DE3022387A1

DE3022387A1 - Verfahren und vorrichtung zur beseitigung des saugrohres eines mit glas gefuellten endlagerbehaelters

Info

Publication number: DE3022387A1
Application number: DE19803022387
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr. Mol Stritzke
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1980-06-14
Filing date: 1980-06-14
Publication date: 1981-12-17
Also published as: GB2079034A; DE3022387C2; GB2079034B; BE889202A; FR2484687B1; JPH0146840B2; FR2484687A1; US4462200A; JPS5728297A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung des Saugrohres eines mit Glas gefüllten Endlagerbehälters .

Beim sogenannten PAMELA-Verfahren werden hochradioaktive Spaltprodukte aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente in Borosilikatglas eingeschmolzen. Das Endprodukt ist ein in einen zylindrischen Endlagerbehälter, auch Kokille genannt, aus Edelstahl abgefülltes Glas.

Bei einem in der DE-Patentanmeldung P 29 27 795.0 vorgeschlagenen Verfahren zur Glasentnahme aus einem keramischen Schmelzofen nach der Absaugmethode benötigt man ein etwa 1 m langes Saugrohr, das in die Glasschmelze des Ofens hineinragt. Dieses Saugrohr muß bis zur Beendigung des Füllvorgangs vakuumdicht mit dem Endlagerbehälter verbunden sein. Für die weitere Handhabung des gefüllten Endlagerbehälters muß das Saugrohr entfernt werden, da die Kokille anschließend verdeckelt wird.

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Für die Beseitigung des Saugrohres gibt es im wesentlichen nur zwei Möglichkeiten:

1. Man trennt das Saugrohr mechanisch vom Endlagerbehälter ab, nachdem dieser gefüllt ist. Das noch teilweise mit radioaktivem Glas gefüllte Rohr wird als Sekundärabfall behandelt.

2. Man schiebt das gesamte Saugrohr nach beendeter Füllung in den mit noch flüssigem Glas gefüllten Endlagerbehälter hinein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, wodurch auf sehr einfache und sehr sichere Weise eine Beseitigung von Saugrohren möglich ist, ohne daß zusätzliche radioaktive Abfälle anfallen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 7 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Da auf einen mechanischen Abtrennvorgang verzichtet wird, kann kein zusätzlicher radioaktiver Abfall anfallen. Es kann darauf verzichtet werden, abgetrennte Saugrohre in einem separaten Behälter zu sammeln. Dadurch,daß das Saugrohr zum Einschieben in den Behälter ausgebildet ist, kann auf zusätzliche Vorrichtungen zum Abtrennen des Saugrohres und auf entsprechend zugeordnete Arbeitsgänge verzichtet werden. Der Endlagerbehälter hat nach dem Einschieben des Saugrohres das gleiche Format, wie ein Endlagerbehälter, der über ein Bodenablaß- oder überlaufsystem gefüllt wurde. Die SaugrohreinSchiebung kann in unmittelbarer Nähe der AbSäugöffnung des Schmelzofens geschehen, wodurch lange Transportwege für den Endlager-

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behälter mit dem äußerlich am Saugrohrende anhaftenden Glas durch die sogenannte "heiße Zelle" vermieden werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung von Saugrohren,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung von Saugrohren und

Fig. 3 schematisch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Endlagerbehälter in einer Führungsvorrichtung.

In den Figuren sind aus Gründen der Vereinfachung gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Saugrohr 2, das mit Hilfe einer Passung 4, 6 in einen Endlagerbehälter 8 eingesetzt ist, von dem nur der Boden 10 dargestellt ist, der vom Saugrohr 2 durchsetzt wird. Die Passung 4, 6 besteht aus einem zylindrischen Führungsrohr 4 und einem Paßstück 6.

Das Führungsrohr 4 besteht vorzugsweise aus Normalstahl (St 37) und sitzt in einer Öffnung 11 des Bodens 10 und ist fest mit dem Endlagerbehälterboden verschweißt, s. Schweißnaht 12.

Etwa 10 mm vom oberen Ende 14 des Führungsrohres 4 entfernt ist eine Nut 16 eingedreht. Die Wandstärke des Führungsrohres beträgt an dieser Stelle ca. 0,1 mm. Das Paßstück wird

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mit dem Führungsrohr 4 am oberen Ende 14 fest verschweißt, s. Schweißstelle 18. Um die Passung 4, 6 bei der weiteren Handhabung vor Beschädigungen zu schützen, wird am unteren Ende 20 das Führungsrohr 4 mit dem Paßstück mit einem niedrigschmelzenden Lot 22 verlötet. Auf die Lötung am unteren Ende 20 der Passung 4, 6 kann verzichtet werden, wenn stattdessen die umlaufende Kerbe 16 im Führungsrohr 4 teilweise mit einem niedrigschmelzenden, zink- und cadmiumfreien Lot ausgefüllt ist. Auf diese Weise wird ebenso, wie bei der Lötung 20, eine ausreichende mechanische Stabilität der Trennstelle 16 im kalten Zustand erreicht.

In das Paßstück 6 wird das Saugrohr 2 eingeschweißt, vgl. Schweißstelle 24.

Der so vorbereitete Endlagerbehälterboden 11 mit der Passung 4, 6 wird dann in den Endlagerbehälter vakuumdicht eingeschweißt. Nach dem Verschließen der Saugrohrmündung 26 für die Evakuierung ist der Endlagerbehälter für die Glasentnahme aus einem Schmelzofen (nicht dargestellt) einsatzbereit.

Wenn nach dem Eintauchen des Saugrohres 2 in die 1200 C heiße Glasschmelze das Glas in dem Endlagerbehälter 8 emporsteigt, wird das Lot 22 am unteren Ende 20 oder in der umlaufenden Kerbe 16 aufgeschmolzen und die gesamte Passung 4, 6 bis nahe an die Glasschmelztemperatur aufgewärmt.

Ist der Füllvorgang beendet, wird der Endlagerbehälter etwa 20 cm angehoben, so daß das Glas in der Saugrohrwurzel 28 erstarren kann. Die Saugrohrmündung 26 ist zu diesem Zeitpunkt noch unterhalb des Glasschmelzspiegels im Schmelzofen. Damit wird ein Leerlaufen des Endlagerbehälters nach dem Herausziehen

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des Saugrohres 2 aus der Schmelze vermieden. Danach wird das Saugrohr nach Abtrennen des Paßstückes vom Führungsrohr an der Nut 14 (Sollbruchstelle) in den Endlagerbehälter eingeschoben und wird die Öffnung 11 verschlossen, was nachfolgend insbesondere in Verbindung mit Fig. 3 noch genauer beschrieben wird.

Die Fig. 2, auf die jetzt Bezug genommen werden soll, zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beseitigung des Saugrohres und zur Herstellung einer vakuumdichten Verbindung zwischen dem Führungsrohr 4 und dem Paßstück 6 bei etwa einer Temperatur von 12OO°c. Auch die durch diese Vorrichtung hergestellte Verbindung kann durch geringe Krafteinwirkung wieder aufgetrennt werden, was nachfolgend noch erläutert wird.

Die Passung 4, 6 ist prinzipiell die gleiche wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Zwischen Paßstück 6 und Führungsrohr 4 ist am oberen Ende 30 und in der Mitte 32 der Passung 4, 6 gerade noch soviel Spiel, daß sich die beiden Rohre des Führungsrohres und Paßstückes im kalten Zustand leicht ineinanderschieben lassen.

Der Spalt 34 ist ca.^ 0,15 mm breit. Dieser Spalt 34 wird vorzugsweise mit einem zink- und cadmiumfreien Speziallot durch Einlegen eines entsprechenden Lotformteiles in der oberen Hälfte 36 der Passung verlötet. Ein zink- und cadmiumfreies Lot wird deshalb verwendet, weil Zink und Cadmium bei der Temperatur des flüssigen Gases einen merklichen Dampf-

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druck besitzen. Etwa 5 mm von der Oberkante 38 des Führungsrohres 4 entfernt befindet sich ein Sicherungsdorn 40, dessen Durchmesser ca. - 1,5 mm ist und der aus Weicheisen oder einem anderen Material mit einer stark abnehmenden Scherspannung bei steigender Temperatur besteht.

Dieser Dorn 40 soll verhindern, daß beim Aufschmelzen des Lotes während des BefüllVorganges das gesamte Saugrohr durch den in dem Endlagerbehälter 8 herrschenden Unterdruck und das nach innen strömende Glas in diesen hineingezogen wird.

Ebenso verhindert der Dorn 40, daß nach beendeter Befüllung das Saugrohr 2 durch sein Eigengewicht aus dem Endlagerbehälter herausfällt.

Wenn das flüssige Glas im Saugrohr 2 emporsteigt, dient das aufgeschmolzene Lot im Spalt 34 als Dichtmittel zwischen dem im Endlagerbehälter herrschenden Unterdruck und dem Atmosphärendruck. Durch den geringen Zwischenraum zwischen Paßstück 6 und Führungsrohr 4 im oberen Teil 30 der Passung 4, kann das flüssige Lot im Spalt 34 aufgrund seiner Oberflächenspannung nicht in diesen Kapillarspalt 42 eindringen.

Die durch eine umlaufende Verdickung 32 hergestellte Verengung in der Mitte der Passung 4, 6 hat den Zweck, das Lotformteil im Spalt 34 beim Zusammensetzen der Passung in der gewünschten Position zu fixieren.

Die Fig. 3 zeigt, wie der Endlagerbehälter 8 mit Hilfe einer Führungseinrichtung 50, die ein Verkanten des Saugrohres 2 verhindert, mit der Saugrohrmündung 26 auf eine Unterlage 52 aufgesetzt wird.

Diese Unterlage 52 bildet zugleich den Deckel des Endlagerbehälters. Der Deckel 52 ist auf der Innenseite 53 so ausgebildet, daß er die Saugrohrmündung 26 fixiert, beispielsweise mit Hilfe einer leicht konischen Ausnehmung.

Der Deckel 5 2 ist ferner mit einem Hohlraum 5 4 versehen, der dazu dient, an der Saugrohrmündung 26 anhaftende Glasfaden 55 und eventuell abplatzendes Glas aufzunehmen.

Durch das Eigengewicht des mit Glas gefüllten Behälters 8 wird das Führungsrohr 4 vom Paßstück 6 an der eingedrehten Nut 16 abgetrennt. Am Paßstück 6 verbleibt lediglich der obere, mit dem Paßstück verschweißte Teil 56 des Führungsrohres 4. Auf die gleiche Art und Weise wird auch der Dorn 40 gemäß Ausführungsform nach Fig. 2 abgeschert.

Der Endlagerbehälter 8 setzt sich zusammen mit dem Führungsrohr 4 langsam ab, indem sich das Saugrohr 2 in den Endlagerbehälter hineinschiebt. Durch die Länge desFührungsrohres 4, der Führung und die Fixierung der Saugrohrmündung 26 im Deckel 52 ist ein Verkanten des Saugrohres 2 während des Einschiebevorganges nicht möglich. Auch ein Herausfallen des Saugrohres 2 durch eventuelle Fehlbedienung während des Befüllvorganges ist hierdurch unmöglich.

Der Innendurchmesser des Führungsrohres 4 ist etwa 3,6 mm größer als der Außendurchmesser des Saugrohres 2. Damit wird der Durchmesservergroßerung des Saugrohres durch äußerlich anhängendes Glas 5 8 Rechnung getragen.

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Die Kraft, die nötig ist, um das Paßstück 6 vom Führungsrohr 4 an der eingedrehten Nut 16 bzw. am Dorn 40 zu lösen, ist abhängig von der an dieser Stelle herrschenden Temperatur. Die Nut ist deshalb beispielsweise 9 cm in den Endlagerbehälter hineingezogen. Damit wird eine zu schnelle Wärmeableitung über das Metall an den Boden 10 des Endlagerbehälters 8 vermieden. Der Wärmetransport durch das Glas hingegen erfolgt sehr langsam.

Um das Paßstück 6 vom Führungsrohr 4, bei Verwendung von St 37 (bei 20 C), zu trennen, errechnet sich für die verbleibende Querschnittsfläche, nach dem Eindrehen der Nut, eine Kraft von 4800 F. Experimentell wurde eine Kraft von 4600 N ermittelt.

Bei Stählen kann man davon ausgehen, daß die Zugspannung C bei Temperaturen um 600 C etwa ein Viertel und bei 900°C etwa ein Zehntel der Zugspannung bei 20°C entspricht. Einschiebversuche des Saugrohres 2 in den ipit flüssigem Glas gefüllten ^ndlagerbehälter ergaben, daß die Kraft zum Lösen der Passurg 4, 6 bei der Temperatur des flüssigen Glases bei < 1OOC N lag.

Durch Aufsetzen des Endlagerbehälters 8 auf die Unterlage 52 ν rde diese Kraft durch das Eigengewicht des mit Glas gefü.lten Behälters 8 aufgebracht.

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Claims

Ansprüche :

1 I Verfahren zur Beseitigung des Saugrohres eines mit Glas gefüllten Endlagabehälters, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (2) nach Beendigung des Befüllvorganges des Endlagerbehälters (8) verschlossen wird und \nit Hilfe einer Passung (4, 6) durch eine Öffnung (11) im Endlagerbehälterboden (10) in den Endlagerbehälter (8) hineingeschoben und daß die Öffnung (11) danach verschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (11) mit Hilfe einer als Deckel ausgebildeten Unterlage (52) verschlossen wird, auf die das Saugrohr (2) mit seiner Mündung (26) aufgesetzt wird und auf die der Endlagerbehälter (8) abgesenkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken des Endlagerbehälters (8) durch Schwerkraft erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

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Dr.K/K

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ORIGINAL INSPECTED

durch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (2) für den Befüllvorgang des Endlagerbehälters (8) mit der Passung (4, 6) lösbar verbunden wird, die mit dem Endlagerbehälterboden (10) fest verbunden wird, und daß danach der so vorbereitete Boden in den Endlagerbehälter (8) fest eingesetzt wird und daß nach Beendigung des Befüllvorganges das Saugrohr von der Passung abgetrennt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

ze ichnet, daß das Saugrohr (2) durch Erstarrenlassen von Glas in dessen Saugrohrwurzel (28) verschlossen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß zum Verschließen des Saugrohres (2) der Endlagerbehälter (8) aus seiner Befüllstellung angehoben wird.
7. Vorrichtung zur Beseitigung des Saugrohres eines mit Glas gefüllten Endlagerbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (2) mit Hilfe einer Passung (4, 6) in einer öffnung (11) im Boden (10) des Endlagerbehälters (8) in den Behälter einschiebbar angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Passung (4, 6) aus einem Führungsrohr (4) und einem rohrförmigen Paßstück (6) besteht, das innerhalb des Führungsrohres angeordnet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (4) in der Öffnung (11) sitzt und fest mit dem Boden (10) des Endlagerbehälters (8) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (4) lösbar mit dem Paßstück (6) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung von Führungsrohr (4) und Paßstück (6) durch eine Sollbruchstelle (16, 40) im Führungsrohr (4) erfolgt, die ein fest mit dem Paßstück (6) ver-

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bundenes Teil (14, des Führungsrohres (4) von einem fest mit dem Boden (10) des Endlagerbehälters (8) verbundenen Teil (20) des Führungsrohres (4) trennt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle durch eine umlaufende Einkerbung bzw. Nut (16) oder einen Dorn (40) (oder mehrere Dorne) gebildet wird, welcher (welche) in der Wandung des Führungsrohres (4) und des Paßstückes (6) ausgebildete, miteinander fluchtende Bohrungen eingesetzt ist (oder sind).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (2) fest mit dem rohrförmigen Paßstück (6) verbunden ist, beispielsweise durch eine Schweißverbindung.

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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur festen Verbindung von Boden (10) und Führungsrohr (4), von Paßstück (6) und einem Führungsrohrteil (14, 56) sowie von Paßstück (6) und Saugrohr (-2) ein Schweißzusatz verwendet wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßstück (6) mit dem anderen Führungsrohrteil (20) mit Hilfe eines niedrigschmelzenden Lotes verbunden ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßstück (6) etwas mittig eine umlaufende Verdickung (32) aufweist, die dicht am Führungsrohr (4) anliegt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßstück im Bereich des Dornes (40) einen kurzen Außenflansch aufweist, der dicht am Führungsrohr (4) anliegt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn ze ichnet, daß zwischen der mittigen Verdickung (32) und dem Außenflansch ein Spalt (34) gebildet ist, der mit einem Lot ausgefüllt ist, das das Paßstück (6) und das Führungsrohr (4) miteinander verbindet.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18,dadurch ge-

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kennzeichnet, daß das Lot ein zink- und cadmiumfreies Lot ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn aus einem Material besteht, das bei steigender Temperatur eine stark abnehmende Scherspannung aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einschieben des Saugrohres (2) in den Endlagerbehälter (8) eine Unterlage (52) vorgesehen ist, auf die das Saugrohr (2) mit dem Endlagerbehälter (8) aufsetzbar und auf die der Endlagerbehälter absenkbar ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet , daß die Unterlage (52) als Deckel zum Verschließen der öffnung (11) nach dem Einschieben des Saugrohres (2) ausgebildet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (52) auf der Innenseite (53) eine Einrichtung (z.B. eine zentrale konische Ausnehmung) aufweist zur Fixierung der Lage der Saugrohrmündung (26) des Saugrohres (2).

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24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet , daß der Deckel einen Hohlraum (54) aufweist zur Aufnahme von Glasfaden (55) und eventuell abplatzendem Glas.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung und Führung des Endlagerbehälters (8) sowie des Saugrohres (2) eine Führungseinrichtung (50) vorgesehen ist, in der der Endlagerbehälter längsverschieblich und auf die Unterlage bzw. den Deckel (52) absenkbar angeordnet ist.

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