Marco Sauder
Krantz GmbH Uersfeld 24, 52072 Aachen Marco.Sauder@krantz.de
ZUSAMMENFASSUNG
Während bei herkömmlichen Rückbaumethoden wie der mechanischen Oberflächenbearbeitung oder den mechanischen und thermischen Trennverfahren bereits bewährte abreinigbare Filtersysteme zum Einsatz kommen, ist es beim Einsatz neuer Rückbaumethoden wichtig, das Konzept ganzheitlich zu betrachten und zu prüfen, inwieweit diese neuen Methoden einen Einfluss auf bestehende oder bewährte Schwebstoff-Filtersysteme haben können. Sei es bei der Verwendung von Lasersystemen zur Oberflächenreinigung bzw. Zerlegen von Bauteilen oder der Absaugung von feinen Stäuben wie Graphit bzw. toxischen Stoffen wie asbesthaltige Materialien. Diese innovativen Methoden birgen unbekannte Risiken, da anfänglich nicht absehbar ist, welche Art von Partikeln generiert werden und ob diese sicher mit den bewährten Systemen zurückgehalten werden können. Feldstudien und Laborversuche haben gezeigt das die Schwebstoff-Filtersysteme teilweise angepasst werden müssen um für die neuartigen Methoden verwendet werden zu können.
Schlagwörter
Abreinigbare Schwebstoff-Filtersysteme
Asbest Laserablation Laserschneiden Graphitstaub
EINFÜHRUNG
In den letzten Jahren wurden für verschiedene Bereiche des nuklearen Rückbaus neue Technologien etabliert. Einige dieser Technologien werden Auswirkungen auf das verwendete Filtersystem und die Lebensdauer der verwendeten Filterelemente haben. Der Schwerpunkt liegt auf Technologien, die Lasersysteme nutzen, wie z.B. Laserschneiden von Stahlteilen und Laserablation von Oberflächen, das Absaugen von gefährlichen Stoffen wie, z.B. Asbest und feine Graphitstaubpartikel. Da mit einer hohen Menge an Feinststaub (Laserstaub Partikelgröße ab 0,02 µm) und Feinstaub (Partikelgröße 3 µm bis 100 µm für Graphitstaub) aus den Stilllegungsarbeiten zu rechnen ist, wirken sich alle diese Technologien und Anwendungen direkt auf das Filtersystem und die Lebensdauer des Filterelements aus.
Die abreinigbaren HEPA-Filtereinheiten vom Typ RHF (Recleanable HEPA Filter) von Krantz werden seit mehr als 20 Jahren erfolgreich in Projekten mit Diamantsägen, Betonbrecher, Stemmhammer, Plasmaschneiden usw. eingesetzt, bei denen viel Staub entsteht, der von der abreinigbaren Filtereinheit zurückgehalten wird. Das Gerät ist in der Lage, die Filterelemente effizient vom Staub zu reinigen und kann je nach Staubbelastung mehrere Monate bis Jahre verwendet werden.
Aufgrund der unbekannten Eigenschaften des Staubs, der beim Laserschneiden und Laserabtragen sowie beim Entfernen von Graphitstaub aus dem Luftstrom entsteht, wurden Fallstudien und Feldstudien durchgeführt, um die Auswirkungen auf abreinigbare Filtersysteme zu überprüfen.
Für den Umgang mit Asbest bei der Stilllegung kerntechnischer Anlagen ist der Einsatz qualifizierter Filtersysteme von entscheidender Bedeutung. Standard-Filtersysteme auf dem Markt, die für Asbest zugelassen sind, sind in der Regel nicht für den Einsatz in nuklearen Umgebungen geeignet (fehlende Schutzsackwechseltechnik, Dichtheit des Filtergehäuses). Um diese Lücke zu schließen, ist bei der Krantz das RHF-Filtersystem für den Umgang mit Asbest qualifiziert worden.
ERGEBNISSE
Für die bislang zumeist genutzten Rückbaumethoden wie der mechanischen Oberflächenbearbeitung mittels abrasiv-strahlen oder mechanischen und thermischen Trennverfahren wie Trennschleifen, Sägen, Plasmaschneiden etc. sind bereits seit mehr als 20 Jahren die von Krantz entwickelten abreinigbaren Schwebstoff-Filteranlagen als bewährte Filtersysteme im Einsatz.
Aufgrund neuer Rückbautechnologien und neuer Anforderungen gilt es anwendungsspezifisch zu prüfen, ob die bislang verwendeten Schwebstoff-Filtersysteme diesen Anforderungen weiterhin gerecht werden, oder ob die Systeme angepasst bzw. neue Systeme entwickelt werden müssen.
Einsatz von Lasersystemen zur Reduzierung von Abfall
In einer Fallstudie zusammen mit Safetec, Cleanlaser und der Hochschule Mannheim wurde untersucht, ob kontaminierte Dekontanstriche von Betonoberflächen mittels Laserablation entfernt werden können. Untersuchungsgegenstand dieser Versuche war ebenso, ob die entstehenden Partikel abgesaugt und über eine Standard abreinigbare Schwebstoff-Filteranlage Typ RHF1500 von Krantz komplett herausgefiltert werden können.
In Abb. 1 ist die entfernte Aktvität je Überfahrt am Bauteil dargestellt.
Es wurde bestätigt, dass die abreinigbare Filterstufe der Filtereinheit alle Partikel zurückhalten konnte, die während der Laserlackablationsversuche auf Betonoberflächen erzeugt wurden. Die zweite Filterstufe des Systems (HEPA-Filter der Güteklasse H14) wurde bei allen Versuchen nicht verunreinigt und der Druckabfall über den Filter erhöhte sich nicht.
Nach Abschluss des Projekts wurden folgende Verbesserungsmassnahmen am Filtersystem etabliert:
- Absauggeschwindigkeit mindestens 16 m/s
- Ventilatoren mit höherer Pressung da kleine Absaugleitungen einen hohen Druckverlust erzeugen
Einsatz von Lasersystemen zur Zerlegung von Bauteilen
Für das Projekt „Skips Size Reduction Facility“ am Standort Sellafield in Großbritannien werden alte Brennelementlagerbehälter per Laser geschnitten. Seit Projektbeginn mit ersten inaktiven Versuchen im Jahr 2020 und dem ersten aktiven Schneiden von Brennelementlagerbehälter im September 2021 wurde das Krantz RHF-Filtersystem zum Filtern aller beim Laserschneiden entstehenden Partikel in der Luft eingesetzt.
Nach Abschluss der Testphase wurden folgende Randbedingungen im Bezug auf die abreinigbare Schwebstoff-Filteranlage getroffen:
- Zweite Filterstufe als Schwebstoff-Filter in H14 Qualität anstelle von H13
- Absauggeschwindigkeit im Kanal mindestens 16 m/s
- Luftwechsel innerhalb der Kabine mindestens 25-fach
- Anschluss der Filteranlage an das bauseitige Abluftsystem
Die Lebensdauer des abreinigbaren Filters beträgt im Durchschnitt etwa die Bearbeitungdauer von 50 Behältern. Ein Standard-HEPA-Filter muss in der Regel nach der Zerlegung eines halben Behälters ersetzt werden. Die HEPA-Filtereinheiten vom Typ RHF von Krantz haben demnach eine 100-fach höher Lebensdauer. Es wurde festgestellt, dass die RHF-Filtersysteme für die Einhaltung des Projektbudget und zur Abfallreduzierung von entscheidender Bedeutung ist.
Die zukünftige fernhantierte Durchführung des Filterelementwechsels sowie des Staubaustrags der abreinigbaren Filtersysteme könnte die Verarbeitung stark radioaktiv belasteter Komponenten ermöglichen.
Absaugung von Graphitstäuben während Brennelement- und Isotopenkapsel Entfernung
Da beim Rückbau des Reaktors Pile One in Sellafield mit feinen Graphitstäuben gerechnet wird, wurde für Magnox UK das abreinigbare Filtersystem von Krantz mit verschiedenen Arten von Graphitstäuben getestet.
Bei den Versuchen im Labor, wurde festgestellt, dass das System Graphitstaub in verschiedenen Größen (3 µm bis 100 µm) und somit auch feinen und als sehr klebrig und problematisch für Filter bekannten Graphitstaub abscheiden kann.
In Abb. 4 ist die Reinigungseffektivität des Filterelementes dargestellt. Im Versuch wurden 4 g/m³ Graphitstaub kontinuierlich dem Filter zugeführt. Bei Erreichen des eingestellten Differenzdruckes wurde eine Online-Abreinigung automatisch initiert.
Die Filterelemente konnten bei jedem Online-Abreinigungszyklus um ca. 600 Pa bzw. ~2,5 kg Graphitstaub gereinigt werden. Insgesamt wurde das Filtersystem in jeder Versuchsreihe mit ~ 40 kg Graphitstaub beaufschlagt.
Nach Abschluss der Testreihe wurde die Anlage Offline gereinigt und der Differenzdruck des Filterelementes lag anschliessend nur geringfügig über dem Wert eines neuen Filterelementes.
Die Filteranlage des Typ RHF hat somit ihre Praxistauglichkeit gezeigt und bietet beim Einsatz in der Zukunft entscheidende Vorteile zu herkömmlichen Systemen.
Absaugung von Problemstäuben wie z.B. Asbest
Zur Absaugung von Asbest müssen neben den kerntechnischen Anforderungen auch Industrienormen und berufsgenossenschaftliche Anforderungen abgedeckt werden.
Bislang gab es nur qualifizierte Asbestabsaugungen die für Industriezwecke jedoch nicht für kerntechnische Anlagen zugelassen waren. Die Eignung unserer Filtersysteme vom Typ RHF1500 zur Absaugung und Abscheidung von Asbest auch innerhalb kerntechnischer Anlagen wurde nun durch den TÜV erfolgreich zertifiziert. Dadurch wird neben der Effizienzsteigerung auch die Lücke zwischen standardmäßigen industriellen Asbestfiltersystemen und nuklear qualifizierten Asbestfiltersystemen geschlossen.
Folgende Anpassungen an unser System wurden zur Qualifizierung durchgeführt:
- Volumenstrom 550 m³/h
- Absauggeschwindigkeit mindestens 22 m/s
- Rückführung der Luft nicht in Bodennähe
SCHLUSSFOLGERUNG
Neue Technologien und Anwendungen im kerntechnischen Rückbau werden Filtersysteme auf andere Weise herausfordern als bereits bekannte Techniken. Daher ist es wichtig, im Voraus die möglichen Auswirkungen und Herausforderungen zu prüfen und festzustellen, ob die vorhandenen Systeme ausreichend sind oder angepasst werden müssen. Für Bereiche mit unbekannten Stäuben oder Partikelkonzentrationen, die mit neuen Technologien wie Laserschneiden und Laserlackablation entstehen, sind Fallstudien und Inaktive Versuche eine gute Lösung, um die vorgesehenen Systeme unter realistischen Bedingungen zu testen. Die durchgeführten Fallstudien und Inaktiven Versuche haben gezeigt, dass das abreinigbare Filtersystem vom Typ RHF ein geeignetes System, für feinste sowie für schädliche Partikel wie Asbest, darstellt.
Der Schlüssel für die Implementierung neuer Technologien im kerntechnischen Rückbau liegt in der Zusammenarbeit zwischen den Hauptakteuren des gesamten Prozesses, um in frühen Phasen die Auswirkungen auf bestehende Systeme zu bewerten und notwendige Anpassungen zu definieren und anschließend vorzunehmen.
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