Leckagen an Lagertanks in Fukushima – Korrosion?!

In den beiden letzten Ausgaben der VDI-Nachrichten Nr. 35 (30.08.13) und Nr. 36 (06.09.13) und anderen Medien [7, 8] wird auf die großen Probleme rund um die Lagerung des kontaminierten Kühl- und Grundwassers hingewiesen. In den Artikeln wird wiedergegeben, wie hoch die aktuelle Strahlendosis ist und was das für die japanische Wirtschaft und die Betreiberfirma Tokyo Electric Power Company, kurz TEPCO, bedeutet.

Leider werden die Fragen "Warum", "Wie" und "Wodurch" die Leckagen in den Lagertanks entstanden sind nicht, oder nur unbefriedigend beantwortet.

 

 

Im Folgenden wollen wir versuchen, diese Fragen zu beantworten.

Zuerst gehen wir auf die Konstruktion der Lagertanks ein, schauen uns dann den Inhalt der darin gelagert wird an, untersuchen dann, welche Schäden aufgetreten sind und zuletzt, wie die Schäden behoben werden können.

 

 

Konstruktion der Lagertanks: [5]

Von den ca. 350 gebauten Lagertanks (geplant sind ca. 1.000) mit einem Fassungsvermögen von je ca. 1000t gibt es zwei Varianten:

  • Variante I: Auf ein Betonfundament gestellte Tanks, bestehend aus 3- bis 4-teiligen Ringsegmenten, welche mit Verbindungselementen (Bolzenbauweise) miteinander verbunden und organischem Dichtungsmaterial versiegelt werden. (Bild von Reuters)
  • Variante II: In den Boden eingelassene Tanks auf Beton-/Kiesfundamenten. Die Tanks bestehen aus mehreren Ringelementen, welche geschweißt wurden. (Skizze aus einer TEPCO-Präsentation)

 

Als Konstruktionswerkstoff der Lagertankvariante I wird unlegierter Stahl verwendet, geschützt gegen Korrosion durch eine innenliegende Beschichtung.

Laut Aussage von TEPCO besteht das Konstruktionsmaterial der Lagertanks Variante II aus korrosionsbeständigem (nichtrostendem) Stahl von namhaften Produzenten. Welche Werkstoffzusammensetzung, bzw. Güte verwendet wurde, gibt Tepco nicht an.

 

 

Was wird in den Lagertanks gelagert?

In den Lagertanks lagert kontaminiertes Grund- und Meerwasser. Das kontaminierte Grundwasser kommt von Rissen in der Reaktorkonstruktion und kann sich mit Isotopen von Cäsium, Kobalt, Mangan und Antimon anreichern. Das kontaminierte Meerwasser kommt einmal vom Tsunami, der die Anlage überspült hat und zweitens aus dem Meer selber, welches der Betreiber TEPCO nach dem Ausfall der Kühlsystems zum Kühlen der Reaktoren hineingepumpt hatte. Das Wasser wird aufgearbeitet und zur erneuten Kühlung verwendet.

Das Medium aus kontaminiertem Grund- und Meerwasser hat einen Salzgehalt von maximal 3,5 %.

 

 

Welche Schäden sind Aufgetreten?

An den Lagertanks der Variante I versagte nach 2-jährigem Einsatz das Dichtungsmaterial (Bild) und es traten Schäden am Werkstoff in Kontakt mit Dichtungsmaterial und Medium auf, sogenannte Spaltkorrosion. Desweiteren korrodierten die außen liegenden Schraubbolzen, aufgrund von Defekten an der organischen Beschichtung, bzw. des Korrosionsschutzsystems. [3, 4, 6]

 

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 Fukushima-Lagertank mit herausquellendem Dichtungsmaterial und Defekte in der organischen Beschichtung mit Korrosionsprodukten (Foto: TEPCO, 28.08.2013)

 

An den Lagertanks der Variante II kam es zu korrosiven Schäden durch Lochkorrosion [1, 2] an Schweißverbindungen und Spaltkorrosion an Flanschverbindungen.

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Bild 1: Rot-Weiß-Prüfung auf Oberflächendefekte. Lochkorrosion entlang der Schweißnaht in der Wärmeeinflusszone (Foto: TEPCO, 03.07.2013)

Weitere Bilder:

Bild 2

Bild 3

Bild 4

Präsentation von TEPCO (Japanisch, 02.07.2013)

Bild 1: Spaltkorrosion an Flaschverbindungen (Foto: TEPCO, 02.09.2013)

Weitere Bilder:

Bild 2

Bild 3

 

 

Wie sollten die Schäden behoben werden?

Die Lagertanks der Variante I, sollen durch neue Lagertanks aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff (Lagertanks Variante II) ersetzt werden. Bis dahin sollen erstens, die Leckagen an den Verbindungssystemen und Flanschverbindungen von Rohren mit Gummimanschetten abgedichtet werden. Zweitens soll für Außenbeschichtung durch ein neues Korrosionsschutzsystem der Kategorie 5-I(M) (organische Beschichtung für den Einsatz an maritimen Küstenzonen bzw. Offshore nach DIN EN ISO 12944) ersetzt werden. Diese Schadensbehebung ist nur eine kurzfristige Behelfsmaßnahme, wahrscheinlich entsprechend von Tepco auch so aufgefasst. Trotzdem wird es auch bis zum Ersatz durch Variante II zu weiteren Lecks kommen.

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 Bilder: Abdichtungsversuche an Leckgeschlagenen Kühlwassertanks (Foto: TEPCO, 05.09.2013)

 

An der Variante II sollen die betroffenen Schweißnähte, welche von Lochkorrosion betroffen sind, ersetzt und eine nachträgliche Wärmebehandlung durchgeführt werden. Gegen die Spaltkorrosion an Flanschverbindungen muss ein beständigerer nichtrostender Stahl benutzt, ein anderer Dichtungswerkstoff oder die Instandsetzungsintervalle reduziert werden.

 

Leider sind die Informationen zu den eingesetzten Werkstoffen nur oberflächlich und somit sind keine weiteren Aussagen mehr möglich, oder wären nur reine Spekulation.

 

 

Quellen:

[1] The Asahi Shimbun (http://ajw.asahi.com/article/0311disaster/fukushima/AJ201307260051, 26.07.2013)

[2] TEPCO (http://photo.tepco.co.jp/date/2013/201307-j/130703-01j.html, 03.07.2013)

[3] TEPCO (http://photo.tepco.co.jp/date/2013/201309-j/130905-01j.html, 13.09.2013)

[4] TEPCO (http://photo.tepco.co.jp/date/2013/201309-j/130902-01j.html, 02.09.2013)

[5] The Japan Times (http://www.japantimes.co.jp/news/2013/08/31/national/tepco-bolsters-tank-team-but-leak-eludes/#.UjGTaT8o3ZU, 31.08.2013)

[6] Energy News (http://enenews.com/nightmare-bolts-fukushima-tanks-will-corrode-years-plant-workers-reveal-full-extremely-radioactive-water-tepco-doesnt-long-tanks-will-hold-reuters, 31.07.2013)

[7] Spread News (http://www.spreadnews.de/japan-aktuell-tepco-meldet-erneut-radioaktivitat-in-fukushima-grundwasserproben/1134569/, 09.09.2013)

[8] Bloomberg (http://www.bloomberg.com/news/2013-09-01/tepco-should-use-welded-tanks-to-stem-toxic-tide-academic-says.html, 02.09.2013)

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