MShift – Leckagerate gealterter Metalldichtungen bei einer Deckelquerverschiebung

Insbesondere die Einwirkung von Querkräften auf die Dichtung, hervorgerufen durch eine radiale Relativbewegung zwischen Deckel und Behälter, ist nicht vorgesehen. Unter normalen Betriebs­ und Beförderungsbedingungen befindet sich die Dichtung in einem statischen Zustand, die Vorspannung der Schraubverbindungen stellt sicher, dass es zu keinen Relativbewegungen, also zu Lageveränderungen im Deckelsystem kommt.

Unter hypothetischen Unfall-­ oder Störfallbedingungen sind Lageänderungen des Deckelsystems jedoch nicht mehr gänzlich ausgeschlossen. So ist für den in die Alterungsbetrachtungen einzubeziehenden (Ab-­)Transport nach der verlängerten Zwischenlagerung entsprechend dem Regelwerk unter anderem ein Fall in beliebiger Orientierung aus 9 m Höhe auf ein unnachgiebiges Fundament zu unterstellen. Bei den daraus resultierenden Lasten können die Großdeckel zum Beispiel bei einem horizontalen Fall aufgrund ihrer großen Trägheit verrutschen. Infolge dieser Querverschiebung kann es zu Veränderungen in der Kontaktfläche zwischen Dichtung und Flansch und/oder zur Verformung der Dichtung infolge der Querkräfte kommen.

Da die Dichtwirkung auf einer komplexen, sich im mikroskopischen Bereich abspielenden Wechselwirkung zwischen dem duktilen Außenliner der Metalldichtung und der Kontaktoberfläche des Deckels beziehungsweise Behälters beruht, kann diese nicht aus der Dichtungskennlinie ab­ geleitet werden, sondern muss für den jeweiligen Lastfall experimentell bestimmt werden. Hierzu muss die Veränderung der Helium­Leckagerate in Abhängigkeit vom Verschiebeweg des Deckels messtechnisch erfasst werden.

Bei einem Fallversuch mit einem Behälterprototyp, dessen Deckelsystem wie im Original von einem Stoßdämpfer umgeben wäre, ist es aufgrund der Fallhöhe und der Unzugänglichkeit des Deckelsystems nicht möglich, die Leckagerate zum Zeitpunkt des Aufprallereignisses zu messen. Um trotzdem valide Messergebnisse zu erhalten, wird nicht der Behälter aus 9 m fallen gelassen, sondern der „Deckel“ wird durch äußere Kräfte verschoben. Hierzu wird ein Flanschpaar – ähnlich zu den MSTOR­-Versuchen – mit der zu erprobenden Dichtung fest eingespannt. An­schließend trifft eine geführte Fallmasse aus definierter Höhe auf eine der beiden Flanschhälften und zwingt diese zu einer Querverschiebung, während die andere Hälfte, an der das Equipment zur Leckageratenmessung angeschlossen ist, unbeweglich verharrt. So kann über die gesamte Dauer des dynamischen Querverschiebens die Leckagerate in Abhängigkeit vom Verschiebeweg ermittelt werden. Dar­ über hinaus erlaubt dieser generische Versuchsaufbau eine gezielte Einstellung des Querverschiebeweges, unabhängig von den spezifischen Randbedingungen bei der Erprobung einer einzelnen Bauart.

Entsprechend der Zielsetzung von MShift, die Leckagerate gealterter Metalldichtungen bei dynamischer Querverschiebung zu ermitteln, werden künstlich vorgealterte Dichtungen bei den Versuchen verwendet. Die Alterung erfolgt, in Analogie zu MSTOR, durch Warmauslagerung der bereits im Flanschpaar verpressten Dichtungen, wobei die Auslagerungsdauer und ­temperatur an die zu berücksichtigenden Lagerzeiträume angepasst werden. Innerhalb des Vorhabens MShift werden sowohl silber­ als auch aluminiumummantelte Metalldichtungen erprobt, die jeweils die Querschnittsabmessungen der originalen Metalldichtungen, wie sie in den Großdeckeln von CASTOR-­Behältern zum Einsatz kommen, aufweisen. Neben Versuchen bei Raumtemperatur finden ergänzend auch Erprobungen bei ­-40 °C statt, um zusätzlich den Temperatureinfluss abzudecken. Im Anschluss an die Querverschiebung wird die Messung der Leckagerate bis zu zwei Wochen fortgesetzt, um eine Aussage über die langfristige Entwicklung des Dichtungsverhaltens nach einem Störfall zu erlangen. Aufgrund der Vorspannung der Verschraubung, die dafür sorgt, dass die Flanschhälften weiterhin auf Block verpresst sind, und der verbleibenden elastischen Rückfederung der Metalldichtung ist zu erwarten, dass die Leckagerate nach dem Erreichen eines Maximums während der dynamischen Verschiebung anschließend wie­ der abnimmt, bis ein stationärer Wert erreicht ist.