DE3632270A1 - Verfahren und vorrichtung zum beladen und verschliessen eines doppelbehaeltersystems fuer die lagerung von radioaktivem material sowie verschluss fuer das doppelbehaeltersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen und Ver­ schließen eines Doppelbehältersystems für die Lagerung von radioaktivem Material gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Verschluß für das Doppelbehältersystem gemäß Oberbe­ griff des Anspruchs 6 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 14.

Durch die CH-PS 6 50 354 ist eine Behälterkombination für den Transport und die Lagerung von Brennelementen bekannt, bestehend aus einem herausnehmbaren Innenbehälter und einem Außenbehälter, wobei beide Behälter jeweils einen eigenen Deckel besitzen. Die Beladung des Innenbehälters erfolgt, wie bekannt, in einer sogenannten heißen Zelle. Aber auch das endgültige Verschließen mit dem Deckel muß in der heißen Zelle ausgeführt werden, was nur mit einem erheblichen Auf­ wand durchführbar ist, da der Deckel in den Behälter einge­ schweißt werden muß. Auch wenn das Verschweißen von Deckel und Behälter bereits eine sehr gute Sicherheit bietet, be­ steht das Bedürfnis nach weiterer Erhöhung der Sicherheit des Einschlusses des radioaktiven Materials.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie einen Verschluß der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Ver­ schließen einfacher durchführbar ist und der Einschluß von radioaktiven Materialien noch sicherer wird. Außerdem soll die Prüfung des Verschlusses besser durchführbar sein.

Die Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art durch die Ausbildung gemäß Kennzeichen des An­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.

Ein vorteilhafter Verschluß für das Doppelbehälter­ system ist in den Ansprüchen 6 bis 13 angegeben.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Ansprüchen 14 bis 19 angegeben.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des er­ fndungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung, die einen zusätz­ lichen Außendeckel in Form eines Verschlußstopfens für den Innenbehälter des Doppelbehältersystems vorsieht, kann das Verschweißen dieses Außendeckels, nachdem der innere Deckel in einem abgeschirmten Bereich in den beladenen Innenbe­ hälter eingeschraubt worden ist, außerhalb dieses abge­ schirmten Bereiches vorgenommen werden, da der Schraubdeckel für die nötige Abschirmung der Radioaktivität sorgt. Das Einschrauben des inneren Deckels in der heißen Zelle erfor­ dert nur einen vergleichsweise geringen Aufwand.

Die Verschweißung außerhalb des abgeschirmten Bereiches (beispielsweise einer heißen Zelle) verringert den Aufwand für den Schweißvorgang und für die benötigten Einrichtungen erheblich. Durch den zusätzlichen Außendeckel wird der Ein­ schluß des radioaktiven Materials sicherer. Sämtliche Vor­ gänge zum Beladen und Verschließen erfolgen bei in den Ab­ schirmbehälter eingesetztem Innenbehälter. Besonders vorteil­ haft ist es dabei, daß die Verschweißung des Außendeckels mit dem Innenbehälter am bereits in den Abschirmbehälter eingesetzten Innenbehälter durchführbar ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch Verfahrensschritte zum Beladen und Verschließen eines erfindungsgemäß ausgebil­ deten Doppelbehältersystems,

Fig. 2 einen Innenbehälter mit einem erfindungsge­ mäß ausgebildeten Verschluß im Schnitt,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Schweißverbindung zwischen Verschluß und Innenbehältermantel,

Fig. 4 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung des Verschlusses nach den Fig. 2 und 3 in der Ansicht,

Fig. 5 schematisch die Vorrichtung nach Fig. 4 in der Draufsicht und

Fig. 6 einen Teil der Vorrichtung nach den Fig. 4 und 5 in größerer Darstellung.

In der Fig. 1 ist das Beladen und Verschließen eines Doppelbehältersystems 2, bestehend aus einem herausnehmbaren Innenbehälter 4 aus Stahl und einem äußeren Abschirmbehälter 6, in sechs Schritten A, B, C, D, E und F schematisch dargestellt. Der Innenbehälter 4 weist einen schraubbaren Innendeckel 8 und einen einschweißbaren Außendeckel 10 und der Abschirmbehälter 6 einen schraubbaren Abschirmdeckel 12 auf.

Zum Beladen und Verschließen wird zunächst im ersten Schritt A das leere Doppelbehältersystem 2 in einen abge­ schirmten Bereich 14, beispielsweise in eine sogenannte heiße Zelle, eingeschleust. Im zweiten Schritt B wird im abgeschirm­ ten Bereich dann der Innenbehälter 4 mit radioaktivem Material 16, das gelagert werden soll, beladen. Im dritten Schritt C wird der Innenbehälter mit dem schraubbaren Innendeckel 8 verschlossen, und der Schraubdeckelverschluß wird geprüft. Im vierten Schritt D erfolgt das Ausschleusen des beladenen und mit dem Innendeckel 8 verschlossenen Doppelbehältersystems. Danach wird im Schritt D außerhalb des abgeschirmten Be­ reiches der Außendeckel 10 in den Innenbehälter 4 eingeschweißt, und nach erfolgter Schweißung wird die Schweißnaht geprüft. Schließlich wird im letzten Schritt F der Abschirmdeckel 12 mit dem Abschirmbehälter 6 verschraubt.

Der in der Fig. 2 genauer dargestellte Innenbehälter 4 besteht aus einem zylindrischen Mantel 18, einem Boden 20 und einem Verschluß 22. Der Verschluß 22 besteht aus dem bereits erwähnten, als Verschlußstopfen ausgebildeten Innen­ deckel 8, der in den Mantel 18 unter Verwendung von Dich­ tungen 24 einschraubbar ist, und dem ebenfalls bereits er­ wähnten, als Verschlußstopfen ausgebildeten, mit einer Hand­ habe 26 ausgebildeten Außendeckel 10, der in den Mantel 18 des Innenbehälters 4 eingeschweißt wird.

Zwischen dem Außendeckel 10 und dem Mantel 18 ist ein Schweißspalt 28 belassen zur Einbringung einer Verschweißung 29 zwischen Deckel und Mantel durch Engspaltverschweißung. Der verschlossene Behälter ist ferner mit einer aufgeschweiß­ ten Plasma-Heißdraht-Plattierungsschicht 30 als Korrosions­ schutz versehen.

Die Fig. 3 zeigt die Verschweißung genauer. Der Schweiß­ spalt 28 zwischen Außendeckel 10 und Behältermantel 18 er­ weitert sich leicht nach oben und wird unten durch zwei gegenüberliegende, umlaufende Schweißstege 32 und 34 begrenzt, von denen einer am Mantel und der andere am Außendeckel 10 angeordnet ist.

Die Schweißstege 32 und 34 sind angeschrägt zur Er­ zielung einer sauberen Schweißwurzel 36. Die Anschrägung 38 beträgt etwa 45° und ist vorzugsweise sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Seite der Schweißstege vorgesehen. Die Anschrägung hat den Vorteil, daß die Wärmeableitung aus der Schweißstelle verbessert wird. Außerdem erleichtert die Anschrägung das Einführen und Positionieren des Außen­ deckels 10.

Die Wurzelschweißung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Wolfram-Inertgas-Schweißeinrichtung (WIG-Schweißein­ richtung), mit der eine sehr feinfühlige Schweißung durch­ führbar ist. Auf die Schweißwurzel 36 werden weitere Schweiß­ lagen 40 mit der WIG-Schweißeinrichtung geschweißt, um beim nachfolgenden Schweißen der restlichen Schweißlagen 42 mit Hilfe einer Unterpulver-Schweißanlage (UP-Schweißanlage), mit der große Mengen Schweißgut einbringbar sind, ein Durchbrennen sicher zu verhindern.

Die Wurzelschweißung erfolgt dabei vorzugsweise mit Hilfe von wenigstens zwei gegenüberliegenden, gleichzeitig arbeitenden WIG-Schweißköpfen. Hierdurch wird ein Verziehen des Deckels und damit eine Verungleichmäßigung des Schweiß­ spaltes beim Schweißvorgang und schließlich die Gefahr der Entstehung ungleicher Schweißwurzelbildung und möglicher Rißbildung vermieden.

Die Abschlußschweißung als Engspalt-UP-Schweißung bringt beim Verschweißen dickerer Querschnitte, was vor­ liegend der Fall ist, den Vorteil des geringeren Wärmeein­ bringens und führt zu einem gleichmäßigeren Aufbau der Schweißlagen und damit der Schweißnaht. Das Schweißgut der Randlagen schmiegt sich an die Flanken des Schweißspaltes zwischen Deckel und Behältermantel an, wobei das entstehende Grobkorn durch die folgende Lage nahezu vollständig in Fein­ korn umgewandelt wird. Damit wird die Voraussetzung ge­ schaffen für das Entfallen einer nachfolgenden Spannungs­ warmkühlung und sichergestellt, daß Werkstoffwerte der Schweißnaht im Rahmen der Werkstoffwerte des Grundwerkstoffes liegen.

Die Herstellung des Verschlusses erfolgt mit Hilfe einer in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Vorrichtung. Der Abschirmbehälter 6, in den der Innenbehälter 4 eingesetzt ist, wird auf einen Horizontaldrehtisch 44 aufgesetzt, der auf dem Boden 46 einer Fundamentgrube 48 verankert ist. Es kann ggf. der Innenbehälter 4 auch allein auf den Drehtisch aufgesetzt werden. Der Drehtisch ist mit einer Kugeldreh­ verbindung zur Aufnahme von horizontalen und axialen Kräften ausgerüstet. Der Drehtisch wird von einem Motor für einen geringen Drehzahlbereich angetrieben. Die Tischplatte weist einen motorisch verstellbaren Kreuztisch zur Feinpositionie­ rung des Behälters unter einer Schweiß- und Prüfportal­ brücke 50 auf.

Da die Fundamentgrube 48 für Behälter unterschied­ licher Größe einsetzbar sein soll, werden zum Längenaus­ gleich Distanzstücke 52 (strichpunktiert eingezeichnet) auf den Drehtisch aufgesetzt, um so zu erreichen, daß die Verschlußschweißung immer in der gleichen Höhe über Boden stattfindet.

Es ist eine Grubenabdeckung 54 (Fig. 5) vorgesehen, die beim Beschicken des Drehtisches mit Hilfe eines Kranes auf­ gefahren wird. Sie schiebt sich über das Betonfundament und kann während des Beschickungsvorganges betreten werden.

An der oben erwähnten Portalbrücke 50 sind sämtliche Schweiß-, Prüf- und sonstige Einrichtungen angebracht. Die Portalbrücke 50 weist mehrere Fahrbahnen (nicht dargestellt) auf, die zur Führung von Fahrwagen 56 und der an ihnen be­ festigten Schweiß- und Prüfeinrichtungen 58, 60, 62, 64 dienen.

Die Portalbrücke 50 ist mit einem Fahrwerk 66 mit Spur­ kranzrädern und einem Gleichstromantrieb ausgerüstet, über den die Portalbrücke auf beiderseits der Fundamentgrube an­ geordneten erhöhten Fahrbahnen 68 sowohl mit Positionier- als auch mit Eilgangsgeschwindigkeit antreibbar ist.

Die Antriebe der Fahrwagen werden separat gespeist, und jeder Fahrwagen weist eine Höhenverstellung auf, mit der die komplette Schweiß- oder Prüfeinrichtung in Arbeits­ position oder Wartestellung gefahren werden kann.

Die Schweiß- und Prüfeinrichtungen umfassen eine Wolfram- Inertgas-Schweißeinrichtung (WIG) 58, eine Unterpulver-Schweiß­ einrichtung (UP) 60, eine Plasma-Heißdraht-Schweißeinrich­ tung (PH) 62 und eine Prüfeinrichtung 64.

Die Fig. 6 zeigt einen Teil der Schweiß- und Prüf­ portalbrücke 50 in genauerer Darstellung mit einer in Ar­ beitsstellung befindlichen Prüfeinrichtung 64. Die Ver­ schweißung 29 und die Aufbringung der Korrosionsschicht 30 sind bereits erfolgt. Ganz analog sieht auch die Arbeits­ stellung der Schweißeinrichtungen 58 oder 60 aus. Der Fig. 6 ist gut entnehmbar, daß das Verschweißen und das Prüfen des Außendeckels 10 bei in dem Abschirmbehälter 36 eingesetztem Innenbehälter 2 durchführbar ist. Das Bezugszeichen 70 bezeichnet einen Moderator.

Der gesamte Schweiß- und Prüfvorgang erfolgt vorzugs­ weise automatisch, wozu eine Steuereinrichtung 72 vorge­ sehen ist. Ansonsten sind Steuerpulte vorgesehen, von denen aus die Schweiß- und Prüfeinrichtungen gesteuert werden können.

Anstatt an der erwähnten Portalbrücke 50 können die Schweiß- und Prüfgeräte auch an Auslegerarmen (nicht darge­ stellt) angebracht sein.

Um eine optimale Prüfung der Verschweißung 29 zu ge­ währleisten, weist der Abschirmbehälter innenseitig bis über die Verschweißung hinaus eine stufenförmige, ringförmige Erweiterung 74 auf, so daß ein ausreichender Freiraum 76 zwischen Abschirmbehälter und Innenbehälter zum Einbringen und Verfahren der Prüfeinrichtung 64 entsteht. Ferner ist der Außendeckel 10 des Innenbehälters 4 auf seiner Unterseite unterhalb des Schweißsteges 34 mit einer ringförmigen, stufen­ förmigen Ausnehmung 78 versehen, durch die zwischen Außen­ deckel 10 und Innendeckel 8 ein Ringraum 80 entsteht, der sich noch in eine unterhalb des Schweißsteges 32 des Be­ hältermantels in der Innenwandung dieses Mantels ausge­ bildete Ringnut 82 fortsetzt.

Claims (19)

1. Verfahren zum Beladen und Verschließen eines für den Transport und die Lagerung von radioaktivem Material vor­ gesehenen Doppelbehältersystems, das einen herausnehmbaren Innenbehälter und einen äußeren Abschirmbehälter aufweist, welche jeweils mit einem eigenen Deckel ausgestattet sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens­ schritte:

• a) Einschleusen des leeren Doppelbehältersystems (2) in einen abgeschirmten Bereich (14),
• b) Beladen des Innenbehälters (4) mit dem radioaktiven Material (16) im abgeschirmten Bereich,
• c) Verschließen des Innenbehälters (4) im abgeschlos­ senen Bereich mit einem Innendeckel (8),
• d) Ausschleusen des Doppelbehältersystems (2),
• e) Einschweißen eines Innenbehälter-Außendeckels (10) über den Innendeckel (8) außerhalb des abgeschirm­ ten Bereiches,
• f) Verschließen des Außenbehälters (6) mit einem Ab­ schirmdeckel (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Einschweißen des Außendeckels (10) zunächst in einem zwischen Außendeckel und Mantel (18) des Innenbehälters (4) belassenen Schweißspalt (28) wenig­ stens eine Wurzellage (36) durch Wolfram-Inertgas-Schwei­ ßung und danach auf die Wurzellage die restlichen Lagen (42) durch Unterpulver-Schweißung geschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor der Schweißung der restlichen Lagen (42) durch Unterpulver-Schweißung (z.B. Engspalt­ schweißung) einige Schweißlagen (40) durch Wolfram-Inertgas- Schweißung auf die Wurzellage (36) aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wurzellagen (36) zwei­ seitig und gleichzeitig mit wenigstens zwei gegenüberlie­ genden Wolfram-Inertgas-Schweißköpfen eingeschweißt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Verschweißen des Außendeckels (10) die Schweißung geprüft wird.

6. Verschluß für ein mit radioaktivem Material beladbares Doppelbehältersystem, das einen herausnehmbaren Innenbe­ hälter und einen äußeren Abschirmbehälter aufweist, wobei der Innenbehälter und der Abschirmbehälter jeweils einen eigenen Deckel besitzen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über dem als Verschlußstopfen und schraubbar ausgebildeten Innendeckel (8) ein ebenfalls als Verschlußstopfen ausgebildeter Außendeckel (10) vorgesehen ist, der in den zylindrischen Mantel (18) des Innenbehälters (4) einschweißbar ist.

7. Verschluß nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendeckel (10) und der Mantel (18) jeweils mit einem in einen zwischen Außendeckel und Mantel belassenen Schweißspalt (28) hineinragenden, um­ laufenden Schweißsteg (32, 34) als innere Begrenzung des Schweißspaltes ausgestattet sind.

8. Verschluß nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schweißstege (32, 34) einander gegenüberliegend angeordnet sind.

9. Verschluß nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schweißstege ein- oder beidseitig angeschrägt (38) sind, derart, daß sie sich nach außen hin verjüngen.

10. Verschluß nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschrägung (38) etwa 45° beträgt.

11. Verschluß nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die im Schweiß­ spalt (28) ausgebildete Schweißung (29) aus einer auf die Schweißstege (32, 34) aufgebrachten Schweißwurzel (36) aus wenigstens einer Wurzellage und weiteren darüber angeord­ neten Schweißlagen (40, 42) besteht.

12. Verschluß nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abschirmbehälter (6) innenseitig bis unterhalb der Schweißschräge (32, 34) des Innenbehälters (4) eine umlaufende, stufenförmige Erweiterung (74) auf­ weist zur Schaffung eines Freiraumes (76) für eine Schweiß­ nahtprüfeinrichtung (64).

13. Verschluß nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendeckel (10) des Innenbehäl­ ters (4) unterhalb des Schweißsteges (34) auf seiner Unter­ seite eine umlaufende, stufenförmige Ausnehmung (78) auf­ weist, gegenüber der in der Innenwandung des Mantels (18) des Innenbehälters (4) eine Ringnut (32) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Horizontaldrehtisch zur Auf­ nahme des Doppelbehältersystems für den Schweißvorgang und mit einer Schweiß- und Prüfanlage, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schweiß- und Prüfanlage eine über Boden verfahrbare Portalbrücke (50) aufweist, an der mehrere Fahrbahnen angeordnet sind, auf denen Fahrwagen (56) verfahrbar sind, an denen Schweiß- und Prüfeinrich­ tungen (58, 60, 62, 64) angebracht sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Portalbrücke (50) mit einem Fahrwerk (66) mit Spurkranzrädern und einem Gleich­ stromantrieb ausgerüstet und auf Fahrbahnen (68) verfahr­ bar ist, die erhöht neben einer Fundamentgrube (48) verlaufen, in der der Horizontal-Drehtisch (44) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an jedem Fahrwagen eine Höhenverstellung angebaut ist, mit der die Schweiß- und Prüfeinrichtungen in Arbeitsstellung oder Wartestellung bewegbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißeinrichtungen wenigstens zwei gegenüberliegend am Fahrwagen angebrachte Wolfram-Inertgas-Schweißeinrichtungen, deren Mittenabstand dem Durchmesser des Außendeckels (10) des Innenbehälters (4) entspricht, und eine Unterpulver- Schweißeinrichtung aufweisen.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätz­ lich eine Plasma-Heißdraht-Schweißanlage auf einem Fahr­ wagen der Portalbrücke (50) angeordnet ist zur Erzeugung einer Plattierungsschicht als Korrosionsschutz auf dem äußeren Deckel bzw. der Oberseite des verschlossenen Be­ hälters nach Abschluß der Unterpulver-Schweißung.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Portalbrücke (50) und die darauf laufenden Fahrwagen eigene Energiezuführungsketten aufweisen zu ihrer vonein­ ander unabhängigen Positionierung und Steuerung.