Työraportti 2012-55 Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmät Juha Nieminen Fortum Power and Heat Oy Kari Ikonen VTT Joulukuu 2012 Posivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia.
KAPSELOINTILAITOKSEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT TIIVISTELMÄ Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmien tehtävät ovat valvonta- ja valvomattoman alueen ilmastointi, alipainetasojen ylläpito, käytetyn polttoaineen jälkilämmön poisto ja poistoilman aktiivisuuksien suodatus normaalikäytössä sekä käyttöhäiriö- ja onnettomuustilanteissa. Kapselointilaitoksen tuloilmastointikeskuksessa tuotetaan tuloilma sekä valvonta- että valvomattomalle alueelle. Tuloilmastointijärjestelmä on kahdennettu ja sähkönsyöttö on dieselvarmennettu. Valvonta- ja valvomattomalla alueella on oma poistoilmastointikeskus sekä tulo- ja poistoilmakanavisto. Valvonta-alueen poistoilmaan voi vapautua radioaktiivisia hiukkasia käytetyn polttoaineen käsittelyn, tilojen ja laitteiden dekontaminoinnin tai prosessijärjestelmien vuotojen seurauksena. Valvonta-alueen poistoilma voidaan tarvittaessa suodattaa. Poistoilmastointijärjestelmä on kahdennettu ja sähkönsyöttö on dieselvarmennettu. Valvonta-alueen tilat pidetään alipaineisina valvomattoman alueen tiloihin nähden. Poistoilmastointikeskuksesta poistoilma johdetaan ilmastointipiippuun. Polttoaineen käsittelykammiossa on kahdennettu ja dieselvarmennettu jäähdytys- ja suodatusjärjestelmä, koska kammiossa käsitellään suojaamattomia polttoaine-elementtejä. Polttoaineniput tuottavat jälkilämpöä, joka tulee kyetä poistamaan polttoaineen alikriittisyyden varmistamiseksi. Lisäksi suojaamattomien polttoaine-elementtien käsittelyn seurauksena voi ilmaan vapautua aktiivisia hiukkasia. Polttoaine-elementtien lämmöntuoton takia myös loppusijoituskapselien varastossa on kahdennettu ja dieselvarmennettu jäähdytysjärjestelmä. Kapselointilaitoksen valvonta-alueella tarvittava tilavuusvirta on noin 6,8 m 3 /s ja valvomattomalla alueella noin 1,6 m 3 /s. Valvonta-alueen keskimääräinen ilmanvaihtokerroin on noin 1,0 1/h ja valvomattoman alueen noin 0,5 1/h. Avainsanat: Kapselointilaitos, ilmanvaihto.
VENTILATION SYSTEMS OF ENCAPSULATION PLANT ABSTRACT The functions of the ventilation systems of the encapsulation plant are ventilation of the controlled and non-controlled area, maintenance of negative pressure zones, removal of the decay heat of the spent fuel and filtration of the active particles in outlet air in normal operation and in abnormal fault and accident cases. Inlet air is supplied from the inlet air center of the encapsulation plant to both controlled and non-controlled areas. The inlet air system is doubled and the power supply of the inlet air system is backed up by a diesel generator. There is an outlet air center and an inlet and outlet channel network in both controlled and non-controlled areas. When fuel assemblies are being handled, rooms or equipment are being decontaminated or a process leak occurs, radioactive particles may be released into the atmosphere of the controlled area. The outlet air of the controlled area can be filtrated if it is necessary. The outlet air system is doubled and the power supply of the outlet air system is backed up by a diesel generator. The air pressure in the controlled area is kept lower than the air pressure in the non-controlled area. The outlet air from the outlet air center of the controlled area is exhausted through a ventilation stack. There is a separate doubled fuel handling cell cooling and filtration system. The system is needed because unprotected fuel assemblies are handled in the cell. The power supply of the cooling and filtration system is backed up by a diesel generator. The decay heat generated by the fuel assemblies has to be removed to make sure that the fuel stays subcritical. Furthermore, when unprotected fuel assemblies are handled, radioactive particles may be released into the fuel handling cell s atmosphere. There is also a separate doubled canister storage cooling system because the decay heat of the fuel assemblies has to be removed. The power supply of the canister storage cooling system is backed up by a diesel generator. The volume flow rates of the controlled area and the non-controlled area are approximately 6,8 m 3 /s and 1,6 m 3 /s, respectively. The average air exchange rates of the controlled area and the non-controlled area are approximately 1,0 1/h and 0,5 1/h, respectively. Keywords: Encapsulation plant, ventilation.
1 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT 1 JOHDANTO... 3 1.1 Raportin tarkoitus... 3 1.2 Muutokset edelliseen raporttiin verrattuna... 3 1.3 Laitoksen yleiskuvaus... 3 2 ILMASTOINTIJÄRJESTELMIEN YLEISET PERIAATTEET... 5 2.1 Järjestelmien yleiskuvaus... 5 2.2 Toimintatilanteet... 8 2.3 Lämmitys... 8 2.4 Palo-osastointi... 8 3 VALVOMATTOMAN ALUEEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT... 9 3.1 Tuloilmajärjestelmä... 9 3.2 Valvomattoman alueen poistoilmastointijärjestelmä... 11 3.3 Kapselihissin konehuoneen ilmastointi... 12 3.4 Bentoniittilohkovarastojen ilmastointi... 12 4 VALVONTA-ALUEEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT... 13 4.1 Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmä... 13 4.2 Käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmä... 18 4.3 Kapselointilaitoksen kapselivaraston jäähdytysjärjestelmä... 23 4.4 Kuljetussäiliön vastaanottotilan ilmastointi... 26 5 LÄMPÖKUORMAT JA JÄÄHDYTYS... 29 6 SÄHKÖTEHON TARVE... 31 7 TILOJEN TIEDOT... 33 VIITTEET... 43 LIITTEET... 45
2
3 1 JOHDANTO 1.1 Raportin tarkoitus Tässä raportissa esitetään kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmien pääpiirustusvaiheen suunnitelma. Raportti korvaa vuonna 2006 tehdyn työraportin TR 2006-73. 1.2 Muutokset edelliseen raporttiin verrattuna Suurimpia muutoksia edelliseen raporttiin nähden ovat: Laitoksen layout on muuttunut merkittävästi Laitoksen huonetilavuus on kasvanut merkittävästi Loppusijoituslaitoksen tulo- ja poistoilmakoneikot on siirretty IV-rakennukseen Maanalainen kapselivarasto on lisätty suunnitelmiin Kapselihissin konehuone on nyt valvomattomalla alueella 1.3 Laitoksen yleiskuvaus Eurajoen Olkiluotoon rakennetaan käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitos. Laitos aloittaa toimintansa nykyisten suunnitelmien mukaan noin vuonna 2020. Laitoksen yhteyteen maan pinnalle rakennetaan kapselointilaitos, jossa voimalaitoksilta tuotava ydinpolttoaine kapseloidaan loppusijoitusta varten, kuva 1. Käytetyt polttoaineniput kuljetetaan ydinvoimalaitoksien käytetyn polttoaineen varastoista kapselointilaitokselle kuljetussäiliöissä. Kuva 1. Kapselointilaitos.
4 Kapselointilaitoksen tilat on jaettu valvonta- ja valvomattomaan alueeseen. Valvontaalueen tiloja ovat muun muassa polttoaineen käsittelykammio, polttoaineen vastaanottotila, dekontaminointikeskus ja korjaamo, kapselivarasto sekä kapselin ja kuljetussäiliön siirtokäytävät. Valvomattomalla alueella sijaitsevat muun muassa automaatio- ja sähkötilat, tuloilmakeskus, valvomo ja bentoniittilohkovarastot. Kapselointilaitos sijaitsee kapselikuilun yläpäässä. Polttoainekapselit siirretään maan alle kapselikuilussa olevalla hissillä. Myös kapselireikään asennettavat bentoniittipuskurilohkot ja kapselointilaitoksella syntyvä laitosjäte kuljetetaan maan alle kapselihissillä. Kapselointilaitoksen kokonaishuonetilavuus on noin 43 000 m 3. Tästä tilavuudesta valvonta-aluetta on noin 31 000 m 3 ja valvomatonta aluetta 12 000 m 3.
5 2 ILMASTOINTIJÄRJESTELMIEN YLEISET PERIAATTEET 2.1 Järjestelmien yleiskuvaus Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmien tehtävät ovat: Valvonta- ja valvomattoman alueen ilmastointi Alipainetasojen ylläpito Käytetyn polttoaineen jälkilämmön poisto Poistoilman aktiivisuuksien suodatus normaalikäytössä sekä käyttöhäiriö- ja onnettomuustilanteissa Valvonta-alueen poistoilmaan voi vapautua radioaktiivisia hiukkasia käytetyn polttoaineen käsittelyn, tilojen ja laitteiden dekontaminoinnin tai prosessijärjestelmien vuotojen seurauksena. Tästä syystä valvonta-alueella on oma poistoilmastointikeskus, jossa valvonta-alueelta tuleva poistoilma voidaan tarvittaessa suodattaa. Poistoilmastointijärjestelmä on kahdennettu ja sähkönsyöttö on dieselvarmennettu. Valvonta-alueen tilat pidetään alipaineisina valvomattoman alueen tiloihin nähden. Poistoilmastointikeskuksesta poistoilma johdetaan ilmastointipiippuun. Valvonta-alueella polttoaineen käsittelykammiossa käsitellään suojaamattomia polttoaine-elementtejä. Polttoaine-elementit tuottavat jälkilämpöä ja polttoaine-elementtien pinnoista voi käsittelyn yhteydessä vapautua ilmaan radioaktiivisia hiukkasia. Polttoaineen käsittelykammion ilmaa kierrätetään jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän kautta, jonka avulla kammiossa lämmennyt ilma jäähdytetään ja ilmassa olevat hiukkaset kerätään talteen. Järjestelmä on kahdennettu ja sähkönsyöttö dieselvarmennettu. Polttoaineen käsittelykammio pidetään alipaineisena muihin valvonta-alueen tiloihin nähden. Kapselivarastossa valvonta-alueella säilytetään käytettyä polttoainetta sisältäviä loppusijoituskapseleita. Käytetyn polttoaineen tuottama jälkilämpö poistetaan kierrättämällä kapselivaraston ilmaa oman jäähdytysjärjestelmän kautta. Järjestelmä on kahdennettu ja sähkönsyöttö dieselvarmennettu. Kapselointilaitoksen valvonta- ja valvomattoman alueen tuloilma tuotetaan valvomattomalla alueella sijaitsevassa tuloilmakeskuksessa. Tuloilmaa suodatetaan, lämmitetään ja tarvittaessa jäähdytetään. Järjestelmä on kahdennettu ja sähkönsyöttö dieselvarmennettu. Valvomattoman alueen poistoilmakeskus sijaitsee tuloilmakeskuksen yhteydessä. Loppusijoituslaitoksen valvonta-alueen poistoilma suodatetaan tarvittaessa kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmakeskuksessa ja johdetaan ilmastointipiippuun. Valvonta- ja valvomattomalla alueella on omat, laitoksen pystysuunnassa lävistävät tulo- ja poistoilmanousut, joiden avulla tuloilma jaetaan ja poistetaan kerroskohtaisesti. Kerroksissa ilma jaetaan ja poistetaan runko- ja haarakanavien kautta. Valvonta-alueella molemmilla puolilla kapselin siirtokäytävää on tulo- ja poistoilmanousut, koska on haluttu välttää kanavien johtamista siirtokäytävän läpi. Normaalitilanteessa vain toinen tuloilmastointikoneikoista ja valvonta-alueen poistoilmastointikoneikoista on päällä. Kun koneikko pysähtyy tai havaitaan huoltotarvetta,
6 käynnistetään rinnakkainen koneikko. Rinnakkaiset koneikot lisäävät ilmastoinnin toimintavarmuutta ja varmistavat tilojen välisten alipainesuhteiden säilymisen. Kapselointilaitoksen valvonta-alueella tarvittava tilavuusvirta on noin 6,8 m 3 /s ja valvomattomalla alueella noin 1,6 m 3 /s. Valvonta-alueen keskimääräinen ilmanvaihtokerroin on 1,0 1/h ja valvomattoman alueen 0,5 1/h. Lisäksi kapselikuilusta imetään ilmaa kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän avulla. Kapselikuilusta imettävä tilavuusvirta on noin 2 m 3 /s. Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmien periaate on esitetty kuvassa 2.
Kuva 2. Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmien periaatekaavio. 7 7
8 2.2 Toimintatilanteet Kapselointilaitoksen ilmastointijärjestelmillä on seuraavat toimintatilanteet: Normaali käyttö, valvonta- ja valvomattoman alueen poistoilman lämmön talteenotto Kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilman suodatus Loppusijoituslaitoksen valvonta-alueen poistoilman suodatus Laitos miehittämätön 2.3 Lämmitys Kapselointilaitos lämmitetään lämmittämällä tuloilmaa tuloilmakoneikon vesikiertoisella lämmityspatterilla. Lämpö saadaan TVO:n kaukolämpöverkosta. TVO:lla kaukolämpöverkon varalämmitysjärjestelmänä on sähkökattila. Tuloilman lämpötilan sallittu vaihteluväli on +18 +27 C. Normaali lämpötila on 20 C. Tuloilman ja käyttöveden lämmittämisessä käytettävät kaukolämmönsiirtimet sijoitetaan tasolle +6.10 omaan huonetilaansa. Kaukolämpöputket johdetaan IV-rakennuksesta kapselointilaitokseen valvomattoman alueen yhdyskäytävää pitkin. 2.4 Palo-osastointi Palo-osastojen rajoille kanaviin asennetaan palopellit. Kapselointilaitoksen tasot lävistävät tulo- ja poistoilmanousut paloeristetään luokan EI 60 mukaisesti.
9 3 VALVOMATTOMAN ALUEEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT 3.1 Tuloilmajärjestelmä Tuloilmastointijärjestelmä koostuu tuloilmakoneikoista ja kanavistosta. Tuloilmakoneikkoja on kaksi, joiden toimintaperiaate on 2 x 100 %. Koneikot sijaitsevat omissa palo-osastoiduissa konehuoneissaan valvomattomalla alueella tasolla +19.90, kuva 3. Kuva 3. Tuloilmastointikoneikkojen layout tasolla +19.90. Järjestelmän sähkönsyöttö on dieselvarmennettu ja koneikkojen sähkönsyöttöreitit on erotettu eri palo-osastoihin. Toiselle koneikolle sähkö syötetään dieselvarmennetun verkon subista A ja toiselle koneikolle subista C. Tuloilmakoneikko koostuu sulkupelleistä, karkeasuodattimesta, hienosuodattimesta, esija jälkilämmityspattereista, jäähdytyspatterista, puhaltimesta ja äänenvaimentimista. Toisen tuloilmakoneikon yhteyteen on liitetty valvomattoman alueen poistoilmakoneikko varustettuna lämmön talteenotolla. Tuloilmajärjestelmä kuuluu ydinturvallisuusluokkaan EYT. Tuloilmastointijärjestelmän periaatekaavio on esitetty kuvassa 4. Alustavat mitoitusarvot on esitetty taulukossa 1. Tuloilman kuivauksessa tarvittava jäähdytysteho on suurimmillaan noin 83 kw, taulukko 2.
10 Kuva 4. Tuloilmastointijärjestelmän periaate. Taulukko 1. Tuloilmastointijärjestelmän alustavat mitoitusarvot. Painehäviö yhteensä 1100 Pa Tuloilman tilavuusvirta yhteensä 8,5 m 3 /s Tuloilmapuhaltimen hyötysuhde 0,65 Sähkötehon tarve 14,4 kw
11 Taulukko 2. Tuloilmakeskuksen jäähdytystehon tarve. Tilavuusvirta 8,5 m3/s Ulkoilman lämpötila 20 C Ulkoilman suhteellinen kosteus 80 % Ulkoilman absoluuttinen kosteus 0,012 kg/kg Ulkoilman ominaisentalpia 50,6 kj/kg Tuloilman lämpötila 20 C Tuloilman suhteellinen kosteus 60 % Tuloilman absoluuttinen kosteus 0,009 kg/kg Tuloilman ominaisentalpia 42,5 kj/kg Tuloilman tiheys 1,2 kg/m3 Tuloilman massavirta 10,2 kg/s Tarvittava jäähdytysteho 83 kw 3.2 Valvomattoman alueen poistoilmastointijärjestelmä Valvomattoman alueen poistoilmastointijärjestelmä koostuu poistoilmakoneikosta ja kanavistosta. Valvomattoman alueen poistoilmasta otetaan talteen lämpöä, jota käytetään tuloilman lämmittämisessä. Poistoilmakoneikko sijaitsee valvomattomalla alueella samassa palo-osastoidussa tilassa tuloilmastointijärjestelmän toisen koneikon kanssa tasolla +19.90, kuva 3. Poistoilmakoneikko koostuu sulkupelleistä, karkeasuodattimesta, hienosuodattimesta, lämmön talteenottopatterista, puhaltimesta ja äänenvaimentimista. Järjestelmän ydinturvallisuusluokka on EYT. Paine-eroa karkea- ja hienosuodattimen yli valvotaan. Suodatin vaihdetaan, kun sallittu paine-ero saavutetaan. Poistoilmakoneikoista on yhteys valvomattoman alueen viemäröintijärjestelmään PK.765. Taulukossa 3 on esitetty järjestelmän mitoitusarvot. Taulukko 3. Valvomattoman alueen poistoilmastointikoneikon mitoitusarvot. Painehäviö yhteensä 800 Pa Poistoilman tilavuusvirta yhteensä 1,6 m 3 /s Poistoilmapuhaltimen hyötysuhde 0,65 Sähkötehon tarve 2,0 kw
12 3.3 Kapselihissin konehuoneen ilmastointi Kapselihissin konehuoneessa syntyvä lämpö poistetaan ulkoa-ulos periaatteella. Konehuone kuuluu valvomattomaan alueeseen. Kapselikuilu pidetään alipaineisena kapselihissin konehuoneeseen nähden. Ilmaa vuotaa hissin köysien läpivientien kautta kapselikuilun puolelle. 3.4 Bentoniittilohkovarastojen ilmastointi Tasolla +10.30 sijaitsevat bentoniittilohkovarastot. Varastojen poistoilma johdetaan valvomattoman alueen poistoilmastointijärjestelmään. Kun bentoniittilohkoja halutaan siirtää kapselihissiin, pysäytetään ensin bentoniittilohkovarastojen ilmastointi. Kun bentonittilohkot on siirretty ja kapselihissille johtava ovi suljettu, käynnistetään ilmastointi uudelleen.
13 4 VALVONTA-ALUEEN ILMASTOINTIJÄRJESTELMÄT 4.1 Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmä Valvonta-alueen poistoilmastointikeskuksissa sijaitsevat HEPA-suodatinlinja, lämmön talteenottolinja ja poistoilmapuhaltimet. Normaalissa käyttötilanteessa suodatus ohitetaan ja poistoilmasta otetaan lämpöä talteen. Jos poistoilmassa todetaan aktiivisia hiukkasia, suljetaan lämmön talteenottolinja ja avataan HEPA-suodatuslinja ja johdetaan poistoilma suodattimien läpi. Poistoilma johdetaan kaikissa tilanteissa ilmastointipiippuun. Poistoilmakanavat johdetaan valvonta-alueen huonetiloihin. Poistoilmastointijärjestelmän konehuoneet sijaitsevat tasoilla +15.10 ja 19.90, kuvat 5 ja 6. Kuva 5. Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän koneikko tasolla 15.10.
14 Kuva 6. Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän koneikko tasolla 19.90. Valvonta-alueen huonetilojen alipainetasot säilytetään pitämällä tuloilman virtaus tasaisena ja muuttamalla tarvittaessa poistoilman virtausta säätämällä säätöpeltejä ja puhaltimien kierroslukua. Ulkoilman ja sisätilojen painetasoja mitataan jatkuvasti. Polttoaineen käsittelykammio pidetään alipaineisena ympäröiviin valvonta-alueen tiloihin nähden jäähdytys- ja suodatusjärjestelmään PK.722 liittyvän poistoilmakanavan avulla. Poistoilma johdetaan poistoilmastointikeskuksista ilmastointipiippuun. Ilmastointipiippu sijoitetaan kapselihissitornin vierelle ja piipun pää johdetaan hissitornin katon yläpuolelle. Valvonta-alueen poistoilmakanavassa ennen ilmastointipiippua on aktiivisuusmittaus. Ilman aktiivisuuden valvonta on jatkuvatoiminen. Polttoaine-elementtien kuivaustankista pois imettävä ilma johdetaan tarvittaessa valvonta-alueen poistoilmakanavia pitkin poistoilmastointikoneikon HEPA-suodattimien läpi. Paine-eroa suodattimien yli valvotaan. Suodatin vaihdetaan, kun sallittu paine-ero saavutetaan. Käytetty suodatin paketoidaan muovipussiin ilmatiiviisti konehuoneessa, jolloin vältetään ilmakontaminaation leviäminen muihin tiloihin suodattimen kuljetuksen yhteydessä.
15 Valvonta-alueen poistoilmastoinnin suodattimet ovat matala-aktiivista jätettä, joka pakataan peltitynnyreihin ja viedään loppusijoituslaitokseen. (Kukkola & Eurajoki 2009) Poistoilmakoneikoista on yhteys valvonta-alueen viemäröintijärjestelmään PK.341. Maanalaisen kapselivaraston jäähdytys Loppusijoituslaitoksen tasolla -445 sijaitsee kapselivarasto, jonka kapasiteetti on 30 polttoainekapselia. Kapselivarastosta on yhteys kapselikuiluun. Tilojen sijainti ja kapselivaraston jäähdytysperiaate on esitetty kuvassa 7. Maanalaisen kapselivarastossa säilytettävät loppusijoituskapselit jäähdytetään tuulettamalla tilaa loppusijoituslaitoksen tuloilmastointijärjestelmän P.744 tuloilmalla ja poistamalla lämmennyt ilma kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmään PK.745. Tuuletusilmamäärä on noin 2 m 3 /s. Polttoaine kestää korkeita lämpötiloja. Kapselivaraston lämpötilan nousua on kuitenkin syytä rajoittaa, jotta huoneessa sijaitsevat järjestelmät ja laitteet pysyvät toimintakykyisinä. Liitteessä 1 on esitetty tarkastelu kapselivarastojen lämpenemisestä sellaisessa häiriötilanteessa, että ilmajäähdytys lakkaa toimimasta. Vaikka maanalaisen kapselivaraston jäähdytysjärjestelmä vikaantuisi, pysyy lämpötila normaalina pidettävällä tasolla vähintään 30 vuorokautta. Loppusijoituskapselien tuottama lämpö voidaan poistaa kapselivarastosta tarvittaessa myös luonnonkierrolla avaamalla ovia ja luukkuja varastotilan ulkopuolisiin tiloihin. Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmää käytetään ilmanvaihdon lisäksi kapselikuilun, maanalaisen kapselivaraston ja laitosjätetilan pitämisessä alipaineisina niitä ympäröiviin valvomattoman alueen tiloihin nähden.
16 Kuva 7. Maanalaisen kapselivaraston jäähdytysperiaate. Loppusijoituslaitoksen valvonta-alueen poistoilman suodatus Maan alla sijaitsevan loppusijoituslaitoksen valvonta-alueella tapahtuva radioaktiivinen päästö on epätodennäköinen. Tällaiseen tilanteeseen kuitenkin varaudutaan johtamalla poistoilmakanava maanalaisen loppusijoituslaitoksen valvonta-alueen poistoilmakuilun yläpäästä kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmään, jolloin loppusijoituslaitoksen poistoilma on mahdollista suodattaa HEPA-suodattimilla. Poistoilmakanava on alipaineinen koko matkaltaan. Valvonta-alueen poistoilmakuilulta kanava johdetaan IV-rakennuksen ja kapselointilaitoksen välistä käytävää pitkin kapselointilaitokseen. Kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän kaavio on esitetty kuvassa 8.
17 Kuva 8. Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän periaate. Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän alustavat mitoitusarvot on esitetty taulukossa 4. Jos kapselointilaitoksen tiloissa tapahtuu aktiivisuuspäästö, lopetetaan kapselikuilun ilmanvaihto väliaikaisesti. Jos aktiivisuuspäästö tapahtuu kapselikuilussa, vähennetään kapselointilaitoksen valvonta-alueen suodatettavan poistoilman määrää kapselikuilusta imettävän ilmamäärän verran. Näin valvonta-alueen HEPA-suodattimien määrä voidaan pitää pienempänä. Kapselointilaitoksen valvonta-alueelta poistettava ilmamäärä on noin 6,8 m 3 /s ja kapselikuilusta poistettava ilmamäärä noin 2 m 3 /s. Kun HEPAsuodattimet ovat ohitettuina, on poistoilman tilavuusvirta yhteensä noin 8,8 m 3 /s. Taulukko 4. Valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän alustavat mitoitusarvot. Painehäviö yhteensä 2100 Pa Poistoilman suodatettava tilavuusvirta yhteensä 6,8 m 3 /s Poistoilmapuhaltimen hyötysuhde 0,65 Sähkötehon tarve 22,0 kw
18 Kapselointilaitoksessa ylläpidettäviä alipainetasoja ovat: Todennäköisesti kontaminoituvat kapselointilaitoksen valvonta-alueen tilat, alipaine 100 Pa. Näitä tiloja ovat polttoaineen käsittelykammio, dekontaminointikeskus ja aktiivinen korjaamo Muut kapselointilaitoksen valvonta-alueen tilat, alipaine 50 Pa Kapselikuilu, alipaine 30 Pa Kapselointilaitoksen valvomattoman alueen tilat, 0 Pa Paine-eroja valvotaan huonetiloihin asennettavien paine-eromittarien avulla. Hälytykset liian suuresta tai pienestä paine-erosta menevät ko. huonetiloihin sekä kapselointilaitoksen valvomoon. 4.2 Käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmä Polttoaineen käsittelykammiossa käsiteltävien polttoaine-elementtien pinnoissa on aktiivista crudia, jota voi vapautua käsittelykammion ilmaan ja tippua polttoaineen käsittelykammion pinnoille, kun polttoaine-elementtejä käsitellään. Lisäksi käytetystä polttoaineesta vapautuu käsittelykammioon lämpöä. Avoin, vesitäytteinen kuljetussäiliö ja märkien polttoaine-elementtien siirtely aiheuttavat kosteuskuormaa polttoaineen käsittelykammioon. Polttoaineen käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmä kierrättää käsittelykammion ilmaa ja samalla jäähdyttää ja tarvittaessa myös suodattaa sitä. Suodattimina käytetään HEPA-suodattimia. Järjestelmä käynnistetään, kun käsittelykammiossa käsitellään polttoainetta tai kun käsittelykammion ilmassa havaitaan aktiivisuutta. Jos käsittelykammion ilmassa ei ole aktiivisia hiukkasia, ohitetaan suodattimet ja kierrätetään ilmaa pelkästään jäähdytyspatterin kautta. Ilman aktiivisuusmittaus sijaitsee polttoaineen käsittelykammiosta jäähdytys- ja suodatusjärjestelmälle tulevassa imukanavassa konehuoneen puolella. Ilman aktiivisuuden mittaus on jatkuvatoiminen. Suodatus käynnistetään, kun ilmassa havaitaan aktiivisuutta. Polttoainekapselin kaasunvaihdossa polttoainekapseliin imetään tyhjiö tyhjiöpumpulla. Tyhjiöpumppu suodattimineen on osa kapselin telakointiasemaa PK.234 ja sijaitsee polttoaineen jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän toisessa konehuoneessa. Kapselista poistettava ilma johdetaan jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän imukanavaan. Järjestelmä on kahdennettu ja dieselvarmennettu. Koneikot sijaitsevat kapselointilaitoksen tasolla +15.10 eri palo-osastoihin kuuluvissa huonetiloissa, kuva 9. Toinen konehuoneista on polttoaineen käsittelykammion vieressä ja toinen korjaamon vieressä. Jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän koneikoista on kanavayhteys valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmään, jonka avulla käsittelykammio pidetään alipaineisena ympäröiviin tiloihin nähden. Kanavayhteen jälkeen ennen puhallinta on takaiskupelti, jolla
19 varmistetaan se, että ilmaa ei pääse kulkeutumaan valvonta-alueen poistoilmakanavaan muualta kuin HEPA-suodattimien läpi. Kuva 9. Jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän koneikot. Koneen tarkastukset ja huollot suoritetaan sen toisella sivulla olevien huoltoluukkujen kautta.
20 Puhallin sijaitsee järjestelmässä suodattimien ja jäähdytyspatterin jälkeen, jolloin suodatuslinja on alipaineinen ja mahdolliset vuodot suuntautuvat järjestelmän sisään. Suodattimien painehäviötä valvotaan. Suodatin vaihdetaan, kun sallittu paine-ero saavutetaan. Kun suodatin vaihdetaan, sammutetaan puhallin, suljetaan käytössä oleva linja ilmatiiviisti ja otetaan varalla oleva järjestelmä käyttöön. Käytetty suodatin paketoidaan muovipussiin ilmatiiviisti konehuoneessa. Paketoidut suodattimet sijoitetaan peltitynnyriin ja viedään laitosjätetilaan loppusijoitettavaksi. Molempia rinnakkaisia järjestelmiä käytetään määrävälein, jolloin laitteiden toimintavarmuus säilyy parempana. Ilman nopeuden kanavissa tulee olla riittävän suuri, jotta estetään aktiivisten hiukkasten kerääntyminen kanavaan. Jäähdytyspatterin pinnalle tiivistyvä vesi johdetaan valvonta-alueen lattiaviemäröintijärjestelmän PK.341 aktiivisempien nesteiden keruusäiliöön. Samaan keruusäiliöön johdetaan myös käsittelykammion vedet. Jäähdytystehoa säädetään polttoaineen käsittelykammion ilman lämpötilan perusteella. Ilman jäähdytyksessä tarvittava kylmä vesi tuotetaan vedenjäähdytysjärjestelmällä PK.728. Järjestelmä koostuu vedenjäähdyttimistä ja kylmän veden jakeluputkistosta. Järjestelmä kahdennetaan turvallisuustoimintojen osalta. Käsittelykammion jäähdytysjärjestelmään kuuluvat laitteet ja mittausanturit sijoitetaan käsittelykammion ilmastointihuoneeseen suojaan suoralta säteilyltä. Vain tulo- ja poistoilmakanavat johdetaan käsittelykammion puolelle. Tulo- ja poistoilmakanavien läpiviennit polttoaineen käsittelykammion puolelle sijoitetaan lähelle kattoa, jolloin suoraa säteilyä ei kohdistu ilmastointihuoneessa mahdollisesti samanaikaisesti työskenteleviin työntekijöihin. Käsittelykammioon mahdollisesti vapautuvat aktiiviset hiukkaset suodatetaan käsittelykammion ilmasta ennen kuin käsittelykammiosta avataan yhteys ympäröiviin tiloihin. Suodattimien painehäviön kasvua kompensoidaan säätämällä puhaltimen kierroslukua. Jäähdytysjärjestelmän mitoitusarvot on esitetty taulukossa 5. Kapselointilaitoksen valvonta-alueen poistoilmastointijärjestelmän kaavio on esitetty kuvassa 10.
21 Taulukko 5. Käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän alustavat mitoitusarvot. Käsittelykammion tilavuus 931 m 3 Täyden kuljetussäiliön lämpökuorma 10 kw Ilman ominaislämpökapasiteetti 1 kj/(kg C) Jäähdytysilman lämpötilaero 20 C Jäähdytysilman virtaus 0,50 kg/s Ilman tiheys 1,2 kg/m 3 Jäähdytysilman virtaus 0,42 m 3 /s Painehäviö 1700 Pa Puhaltimen hyötysuhde 0,65 Puhallinteho 1,1 kw
22 22 Kuva 10. Polttoaineen käsittelykammion jäähdytys- ja suodatusjärjestelmän periaate.
23 4.3 Kapselointilaitoksen kapselivaraston jäähdytysjärjestelmä Kapselointilaitoksen kapselivarastossa on oma erillinen jäähdytyskierto. Järjestelmä koostuu jäähdytyspatterista ja puhaltimesta. Puhallin kierrättää varaston ilmaa jäähdytyspatterin läpi. Kapselivarastossa ei esiinny kontaminaatiota, joten varaston ilmaa ei tarvitse suodattaa. Järjestelmä on kahdennettu. Koneikot sijaitsevat kapselointilaitoksen tasoilla +1.90 ja +6.10 eri paloalueisiin kuuluvissa huonetiloissa. Konehuoneiden sijainti on esitetty kuvissa 11 ja 12. Järjestelmän sähkönsyöttö on dieselvarmennettu ja koneikkojen sähkönsyöttöreitit on erotettu eri palo-osastoihin. Toiselle koneikolle sähkö syötetään dieselvarmennetun verkon subista A ja toiselle koneikolle subista C. Kuva 11. Kapselivaraston jäähdytysjärjestelmän konehuone tasolla +1.90.
24 Kuva 12. Kapselivaraston jäähdytysjärjestelmän konehuone tasolla +6.10. Ydinpolttoaine kestää korkeita lämpötiloja. Kapselivaraston lämpötilan nousua on kuitenkin syytä rajoittaa, jotta huoneessa sijaitsevat järjestelmät ja laitteet pysyvät toimintakykyisinä. Vaikka kapselivaraston jäähdytysjärjestelmä vikaantuisi, pysyy lämpötila normaalina pidettävällä tasolla vähintään 10 vuorokautta, liite 1. Loppusijoituskapselien tuottama lämpö voidaan poistaa kapselivarastosta tarvittaessa myös luonnonkierrolla avaamalla ovia ja luukkuja varastotilan ulkopuolisiin tiloihin. Järjestelmän jäähdytystehoa säädetään kapselivaraston lämpötilan mukaan. Suurin jäähdytysteho tarvitaan, kun varastossa on 12 kpl OL3:n polttoainetta. Ilman jäähdytyksessä tarvittava kylmä vesi tuotetaan kapselointilaitoksen katolle sijoitettavilla vedenjäähdyttimillä. Vedenjäähdytysjärjestelmä PK.728 kahdennetaan tarvittavilta osin. Molempia rinnakkaisia järjestelmiä käytetään määrävälein, jolloin laitteiden toimintavarmuus säilyy parempana. Koneen tarkastukset ja huollot suoritetaan sen toisella sivulla olevien huoltoluukkujen kautta.
25 Kapselivaraston jäähdytysjärjestelmään kuuluvat laitteet ja mittausanturit sijoitetaan ilmastointihuoneisiin suojaan suoralta säteilyltä. Vain tulo- ja poistoilmakanavat johdetaan varaston puolelle. Kapselivaraston ja ilmastointihuoneiden välisen seinän tulo- ja poistoilmakanavien läpiviennit sijoitetaan lähelle varaston kattoa, jolloin suoraa säteilyä ei kohdistu ilmastointihuoneissa mahdollisesti samanaikaisesti työskenteleviin työntekijöihin. Järjestelmä liitetään valvonta-alueen lattiaviemäröintijärjestelmään PK.341. Jäähdytysjärjestelmän periaate on esitetty kuvassa 13 ja alustavat mitoitusarvot taulukossa 6. Kuva 13. Kapselivaraston jäähdytysjärjestelmän periaate. Taulukko 6. Kapselivaraston jäähdytysjärjestelmän alustavat mitoitusarvot. Kapseleiden lukumäärä 12 Kapselin lämmöntuotto 1,8 kw Lämpökuorma 21,6 kw Jäähdytysilman lämpötilaero 20 C Jäähdytysilman virtaus 1,1 kg/s Jäähdytysilman virtaus 0,9 m 3 /s Painehäviö 700 Pa Puhallinteho 1,0 kw
26 4.4 Kuljetussäiliön vastaanottotilan ilmastointi Kuljetussäiliön vastaanottotilassa otetaan kuljetussäiliö vastaan. Kuljetussäiliö tuodaan tilaan vetoautolla, jossa on kiinni kuljetuslavetti. Vastaanottotilan lattia on tasolla +10.30 ja katto tasolla +24.40. Vastaanottotilan kokonaistilavuus on 5805 m 3. Vastaanottotilan tuloilma imetään suoraan ulkoa. Ilmaa lämmitetään tarvittaessa. Poistoilma imetään vastaanottotilan katolla olevilla poistoilmapuhaltimilla ulos. Ilmastoinnilla jäähdytetään vastaanottotilassa säilytettävät kuljetussäiliöt. Vastaanottotila on valvonta-aluetta. Ennen lattialuukkujen avaamista kuljetussäiliön tai kapselin siirtokäytäviin vastaanottotilan ovet suljetaan, ilmastointi pysäytetään. Kun lattialuukut suljetaan, voidaan käynnistää ilmastointi uudelleen. Kun vastaanottotilassa on käytettyä polttoainetta, puhalletaan ulkoilmaa sisään vastaanottotilan seinässä olevien puhaltimien avulla. Puhaltimien jälkeen kanavassa sijaitsee kaukolämpöpatteri, jolla tuloilmaa lämmitetään talvella. Ilma poistetaan vastaanottotilan katossa olevilla huippuimureilla. Ilman virtausta säädetään ilman lämpötilan perusteella. Kuljetussäiliön vastaanottotilan poistoilman aktiivisuutta ei mitata, koska kuljetussäiliöitä ei avata vastaanottotilassa. Polttoaineen vastaanottotilan ilmanvaihtojärjestelmän ydinturvallisuusluokka on EYT. Jos järjestelmä vikaantuu, avataan tarvittaessa vastaanottotilan ulko-ovet, jolloin tilan tuuletus tapahtuu luonnollisesti. Maantiekuljetuksen mukaisessa vaihtoehdossa polttoaineen vastaanottotilassa voi olla samanaikaisesti varastoituna neljä LO1-2 käytetyn polttoaineen VVER 440/84-tyyppistä kuljetussäiliötä. Yhdessä säiliössä on paikat 84 polttoainenipulle. Kuljetussäiliöissä oleva polttoaine on jäähtynyttä ja polttoaine-elementtikohtaisen jälkilämpötehon oletetaan vastaavan LO1-2 loppusijoituskapselin sallittua lämpökuormaa. Yhden LO1-2 kuljetussäiliön lämpökuorma on siten noin 10 kw ja polttoaineen vastaanottotilan jäähdytyksen mitoittava lämpökuorma yhteensä noin 40 kw, taulukko 6. Polttoaineen vastaanottotilan ilman sallitut lämpötilarajat voivat olla 15 40 C. Lämpökuorman tuulettaminen esim. kesällä 30 -asteisella tuloilmalla vaatii tilavuusvirtaa 3,5 m 3 /s. Vastaanottotilan ulkoa ulos toimivan ilmastoinnin mitoitus on esitetty taulukoissa 7 ja 8. Lämmitystehon tarvetta saadaan pienennettyä sekoittamalla ulkoa tulevaan ilmaan vastaanottotilan ilmaa.
27 Taulukko 7. Lämpökuorma vastaanottotilassa. LO1-2 polttoainekapselin positioiden määrä 12 kpl LO1-2 polttoainenipun uraanin massa 126 kg LO1-2 polttoainekapselin sallittu jälkilämpöteho 950 W/tU LO1-2 polttoainenipun jälkilämpöteho 0,1197 kw VVER 440/84 kuljetussäiliön polttoaine-elementtien määrä 84 kpl VVER 440/84 kuljetussäiliön lämpökuorma 10 kw Vastaanottotilassa varastoitavien säiliöiden lkm 4 kpl Vastaanottotilan lämpökuorma yhteensä 40 kw Taulukko 8. Tarvittava tilavuusvirta ja puhallinteho. Lämpökuorma 40 kw Tuloilman lämpötila 30 C Poistoilman lämpötila 40 C Ilman ominaislämpökapasiteetti 1 kj/(kg C) Ilman tiheys 1,17 kg/m3 Ilman tilavuusvirta 3,42 m3/s Puhallinteho 7,0 kw
28
29 5 LÄMPÖKUORMAT JA JÄÄHDYTYS Kapselointilaitoksen eri tiloja joudutaan jäähdyttämään käytetyn ydinpolttoaineen tuottaman jälkilämmön sekä laitteiden tuottaman hukkalämmön takia. Lisäksi tuloilman kuivaaminen vaatii jäähdytystehoa. Jäähdytysteho tuotetaan vedenjäähdyttimillä, jotka tuottavat kylmää vettä tiloissa oleville puhallinpattereille. Taulukossa 9 on esitetty jälkilämpötehosta aiheutuvat lämpökuormat. Yhtäaikaisesti jäähdytettävää polttoainetta sijaitsee kapselointilaitoksen kapselivarastossa (21,6 kw) ja kuljetussäiliön siirtokäytävässä tai polttoaineen käsittelykammiossa (10 kw). Käytetyn polttoaineen jälkilämmön poistossa tarvittava suurin yhtäaikainen jäähdytysteho on noin 32 kw, kun vastaanottotilassa olevaa polttoainetta ei oteta huomioon. Vastaanottotilan jäähdytys hoidetaan erillisellä luvussa 4.4 kuvatulla järjestelyllä. Jälkilämmön poisto vaatii yksittäisvikakriteerin mukaisesti varmennetun jäähdytyksen. Jälkilämmön poistossa käytettävät vedenjäähdyttimet ja kylmävesiputkistot kahdennetaan. Sähkönsyöttö varmennetaan ja kaapelireitit erotetaan eri palo-osastoihin. Taulukko 9. Jälkilämmön aiheuttamat lämpökuormat. Tila Kokonaislämpökuorma (kw) Polttoaineen vastaanottotila 40 Polttoaineen käsittelykammio 10 Polttoaine-elementtien kuivaushuone 1,8 Polttoaineen siirtokäytävä 1,8 Kuljetussäiliön siirtokäytävä 10 Kapselointilaitoksen kapselivarasto 21,6 Maanalainen kapselivarasto 55 Muut jäähdytystä vaativat toiminnot on esitetty taulukossa 10. Näiden vaatima jäähdytysteho on suurimmillaan yhteensä 155,5 kw, kun kapselihissin konehuoneen ja dieselgeneraattorihuoneen jäähdytys hoidetaan erikseen. Taulukko 10. Muut jäähdytystä vaativat toiminnot. Jäähdytyksen kohde Jäähdytystehon tarve (kw) Tuloilman kuivaus 83 Sähkö- ja automaatiotilat 65 Hitsaus 7,5 (Huom. kapselihissin konehuoneen ja dieselgeneraattorihuoneen jäähdytys hoidetaan erillisellä järjestelmällä.) Jälkilämmön poistossa, tuloilman kuivauksessa, sähkö- ja automaatiotilojen sekä hitsauskammion jäähdyttämisessä tarvittava jäähdytysteho on yhteensä noin 187 kw.
30
31 6 SÄHKÖTEHON TARVE Puhaltimien yhtäaikainen sähkötehon tarve on noin 48 kw. Vedenjäähdyttimien sähkötehon tarve on suurimmillaan noin 80 kw, kun ei huomioida kapselihissin konehuoneen ja dieselgeneraattorin jäähdytystä. Varmennetun sähkötehon tarve jälkilämmön poistossa ja alipainesuhteiden ylläpidossa on noin 60 kw.
32
33 33 7 TILOJEN TIEDOT Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) APUJÄRJESTELMÄHUONE x 1,0-2.90 118,7 33,0 HISSI 1 x 0,5-2.90 33,7 4,7 PORRASHUONE 2 x 0,5-2.90 70,0 9,7 SÄILIÖHUONE 4 x 1,0-2.90 65,8 18,3 PUMPPUHUONE 4 x 1,0-2.90 38,6 10,7 SÄILIÖHUONE 3 x 1,0-2.90 44,5 12,4 PUMPPUHUONE 3 x 1,0-2.90 33,8 9,4 SÄILIÖHUONE 1 x 1,0-2.90 54,6 15,2 PUMPPUHUONE 1 x 1,0-2.90 47,6 13,2 SÄILIÖHUONE 2 x 1,0-2.90 68,1 18,9 PUMPPUHUONE 2 x 1,0-2.90 64,5 17,9 INSTRUMENTTIHUONE x 0,5-2.90 42,0 5,8 PUTKITUNNELI x 0,5-2.90 227,4 31,6 LATTIAVESIEN PUMPPAAMO x 0,5-2.90 65,7 9,1 KÄYTÄVÄ x 0,5-2.90 893,7 124,1 PORRASHUONE 1 x 0,5-2.90 63,6 8,8 POHJAVESIPUMPPAAMO 1 0,5-2.90 109,2 15,2 POHJAVESIPUMPPAAMO 2 0,5-2.90 127,3 17,7 KAAPELIKUILU 2 x 0,5 +1.90 21,1 2,9 APUJÄRJESTELMÄHUONE 4 x 0,5 +1.90 339,9 47,2 SIIRTOTRUKIN APUJÄRJESTELMÄHUONE x 0,5 +1.90 103,7 14,4 PUTKIKUILU 2 x 1,0 +1.90 37,7 10,5
34 34 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) PUTKIKUILU 1 x 1,0 +1.90 46,1 12,8 SUODATINHUONE 1 x 1,0 +1.90 46,0 12,8 SUODATINHUONE 2 x 1,0 +1.90 37,6 10,4 APUJÄRJESTELMÄHUONE 5 x 0,5 +1.90 72,5 10,1 KULJETUSSÄILIÖN SIIRTOKÄYTÄVÄ x 1,0 +1.90 470,6 10 130,7 APUJÄRJESTELMÄHUONE 3 x 1,0 +1.90 112,6 31,3 APUJÄRJESTELMÄHUONE 2 x 1,0 +1.90 58,3 16,2 APUJÄRJESTELMÄHUONE 1 x 1,0 +1.90 59,7 16,6 KAAPELIKUILU 1 x 0,5 +1.90 25,7 3,6 PORRASHUONE 2 x 0,5 +1.90 61,2 8,5 HISSI 1 x 0,5 +1.90 29,5 4,1 PORRASHUONE 1 x 0,5 +1.90 55,7 7,7 KAPSELIKUILU x 0,5 +1.90 205,6 28,6 KAPSELIVARASTON ILMASTOINTIHUONE x 0,5 +1.90 138,5 19,2 KÄYTÄVÄ 2 x 0,5 +1.90 709,7 98,6 KÄYTÄVÄ 1 x 0,5 +1.90 174,2 24,2 KUIVAUSJÄRJESTELMÄHUONE 1 x 1,0 +1.90 77,4 1,8 21,5 KUIVAUSJÄRJESTELMÄHUONE 2 x 1,0 +1.90 77,4 21,5 KAPSELIN SIIRTOKÄYTÄVÄ, KAPSELIVARASTO JA SIIRTOTRUKKIHUONE x 1,0 +1.90 2079,2 23,4 577,6 POHJAVESIEN PUMPPAAMO 2 0,5 +1.90 76,8 10,7 LATTIAVESIEN PUMPPAAMO 0,5 +1.90 70,8 9,8 APUJÄRJESTELMÄHUONE 4 x 0,5 +6.10 339,9 47,2 KAAPELIKUILU 2 x 0,5 +6.10 21,1 2,9
35 35 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) APUJÄRJESTELMÄHUONE 5 x 0,5 +6.10 72,5 10,1 KAPSELIKUILU x 0,5 +6.10 166,5 23,1 KAPSELIVARASTON ILMASTOINTIHUONE x 0,5 +6.10 118,5 16,5 KÄYTÄVÄ 2 x 0,5 +6.10 177,7 24,7 PORRASHUONE 2 x 0,5 +6.10 61,2 8,5 HISSI 1 x 0,5 +6.10 29,5 4,1 APUJÄRJESTELMÄHUONE 2 x 0,5 +6.10 169,8 23,6 PORRASHUONE 1 x 0,5 +6.10 55,7 7,7 SIIRTOTRUKIN APUJÄRJESTELMÄHUONE x 0,5 +6.10 65,4 9,1 APUJÄRJESTELMÄHUONE 3 x 0,5 +6.10 103,7 14,4 APUJÄRJESTELMÄHUONE 1 x 1,0 +6.10 98,2 27,3 KAPSELIN SIIRTOKÄYTÄVÄ JA KAPSELIVA- RASTO x 1,0 +6.10 1398,7 388,5 KULJETUSSÄILIÖN SIIRTOKÄYTÄVÄ x 1,0 +6.10 357,4 99,3 KUIVAUSJÄRJESTELMÄHUONE 2 x 1,0 +6.10 34,9 9,7 KUIVAUSJÄRJESTELMÄHUONE 1 x 1,0 +6.10 34,9 9,7 KUIVAUSJÄRJESTELMÄHUONE 3 x 1,0 +6.10 88,6 24,6 KUIVAUSJÄRJESTELMÄHUONE 4 x 1,0 +6.10 85,9 23,9 KÄYTÄVÄ 3 x 0,5 +6.10 779,6 108,3 VALVONTA-ALUEEN KÄYTÄVÄ IV- JA NOSTIN- LAITERAKENNUKSEEN x 0,5 +6.10 773,7 107,5 PUTKIKUILU 1 x 1,0 +6.10 46,1 12,8 PUTKIKUILU 2 x 1,0 +6.10 37,7 10,5 LÄMMÖNJAKOKESKUS 1,0 +6.10 78,6 21,8 VALVOMATTOMAN ALUEEN KÄYTÄVÄ IV- JA NOSTINLAITERAKENNUKSEEN 0,5 +6.10 585,9 81,4
36 36 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) KÄYTÄVÄ 1 0,5 +6.10 553,1 76,8 HISSI 2 0,5 +6.10 32,8 4,6 VARASTO 0,5 +6.10 34,4 4,8 PORRASHUONE 4 0,5 +6.10 47,3 6,6 PORRASHUONE 3 0,5 +6.10 89,5 12,4 KAAPELIHUONE 3 0,5 +6.10 212,9 29,6 KAAPELIHUONE 4 0,5 +6.10 158,2 22,0 KAAPELIKUILU 1 0,5 +6.10 57,8 8,0 KAAPELIHUONE 2 0,5 +6.10 164,3 22,8 KAAPELIHUONE 1 0,5 +6.10 121,7 16,9 POHJAVESIPUMPPAAMO 2 0,5 +6.10 33,5 4,7 PUTKI- JA VENTTIILIHUONE 2 x 1,0 +10.30 43,5 12,1 PUTKI- JA VENTTIILIHUONE 1 x 1,0 +10.30 53,2 14,8 APUJÄRJESTELMÄHUONE 2 x 0,5 +10.30 29,2 4,1 KIINTEYTYSLINJA x 1,0 +10.30 102,4 28,5 KIINTEYTYSPROSESSIN OHJAAMO x 0,5 +10.30 117,2 16,3 KAAPELIKUILU 4 x 0,5 +10.30 24,3 3,4 PUKUHUONE x 0,5 +10.30 31,1 4,3 SÄTEILYANNOKSEN MITTAUSHUONE x 1,0 +10.30 50,0 13,9 TYHJIEN TYNNYREIDEN VARASTO 2 x 0,5 +10.30 176,4 24,5 HITSAUSKAMMIO x 1,0 +10.30 93,6 7,5 26,0 HITSAUSKAMMION APUJÄRJESTELMÄHUONE x 1,0 +10.30 105,3 29,3 APUJÄRJESTELMÄHUONE 1 x 0,5 +10.30 46,6 6,5 KAPSELIKUILU x 0,5 +10.30 264,1 36,7
37 37 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) HISSI 1 x 0,5 +10.30 33,7 4,7 PORRASHUONE 2 x 0,5 +10.30 70,0 9,7 KORJAAMO x 2,0 +10.30 418,3 232,4 KULJETUSSÄILIÖN VASTAANOTTOTILA x 2,0 +10.30 1976,8 1098,2 POLTTOAINEEN KÄSITTELYKAMMIO x 0,1 +10.30 538,6 10 15,0 TYHJIEN TYNNYREIDEN VARASTO 1 x 0,5 +10.30 122,8 17,1 KÄYTÄVÄ 2 x 0,5 +10.30 681,2 94,6 KAPSELOINTIPROSESSIN OHJAAMO x 0,5 +10.30 359,4 49,9 PORRASHUONE 1 x 0,5 +10.30 63,6 8,8 KAPSELIHISSIN ETEINEN JA KIINTEYTETYN JÄTTEEN VARASTO x 0,5 +10.30 1080,9 150,1 HITSIN TARKASTUSHUONE x 1,0 +10.30 96,0 7,5 26,7 KÄYTÄVÄ 3 x 0,5 +10.30 29,6 4,1 PESUHUONE x 1,0 +10.30 72,2 20,1 APUJÄRJESTELMÄHUONE 3 x 0,5 +10.30 83,7 11,6 POHJAVESIPUMPPAAMO 2 0,5 +10.30 22,0 3,1 SÄHKÖNJAKOKESKUS SUB A 0,5 +10.30 111,2 10 15,4 SÄHKÖNJAKOKESKUS SUB B 0,5 +10.30 119,3 10 16,6 DIESELHUONE SUB B 0,5 +10.30 56,2 7,8 DIESELHUONE SUB A 0,5 +10.30 57,3 8,0 PORRASHUONE 4 0,5 +10.30 54,1 7,5 KÄYTÄVÄ 1 0,5 +10.30 416,1 57,8 VARASTO 0,5 +10.30 39,8 5,5 HISSI 2 0,5 +10.30 37,5 5,2
38 38 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) BENTONIITTILOHKOVARASTO 1 0,5 +10.30 576,6 80,1 BENTONIITTILOHKOVARASTO 2 0,5 +10.30 640,8 89,0 PORRASHUONE 3 0,5 +10.30 102,3 14,2 0,4 kv SÄHKÖNJAKOKESKUS 0,5 +10.30 119,3 10 16,6 20 kv SÄHKÖNJAKOKESKUS 0,5 +10.30 140,4 10 19,5 ETEINEN 0,5 +10.30 80,7 11,2 KAAPELIKUILU 3 0,5 +10.30 66,7 9,3 KAAPELIKUILU 1 0,5 +10.30 63,2 8,8 KAAPELIKUILU 2 0,5 +10.30 63,2 8,8 POLTTOAINEEN KÄSITTELYKAMMION ILMAS- TOINTIHUONE 2 x 1,0 +15.10 112,1 31,1 POLTTOAINEEN KÄSITTELYKAMMION ILMAS- TOINTIHUONE 1 x 1,0 +15.10 142,1 39,5 KULJETUSSÄILIÖN VASTAANOTTOTILA x 2,0 +15.10 1975,2 1097,3 VARASTO 2 x 0,5 +15.10 125,3 17,4 KIINTEYTYSLAITOS x 1,0 +15.10 231,3 64,2 APUJÄRJESTELMÄHUONE 3 x 0,5 +15.10 44,6 6,2 SÄILIÖ- JA PUMPPUHUONE 2 x 1,0 +15.10 113,4 31,5 POISTOILMASTOINTIHUONE x 1,0 +15.10 300,4 83,4 POLTTOAINEEN KÄSITTELYKAMMIO x 0,1 +15.10 392,7 10,9 KORJAAMO x 2,0 +15.10 392,2 217,9 PORRASHUONE 2 x 0,5 +15.10 70,0 9,7 KAPSELIHISSIN ETEINEN x 0,5 +15.10 505,9 70,3 KAPSELIKUILU x 0,5 +15.10 269,6 37,4 KIINTEYTETYN JÄTTEEN VARASTO x 0,5 +15.10 361,1 50,2
39 39 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) NOSTURIN OHJAUSHUONE x 0,5 +15.10 97,4 13,5 ILMASTOINNIN APUJÄRJESTELMÄHUONE x 1,0 +15.10 103,3 28,7 KÄYTÄVÄ 2 x 0,5 +15.10 945,5 131,3 PUTKI- JA VENTTIILIHUONE 1 x 1,0 +15.10 60,6 16,8 SÄILIÖ- JA PUMPPUHUONE 1 x 1,0 +15.10 156,2 43,4 PUTKI- JA VENTTIILIHUONE 2 x 1,0 +15.10 43,4 12,0 KIINTEYTYSLAITOKSEN SÄILIÖHUONE 1 x 1,0 +15.10 53,1 14,7 KIINTEYTYSLAITOKSEN SÄILIÖHUONE 2 x 1,0 +15.10 43,4 12,0 HISSI 1 x 0,5 +15.10 33,7 4,7 PORRASHUONE 1 x 0,5 +15.10 103,7 14,4 KÄYTÄVÄ 1 0,5 +15.10 416,1 57,8 KAAPELIKUILU 1 0,5 +15.10 65,7 9,1 KAPSELIHISSIN SÄHKÖNJAKOKESKUS 0,5 +15.10 281,2 5 39,1 BENTONIITTILOHKOVARASTO 1 0,5 +15.10 551,4 76,6 VARASTO 1 0,5 +15.10 82,4 11,4 ETEINEN 0,5 +15.10 106,5 14,8 APUJÄRJESTELMÄHUONE 1 0,5 +15.10 77,0 10,7 PORRASHUONE 4 0,5 +15.10 55,0 7,6 KAPSELOINTILAITOKSEN VALVOMO 0,5 +15.10 175,5 24,4 AUTOMAATIOHUONE 1 0,5 +15.10 119,3 10 16,6 KAAPELIKUILU 2 0,5 +15.10 63,2 8,8 HISSI 2 0,5 +15.10 37,5 5,2 PORRASHUONE 3 0,5 +15.10 102,3 14,2 AUTOMAATIOHUONE 2 0,5 +15.10 182,5 10 25,4
40 40 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) KAAPELIKUILU 3 0,5 +15.10 66,7 9,3 APUJÄRJESTELMÄHUONE 2 0,5 +15.10 512,5 71,2 KULJETUSSÄILIÖN VASTAANOTTOTILA x 2,0 +19.90 1853,3 1029,6 POISTOILMASTOINTIHUONE x 1,0 +19.90 312,1 86,7 NAISTEN PUKUHUONE x 0,5 +19.90 39,4 5,5 NAISTEN PESUHUONE x 1,0 +19.90 43,6 12,1 KAPSELIKUILU x 0,5 +19.90 146,0 20,3 PORRASHUONE 1 x 0,5 +19.90 49,7 6,9 ILMASTOINNIN APUJÄRJESTELMÄHUONE x 1,0 +19.90 210,4 58,4 MIESTEN PESUHUONE x 1,0 +19.90 42,8 11,9 SÄTEILYANNOKSEN MITTAUSHUONE x 1,0 +19.90 105,0 29,2 PESUHUONE x 1,0 +19.90 77,1 21,4 HISSI 1 x 0,5 +19.90 33,7 4,7 PORRASHUONE 2 x 0,5 +19.90 70,0 9,7 DEKONTAMINOINTIKESKUS JA AKTIIVINEN KORJAAMO x 4,0 +19.90 1375,0 1527,8 KÄYTÄVÄ 3 x 0,5 +19.90 399,7 55,5 MIESTEN PUKUHUONE x 0,5 +19.90 38,7 5,4 KÄYTÄVÄ 1 0,5 +19.90 243,8 33,9 KÄYTÄVÄ 2 0,5 +19.90 165,9 23,0 PORRASHUONE 3 0,5 +19.90 72,5 10,1 APUJÄRJESTELMÄHUONE 0,5 +19.90 353,0 49,0 HISSI 2 0,5 +19.90 26,6 3,7 PORRASHUONE 4 0,5 +19.90 51,7 7,2 TULOILMASTOINTIHUONE 2 0,5 +19.90 260,3 36,1
41 41 Tila Valvontaalue Ilmanvaihtokerroin Taso Tilavuus Lämpökuorma Tilavuusvirta (1/h) (m 3 ) (kw) (l/s) ETEINEN 0,5 +19.90 27,4 3,8 TULOILMASTOINTIHUONE 1 0,5 +19.90 236,2 32,8 HISSIKONEHUONE x 0,5 +24.70 21,7 3,0 PORRASHUONE 2 x 0,5 +24.70 45,1 6,3 DEKONTAMINOINTIKESKUS JA AKTIIVINEN KORJAAMO x 4,0 +24.70 726,9 807,6 PORRASHUONE 3 0,5 +24.70 127,9 17,8 HISSI 2 0,5 +24.70 46,9 6,5 KÄYTÄVÄ 0,5 +24.70 50,4 7,0 APUJÄRJESTELMÄHUONE 0,5 +24.70 649,1 90,2 TAITTOPYÖRÄHUONE 0,5 +24.70 303,3 42,1 KAPSELIHISSIN KONEHUONE 0,5 +29.30 1064,8 147,9 PORRASHUONE 3 0,5 +29.30 146,1 20,3 HISSI 2 0,5 +29.30 54,8 7,6 KÄYTÄVÄ 0,5 +29.30 61,9 8,6
42
43 VIITTEET Kukkola, T. 2012. Encapsulation plant design 2012. Working Report 2012-49. Posiva Oy, Olkiluoto. Tuominen, J. 2012. Kapselointi- ja loppusijoituslaitoksen sähköjärjestelmät. Työraportti 2012-24. Posiva Oy, Olkiluoto. Kukkola, T. & Eurajoki, T. 2009. Kapselointilaitoksessa syntyvät radioaktiiviset jätteet. Työraportti 2009-49. Posiva Oy, Olkiluoto.
44
45 LIITTEET Liite 1. Kapselien puskurivarastojen jälkilämmön poisto jäähdytyskatkon aikana, Research Report VTT-R-06315-12, 11.10.2012
46
RESEARCH REPORT Kapselien puskurivarastojen jälkilämmön poisto jäähdytyskatkon aikana Kirjoittajat: Luottamuksellisuus: Kari Ikonen & Heikki Raiko Luottamuksellinen
KAPSELIEN PUSKURIVARASTOJEN JÄLKILÄMMÖN POISTO JÄÄHDYTYSKATKONAIKANA TIIVISTELMÄ Avainsanat:
DECAY HEAT REMOVAL FROM CANISTER STORAGES IN SPENT FUEL REPOSITORY ABSTRACT Keywords:
SISÄLLYS
SYMBOLILISTA LATINALAISET KIRJAIMET A c D F H J L N P r T t V KREIKKALAISET KIRJAIMET t - - ERIKOISMERKINTÖJÄ
1 JOHDANTO Kuva 1. Kapselivarasto kapselointilaitoksessa (Kukkola 2012). Kuva 2. Kapselivaraston sijainti kapselointilaitoksessa (Kukkola 2012).
Kava 3. Kapselivarasto loppusijoitustilassa ylhäältä päin katsottuna. Kuva 4. Kapselin varastointilava ja siirtotrukki kapselivarastossa (a). Ihminen on piirretty vain mittakaavan vuoksi kuvaan. Hiiliteräksestä valmistettu kapselin varastointilava (b) (paletti). Optimik Oy.
2 ALKUTIEDOT - Taulukko 1. Kapselointilaitoksen varaston alkuarvot (Kukkola 2012). Taulukko 2. Loppusijoitustilan kapselivaraston alkuarvot (Saanio et al. 2012).
Taulukko 3. Yhteiset alkuarvot. - *) Kapselitiedot (Raiko 2012) **) Kalliotiedot (Ikonen & Raiko 2012) Kuva 5. Betonin lämmönjohtumiskerroin ja volumetrinen lämpökapasiteetti (MATPRO 1995).
3 LASKENTAMENETELMÄN PERIAATE
3.1 Laskentatapa ja -järjestys F F A A F A A r r F F A A F F F F F F 2-1 1 F 1-2 F 2-2 A 2 A 1 Kuva 6. Näkyvyyskertoimet kahden suljetun sisäkkäisen pinnan välillä. J 1 = 1 T 1 4 (1 1) (F 11 J 1 F 12 J 2 ) J 2 = 2 T 4 2 (1 2) (F 21 J 1 F 22 J 2 ).
1 = 1 F 2 1 1 (T 4 1 T 4 2 ) = tot (T 4 1 T 4 2 ), F 2 21 1 F A A = 1 21 1 = 1. 1 1 1 2 21 1 2 1 1 2 ( 2 / 1 ) A A = 2. tot tot tot A A F A 2 = 1 1= 1 ( 4 1 4 2 ) 1. 2 1 1 1 1 2 2 1 2 ( 2 / 1 )
3.2 Kapseleiden yhteisen lämpötilan laskenta 1D-malli Eristetty pinta b Ulompi katto b 1D-malli b b Sisempi katto Sisempi seinämä Ulompi seinämä b a 1D-malli a a 1D-malli Eristetty pinta a c c Kalliota 1D-malli Kuva 7. Periaatepiirros betoniseinämäisestä varastosta ja siinä olevista kapseleista. Lämmönsiirtotapaukset a-c viittaavat kuvaan 8. Pintojen a-c lämmönsiirtymiskertoimet lasketaan kuvassa 8 esitetyistä kaavoista.
c 3T (t+t) kap (t) (tt) 4Tkap T kap (t+t) kap V kapselit = P alap [T 2t ilma (t+t) Tkap ] Apaletin pinta-alat (t+t) pystyp [T ilma (t+t) Tkap ] Asylinteripinnat ylap [T (t+t) ilma T (t+t) kap ] A ylapinnat (+), ([ ] 4 (+) [ ] 4 ) (+), ([ ] 4 (+) [ ] 4 * ) (+), ([ ] 4 (+) [ ] 4 ). Pc kap NND A paletin pinta -alat A kapselin ylapinnat = N r 2 = N 1.5 m 1,45 m A kapselin sylinterpinta = N 2 r H kapseli * A kapselin sylinterpinta = (N 4) D kapseli H kapseli.
Kuva 8. Lämmönsiirtymiskertoimia viitteen (Simons 2001) mukaan. Tapaukset a, b ja c viittaavat kuvaan 7. 3.3 Ilman lämpötilan laskenta
3 ( ) = ( ). =1 =1 k i = A paletin pinta-ala 1 3 3 =1 3 =1 / / 3 =1 3 =1. = 1.5 m 1,45 m A kapselin ylapinta = N r 2 A kapselin sylinterpinta = N 2 r H kapseli A lattia + kattopinta = 2WL A pystyseinapinnat = 2(W + L) H seina. 3.4 Seinämien lämpötilaprofiilien laskenta 3.4.1 Lattian lämpötilaprofiilin laskenta
lattia = (T ilma T lattia ) tot 4 (T kapseli 4 T lattia ) A paletit A lattia = 0,59 ( T ilma T lattia ) 1/4, L = L 4A katto Kehan pituus = 4 13 m 9 m 2 (13m 9 m) = 10,8 m tot = 1 = 1 1 1 lattia paletit lattia (A lattia /A paletit ) 1 0,6 1 0,9 0,9 4,48 = 0,591. 3.4.2 Välitilojen rajapintojen lämpövuoarvojen määritys Sisempi seinämä Ulompi seinämä T ilma T 1 1 T sisä ulko sisä T ulko ulko sisä A sisä A ulko Kuva 9. Lämmönsiirto sisemmän ja ulomman seinämän välisessä ilmatilassa (merkitty keltaisella).
= 1. sisa sisa T sisa T ilma ulko = ulko (T ilma T ulko ). 3.4.3 Sisemmän pystyseinämän lämpötilaprofiilin laskenta seinan sisapinta = (T ilma T seina ) tot 4 4 (T kapseli T seina ) A redusoitu A seina = 1,42 ( T ilma T seina ) L 1/4, L = Huoneen korkeus = 7,4 m tot = 1 = 1 = 0,198. 1 1 seina 1 1 0,9 kapseli seina (A seina /A redusoitu ) 0,2 0,9 3,71
sisä sisaseinan ulkopinta sisa tot T sisaseinan ulkopinta T ulkoseina T sisaseinan ulkopinta T ilma L L tot betoni 3.4.4 Sisemmän katon lämpötilaprofiilin laskenta katon sisapinta = (T ilma T katto ) tot 4 (T kapseli T 4 katto ) A kapseleiden ylapinnat A katto = 1,32 ( T ilma T katto ) 1/4, L = L 4A katto Kehan pituus = 4 13 m 9 m 2 (13m 9 m) = 10,8 m tot = 1 = 1 1 1 katto kapseli katto (A kapseleiden ylapinnat /A katto ) 1 0,2 1 0,9 0,9 11,26 = 0,1996. sisä
katon ulkopinta sisa tot T sisakaton ulkopinta T ulkoseina T sisakaton ulkopinta T ilma L L tot betoni A katto Kehan pituus 3.4.5 Ulomman pystyseinämän lämpötilaprofiilin laskenta ulko seinan ulkopinta ulko tot T seinan ulkopinta T ulkoseina T seinan ulkopinta T ulkoseina L L tot betoni 3.4.6 Ulomman katon lämpötilaprofiilin laskenta ulko ulkokaton ulkopinta ulko tot T sisakaton ulkopinta T ulkokaton ulkopint A katto T sisakaton ulkopinta T ulkokaton ulkopinta L L Kehan pituus tot betoni
A sisä Aulko L sisä L sisä 7 m 11 m 7 m 7,5 m 7,4 m 1 m 1 m Kuva 10. Loppusijoitustilan kapselivaraston poikkileikkaus.