Verminderung des Verblockungspotentials von Sumpfansaugsieben durch Korrosionsprodukte nach Kühlmittelverluststörfällen

Bei einem postulierten Kühlmittelverluststörfall (Loss of Coolant Accident LOCA) eines Druckwasserreaktors (DWR) kann die thermische Isolation (Mineralwolle) durch das austretende Dampf-Kühlmittelgemisch zerstört werden und das freigesetzte Material durch Ablagerung auf den Sumpfansaugsieben einen Druckverlust verursachen, der die Notkühlung beeinträchtigt. Im weiteren Verlauf bewirkt das borsäurehaltige Primärkühlmittel eine Korrosion von feuerverzinktem Stahleinbauten im Containment (überwiegend Gitterroste), deren feste Produkte bei Anlagerung an den Mineralwolleablagerungen zu einen kritischen Anstieg des Differenzdrucks über den Sumpfansaugsieben bis hin zur Blockade und dem Ausfall der Notkühlung führen können.
In der Laborversuchsanlage (KorrVA) wurde die Korrosion verzinkter Materialproben unterschiedlicher Größe und Geometrie bei verschiedenen Anströmbedingungen des borsäurehaltigen Kühlmittels unter störfallähnlichen Bedingungen untersucht. Der in der Nachkühlphase durch die Fallhöhe des Leckstrahls verursachte Impact auf die Materialprobe wurde mittels Flachstrahldüse nachgebildet. Für diese generischen Untersuchungen wurden die Prozesse Faseablagerung auf einem Sieb von dem der Bildung und Einlagerung der Korrosionsprodukte getrennt, indem Kühlmittelstrom erst nach Ausbildung des Faserbetts auf die Korrosionsprobe gerichtet wurde.
Ausgehend von dem festgestellten Mechanismus einer strömungsinduzierten Korrosion des Zinks im Leckstrahl, die verbunden ist mit der Änderung wasserchemischer Parameter wie einem Anstieg des pH-Werts und der Bildung von gelöstem Zink, kann nach schneller Freilegung des Stahls im unmittelbaren Leckstrahlbereich als Korrosionsprodukt Rost entstehen und bis hin zu einer Verblockung des Faserbetts führen. Ausgehend von den Experimenten ergaben sich zwei grundsätzliche Möglichkeiten diese Gefahr zu vermindern, indem die Freilegung der blanken Stahloberfläche zeitlich zu verzögert oder möglichst verhindert wird. In zwei Versuchsreihen mit verzinkten Flachstahlproben wurde gezeigt, dass sowohl ein zusätzliches Angebot an im Kühlmedium getauchter Oberfläche als auch eine Anhebung des pH-Werts den Anstieg des Differenzdrucks und speziell die Ablagerung von Korrosionsprodukten des Eisens am Faserbett vermindern. Als bester Weg erwies sich die Anhebung des pH-Werts durch eine ausreichende Menge an Borax. Weil im Leckstrahl die Korrosionsbeanspruchung von Gitterrosten, bedingt durch deren Geometrie, sich von der einer Flachstahlprobe unterscheidet, wurden die Ergebnisse an reellen Proben verzinkter Gitterroste in der Versuchsanlage überprüft.