DE3910262C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ringbehälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der chemischen Wiederaufarbeitung von bestrahlten Kernbrennstoffen ist es bekannt, nach der Auflösung des Kernbrennstoffes in siedender Salpetersäure die so er­ zielte salpetersaure Lösung vor dem Extrahieren der Wertstoffe in geometrisch kritisch sicheren Ringbehäl­ tern zwischenzulagern. Die Brennstofflösung beinhaltet aber noch Lösungsrückstände bzw. nicht gelöste Späne von der Brennelementzerkleinerung und Korrosionsproduk­ te, die als Feststoffe zum Sedimentieren auf dem Boden des Ringbehälters neigen. Beim Entleeren von Ringbehäl­ tern wurden Feststoffablagerungen festgestellt, die mit Einblasen von üblicher Rührluft nicht zu bewältigen wa­ ren.

Aus der DE-A-37 17 289 ist ein Ringbehälter bekannt, der einen die feststoffhaltige Suspension aufnehmenden Ringraum aufweist. Der Boden des Ringbehälters ist un­ ter einem Neigungswinkel verlaufend angeordnet. An der tiefsten Stelle des Bodens ist eine Auslaßöffnung vor­ handen, die mit einer Ausförderleitung zur Entleerung des Behälters verbunden ist. Üblicherweise wird die Flüssigkeit aus dem Ringbehälter vertikal nach oben entleert, um Boden und Wände ohne Durchbrüche ausge­ stalten zu können. Im oberen Bereich des Ringraumes ist eine ringförmige, mit Düsenöffnungen versehene Sprüh­ einrichtung vorhanden. Mit dieser Sprüheinrichtung wer­ den nach einer Behälterentleerung die Feststoffe von der Behälterwand abgespült und zu der tiefsten Stelle des Behälterbodens geschwemmt.

Wenn die in den Ringbehältern zwischengelagerte Brenn­ stofflösung zu weiteren Verarbeitungsstellen gefördert werden muß, ist es wünschenswert, daß die ungelösten Feststoffe dabei möglichst vollständig und gleichmäßig auf eine Fest-Flüssig-Trennvorrichtung, beispielsweise eine Zentrifuge und/oder ein Filter, mitgefördert wer­ den. Um diese quantitative Förderung zu erreichen, ist es notwendig, daß der Feststoff in der ausgeförderten Brennstofflösung möglichst gut verteilt ist, um einen gleichmäßigen Feststoffstrom zur nachfolgenden Trenn­ vorrichtung herzustellen.

Es wäre möglich, den Feststoff in den Ringbehältern mit einer bodennahen Ring-Rührluftleitung aufzuwirbeln. Da­ bei könnte über die Ring-Rührluftleitung Luft eingebla­ sen und der Feststoff in der Flüssigkeit aufgewirbelt werden. Durch die Anwendung von Rührluft bei der Durch­ mischung werden aber erhebliche Mengen radioaktiver Aerosole in das Behälterabgassystem verschleppt. Außer­ dem ist der Druckluftbedarf bei der Rührluftdurchmi­ schung sehr hoch. Zudem kommt noch der Nachteil, daß sich bei der Rührluftdurchmischung schwere Partikel in bestimmten Strömungszonen bis zu einem gewiesen Grad akkumulieren können. Dieses wird darauf zurückgeführt, daß die Feststoffdurchmischung mit Rührluft bei groben, schweren Partikeln nur ungenügend wirksam ist.

Es ist eine Einrichtung zum Unterbinden von Abwärtsbe­ wegungen in radioaktiven Spaltproduktlösungen in Lager­ tanks aus der DE-PS 21 49 425 bekannt. Ein Tauchrohr ist mit einem hydraulisch oder pneumatisch beaufschlag­ baren Kolben verbunden. Zwischen Kolben und Tauchrohr­ ende ist im Tauchrohr eine Gassäule eingeschlossen, so daß eine pulsierende Flüssigkeitssäule erzielt wird. Das Tauchrohrende hat eine Erweiterung, der auf dem Bo­ den des Lagertanks ein Anlaufkonus gegenüberliegt. Der hier beschriebene Behälter ist ein üblicher Lagertank und kein Ringbehälter. Es ist keine Absaugung bzw. Ent­ leerung vorhanden. Bei einem Überführen aus diesem La­ gertank wären die bereits vorstehend beschriebenen Pro­ bleme vorhanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ringbe­ hälter der eingangs geschilderten Art so auszugestal­ ten, daß die ungelösten Feststoffe mit dem Strom der Brennstofflösung vollständig und gleichmäßig gefördert werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch das Einbringen von Pulsluft in die im Ringraum verteilten Pulsatoren wird die im Pulsator stehende Flüssigkeit zum Teil aus den Auslaßdüsen gestoßen. Da­ durch wird einerseits eine gute Durchmischung von Flüs­ sigkeit und Feststoff in dem Ringbehälter erreicht, an­ dererseits wird gleichzeitig eine Strömung in dem Ring­ behälter erzeugt, die in der Lage ist, grobe und schwe­ re Feststoffe quantitativ in Schwebe zu halten, sie im Falle einer Sedimentation wieder aufzuwirbeln und in­ nerhalb des Ringbehälters so zu lenken, daß eine ver­ stopfungsfreie, kontinuierliche Ausförderung der Fest­ stoffe gewährleistet ist. Durch die Ausrichtung der Pulsatoren wird innerhalb des Ringbehälters eine ge­ richtete Strömung initiiert und somit ein gezielter Feststofftransport zur Ausförderung erzielt.

Die erfindungsgemäße Pulsatoranordnung erzeugt zwei entgegengerichtete Strömungen. Am tiefsten Punkt des Ringbehälters prallen die Strömungsfronten aufeinander. In diesem Staupunkt wird eine lokale Konzentrationser­ höhung der Feststoffe vorliegen. Die Auslaßdüsen der Pulsatoren einer Ringhälfte sind entgegengesetzt dem Uhr­ zeigersinn zur Ausförderung und die Auslaßdüsen der Pulsatoren der anderen Ringhälfte sind mit dem Uhrzei­ gersinn zur Ausförderung gerichtet. Auf dem höchsten Punkt seines Behälterbodens weist der Ringbehälter ei­ nen Pulsator auf, der zwei entgegengerichtete Auslaßdü­ sen aufweist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß von der höchsten Stelle des Behälterbodens ausge­ hend zwei entgegengesetzt gerichtete pulsationsförmige Strömungen in Richtung tiefster Stelle des Behälterbo­ dens, wo die Ausförderung stattfindet, ausgebildet wer­ den. Es werden dadurch Strömungstotzonen minimiert.

In vorteilhafter Ausgestaltung nach Anspruch 2 sind um das untere Ende der vertikalen Absaugleitung trichter­ förmige Leitbleche angeordnet. Üblicherweise werden Ringbehälter über eine vertikale Absaugleitung nach oben entleert. Die im Staupunktbereich der beiden gege­ neinandergerichteten Strömungen angeordneten Leitbleche sind so gegen die Strömungen gerichtet, daß der Flüs­ sigkeitsstrom in die Absaugebene gelenkt wird und sedi­ mentierende Partikel aus höheren Flüssigkeitsschichten in einem beträchtlichen Maße in den Absaugbereich der Ausförderleitung fallen. Dieser Trichtereffekt der Leitbleche unterstützt die gleichmäßige Ausförderung der Feststoffe. Dieser Trichtereffekt wird in der Puls­ pause ausgenutzt. Da die zeitlich versetzte Pulsations­ pause ein Absetzen ermöglicht, werden die Feststoffe bei dem Heruntersinken vor die Absaugöffnung geführt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird eine schlitzförmige Öffnung zwischen den beiden Auslaßdüsen des auf dem höchsten Punkt des Behälterbo­ dens angeordneten Pulsators ausgebildet. Diese nach un­ ten gerichtete schlitzförmige Öffnung ergibt eine zu­ sätzliche, gegen den Behälterboden gerichtete Prall­ strahlkomponente, die sicherstellt, daß sich unter den Auslaßdüsen keine Totzone bilden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Zufuhr der Pulsluft zu den einzelnen Pulsatoren unabhängig voneinander einstellbar. Durch diese indivi­ duelle Einstellung eines jeden Pulsators kann im Stau­ punktbereich ein Überblasen des Ausförderbereiches ver­ hindert werden.

Die im Anspruch 5 gekennzeichnete Pulsatorsteuerung be­ wirkt eine Entspannung der Pulsatoren zwischen den Ein­ zelpulsen durch ein gesteuertes Abluftventil. Das zeit­ verzögerte Schließen der Magnetventile gemäß Anspruch 6 bewirkt ein definiertes Schließen bei der Pulsation. Es wird sichergestellt, daß beispielsweise die Abluftlei­ tung nicht zu früh öffnet und der Druck entspannt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Ringbehälters mit den darin angeordneten Pulsatoren wird im Anspruch 7 gekennzeichnet. Die Steuerung des Magnetventils in der Zuluftleitung erfolgt in Abhängigkeit vom Füllstand und der Dichte der Flüssigkeit im Ringbehälter. Mit stei­ gendem Füllstand und/oder steigender Dichte verlängert sich die Öffnungszeit des Magnetventils in der Puls­ luftleitung. Die Pulsdauer wird verlängert. Umgekehrt wird die Pulsdauer kürzer, wenn der Füllstand und/oder die Dichte abnimmt.

Durch die Erfindung wird bei einem Transferieren von feststoffhaltigen radioaktiven Lösungen aus einem Ring­ behälter eine gleichmäßige Verteilung der Feststoffe in dem Flüssigkeitsstrom erreicht, wobei die Feststoff­ suspension horizontal im Bodenbereich zur Ausförder­ stelle transportiert wird. Feststoffablagerungen werden dabei wirksam verhindert.

Der minimierte Luftbedarf für das Feststoffverwirbeln verringert die Aerosolbelastung des Abluftsystems.

Anhand der schematischen Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Ringbehälter mit mehreren im Ringraum verteilten Pulsatoren,

Fig. 2 den Ringbehälter aus Fig. 1 mit angeschlos­ sener Pulsluft und Abluft in abgewickelter Darstellung,

Fig. 3 den Ringbehälter mit einer im Blockschalt­ bild dargestellten Steuerung für die Druck­ luftpulsation,

Fig. 4 ein Pulsdiagramm für die Pulsluft- und Ab­ luftsteuerung,

Fig. 5 eine Ausbildung eines mit zwei Auslaßdüsen versehenen Pulsators, der im höchsten Be­ reich des Behälterbodens angeordnet ist,

Fig. 6 eine mögliche Ausführungsform einer Auslaß­ düse für einen Pulsator.

Der in Fig. 1 gezeigte Ringbehälter 11 weist einen Ring­ raum 13 mit einer Breite von 40 cm auf. In der kern­ technischen Fachsprache wird dieser Ringraum 13 auch "Ringslab" genannt. In dem Ringraum 13 sind sechs Pul­ satoren 15 bis 20 unter einem Winkelabstand von 60° an­ geordnet. Diese sechs Pulsatoren 15 bis 20 sind mit ei­ ner einseitig gerichteten Auslaßdüse 21 (Fig. 2) ausge­ stattet, die jeweils einen Venturi-Düsenvorsatz 22 ha­ ben. Zwischen den Pulsatoren 17 und 20 ist mittig die tiefste Stelle 23 des Behälterbodens 25, in die eine vertikal nach oben führende Absaugleitung 27 hinein­ ragt. Diametral gegenüber ist die höchste Stelle 29 des Behälterbodens 25. Auf der höchsten Stelle 29 ist zu­ sätzlich ein weiterer Pulsator 31 vorhanden, der mit zu beiden Seiten gerichteten Auslaßdüsen 33, 35 (Fig. 2) versehen ist.

Drei Pulsatoren 15, 16, 17 sind entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn (Pfeil I) zur tiefsten Stelle 23 und drei Pulsatoren 18, 19, 20 sind mit dem Uhrzeigersinn (Pfeil II) zur tiefsten Stelle 23 gerichtet.

In der Abwicklung des Ringbehälters 11 in der Fig. 2 wird ersichtlich, daß durch die Pulsatoren zwei boden­ nahe, entgegengerichtete Strömungen erzielt werden. Die sechs Pulsatoren 15 bis 20 weisen an ihren unteren En­ den Auslaßdüsen 21 auf, die parallel zum Behälterboden 25 angeordnet sind. Die Auslaßdüsen 21 der Pulsatoren 15 bis 20 sind zu der tiefsten Stelle 23 des Behälter­ bodens 25 gerichtet, in die die Absaugleitung 27 von oben durch einen Behälterdeckel 37 dringend hineinragt.

Um das untere Ende der Absaugleitung 27 sind trichter­ förmige Leitbleche 38 angeordnet. Die schräggestellten Leitbleche 38 sind so gegen die bodennahen Strömungen gerichtet, daß der Flüssigkeitsstrom zu der Öffnung der Absaugleitung 27 gelenkt wird. Die durch die Pulsation hochgewirbelten Feststoffpartikel sinken in der Pulsa­ tionspause nach unten und werden im beträchtlichen Maße durch die trichterförmige Ausbildung der Leitbleche 38 vor die Öffnung der Absaugleitung 27 geführt.

Der auf dem höchsten Punkt 29 angeordnete Pulsator 31 besitzt zwei entgegengesetzt gerichtete Flachstrahldü­ sen 33 und 35. Zudem ist am unteren Ende ein Schlitz 39 vorhanden, durch den ein Prallstrahl gegen den Behäl­ terboden 25 gerichtet wird. Die Auslaßdüsen 21, 33, 35 werden in einem Bodenabstand von ca. 1 cm angebracht.

Die Pulsatoren tauchen in die Behälterflüssigkeit ein und sind so mit einer Flüssigkeitssäule gefüllt. An ih­ rem oberen Ende sind die Pulsatoren über eine Rohrlei­ tung 41 mit einer Pulsluftleitung 43, die von einer Druckluftquelle beaufschlagt wird, und mit einer Ab­ luftleitung 45 verbunden.

Durch die beschriebene Pulsatoranordnung werden zwei entgegengerichtete bodennahe Strömungen erzeugt. Am tiefsten Punkt 23 des Behälters prallen die Strömungs­ fronten aufeinander. In diesem sogenannten Staupunkt werden lokale Konzentrationserhöhungen der Feststoffe erzeugt, welche unter Unterstützung der Leitbleche 38 optimal abgesaugt werden können.

Für die Pulsatorsteuerung (Fig. 3) ist die Rohrleitung 41 der Pulsatoren, von denen in der Fig. 3 nur der Pul­ sator 31 angedeutet ist, mit der Pulsluftleitung 43 verbunden, in der ein Magnetventil 46 angeordnet ist. Dieses Magnetventil 46 wird elektrisch von einem Puls­ generator 47 angesteuert. In der Abluftleitung 45 ist ebenfalls ein Magnetventil 49 angeordnet. Dieses Mag­ netventil 49 erhält zur Betätigung Gegentaktsignale von dem Magnetventil 46 der Pulsluft und öffnet und schließt somit entgegengesetzt. Mit 51 ist ein Füll­ standsmeßgerät und mit 53 ist ein Meßgerät für die Dichte bezeichnet, die über einen Rechner 54 mit dem Impulsgenerator 47 elektrisch gekoppelt sind.

Wie in Fig. 4 durch das Diagramm der Magnetventilsteue­ rung gezeigt wird, ist es sinnvoll, die Pulsation in Abhängigkeit des Behälterfüllstandes zu steuern. Je ge­ ringer der Füllstand ist, desto kürzer sind die Pulse und die Pulspausen. Die Magnetventile 46 und 49 öffnen zeitverzögert zum Schließen des jeweils anderen Magnet­ ventils.

Die Schließseiten des Pulsventils werden durch die Rücklaufzeit der Flüssigkeit in die Pulsatoren be­ stimmt. Diese Rücklaufzeit ist wiederum in erster Linie abhängig vom freien Auslaßdüsenquerschnitt, vom freien Abluftleitungsquerschnitt und vom Differenzdruck. Das Magnetventil 49 in der Abluftleitung 45 sorgt durch den Druckausgleich beim Öffnen für einen möglichst schnel­ len Rücklauf innerhalb der Schließzeit des Pulsventils 46.

In der Fig. 5 wird der an der höchsten Stelle 29 des Behälterbodens 25 angeordnete Pulsator 31 gezeigt. Der Pulsator 31 weist zwei als Schlitz ausgebildete Aus­ laßdüsen 33 und 35 auf, die parallel zum Behälterboden 25 ausgerichtet sind. Symmetrisch zwischen diesen bei­ den Auslaßdüsen 33 und 35 ist eine schlitzförmige Öff­ nung 39 nach unten gerichtet vorhanden. Das Pulsator­ rohr 61 endet oben in einem Rohrflansch 63 zur Befesti­ gung des Pulsators 31. Unten führt ein Verengungsab­ schnitt 64 zu den Auslaßdüsen.

In der Fig. 6 wird eine Ausbildung der Auslaßdüse 21 für die sechs mit einer einseitig gerichteten Auslaß­ düse 21 versehenen Pulsatoren 15 bis 20 gezeigt. Die Auslaßdüse 21 ist am Ende eines am Pulsator 15 ange­ brachten Krümmers 65 parallel zum Behälterboden 25 be­ festigt. Am Düsenkörper 67 ist der Venturiaufsatz 22 über Stege 69 befestigt. Durch diesen Venturiaufsatz 22 wird in der Umgebung befindliche Flüssigkeit mit in die Düsenströmung hineingerissen.

Durch die vorstehend beschriebene Ausführung eines Ringbehälters mit einer Pulsationseinrichtung werden sich im Ringbehälter befindende feststoffhaltige Lösun­ gen in einer Schicht von einigen 100 mm über den Behäl­ terboden aufgewirbelt und gleichzeitig zur in der nie­ drigsten Stelle 23 des Behälterbodens angeordneten Ab­ saugung transportiert.

Bezugszeichenliste:

11 Ringbehälter
13 Ringbaum
15 Pulsator
16 Pulsator
17 Pulsator
18 Pulsator
19 Pulsator
20 Pulsator
21 Auslaßdüse
22 Venturi-Düsenvorsatz
23 tiefste Stelle
25 Behälterboden
27 Absaugleitung
29 höchste Stelle
31 Pulsator
33 Auslaßdüse
35 Auslaßdüse
37 Behälterdeckel
38 Leitbleche
39 Schlitzöffnung
41 Rohrleitung
43 Pulsluftleitung
45 Abluftleitung
46 Magnetventil
47 Pulsgenerator
49 Magnetventil
51 Füllstandsmeßgerät
53 Dichtemeßgerät
54 Rechner
61 Pulsatorrohr
63 Rohrflansch
64 Verengungsabschnitt
65 Krümmer
67 Düsenkörper
69 Stege

Claims (7)

1. Ringbehälter zur Aufnahme von feststoffhaltigen ra­ dioaktiven Lösungen mit einem geneigten Boden und einer an der tiefsten Stelle vertikal angeordneten Absaugleitung, dadurch gekennzeichnet,
daß im ringförmigen Behälterinneren (13) mit Luft beaufschlagbare, in die Behälterflüssigkeit ragende Pulsatoren (15 bis 20) verteilt angeordnet sind, die an ihren unteren Enden Auslaßdüsen (21) aufweisen,
daß die Auslaßdüsen (21) parallel zum Behälterboden (25) angeordnet und zur tiefsten Stelle (23) des Be­ hälterbodens (25) gerichtet sind, wobei die Auslaß­ düsen der Pulsatoren einer Ringhälfte entgegenge­ setzt dem Uhrzeigersinn und die Auslaßdüsen der Pul­ satoren der anderen Ringhälfte im Uhrzeigersinn zur Ausförderung weisen, und
daß auf dem höchsten Punkt (29) des Behälterbodens (25) ein Pulsator (31) angeordnet ist, der zwei ent­ gegengesetzt gerichtete Auslaßdüsen (33, 35) auf­ weist.

2. Ringbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um das untere Ende der Absaugleitung (27) trich­ terförmige Leitbleche (38) angeordnet sind.

3. Ringbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsator (31) zwischen den beiden Auslaßdü­ sen (33, 35) eine nach unten gerichtete schlitzför­ mige Öffnung (39) aufweist.

4. Ringbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Pulsluft zu den einzelnen Pulsa­ toren unabhängig voneinander einstellbar ist.

5. Ringbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsatoren (15 bis 20, 31) an eine Pulsluft­ leitung (43) und eine Abluftleitung (45) angeschlos­ sen sind, wobei in der Pulsluftleitung (43) und in der Abluftleitung (45) jeweils ein Magnetventil (46 bzw. 49) angeordnet ist und daß die beiden Magnet­ ventile (46, 49) entgegengesetzt getaktet sind.

6. Ringbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventile (46, 49) im Gegentaktsinn zeitverzögert öffnen.

7. Ringbehälter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (46) in der Pulsluftleitung (43) von einem elektrischen Impulsgeber (47) beauf­ schlagt wird, dessen Impulslängen füllstands- und dichtegesteuert sind.