Untersuchungen zur Betriebssicherheit katalytischer Wasserstoffrekombinatoren

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Sicherheitsaspekten katalytischer Rekombinatoren. Diese Vorrichtungen werden zum Abbau von Wasserstoff in Sicherheitsbehaeltern von Leichtwasserreaktoren eingesetzt. Wasserstoff entsteht in diesen Reaktoranlagen infolge der Reaktion von Dampf mit dem Zirkonium der Brennelementhuellen nach einem Ausfall der Kernkuehlung. Das sich mit dem Luftsauerstoff bildende brennbare Gasgemisch kann deflagrieren oder detonieren. In Rekombinatoren wird der Wasserstoff zusammen mit dem Luftsauerstoff an katalytisch beschichteten Substraten exotherm umgesetzt. Zur Entwicklung dieser Systeme wurden umfangreiche theoretische und experimentelle Arbeiten durchgefuehrt. Bei den Versuchen wurden Zuendungen beobachtet, die aus Sicherheitsgruenden zu vermeiden sind. Genaue Analysen hinsichtlich Ort der Zuendquelle, Hoehe der erreichten Katalysatortemperaturen usw. fehlen. Trotz dieser Erkenntnisse werden zur Zeit deutsche Kernkraftwerke mit diesen Vorrichtungen nachgeruestet. Im Forschungszentrum Juelich werden Experimente mit dem Ziel durchgefuehrt, neben der Reaktionskinetik auch die Temperaturverteilung auf den katalytischen Substraten zu messen. Bereits bei geringer Wasserstoffkonzentration wird fast Zuendtemperatur erreicht; bei hoeheren Konzentrationen ist mit Zuendung der Gemische zu rechnen. Es werden Vorschlaege zur Vermeidung der Zuendung und zur Verbesserung von Rekombinatoren gemacht. (orig.)The present report describes safety aspects of catalytic recombiners. These devices are used for hydrogen removal from containments of Light Water Reactors. Hydrogen is generated after the reaction of steam with the zirconium of the cladding of the fuel rods in case of the cooling failure of the core. The burnable mixture of hydrogen and air may flagrate or detonate. In a recombiner hydrogen is converted on catalytic surfaces in an exothermic reaction. For developing effective recombiner systems a lot of theoretical and experimental work has been carried out. During the experiments undesirable ignitions were observed, which must be avoided in any case with respect of safety reasons. There is a lack of detailed analyses concerning the position of ignition sources, ignition temperatures etc.. Despite of these results at present the German reactors are retrofitted with catalytic recombiners. In the Research Centre Juelich experiments are carried out in order to study the reaction kinetics and to determine the reaction temperatures of the catalytic elements. Already at low hydrogen concentration almost ignition temperature is observed. Ignitions are likely to occur at elevated concentrations. Proposals to avoid ignition and to improve recombination devices are made. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RA 831(3907) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman