DIN 25476-2012 Primary-coolant clean-up system in nuclear power plants with light water reactors《轻水反应堆核电站的初级冷却液清洁系统》.pdf

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1、November 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 27.120.20!$|%“1918902www.din.deDDIN 25476

2、Primrkhlmittel-Reinigungsanlagen in Kernkraftwerken mitLeichtwasserreaktorenPrimary-coolant clean-up system in nuclear power plants with light water reactorsInstallations dpuration des produits de rfrigration primaires dans les centralesnuclaires avec racteurs leau lgreAlleinverkauf der Normen durch

3、 Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 25476:1987-04www.beuth.deGesamtumfang 14 SeitenDIN 25476:2012-11 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Begriffe 5 4 Aufgaben . 6 5 Verfahrenstechnik. 6 5.1 Randbedingungen fr die Auslegung. 6 5.1.1 Primrkhlmittelq

4、ualitt/Reaktorwasserqualitt . 6 5.1.2 Aktivittskonzentration im Primrkhlmittel/Reaktorwasser 6 5.2 Verfahren zur Reinigung des Primrkhlmittels/Reaktorwassers 6 5.2.1 Allgemeines . 6 5.2.2 Ionenaustausch . 9 5.2.3 Filtrieren . 10 5.2.4 Entgasen 10 5.3 Verfahrenstechnische Auslegung . 11 6 Strahlensch

5、utzmanahmen . 11 7 Betrieb, Instandhaltung, berwachung 12 7.1 Allgemeines . 12 7.2 Betrieb 12 7.3 Instandhaltung 12 7.4 berwachung 13 Literaturhinweise . 14 DIN 25476:2012-11 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-07-42 AA Dekontamination“ im Normenausschuss Materialprfung (NMP)

6、 im DIN erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 25476:1987-04 wurden folgende nderungen vorgenommen

7、: a) Anpassung an den allgemein anerkannten Stand von Wissenschaft und Technik; b) Doppelfestlegungen zu KTA 1301.1 gestrichen; c) Definitionen berarbeitet; d) Lschung der veralteten Prinzipschemata und Aufnahme neuer Bilder, z. B. zum Einfluss des Dekonta-minationsfaktors und der Reinigungsrate auf

8、 die Reinigungshalbwertszeit; e) Herausnahme der zu spezifischen Festlegungen. Frhere Ausgaben DIN 25476: 198704 DIN 25476:2012-11 4 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument gilt fr die Planung, Errichtung, Nachrstung und Betrieb von Anlagen zur Primrkhlmittelreinigung (beim Druckwasserreaktor (DWR)/Reak

9、torwassereinigung (beim Siedewasserreaktor (SWR) im Primrkreis einschlielich Entgasung in Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren. Dieses Dokument gilt fr Systeme mit rein betrieblichen Aufgaben. Fr sicherheitstechnisch relevante Systeme knnen weitere Anforderungen gelten. Dieses Dokument ist nich

10、t anzuwenden auf Anlagen zur Primrkhlmittelaufbereitung nach 3.7, Anlagen zur nuklearen Zusatzwasseraufbereitung nach 3.8 und Lagerbeckenwasserreinigung. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nu

11、r die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). VGB-Wasserrichtlinie Teil 1, Richtlinie fr das Wasser in Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren Teil 1: DWR-Anlagen, Ausgabe 20061)VGB-Wasserri

12、chtlinie Teil 2, Richtlinie fr das Wasser in Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren Teil 2: SWR-Anlagen, Ausgabe 20061)BMI-Richtlinie, Richtlinie fr das Verfahren zur Vorbereitung und Durchfhrung von Instandhaltungs- und nderungsarbeiten in Kernkraftwerken vom 1. Juni 1978 (GMBl. 1978, Nr. 22, S.

13、 342)2)IWRS II Richtlinie, Richtlinie fr den Strahlenschutz des Personals bei Ttigkeiten der Instandhaltung, nderung, Entsorgung und des Abbaus in kerntechnischen Anlagen und Einrichtungen Teil 2: Die Strahlenschutzmanahmen whrend des Betriebs und der Stilllegung einer Anlage oder Einrichtung, Schre

14、iben der BMU vom 2005-01-17, RS II 3 15506/12) KTA 1301.2, Bercksichtigung des Strahlenschutzes der Arbeitskrfte bei Auslegung und Betrieb von Kernkraftwerken Teil 2: Betrieb2)StrlSchV, Verordnung ber den Schutz vor Schden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung StrlSchV) vom 20. Juli

15、2001 (BGBl. I, S. 1714) gendert durch Artikel 1 VO vom 04. Oktober 2011 (BGBI. I, 2000), zuletzt gendert durch Artikel 5 Absatz 7 des Gesetzes zur Neuordnung des Kreislaufwirtschafts- und Abfallrechts vom 24.02.2012 (BGBl. I Nr. 10 vom 29.02.2012)2)1) Zu beziehen bei: VGB PowerTech Service GmbH, Ver

16、lag technisch-wissenschaftlicher Schriften, Postfach 1039 32, D-45039 Essen, Tel. +49 0201 8128-200, Fax +49 0201 8128-329, E-mail: markvgb.org 2) Nachgewiesen in der DITR-Datenbank der DIN Software GmbH, zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin (Hausanschrift: Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin

17、) DIN 25476:2012-11 5 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Primrkhlmittel Wasser, das im Reaktor Wrme von den Brennelementen abfhrt und weitertrans-portiert 3.2 Reaktorwasser Wasser, das im Reaktor Wrme von den Brennelementen abfhrt und weitertrans-portiert

18、 3.3 Primrkhlmittelmasse fr die Auslegung der Primrkhlmittelreinigung Wassermasse im Primrkhlmittelkreislauf einschlielich der Wassermasse im Druck-halter 3.4 Reaktorkhlmitteldurchsatz fr die Auslegung der Reaktorwasserreinigung Khlmitteldurchsatz (Speisewasser) durch den Reaktor 3.5 Primrkhlmittelr

19、einigung Manahme, die den Anteil an radioaktiven und nichtradioaktiven festen, gelsten und gasfrmigen Stoffen im Primrkhlmittel herabsetzt 3.6 Reaktorwasserreinigung Manahme, die den Anteil an radioaktiven und nichtradioaktiven festen, gelsten und gasfrmigen Stoffen im Primrkhlmittel herabsetzt 3.7

20、Primrkhlmittelaufbereitung Trennung von Primrkhlmittel aus der Primrkhlmittellagerung in borsureange-reichertes Primrkhlmittel und nahezu borsurefreies Deionat 3.8 nukleare Zusatzwasseraufbereitung Manahme, die die durch Leckagen, Komponentenentleerungen usw. anfallenden Wsser oder andere berschussw

21、sser aus dem Wasserdampfkreislauf zur Wiederverwendung als Speise-wasser aufbereitet 3.9 Reinigungsrate Massenstrom des gereinigten Primrkhlmittels bezogen auf die Primrkhlmittelmasse bei DWR-Anlagen bzw. dem Khlmitteldurchsatz in SWR-Anlagen 3.10 Dekontaminationsfaktor DF Verhltnis der Aktivittskon

22、zentrationen vor und nach der Reinigung (Dekontamination) DIN 25476:2012-11 6 4 Aufgaben Die Primrkhlmittelreinigung/Reaktorwasserreinigung fr Leichtwasserreaktoren hat die Aufgaben, den Anteil an Spalt- und Aktivierungsprodukten im Primrkhlmittel/Reaktorwasser herabzusetzen und die spezifizierte Wa

23、sserqualitt (siehe 5.1.1) einzuhalten. 5 Verfahrenstechnik 5.1 Randbedingungen fr die Auslegung 5.1.1 Primrkhlmittelqualitt/Reaktorwasserqualitt Im Primrkhlmittel/Reaktorwasser sind mindestens die Spezifikationswerte nach den VGB-Wasserrichtlinien (R 401 J) Teil 1 und Teil 2 einzuhalten. 5.1.2 Aktiv

24、ittskonzentration im Primrkhlmittel/Reaktorwasser 5.1.2.1 Allgemeines Die Aktivitt des Primrkhlmittels/Reaktorwassers wird durch Spaltprodukte und Aktivierungsprodukte hervorgerufen. Die sich einstellende Konzentration ist anlagenspezifisch und abhngig von z. B. eingesetztem Kernbrennstoff, dem Werk

25、stoff-Konzept und der mglichen Mobilisierung der Radionuklide. 5.1.2.2 Spaltprodukte Der Hauptanteil der gebildeten Spaltprodukte und Transurane verbleibt im Brennstoff. Ein sehr geringer Teil tritt bei Brennstabdefekten ins Primrkhlmittel/Reaktorwasser ber. Die Konzentrationen der Radionuklide sind

26、 im anlagenspezifischen Quellterm hinterlegt. Dieser ist im Wesentlichen abhngig vom eingesetzten Kernbrennstoff (Anfangsanreicherung, Abbrand) und der postulierten Brennelement-Schadenshufigkeit. 5.1.2.3 Aktivierungsprodukte Der Quellterm fr die Aktivierungsprodukte resultiert u. a. aus dem Werksto

27、ffkonzept, der chemischen Fahrweise und dem Neutronenfluss. 5.2 Verfahren zur Reinigung des Primrkhlmittels/Reaktorwassers 5.2.1 Allgemeines Die Reinigungsrate und der Dekontaminationsfaktor der Primrkhlmittelreinigungsanlagen sowie die Halbwertszeiten der Spalt- und Aktivierungsprodukte beeinflusse

28、n wesentlich den Entzug von Radionukliden aus dem Primrkhlmittel. Der Einfluss des Dekontaminationsfaktors auf die Reinigungshalbwertszeit eines Radionuklids im Primrkhlmittel ist fr eine Reinigungsrate von 10 %/h, 20 %/h und 30 %/h in Bild 1 dargestellt. Der Einfluss der Reinigungsrate auf die Rein

29、igungshalbwertszeit eines langlebigen Isotops bei Dekontaminationsfaktoren von 2 bis 1 000 ist in Bild 2 dargestellt. Der Entzug von Verunreinigungen durch die Primrkhlmittelreinigung/Reaktorwasserreinigung erfolgt derart, dass in gleichen Zeiten immer gleiche Anteile von Radionukliden aus dem Primr

30、khlmittel entfernt werden. In Anlehnung an den radioaktiven Zerfall kann fr die Reinigung eine Reinigungshalbwertszeit definiert werden, die sich mit der physikalischen Halbwertszeit berlagert. Das Ergebnis dieser berlagerung ist die effektive DIN 25476:2012-11 7 Halbwertszeit. Die spezifische Aktiv

31、itt eines Spalt- oder Aktivierungsproduktes im Primrkhlmittel wird durch dessen effektive Halbwertszeit beeinflusst. Damit hat die Khlmittelreinigung nur auf die spezifische Aktivitt von Radionukliden Einfluss, deren physikalische Halbwertszeit grer oder gleich der Reinigungshalbwertszeit ist. Legen

32、de X Dekontaminationsfaktor Y Reinigungshalbwertszeit in h 1 Reinigungsrate 10 %/h 2 Reinigungsrate 20 %/h 3 Reinigungsrate 30 %/h Bild 1 Einfluss des Dekontaminationsfaktors und der Reinigungsrate auf die Reinigungshalbwertszeit DIN 25476:2012-11 8 Legende X Reinigungsrate in %/h Y Reinigungshalbwe

33、rtzeit in h 1 Dekontaminationsfaktor 2 2 Dekontaminationsfaktor 10 3 Dekontaminationsfaktor 100 4 Dekontaminationsfaktor 1 000 Bild 2 Einfluss der Reinigungsrate auf die Reinigungshalbwertszeit eines langlebigen Isotops bei Dekontaminationsfaktoren von 2 bis 1 000 Die Reinigungshalbwertszeit T1/2,Ri

34、st die Zeit, in der die Aktivitt durch Reinigung auf die Hlfte abgesenkt wird. DF)1DF(2InR,2/1= mmT(1) Dabei ist m der Massenstrom des der Reinigungsanlage zugefhrten Primrkhlmittels/Reaktorwassers; m die Primrkhlmittelmasse/Reaktorwassermasse. Das Verhltnis mmwird als Reinigungsrate bezeichnet. Die

35、 effektive Halbwertszeit T1/2,effsetzt sich zusammen aus der physikalischen Halbwertszeit des Radionuklids T1/2,pund der Reinigungshalbwertszeit T1/2,RR,2/1p,2/1R,2/1p,2/1eff,2/1TTTTT+= (2) DIN 25476:2012-11 9 Der Einfluss der physikalischen Halbwertszeit des Radionuklids auf die effektive Halbwerts

36、zeit ohne und mit Reinigung ist in Bild 3 dargestellt. BEISPIEL Bei einem Dekontaminationsfaktor von 10 entspricht eine Reinigungsrate von 10 %/h (20 %/h) einer Reinigungshalbwertszeit von 7,7 h (3,9 h). Bei diesen Reinigungsraten wird die Aktivitt des Radionuklids I-134 (T1/2= 0,8 h) nicht wesentli

37、ch durch die Wirkung der Reinigungsanlage beeinflusst, die Aktivitt des Radionuklids I-133 (T1/2= 20,8 h) hingegen deutlich reduziert. Legende X physikalische Halbwertszeit des Radionuklids in h Y effektive Halbwertszeit in h 1 ohne Reinigung 2 mit Reinigung (T1/2,R= 7,7 h) 3 mit Reinigung (T1/2,R=

38、3,9 h) Bild 3 Einfluss der physikalischen Halbwertszeit des Radionuklids auf die effektive Halbwertszeit Diese Zusammenhnge gelten fr alle bei der Primrkhlmittelreinigung/Reaktorwasserreinigung angewen-deten Verfahren. ANMERKUNG bliche Reinigungsverfahren sind Ionenaustauschfilter, die wahlweise als

39、 Anschwemmfilter (Kerzenfilter mit Pulverharzanschwemmung) oder als Mischbettfilter (Anionen u./od. Kationenkugelharze) auszufhren sind. Dieser ionalen Reinigungsstufe kann vorzugsweise eine mechanische Filtrationsstufe (z. B. Membranfiltration) vorgeschaltet werden. Damit knnen die partikulr vorlie

40、genden ungelsten Stoffe aus dem Khlmittel entfernt und die Standzeiten der Ionentauscherfilter erhht werden. Die ionale Reinigungsstufe von Anschwemmfiltern kann auch mit Zuschlgen von inerten Filtrationshilfsmitteln (Kieselgur usw.) kombiniert werden. 5.2.2 Ionenaustausch Bei der Anwendung des Ione

41、naustauschs fr die Reinigung von Primrkhlmittel/Reaktorwasser werden im Wasser vorhandene radioaktive und nichtradioaktive Ionen am Ionenaustauscher gebunden. Dabei wird, bezogen auf die Ladung, eine quivalente Anzahl Ionen vom Ionenaustauscher in das Wasser abgegeben. DIN 25476:2012-11 10 Durch die

42、 gleichzeitige Bindung nichtradioaktiver Ionen an den Ionenaustauscher vermindert sich das Aufnahmevermgen (Kapazitt) des Ionenaustauschers fr radioaktive Ionen. Ein Zusammenhang zwischen Radioaktivitt und elektrischer Leitfhigkeit fr die in den Kernkraftwerken anfallenden Radionuklidgemische besteh

43、t nicht, da selbst bei einer Aktivittskonzentration von 1 010 Bq/m3die elektrische Leitfhigkeit von 1 S/cm berwiegend von nichtradioaktiven Ionen bewirkt wird. Kationen- und Anionenaustauscher werden im Regelfall gemischt eingesetzt. Typische Anwendungsformen sind Mischbettfilter (Kugelharze) und An

44、schwemmfilter (Pulverharze). Der Dekontaminationsfaktor hngt ab von der Selektivitt, dem Konzentrationsverhltnis der auszutauschenden Ionen und dem pH-Wert; dem Beladungszustand der Ionenaustauscher; der Temperatur des Wassers; den verfahrenstechnischen Kenndaten der Ionenaustauscher (z. B. Strmungs

45、geschwindigkeit, Schicht-dicke). Zum Entfernen von Radionukliden sind nach Bild 1 und Bild 2 Dekontaminationsfaktoren von DF 10 nicht erforderlich, da diese nicht zu einer nennenswerten Verbesserung der Reinigungshalbwertszeit fhren. 5.2.3 Filtrieren Das Filtrieren ist ein mechanisches Verfahren zur

46、 Abtrennung von Feststoffen aus einer Flssigkeit mit einer fr die Flssigkeit durchlssigen Schicht. Der erzielbare Reinigungseffekt ist abhngig von der Korngren-verteilung (gelst/ungelst) bzw. dem Kolloidanteil. Filtrierverfahren sind z. B.: Filtrieren mit Oberflchenfilter (Siebe und Anschwemmfilter)

47、; Filtrieren mit Tiefenfilter (teilweise auch kombiniert mit Ionentauscher); Membranverfahren (Nano-, Micro-, Ultrafiltration). 5.2.4 Entgasen Das Entgasen dient der Entfernung gasfrmiger Radionuklide und nichtradioaktiver Gase aus dem Primrkhlmittel. Es wird eingesetzt, wenn a) die Aktivittskonzent

48、ration durch gasfrmige Radionuklide bestimmt wird; b) die nichtradioaktiven Gase zur Einhaltung der Spezifikationswerte im Primrkhlmittel entfernt werden mssen. Das Entgasen erfolgt durch Erniedrigen der Gaslslichkeit im Primrkhlmittel z. B. durch Erhhen der Temperatur bis zum Siedepunkt; Erniedrige

49、n des Partialdrucks durch ein Vakuum; durch eine Kombination dieser Verfahren. Der durch Entgasen erreichbare Dekontaminationsfaktor liegt je nach Eingangsaktivitt der im Primrkhl-mittel gelsten gasfrmigen Radionuklide im Bereich von 5 bis 1 500. DIN 25476:2012-11 11 5.3 Verfahrenstechnische Auslegung