung werden die Kühlgase von den aus den Brennelementen ausgetretenen Spaltgasen gereinigt bzw. die Spaltgase bei bestimmten Brennelementtypen direkt abgezogen und verzögert. Zwischen den einzelnen Adsorptionsbehältern sowie vor dem ersten Behälter befindet sich jeweils eine Kühizwecken dienende Wärmeaustauscherstrecke.

Wenn aber Aktivierungsgase bzw. generell kurzlebige Gase mit Hauptaktiviiätsanteil unverzögert auf die adsorptive Verzögerungsstrecke gegeben werden, machen sich Folgeproblenie der Wärmebelastung und der Strahlungssekundäreffekte besonders nachteilig im Hinblick auf das Adsorptionsmittel — meist Aktivkohle — bemerkbar, insofern als das Adsorptionsmittel einem starken Verschleiß ausgesetzt ist und damit die Lebensdauer stark herabgesetzt ist. Das Adsorptionsmittel muß dann häufiger als sonst üblich gewechselt werden. Was bei den bekannten Anlagen auch im Hinblick auf die starke Kontamination des Adsorptionsmittels nur mit erheblichem Aufwand möglich wäre, denn diese Anlagen tragen diesen Problemen im adsorptiven Verzögerungsteil keine Rechnung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der erwähnten bekannten Vorrichtung zur adsorptiven Verzögerung von radioaktiven Gasen in einem Abgasstrom mit mehreren hintereinandergeschalteten, ein Adsorptionsmittel enthaltenden Behältern, von denen der letzte Behälter ohne weitere Verzögerungsglieder mit einem Abluftkamin verbunden ist, diese so auszubilden, daß sie den Problemen hinsichtlich der Wärmeabfuhr, der Abschirmung und der leichten sowie gefahrlosen Austauschbarkeit des Adsorptionsmittels auf einfache Weise Rechnung tragt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß der erste Behälter aus einem zylindrischen Oberteil und einem konischen Unterteil besteht und zum Einleiten des Abgases ein vertikales zentrales Tauchrohr sowie im konischen Unterteil ein Abzugsrohr und im zylindrischen Oberteil ein Einlaßrohr für das Adsorptionsmittel besitzt, und daß der Behälter zwischen Abschirmdecken angeordnet ist, durch welehe Abzugs- und Einlaßrohr hindurchgeführt sind.

In diesem ersten Behälter, der quasi ein Voradsorber ist, zerfallen die kurzlebigen hochaktiven Gaskomponenten. In dem Voradsorber ist damit die höchste War-

me- und StrahlenbeJastung, was sich auch entsprechend auf die Lebensdauer des Adsorbermaterials, meist Aktivkohle, auswirkt- Diesen Problemen trägt die Voradsorberstufe durch eine entsprechende Konstruktion Rechnung.

Durch das konische Unterteil, das in das Abzugsrohr einmündet und eine leichte Austragung des Adsorptionsmittels gewährleistet, in Verbindung damit, daß sowohl das Abzugsrohr als auch das Einlaßrohr für das Adsorptionsmittel durch die Abschirmung hindurchgeführt is», ist auch ein gefahrloses Austragen und Nachfüllen gewährleistet

Im Hinblick darauf, daß in dem Voradsorber nur die kurzlebigen hochaktiven Bestandteile verzögert werden müssen, ist das Volumen des Voradsorbers verhältnismäßig klein, so daß den strahlungstechnischen Belangen (Abschirmung) mit relativ einfachen Mitteln entsprochen werden kann bzw. so daß die auszuwechselnde Menge des Adsorptionsmittels relativ klein gehalten werden kann.

Durch das Tauchrohr ist es möglich, den Abgasstrom an einer günstigen Stelle im ersten Behälter einzuleiten. So ist zweckmäßig das Tauchrohr bis in das konische Unterteil geführt. Das dem Abzugsrohr am nächsten liegende Adsorptionsmittel wird daher zuerst verbraucht und kann unmittelbar unter Nachfüllung einer entsprechenden Menge schrittweise ausgetragen werden; es braucht dadurch nicht der ganze Behälterinhalt in einem Schritt ausgewechselt zu werden, sondern es wird beim Wechseln des Adsorptionsmittels im Voradsorber jeweils nur der Teil des Adsorptionsmittels, der mit den abgeschiedenen Tochterprodukten am stärksten angereichert und verbraucht ist, bei Erreichen eines bestimmten Anreicherungsgrades entfernt und durch eine entsprechende Menge frischen Adsorptionsmittels ersetzt.

Weiterhin ergeben sich dadurch, daß die Dicke der Adsorplionsrnittelschicht zwischen dem Abgaseinlaß und der Wandung des Behälters verhältnismäßig gering ist, günstige Verhältnisse bezüglich der Wärmeabfuhr. Von den nachfolgenden Figuren zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer Abgasanlage für ein Siedewasserkernkraftwerk und

F i g. 2 einen Voradsorber gemäß der Erfindung.

Bei einem Siedewasserkernkraftwerk fallen nichtradioaktive Radiolysegase (Wasserstoff, Sauerstoff) und radioaktive Spalt- und Aktivierungsgase an. Sie werden gemäß F i g. 1 mittels einer Evakuierungspumpe 1 aus dem nicht dargestellten Turbinenkondensator des Kraftwerkes abgesaugt und mit dem Treibdampf vermengt der Abgasanlage zugeführt. Nach leichter Überhitzung des Dampf-Gasgemisches in einem Erhitzer 2 gelangt dasselbe in einen Rekombinator 3, in welchem der Wasserstoff und Sauerstoff des Radiolysegases an der Oberfläche eines Katalysators zu Wasser verbrannt wird. Das nunmehr stark überhitzte Dampf-Gasgemisch gelangt in einen Kondensator 4 mit Nachkühler 5, in welchem der Treibdampf und der bei der Verbrennung entstandene Wasserdampf weitgehend auskondensiert und abgeleitet wird, so daß aus dem Nachkühler 5 nur noch ein im wesentlichen aus Luft und den in Spuren auftretenden Span d Aktivierungsgasen bestehendes Gasgemisch austritt.

In dem Prinzipschaltbild F i g. 1 sind zwei parallele Stränge mit den zuvor genannten Anlageteilen darge- 65 s^! stellt. Es handelt sich um eine bekannte Schaltung solcher Anlageteile, wie sie beispielsweise auch in der eingangs zitierten Veröffentlichung in der Zeitschrift »Atom und Strom« beschrieben ist

Dem Kondensator 4 und dem Nachkühler 5 schließt sich eine Gaskühl- und Trocknungsanlage 6 an. Es folgt ein Voradsorber 7, dem erforderlichenfalls ein weiterer Voradsorber T beigeordnet werden kann. Dem V01 adsorber 7 ist unmittelbar ein Hauptadsorber 8 nachgeschaltetDer Hauptadsorber kann aus ein oder mehreren Behälterkolonnen, gefüllt mit Adsorptionsmittel, bestehen. Es folgen Vakuumpumpen 9 und 9', mittels der das Gas in einen Abluftkamin 10 geleitet wird.

Der Voradsorber 7 bzw. T ist in F i g. 2 dargestellL Er besteht aus einem Behälter mit einem zylindrischen Oberteil 14 und einem konischen Unterteil 15; in den Behälter ist von oben zum Einleiten des Gases ein Tauchrohr 16 zentral hineingeführt. Ein geeignetes Gasverteilungssystem 17, das gleichzeitig ein Eindringen des zwischen Behältermantel und Tauchrohr 16 geschütteten Adsorptionsmittels verhindert, ist am unteren Ende des Tauchrohres 16 vorgesehen. Durch einen Behälterdeckel 20 wird der Voradsorber 7 bzw. T nach oben hin abgeschlossen. An dem Behälterdeckel ist ein Rohr 52 zum Abziehen des Gases, nachdem es das Adsorptionsmittel 51 durchströmt hat, angebracht. Der Voradsorber 7 bzw. T ist zwischen einer oberen Abschirmdecke 18 und einer unteren Abschirmdecke 19 angeordnet. Durch die obere Abschirmdecke 18 wird ein am Behälterdeckel 20 angebrachtes Einlaßrohr 21 für das Adsorptionsmittel hindurchgeführt. Vom konischen Unterteil 15 des Behälters wird zum Entleeren des gesamten oder eines Teiles des Behälterinhaltes ein Abzugsrohrs 22 durch die untere Abschirmdecke 19 in einen darunterliegenden Raum geführt. Die Dosierung beim Ablassen des Adsorptionsmittels erfolgt über einen Steckschieber 23 im Abzugsrohr 22.

Vorzugsweise ist das Tauchrohr 16 bis innerhalb des konischen Unterteils 15 geführt. Dadurch ist es möglich, das durch Filtration und Ablagerung von festen Tochterprodukten am stärksten belastete Adsorptionsmittel durch das Abzugsrohr 22 zuerst abzulassen. Frisches Adsorptionsmittel kann dann durch das Einlaßrohr 21 nachgefüllt werden.

Zum Auffangen und Abtransport des abgelassenen Adsorptionsmittels kann ein Transportgerät 24 mit einem Faß 25 dienen. Die Abdichtung zwischen dem Faß 25 und dem Abzugsrohr 22 des Voradsorbers 7 bzw. T erfolgt mittels eines Plastiksackes nach der üblichen Verschweißmethode.

Der Vorabsorber 7 bzw. 7', der vom Volumen her meistens den kleineren Teil der Adsorptionsanlage darstellt, dient im wesentlichen zum Verzögern der im Abgasstrom zum weitaus größten Teil vorhandenen kurzlebigen hochaktiven Spaltprodukte mit dementsprechend hoher Strahlungsbelastung sowie der gleichzeitigen Filtration der gebildeten festen Tochterprodukte Der Voradsorber 7 bzw. T ist derart konstruiert, daß das Adsorptionsmittel mit den darin abgelagerten und ausfiltrierten Tochterprodukten leicht und gefahrlos ausgetauscht werden kann.

Der Hauptadsorber 8 bezweckt einmal, daß die verbliebenen, längerlebigen Isotope sowohl adsorptiv als auch mechanisch verzögert werden und bewirkt zum anderen die Filtration der dabei entstandenen festen Tochterprodukte. Die Behälter des Hauptadsorbers 8 ^;nd deshalb großvolumiger als diejenigen des Voradsorbers.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur adsorptiven Verzögerung von radioaktiven Gasen in einem Abgasstrom mit mehreren hintereinandergeschalteten, ein Adsorptionsmittel enthaltenden Behältern, von denen der letzte Behälter ohne weitere Verzögerungsglieder mit einem Abluftkamin verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter aus einem zylindrischen Oberteil (14) und einem konischen Unterteil (15) besteht und zum Einleiten des Abgases ein vertikales zentrales Tauchrohr (16) sowie im konischen Unterteil ein Abzugsrohr (22) und im zylindrischen Oberteil ein Einlaßrohr (21) für das Adsorptionsmittel besitzt, und daß der Behälter zwischen Abschirmdecken (18, 19) angeordnet ist, durch, welche Abzugs- und Einlaßrohr üindurchgeführt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (16) bis in dai konische Unterteil (15) geführt ist.