Öppen Rapport DokumentID 1492827 Författare Version 1.0 Fredrik Bultmark Kvalitetssäkrad av Börje Torstenfelt (SG) Claes Johansson (SG) Roger Ingvarsson (SG) Godkänd av Peter Arkeholt Status Godkänt Reg nr Datum 2015-08-20 Kvalitetssäkrad datum 2015-09-03 2015-09-03 2015-09-07 Godkänd datum 2015-09-09 Sida 1 (6) Hållfasthet och korrosion av Sammanfattning I denna rapport sammanfattas och diskuteras de hållfasthetsberäkningar och plåttjockleksmätningar som gjorts på containrar i 1BLA för att utreda risken för att de lastbärande hörnbalkarna inte kan bära den last de utsätts för. Box 250, 101 24 Stockholm Besöksadress Blekholmstorget 30 Telefon 08-459 84 00 Fax 08-579 386 10 www.skb.se 556175-2014 Säte Stockholm
Öppen 1.0 Godkänt 2 (6) 1 Inledning 1BLA är en bergssal för lågaktivt avfall som utgör en del av SFR 1. Avfallet i 1BLA är packat i ISOcontainrar som staplas på varandra. Det får plats två rader av 20 fots containrar (eller fyra rader 10 fots containrar) i bredd i salen, som är 160 m djup. Containrarna staplas i tre helhöjdscontainrar, eller sex halvhöjdscontainrar, eller någon därmed förenlig kombination av helhöjds- och halvhöjdscontainrar ovanpå varandra. I taket av bergssalen finns ett plåttak som har till syfte att hindra vatten från att droppa ner på containrarna. Figur 1 Containrar i 1BLA Luftfuktigheten i bergssalarna i SFR varierar under året och kan under sommaren vara hög, även om temperaturen är närapå konstant (Kristensen, 2015). Förvarsdelen har varit i drift sedan 1988, men de containrar som använts har till större delen varit begagnade fraktcontainrar som kan ha tillverkats långt tidigare. Tillverkare av containrar för sjöfrakt lämnar inga garantier för att fraktcontainrar skall tåla att användas ens i skyddade miljöer i 100 år. I bergssalen utsätts inte containrarna för samma påverkan av väder och vind som containrar i sjötransport. Det går dock inte att bortse ifrån att förhållandena i bergssalen kan vara och/eller kan ha varit periodvis korrosiva. Vissa containrar kan alltså ha varit utsatta för en korrosiv miljö till och från i över 30 år. Det finns således anledning att misstänka att vissa containrar i 1BLA kan vara korrosionsangripna och att den lastbärande funktionen i containrarnas balkar kan vara nedsatt.
Öppen 1.0 Godkänt 3 (6) 2 Hållfasthetsberäkningar En uppskattning av hur mycket korrosion som kan accepteras innan en risk för att containerstaplarna rasar uppkommer har gjorts av SKB (Bultmark, 2015). Den lastbärande förmågan i containrarnas hörnbalkar har uppskattats genom att utgå ifrån att nytillverkade ISO-containrar måste uppfylla vissa krav på staplingslaster angivna i standarden (SS-ISO-1496-1). Oberoende av den exakta geometrin och materialet i hörnbalken går det att uppskatta hur stor andel av den ursprungliga plåttjockleken som måste finnas kvar för att balkarna skall tåla den last de utsätts för i 1BLA. Rapporten kommer fram till att så länge 2/3 av den ursprungliga plåttjockleken i de lastbärande hörnbalkarna återstår finns ingen risk för att balkarna ger vika till följd av att materialet plastiserar eller utsätts för en elastisk instabilitet. Detta oavsett om korrosionen är jämnt utbredd eller lokaliserad till en mindre del av balkens yta. Parametern nuvarande plåttjocklek relativt ursprunglig plåttjocklek är relevant på grund av att containrarna kommer från olika tillverkare och består av olika material. Det är därför inte självklart hur tjock plåten i de bärande hörnbalkarna var då containrarna tillverkades. 2.1 Material Det finns inga särskilda krav på material när fraktcontainrar tillverkas (SS-ISO-1496-1), och heller inga krav på rostskydd. Vissa tillverkare använder så kallat väderbeständigt Corténstål, medan andra tillverkare använder ett billigare kolstål och målar containrarna med en rostskyddande färg. Så länge färgen sitter kvar på containrarna är rostskyddet för de målade containrarna jämförbart med rostskyddet för containrar tillverkade av väderbeständigt stål. I 1BLA finns en del äldre containrar där färgen släppt (se bilder i Perjans och Fernqvist 2012 och 2014). Man kan även se bucklingsskador på bärande konstruktioner på vissa containrar. Det är inte uteslutet att det kan finnas blottlagda ytor av icke väderbeständigt stål på vissa containrar.
Öppen 1.0 Godkänt 4 (6) 3 Plåttjockleksmätningar Mätningar har gjorts avseende kontroll av containrarnas konstruktionsmaterial för att garantera en säker arbetsmiljö. Mätprogrammet inleddes med plåttjockleksmätningar 2012 (Perjans och Fernqvist, 2012) och följdes upp med en ny mätning 2014 (Perjans och Fernqvist, 2014). Det är svårt att utifrån dessa två mätningar avgöra korrosionshastigheten i de olika mätpunkterna. Att fastställa en korrosionshastighet har inte varit syftet med undersökningen, och det är därför inte säkerställt att plåttjockleken mätts i exakt samma punkter vid de två tillfällena. Bilder av containrarna från mättillfällena visar att vissa av dessa är angripna av korrosion, men även att det inte tycks vara någon större skillnad mellan de båda mättillfällena (jämför bilderna i Perjans och Fernqvist, 2012 och Perjans och Fernqvist, 2014). En del containrar har tidigare använts för transport av gods i såväl sjö- som landfrakt. Dessa kan ha råkat ut för korrosionsangrepp långt innan de hamnade i 1BLA. Den korrosion som kan ses på containrarna idag behöver inte alls ha uppstått under den tid de stått i bergssalen, utan kan mycket väl ha funnits med sedan tidigare. De mätningar av plåttjockleken som gjordes 2012 och 2014 visar att containrarnas lastbärande hörnbalkar har väldigt olika tjocklek. Detta kan bero på att olika containrar har korroderat olika mycket och/eller av att det i ISO-standarden för containrarnas lastbärande förmåga (SS-ISO-1496-1) inte finns några krav på vare sig material eller design av de lastbärande strukturerna, utan endast krav på konstruktionens förmåga att bära last. Olika tillverkare och tillverkningsår leder därför till en variation av den ursprungliga plåttjockleken i hörnbalken. En vanligt förekommande design är att tillverka den lastbärande hörnbalken genom att svetsa ihop veckade plåtar (se figur 3-1a). En annan variant är att sätta in en förstärkning i hörnet på insidan (se figur 3-1b). Av exemplen på design av hörnbalkar figur 3-1 framgår det att det inte är lätt att välja var på containern en plåttjockleksmätning skall utföras, utan att känna till vilken konstruktion som använts vid tillverkningen av just den container man mäter på. En annan svårighet i att bedöma korrosionshastigheten är att inte alla hörnbalkar är åtkomliga för tjockleksmätningar. Balkar i hörn på containrar som vetter inåt kan inte plåttjockleken mätas på. På Containrar i de övre stapelslagren har inte heller mätts på, eftersom de är svåra att nå. Å andra sidan utsätt inte dessa containrar för lika stora staplingslaster. a) b) Figur 3-1 Exempel på konstruktioner av hörnbalkar till en ISO-container. Hela tvärsnittsarean av hörnprofilen hjälper till att bära staplingslasten.
Öppen 1.0 Godkänt 5 (6) 4 Diskussion Då de första containrarna ställdes in i 1BLA och typbeskrivningarna för de avfallstyper som lagras i förvarsdelen togs fram var tanken att förvarsdelen skulle förslutas år 2010. Därför anger typbeskrivningarna för de berörda avfallstyperna att containrarna måste motstå korrosion tillräckligt effektivt för att kunna stå staplade i bergssalen i 30 år (SKB, 2012). Detta krav räcker inte för att garantera att staplarna står kvar till 2075, eller ens efter 2018. Tillverkare av fraktcontainrar kan inte heller ge garantier för att korrosionsbeständigheten tillåter upp till 100 års stapling utan att den lastbärande förmågan blir nedsatt. SKB har visat att containrarna tål en stor påverkan av korrosion (1/3 av plåten i de bärande balkarna kan tillåtas försvinna, Bultmark 2015), men det går inte att idag uttala sig om hur långt korrosionsangreppet gått på de olika containrarna. Inte heller finns det tillräckligt med uppgifter för att fastställa en korrosionshastighet. Ifall containrarna behöver lyftas ut med gaffeltruck måste även hållfastheten i sidobalkarna undersökas för att fastställa att det går att lyfta containrarna i dessa. Sidobalkarna är svårare att komma åt för tjockleksmätningar då dessa på containrarnas sidor är täckta av sidoplåtarna. De intressanta uppgifterna att få reda på är dels hur angripna balkarna är, det vill säga deras nuvarande tjocklek (relativt den ursprungliga), dels korrosionshastigheten hos varje balk. Utifrån dessa värden skulle en bedömning kunna göras av hur lång tid det kan tänkas ta innan plåttjockleken understiger det framtagna gränsvärdet som i Bultmark (2015) anges till 2/3 av den ursprungliga plåttjockleken. För att få reda på detta måste fler plåttjockleksmätningar göras. Dels måste den ursprungliga plåttjockleken uppskattas. Lämpligen genom att mäta plåttjockleken på en punkt där balken inte ser ut att vara angripen av korrosion. Sedan måste tjockleken mätas i en angripen punkt på samma balk vid flera tillfällen för att fastställa en korrosionshastighet. Det behövs åtminstone tre mättillfällen för att avgöra om korrosionshastigheten är konstant, minskande eller ökande. Fler mättillfällen ger en bättre möjlighet att beskriva korrosionshastighetens tidsberoende. Detta skulle helst göras för alla balkar (som är åtkomliga för mätning), då det inte går att i förväg avgöra vilken balk som först uppnår den kritiska tjockleken. Om någon av de balkar som vetter inåt och därför inte går att mäta på uppnår det kritiska värdet utgör detta åtminstone inte samma akuta risk för ras, då containrarna har stöd av varandra där. Däremot måste även sidobalkarna på insidan hålla för lyft med gaffeltruck.
Öppen 1.0 Godkänt 6 (6) Referenser Kristensen, A. L., 2015. Visual inspection and Corrosion measurements BMA - SRF, Forsmark, Sweden. Report 115-25196 JDH/AKN/jrm, Force Technology, SKBdoc 1487232 ver 0.2, Svensk Kärnbränslehantering AB. Bultmark, F, 2015. Hållfasthetsberäkningar för stapling av kollin i 1BLA. SKBdoc-1477335 ver 1.0,. Swedish Standards Institute, 1994, SS-ISO-1496-1 Containrar serie 1 - Krav och provning Del 1: Styckegodscontainrar. Perjans, J. och Fernqvist C., 2012. Provningsprotokoll 2014 containrar 1BLA. SKBdoc-1343795 ver 1.0,. Perjans, J. och Fernqvist C., 2014. Provningsprotokoll 2014 containrar 1BLA. SKBdoc-1455789 ver 1.0,. SKB, 2012, Typbeskrivning för avfallstypen B.12, SKBDoc 2098236 ver. 2.0, Svensk Kärnbränslehantering AB.