Dampferzeuger in einem Kernreaktor Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger in einem mit einem strömenden Kühl mittel gekühlten Kernreaktor, mit einer Anzahl eine Flüssigkeit führender Wärmetauscherrohre, die im Kühl mittelstrom des Reaktors angeordnet sind Es ist bereits ein gasgekühlter Kernreaktor vorge schlagen worden, in welchem das gesamte Primärsystem mit dem Reaktorkern, den Umwälzern für das Primär kühlmittel, den Dampferzeugern und den zugehöri gen Haupt-Primärkühlleitungen in ein und demselben Reaktorgefäss untergebracht sind.
Die Tatsache, dass kein; aussenliegenden Haupt-Primärkühlleitungen vor kommen, weil das gesamte Primärsystem in das Reaktor- gefäss eingeschlossen wurde, schliesst die Möglich keit aus, dass ein plötzlicher Kühlmittelverlust wegen eines Rohrleitungsdefektes auftritt.
Wenn das Reaktor- gefäss aus Spannbeton errichtet ist, ist es nicht nötig, einen zusätzlichen, umständlichen biologischen Schutz anzubringen, um die Dampferzeuger und die Haupt- Primärkühlleitung einzuschliessen, weil das Reaktorge häuse selbst diese Aufgabe übernimmt.
In einem gasgekühlten Kernreaktor für die Dampfer zeugung arbeitet das Dampf-Wasser-System häufig mit einem wesentlich höheren Druck als das Kühlgas. Wenn z. B. Helium als Kühlgas verwendet wird, kann ein befriedigender Betriebsdruck für das Kühlmittel in der Gegend von SO at (700 psi) liegen, während der Druck in dem Eingangsteil des Dampferzeugersystems (etwa eines Econotniser-Verdampfers oder eines Oberhitzers) höher als 140 at (2000 psi) liegen kann.
Natürlich wird der Druck des Wassers am Speisewassereinlass etwas höher gehalten als der vom Dampf erzeugte Gegendruck, damit ein Strom durch die Rohre des Dampferzeugers auf rechterhalten werden kann.
Ein Dampferzeuger besteht üblicherweise aus einer Anzahl- Rohrbündel; jedes Rohr in dem Bündel endet in einer Endkammer, die mit einem Wassereinlassrohr unc einer Dampfausgangsleitung verbunden ist. Ein Sehader in einer dieser Endkammern oder ein Fehler in de1 Wasser- oder in der Dampfleitung, mit denen die Endkammer in Verbindung steht, kann zu einem schnel len Abfluss von Wasser oder Dampf oder von beidem ir. das Reaktorgehäuse führen.
Wenn das eintritt, kann der Innendruck im Reaktorgehäuse infolge des Eindringen von Hochdruckwasser oder -dampf die Bauentwurfs- grenzen übersteigen. Ausserdem kann der Graphitmode- rator, der sich häufig im Reaktorkern befindet, mit dem Wasser oder dem Dampf bei den hohen Temperaturen reagieren, bei denen der Reaktor arbeitet. Schliesslich kann eine plötzliche Entleerung einer Röhre in den Rohrbündeln eines Dampferzeugers - während heisses Kühlgas weiterhin über die Rohrbündel fliesst - die Rohre überhitzen und zu Zerstörungen führen.
Ähnliche Probleme können bei Kernreaktoren, bei denen andere Arten von Kühlmittel, z. B. Kühlflüssigkei ten, benutzt werden, beim plötzlichen Bruch in einem Dampferzeuger oder den damit verbundenen Rohrleitun gen auftreten. Zu den Kernreaktoren, in denen eine ähnliche Situation eintreten kann, gehören solche, die flüssiges Natrium als Primärkühlmittel benutzen und einen Dampferzeuger verwenden, der einen Quecksilber dampf erzeugt.
Demgegenüber wird durch die Erfindung ein Dampf erzeuger in einem Kernreaktor geschaffen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass einige der Wärmetau scherrohre einen Zwischenüberhitzer bilden, welcher bezüglich der Kühlmittelströmung so angeordnet ist, dass der Kühlmittelstrom über den Zwischenüberhitzer streicht, ehe er die restlichen, einen Cberhitzer bildenden Wärmetauscherrohre erreicht, und dass der Zwischen- überhitzer mit Mitteln zur Verbindung desselben mit einer Hilfskühlmittelquelle versehen ist,
um im Falle eines Defektes im Dampf-Flüssigkeit-System ein Hilfs kühlmittel durch den Zwischen überhitzer strömen zu lassen und dadurch Wärme vom Reaktorkühlmittel abzuführen.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführun-s- beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kernreak tors, Fig. 2 ein Schnittbild eines Dampferzeuccrs gemäss der Erfindung und seiner Anbringung und -,Montierung in einem Kernreaktor, Fig. 3 in grösserem Massstab ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 in grösserem Massstab ein Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2.
Ganz allgemein enthält der gasgekühlte Reaktor mindestens einen Dampferzeuger 14, der eine Anzahl fliissigkeitstülirender Wärmetauscherrolire 16 aufweist, die in einem Reaktorgehäuse 11 untergebracht sind, das einen Reaktorkern 12 umschliesst. Die "'ärrnetauscher- rohre liegen im Primärkühlflüssigkeitsstrom, der durch die Umwälzeinrichtung 13 aufrechterhalten wird.
Zu dem Dampferzeuger gehören ferner Endkammer 17 und 18, die ausserhalb des Reaktorgehäuses angeordnet sind und über welche Flüssigkeit in die Wärmetauscherrohre eingeführt und aus ihnen entnommen wird, wobei in diesen Endkammern Eingangs- und Ausgangsdrücke herrschen, die wesentlich höher liegen als ;ler Druck der Primärkühlflüssigkeit in dem Reaktorgehäuse. Der Dampferzeuger weist ausserdem eine Anzahl Eingangs leitungen 19 und eine Anzahl Auslassleitungen 21 auf, die durch eine Wand des Reaktorgehäuses jeführt sind und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Wärme tauscherrohren und den Endkammern herstellen.
Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, dass der dort angedeu tete Reaktor einen Reaktorkern 12 besitzt, der in beliebiger Weise Wärme aus einem Kernspaltungspro- zess erzeugt. Der Kern wird von nicht gezeichneten, geeigneten Hilfseinrichtungen in einem Raum 22 gehal ten, der durch das Reaktorgehäuse 11 begrenzt ist. Das Reaktorgehäuse besteht vorzugsweise aus Spannbeton und kann beliebige Aussenform haben. Der Raun 22 ist im wesentlichen zylindrisch; er ist mit einer Auskleidung 23 aus legiertem Stahl versehen, die durch nicht gezeichnete Einrichtungen gekühlt werden kann.
Der Reaktor nach Fig. 1 stellt einen gasgekühlten Reaktor mit Gasumwälzeinrichtungen und Dampferzeu- gungseinrichtungen dar, die zusammen mit dem Reak torkern 12 im Reaktorgehäuse untergebracht sind. Ins besondere ist eine Anzahl Dampferzeuger 14 innerhalb des Raums 22 untergebracht, ebenso wie eine Anzahl Gasumwälzeinrichtungen 13. Die letztern können in beliebiger Weise konstruiert sein, müssen abr das Kühlas komprimieren können, nachdem es über die Dampferzeuger gegangen ist, und es wieder derart im Umlauf bringen, dass es wiederum über den Reaktor kern geleitet werden kann, um Wärme von ihm wegzu führen.
Der Begriff iiber soll im Zusammenhang mit der Kühlmittelströmung so verstanden werden, dass eine Strömung über eine beliebige Wärmetauschfläche in dem Kern ebenso gemeint ist, wie eine Strömung durch Kanäle, die zu Kühlzwecken in dem Kern angebracht sind.
In dem Raum 22 sind Leitbleche angebracht, die den Primärkühlgasstrom in die vorgeschriebene Richtung leiten. Im einzelnen bilden diese Prallbleche eine zylin drische Wand 24, die vom Kern 12 aus abwärts verläuft und ein kurzes Stück unterhalb des unteren Kernendes endet. Ein oberer Boden 20 erstreckt sich quer durch den Raum 22 knapp unterhalb des Kerns und ist dicht an die untere Kante der zylindrischen Wand 24 ange schlossen. Die Dampferzeuger liegen unterhalb des oberen Bodens 20 innerhalb des zylindrischen Prall blechs 24. Ein unterer Boden 26 verläuft quer zum Raum 22 in Bodennähe dieses Raums und ist mit der Auskleidung 23 dicht verbunden.
Die Gasumwälzer 13 sind in der Nähe der zylindrischen Auskleidung 23 angeordnet und stellen eine Verbindun- zwischen dem Bereich unterhalb des unteren Bodens 26 und dem Rest des Raums 22 dar. Das Kühlgas wird abwärts durch den Kern 12 innerhalb der zylindrischen Wand 24 und durch die Dampferzeuger 14 geführt. Die Dampferzeuger entlassen das Gas in den Raum unterhalb des unteren Bodens 26. Die Gasumwälzer 13 sammeln das Gas in diesem unteren Bereich und drücken es aufwärts an der Aussenseite der Dampferzeuger vorbei, so dass es durch den Ringspalt strömt, der das Prallblech 24 bis zum oberen Rande des Kern 12 umgibt.
Dann fliesst das Gas wiederum durch den Kern abwärts, um die vom Kern erzeugte Wärme auf die Dampferzeuger zu übertra gen.
Den Dampferzeugern 14 wird Speisewasser zuge führt, und Dampf wird von den Dampferzeugern wegge führt durch Rohrbündel 27, die je von dem zugehörigen Dampferzeuger nach unten wegführen und das Reaktor gehäuse 11 in darin vorgesehenen Durchführungen 28 durchsetzen. Die Rohrbündel 27 sind an ein Dampf- Wasser-System 29 angeschlossen, von dem Speisewasser in die Dampferzeuger geleitet und von dem Dampf in die Turbine zum Antrieb der Elektrogeneratoren geleitet werden; die Turbinen und Generatoren sind nicht gezeichnet.
Die Zahl der verwendeten Dampferzeuger 14 hängt von dem in dem Raum 22 verfügbaren Platz und von der verlangten Reaktorleistung ab. Bei dem gezeichneten Reaktorsystem ist ein zentraler Durchlass 25 mit ab nehmbarem Verschluss 30 vorgesehen, um jeden einzel nen Dampferzeuger in noch zu erläuternder Weise im Falle einer Reparatur herausnehmen zu können. Die Dampferzeujer haben ausreichend kleinen Durchmesser, so dass sie den Durchlass 25 passieren können. Die Dampferzeuger stimmen untereinander praktisch genau überein, weshalb nur ein einzelner Dampferzeuger im Detail beschrieben werden soll.
Wie aus den Figuren 2 bis 4 ersichtlich, weist ein solcher Dampferzeuger 14 ein zylindrisches Gehäuse 31 auf, das eine Leitung für den Durchtritt heisser Gase durch den Dampferzeuger bildet. Die Wärmetauscher rohre des Dampferzeugers, die später im einzelnen beschrieben werden, sind gebündelt in geeigneter Weise im Gehäuse 31 angeordnet. Spezielle Anbringungsmittel für die Röhrenbündel sind nicht gezeichnet; die Bündel können auf querverlaufenden gelochten Blechen ange ordnet werden, die sich mit gegenseitigem Axialabstand im Innern des Gehäuses 31 auf Querträgern befestigen lassen, die quer durch das Gehäuse gezogen sind; es sind aber auch andere Träger dafür geeignet.
Oben ist das Gehäuse 31 für den Eintritt des heissen Gases offen; das Gehäuse lässt sich dort mit passenden Leitungen oder Gaskanälen verbinden, durch die das heisse Gas von dem Reaktorkern 12 in das Gehäuse 31 geleitet wird. Die untere Kante des Gehäuses 31 ist durch Schweissen oder auf andere Weise mit der Aussenkante eines Ring- flanschs 32 verbunden. Der Flansch 32 tritt nach oben/aussen von dem Rande eines Montagerings 33 vor.
Wie bereits erwähnt, wird das Kühlgas, nachdem es über die Wärmetauscherrohre des Dampferzeugers ge strichen ist, in den Raum unterhalb des unteren Bodens 26 geleitet. Zu diesem Zweck ist der untere Boden 26 mit einer Öffnung 34 versehen, über der der Dampfer zeuger 14 angebracht ist. Die Montierung des Dampfer zeugers 14 erfolgt mit Hilfe eines Klemmrings 36, an dem sich ein nach aussen gerichteter Flansch 37 befin det, durch den eine Anzahl Schrauben 38 gesteckt sind, die den Klemrriring 36 abnehmbar :nit dem unteren Boden 26 am Rande der darin befindlichen Öffnung 34 verbinden.
Der untere Boden 26 wird :nit Abstand vom unteren Teil der Reaktorauskleidung 23, die den Boden des Raums 22 bildet, durch eine Anzahl St-iinder 39 gehalten, von denen jeder von einer Lastverteilerplatte 41, die an diesem unteren Teil der Auskleidung 23 angebracht ist, nach oben weist. Schrauben 42 führen durch den unteren Boden 26, und die Ständer sind in Einsätze 43 geschraubt, die sich am Fusse jedes Ständers 39 befinden. Der Zwischenraum zwischen dem Monta gering 33 und dem Klemmring 36 ist mit einer Anzahl Gleitverschlüssen 44 gedichtet, um eine Wärmedehnung des Dampferzeugers 14 relativ zum Niveau des unteren Bodens 26 zu ermöglichen.
Wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, sind die verschiedenen Dampferzeuger 14 mit gegen seitigem Abstand so eingebaut, dass die Ränder der Flanschen 37 der verschiedenen Dampferzeuger unmit telbar nebeneinander liegen.
Eine Abschlussvorrichtung ist für jede Durchführung 28 vorgesehen, damit kein Kühlmittel oder verseuchtes Material durch die Durchführung austreten kann. Der Dampferzeuger ist an der Abschlussvorrichtung mit einer Anzahl radialer Rippen 46 angebracht. Die Rippen greifen von dem Montagering 33 aus nach innen und reichen an ihren oberen Enden über den N,-Iontagering 33 zur Innenseite des Gehäuses 31 hinaus. Die unteren Ränder der Rippen 46 stützen sich auf eine Ringschulter 47, die von der Wand eines zylindrischen Abschlussrohrs 48 nach aussen vorspringt; die Innenränder der Rippen 46 stossen gegen die Wand des Abschlussrohrs 48 und sind mit ihr verbunden. Das Abschlussrohr 48 reicht nach unten durch die Durchführung 28 an die Aussen seite des Reaktorgehäuses 11.
Die Auskleidung 23 für den Raum 22 wird ebenfalls durch die Durchführung 28 nach aussen geleitet, und das Abschlussrohr 48 besitzt an seinem unteren Ende 49 einen Aussenflansch, der an die Auskleidung 23 geschweisst ist. An der Aussenseite des Abschlussrohrs 48 ist eine Rin-dichtung 51 in der Nähe der Oberkante der Durchführung 28 vorgesehen, wodurch eine gleitfähige Dichtung zwischen dem Ab- schlussrohr und der Auskleidung 23 in der Durchfüh rung geschaffen wird.
Diese gleitfähige Dichtung ist federnd zusammendrückbar und erlaubt sowohl axiale wie auch radiale Expansion und Kontraktion des Ab- schlussrohrs gegenüber der Auskleidung.
Zu den Dampferzeugern 14 gehört ein Zwischen- überhitzer 62, der weiter unten beschrieben wird, und die Rohrbündel 27 weisen ein Paar konzentrischer Zwischenüberhitzerleitungen 52 und 53 zum Fördern von Dampf vom und zum Zwischenüberhitzer 62 auf. Das Abschlussrohr 48 wird an der äusseren Zwischen- überhitzerleitung 52 durch eine obere bzw. eine untere Büchse 54 bzw. 56 befestigt.
In Fig. 2 ist zu erkenn dass jeder der beiden Büchsen 54 und 56 aus ein( vertikal verlaufenden zylindrischen Abschnitt, ein; unteren, nach innen gewandten und einem oberen na aussen gewandten Ringflansch besteht. Die Büchsen und 56 können mit ilircii Flanschen an das Abschlu. roter 48 und die äussere Zwischenüberhitzungsleitung geschweisst werden, jedoch ist die untere Büchse nicht auf diese Weise mit der äusseren Zwischenüberh zungsleitung 52 verschweisst; der nach innen vorspr:
gende untere Flansch der untren Büchse 56 ist mit eir ringförmigen, _gleitfähigen, zusammendrückbaren Dic tung 57 versehen, so dass die äussere Leitung 52 c Zwischenüberhitzers sich in axialer und radialer Ric tun- relativ zur Büchse 56 ausdehnen und zusammenz: hen kann.
Die oben beschriebene Bauweise für die Abschlw vorrichtung innerhalb der Durchführung 28 erlaubt c axiale und radiale w;ircneexpansionder verschieden. Elemente.
Diese Ausführungsform der Abschlussve richtung jedoch ist nicht die einzig verwendbare, und können stattdessen andere Konstruktionen zum Erziel eines Abschlusses und zur Ermöglichung derartig axialer und radialer Wärmedehnungsbewegungen ve wendet werden, etwa Balgenabschnitte. Die vorbeschri bene Abschlussvorrichtung:
mit gleitfähigen Dichtung als zusätzliche Sicherung für den Primärabschluss verri gert die 'Möglichkeit eines plötzlichen Verlusts vc Kühlflüssigkeit im Falle eines Schadens an dem Primä abschluss auf ein Minimum.
Anschliessend soll die Ausbildung der Dampferze -errohre 16 erläutert werden; von den Rohren sind nit einzelne Abschnitte gezeichnet, während die restlich Rohrteile durch :Mittellinien angedeutet sind. Auf die Weise lässt sich die Übersichtlichkeit der Zeichnui wahren. Die Ausbildung und Anordnung der Rohre 1 in dem Dampferzeuger ist an sich nicht ausschlaggeber - von einem später beschriebenen Ausnahmefall abg( sehen - aber als besonders zweckmässig hat sich d Schraubenlinienforni für jedes Rohr erwiesen.
Die s gebild-.ten Schraubenlinien verschiedenen Durchmesse sind koaxial angeordnet zu einem Rohrbündel zusan mengefasst. Bei der gezeichneten Ausführungsform bi det jedes Dampferzeugerrohr 16 zwei Schraubenlinie von denen die untere Teil eines Ekonomiser-Verdan pfers 58 und die obere Teil eines Überhetzers 59 ist.
Dc Abschnitt jedes Rohrs zwischen der Ekonomiserschleit und der Oberhitzerschleife ist in weiter unten geschilde ter Weise aus-ebildet.
Wie erwiihnt, sind der Betriebsdruck des Ekonom ser-Verdampfers und derjenige des Überhetzers Wesen lieh höher als der Druck des die Wärmetauscherrohre I umströmenden Kühlgases. Der Kühlgasdruck kann etw 40 at (700 psi) betragen, der Wasser-Dampf-Druck i den Dampferzeu-errohren kann jedoch höher als 1-10 (2000 psi) liegen.
Natürlich muss eine Vorrichtun- vorhanden sein. di jedem einzelnen Dampferzeugerrohr Speisewasser zufüh; und Dampf abzielet. Eine brauchbare Lösung stellt di Verwendung von Endkammern dar. Eine stellt einen Raum dar, mit dem jedes einzelne Dampfer zeugerrohr in Verbindung steht.
Die Endkamm-2r wie derum ist mit einer Leitung verbunden, durch<B> & </B> Wasser oder Dampf der Endkammer zugeführt oder vor ihr abgezogen wird. Ein Betrieb mit Drücken übe 140 at (2000 psi) macht üblicherweise entsprechend Drücke ;in den Eingangs- und Ausgangsendkammern de Dampferzeugerrohre erforderlich. Der Ausgangsdruck wird im allgemeinen etwas niedriger gehalten als der Eingangsdruck, damit eine Strömung zwischen den Endkammern durch die Dampferzeugerrohre hindurch stattfinden kann.
Beim Reissen einer Endkammer kann ein heftiges Ausströmen von Dampf oder Wasser eintreten. Ein derartiges Ausströmen innerhalb des Reaktorgehäuses bei einem Kernreaktor kann dazu führen, dass der höchstzulässige Druck des Reaktorgehäuses überschrit ten wird, wodurch die Zerstörung des Gehäuses und eine Verseuchung der Umgebung auftreten kann. Wenn, wie es häufig der Fall ist, ein graphitmoderierter Kern als Bestandteil des Reaktorkerns verwendet wird, kann wegen der hohen Temperatur eine chemische Reaktion zwischen Graphit und Wasser eintreten. Dadurch entste hen schwere Zerstörungen im Bereich des Reaktorkern, und im Reaktorgehäuse ergeben sich Kontaminationen in grossen Mengen.
Bei der gezeichneten Ausführungsforen liegt die Speisewassereinlass-Endkammer 17 unterhalb des Reak torgehäuses<B>11</B> und steht mit den Rohren des Ekonomi- ser-Verdampfers 58 über eine Anzahl Einlassleitungen 19 in Verbindung. Diese bilden einen Teil der Rohrbün del 27, die durch die Durchführung 28 innerhalb des Abschlussrohrs 48 mittels geeigneter Öffnungen in den nach aussen zeigenden oberen Flanschen der Büchsen 54 und 56 geführt sind.
Bei der gezeichneten Ausführungsform geht jede Einlassleitung 19 in ein Dampferzeugerrohr 1.6 über, so dass die Dampferzeugerrohre einzeln an die Endkammer 17 angeschlossen sind. Einlassleitungen und Dampfer zeugerrohre können jeweils zusammenhängend ausge führt sein, es lassen sich aber nötigenfalls unter Reduzie rung der Zahl der Einlassleitungen 19 kleinere zusätzli che Endkammern in dem Reaktorgehäuse 11 unterbrin gen. Wenn das beabsichtigt ist, sollte aber die Zahl der Einlassleitungen 19 mindestens ein Viertel der Zahl der Dampferzeugerrohre 16 ausmachen.
Bei einer solchen Bauweise ruft ein Bruch an einer einzelnen Einlasslei- tung 19 oder einem einzelnen Dampferzeugerrohr nur eine relativ langsame Druckzunahme und einen relativ schwachen Dampfausstoss innerhalb des Reaktorgehäu ses 11 hervor. Zum Aufspüren einer derartigen Druck zunahme oder eines Auftretens von Dampf können innerhalb des Reaktorgehäuses geeignete Fühlelemente angebracht werden, womit das Einleiten von Sicherheits vorkehrungen möglich ist, bevor ein gefährlicher Zu stand erreicht ist.
Entsprechende Cberlegungen gelten für die Gestal tung der Dampfauslass-Endkammer 18. Bei der gezeich neten Ausführungsform ist jedes Dampferzeugerrolir 16 an seiner Ausgangsseite einzeln über eine entsprechende Auslassleitung 21 an die Ausgangs-Endkammer 18 angeschlossen. Die Auslassleitungen 21 bilden einen Teil des Leitungssystems 27, das durch die Durchführung 28 durch geeignete Öffnungen in den nach innen gewinkel ten unteren Flanschen der Büchsen 5-1 und 56 geriilirt ist.
Die Auslassleitungen können mit den Dampfer7eu- -errohren zusammenhängen, oder es können, wie im Zusammenhang mit der Einlassleitungen 19 erläutert, zusätzliche Endkammern zwischen den Ausgang der Dampferzeugerrohre 16 und die Auslassleitungen ? 1 geschaltet werden. Vorzugsweise sollte die Zahl der Auslassleitungen mindestens ein Viertel der Zahl der Dampferzeugerrohre ausmachen.
Auch hier entstellt beim Bruch eines Dampferzeugerrohres 16 oder einer Auslassleitung 21 ein nur relativ langsamer Dampf- oder Wasseraustritt in das Innere des Reaktorgehäuses, wes halb die sich ergebende gefährliche Situation beizeiten erkannt werden kann und geeignete Sicherheitsmassnah- men erriffen werden können.
Die' oberen @chraubenlinienförinigen ,Abschnitte der Dampferzetigerrohre 16. also die in dem Oberhitzer 59 liegenden Rohre, bestehen üblicherweise aus verhältnis- mässig kostspieligem hochlegiertem Stahl, damit sie den hohen Drücken und Temperaturen im Überhitzer mög lichst gut angepasst sind. Häufig ist es jedoch nicht erforderlich, auch den Ekononiiser-Verdampfer aus dem -!eichen Hochlegierten Stahl zu bauen, weil die Tempera turen dort niedriger liegen.
Dementsprechend ergibt sich eine ('bei 60 angedeutete) Schweissnaht in jedem Dampf- erzeugerrohr 16 zwischen dessen hochlegiertem und dem niedriger legierten Abschnitt. Wenn diese Schweissstelle, an der zwei verschiedene Metalle zusammenstossen, den extremen Temperaturen des Kühlgases ausgesetzt ist, kann die Schweissnaht rissen wegen der tmterschiedli- clien Wärmedehnung oder wegen thermischer Spannun gen infolge des hohen Temperaturgradienten in der Rohrwand.
Uni die Bimetall-Schweissstellen an den Dampferzeugerrohren 16 zu isolieren, werden die Ab schnitte der Dampferzeugerrohre zwischen dem Ekono- miser-\'erdanipfer 58 und dem Oberliitzer 59 radial einwärts in eine Stellung geleitet, wo sie neben der äusseren Zwischenüberhitzerleitung 52 liegen. Dann laufen diese Abschnitte axial aufwärts zum oberen Teil des Cberhitzers 59 Lind gehen radial nach aussen so weit wie nötig, um in die Schraubenlinienkrümmung überge hen zu können.
Die Bimetall-Schweissstellen 60 werden in den vertikalen .Abschnitt der Dampferzeugerrohre 16 neben die äuss@_re Zwischenüberhitzerleitung 52 gelegt. Ein Leitblech 61, etwa in Form eines Halbringes, verläuft ausserhalb der äusseren Zwischenüberhitzerlei- tung 52 oberhalb der Binietall-Schweissstellen, führt dann vertikal nach unten an diesen Schweissstellen vorbei und wendet sich nach innen, um die äussere Zwisch,:nüberhitzerleitung 52 zu berühren.
Dadurch wird erreicht, dass der die Dampferzeuerrohre durch ziehende Gasstrom, vor allem der den' Überhetzer 59 durchziehende Gasstrom, nach aussen weg von den Bimetall-Schweissstellen der Dampferzeugerrohre abge lenkt wird.
Bei den gezeichneten und beschriebenen Rohrbün- deln steigt im Ekonomiser-Verdampfer 58 der Wasser- Danipf-Strom aufwärts in den Rohrschlangen, während dr Dampfstrom im Überhetzer 59 in den Rohrschlangen b w, ärts g- -richtet ist. Tatsächlich könriii dic Absc,iiiit,
e der Dampferzeugerrohre 16 zwischen den Schraubenli nien so gelegt sein, dass unterschiedliche Strömungsrich tungen entstehen, Lind das Leitblech 61 soll so ausgebil det sein, dass es einen Schutz für die Bimetall-Schweiss- stellen darstellt.
Der gezeichnete Dampferzeuger 14 soll, wie schon envälint, einen Zwischenüberhitzer 62 umfassen. Der Zwischenüberhitzer 62 besteht aus einer Anzahl Dampf erzeugerrohre 63, deren Mittelabschnitte in Form eines Rohrbündels mit konzentrischen Schraubenlinien gelegt sind. Der Betriebsdruck in einem Zwisehenüberhitzer liegt normalerweise bei oder wenig unter deni Druck des ihn unigebenden Kühlgases.
Daher brauchen keine inne ren Endkammern für den Zwi schenüberhitzer 62 vorge sehen zu werden. Aus weiter unten erläuterten Gründen wird der Zwischenüberhitzer 62 bezüglich der Kühlmit- telstrÖmung stromaufwärts vom Überhetzer 59.und vom Ekopomiser 58 angeordnet, so dass der Kühlmittelstrom über den Zwischenüberhitzer 62 streicht, ehe er den Überhitzet 58 und den Ekonomiser 58 erreicht.
Der Dampf wird durch die Zwischenüberhitzerleitungen 52 und 53 zum und vom Zwischenüberhitzer 62 geleitet. Die Leitungen 52 und 53 verlaufen koaxial innerhalb des Dampferzeugers<B>14</B> durch die Mitten der von den Dampferzeugerrohren 16 gebildeten Schraubenlinien.
Die Leitungen 52 und 53 laufen mit ihren oberen Enden in eine Endkammer 64 für den Zwischenüberhit- zer ein. Das obere Ende der inneren Zwischenüberhitzer- leitung 53 weist einen nach aussen abgewinkelten Ring flansch 66 auf, der an die Innenwand der Endkammer 64 geschweisst ist und unterteilt damit die Zwischen überhitzer-Endkammer in eine ringförmige Einlasskam- mer 67 und eine Auslasskammer 68.
Der zwischenzu- überhitzende kalte Eingangsdampf läuft durch den äus- seren der beiden, von den Leitungen 52 und 53 gebildeten Kanäle. Deswegen befindet sich die äussere Zwischenüberhitzerleitung 52 gegenüber der inneren Leitung 53 auf einer niedrigeren Temperatur und kann daher leichter einem Druckunterschied widerstehen, der zwischen dem Kühlgas und dem zwischenzuüberhitzen- den Dampf besteht.
Die Zwischenüberhitzerrohre 63 münden in die beiden Kammern 67 und 68 und rufen, wie in der Zeichnung dargestellt, einen Zwischenüberhit- zer-Dampfstrom hervor, der entgegen der Richtung des Kühlgasstroms aufsteigt. Jedoch hat die Richtung der Strömung im Zwischenüberhitzer keine entscheidende Bedeutung.
Das untere Ende der inneren Zwischenüberhitzerlei- tung 53 hat die Form eines Wehrohrs 65 und durchsetzt eine Wand 70, die quer in der äusseren Zwischenüber- hitzerleitung 52 liegt. Diese Wand bildet zusammen mit dem geschlossenen unteren Ende der Leitung 52 einen Raum für die Aufnahme des zwischenüberhitzten Damp fes.
Eine Ausmündung 72 ist zum Anschluss dieses Raumes an eine nicht gezeichnete Leitung für zwischen überhitzten Dampf vorgesehen. hlit dem Inneren der äusseren Leitung 52, und zwar oberhalb der Wand 70, steht eine Eintrittsöffnung 71 in Verbindung, durch die zwischenzuüberhitzender Dampf in den Ringraum 7wi- schen den Leitungen 52 und 53 geleitet werden kann. Mit der Eintrittsöffnung 71 steht eine nicht gezeichnete Leitung in Verbindung, die zwischenzuüberhitzenden Dampf führt.
Weil das Kühlas die Zwischenüberhitzerrohre 63 überstreichen muss, ehe es zu dem Überhitzet gelangt, ergibt sich ein wesentlicher Vorteil aus der Lage des Zwischenüberhitzers 62 in der gezeichneten sind be Schriebenen Form, weil dadurch alle un,e,vöhnlichen Schwankungen der Gastemperatur gedämpft werden. bevor das Gas den Überhitzet 59 erreicht.. Die Ausfüh rung des Überhitzers ist deswegen weniger ausschlagge bend, nachdem er vor extremen Temperaturschwankun gen geschützt ist.
Als weiterer und bemerkenswerter Vorteil ist anzuse hen, dass der Zwischenüberhitzer in seiner beschriebe nen Lage die Möglichkeit hat; eine Kühlung im Notfall herbeizuführen, indem beim Auftreten eines Lecks im Wasser-Dampf-System ein Hilfs-Kühl-System benutzt wird.
Dieses Hilfs-Kühl-Svstem 69 (Fig. 1) ist durch geeignete, nicht gezeichnete Ventile an die Einlass- bzw. die Auslassöffnung 71 bzw. 72 an den unteren Enden der Zwischenüberhitzerleitungen 52 bzw. 53 anschliess- bar. Beim Verlust von Dampf und Wasser aus dem Dampf-Wasscr-System 29 und einem entsprechend Füllungsverlust der Dampferzeugerrohre 16 und f' kann das Hilfs-Kühl-System 69 eingeschaltet werde:
Die das Zusatzkühlsystem mit den Zwischenüberhitze leitungen verbindenden Schieber können geöffnet we den, so dass ein Kühlmittelstrom, z. B. ein Strom vc Wasser, durch die Leitungen 63 des Zwischenüberhitze; Systems fliesst.
Ein solches Kühlmittel kann eine wesen lieh niedrigere Temperatur haben, als sie normalerwek im zwischenzuüberhitzenden Dampf herrscht, und as diese Weise lässt sich die von dem Zwisehenüberhitze: kreis hervorzurufende Wärmeabfuhr in einer solche Notfailsituation erheblich steigern.
Der Zwischenüberhi zer kann dadurch so viel Wärme aus dem Kühlgz abführen, dass sich eine Überhitzung der Dampferzes aerrohre 16 und 63 vermeiden lässt; damit bleiben si auch vor Zerstörung bewahrt.
Die Erfindung schafft somit einen verbesserte Dampferzeuger für einen gasgekühlten Kernreaktor welcher zusammen mit dem Reaktorkern und mit de Umwälzeinrichtung im Reaktorgehäuse untergebrach ist.
Kernreaktor und Dampferzeuger gemäss der Erfin dun<B>\g</B> mildern die Folgen eines plötzlichen Austritts vo; Dampf oder Flüssigkeit oder von beidem in das Reaktor gehäuse, so dass sich Drucküberlastung des Reaktorge häuses und chemische Reaktionen zwischen Flüssigkei ten und anderen Teilen des Reaktors vermeiden lasset Die Ba;
rveise des Dampferzeugers bietet einen Schut sowohl für den Überhitzet als auch für die Bimetall Schweissstellen zwischen dem Cberhitzer und dem Ekc nomiser-Verdampfer.
Wenn der Reaktorkern 12 und der obere Boden 2( weggenommen werden, lassen sich die Dampferzeuge 1.4 aus dem Reaktorgehäuse nach Entfernen des Ver Schlusses 30 durch den Durchlass 25 herausnehmen. Be jedem Dampferzeuger 14 müssen dazu die Rohre 19 unc 21 sind das Abschlussrohr 48 am unteren Ende de Durchführung 28 durchschnitten werden. Dann werden die Schrauben 38 herausgenommen, und der gesamt Dampferzeuger 14 wird angehoben, bis die Rohrbünde 27 oberhalb dos unteren Bodens 26 stehen.
Der unter( Boden 26 besitzt eine nicht gezeichnete Öffnung mi Verschluss, die mit dem Durchlass 25 fluchtet. De Verschluss wird weggenommen, und der Dampferzeuge 14 wird in Flucht mit dem Durchlass 25 gebracht unc durch ihn hindurch abgelassen.,
Steam generator in a nuclear reactor The present invention relates to a steam generator in a nuclear reactor cooled with a flowing coolant, with a number of a liquid-conducting heat exchanger tubes which are arranged in the coolant flow of the reactor. A gas-cooled nuclear reactor has already been proposed in which the entire primary system with the reactor core, the circulators for the primary coolant, the steam generators and the associated main primary cooling lines are housed in one and the same reactor vessel.
The fact that no; external primary cooling lines occur because the entire primary system was enclosed in the reactor vessel, eliminating the possibility of a sudden loss of coolant due to a pipe defect.
If the reactor vessel is made of prestressed concrete, it is not necessary to attach additional, cumbersome biological protection to enclose the steam generator and the main primary cooling line, because the reactor housing itself does this.
In a gas-cooled nuclear reactor for steam generation, the steam-water system often works with a much higher pressure than the cooling gas. If z. For example, if helium is used as the cooling gas, a satisfactory operating pressure for the coolant can be in the region of SO at (700 psi), while the pressure in the inlet part of the steam generating system (e.g. an Econotniser evaporator or a top heater) is higher than 140 at ( 2000 psi).
Of course, the pressure of the water at the feed water inlet is kept slightly higher than the counter pressure generated by the steam, so that a flow can be maintained through the pipes of the steam generator.
A steam generator usually consists of a number of tube bundles; each tube in the bundle terminates in an end chamber which is connected to a water inlet tube and a steam outlet conduit. A leak in one of these end chambers or a fault in the water or steam line with which the end chamber communicates can lead to a rapid drainage of water or steam or both into the reactor housing.
When this occurs, the internal pressure in the reactor housing can exceed the structural design limits due to the ingress of high pressure water or steam. In addition, the graphite moderator, which is often located in the reactor core, can react with the water or steam at the high temperatures at which the reactor operates. Finally, a sudden emptying of a tube in the tube bundle of a steam generator - while hot cooling gas continues to flow through the tube bundle - can overheat the tubes and lead to destruction.
Similar problems can arise with nuclear reactors using other types of coolant, e.g. B. Kühlfluigkei th, are used when there is a sudden break in a steam generator or the associated Rohrleitun conditions. Nuclear reactors in which a similar situation may arise include those that use liquid sodium as the primary coolant and use a steam generator that produces a mercury vapor.
In contrast, the invention creates a steam generator in a nuclear reactor, which is characterized in that some of the heat exchanger tubes form a reheater, which is arranged with respect to the coolant flow in such a way that the coolant flow passes over the reheater before the remaining one, a superheater forming heat exchanger tubes, and that the reheater is provided with means for connecting the same with an auxiliary coolant source,
in order to allow an auxiliary coolant to flow through the intermediate superheater in the event of a defect in the vapor-liquid system and thereby dissipate heat from the reactor coolant.
The invention will now be described on the basis of an embodiment with reference to the accompanying drawing. 1 shows a schematic view of a nuclear reactor, FIG. 2 shows a sectional view of a steam generator according to the invention and its attachment and mounting in a nuclear reactor, FIG. 3 shows, on a larger scale, a section along the line 3-3 in FIG . 2,
4 shows, on a larger scale, a section along the line 4-4 in FIG.
Quite generally, the gas-cooled reactor contains at least one steam generator 14, which has a number of liquid-circulating heat exchanger rollers 16 which are accommodated in a reactor housing 11 which encloses a reactor core 12. The heat exchanger tubes are located in the primary cooling liquid flow, which is maintained by the circulation device 13.
The steam generator also includes end chambers 17 and 18, which are arranged outside the reactor housing and via which liquid is introduced into the heat exchanger tubes and removed from them, with inlet and outlet pressures in these end chambers which are significantly higher than the pressure of the primary cooling liquid in the reactor housing. The steam generator also has a number of inlet lines 19 and a number of outlet lines 21 which are guided through a wall of the reactor housing and establish a fluid connection between the heat exchanger tubes and the end chambers.
From FIG. 1 it can be seen that the reactor indicated there has a reactor core 12 which generates heat in any way from a nuclear fission process. The core is held by suitable auxiliary devices (not shown) in a space 22 which is delimited by the reactor housing 11. The reactor housing is preferably made of prestressed concrete and can have any external shape. The space 22 is essentially cylindrical; it is provided with a lining 23 made of alloy steel, which can be cooled by means not shown.
The reactor according to FIG. 1 represents a gas-cooled reactor with gas circulation devices and steam generating devices which are accommodated together with the reactor core 12 in the reactor housing. In particular, a number of steam generators 14 are housed within the space 22, as well as a number of gas circulation devices 13. The latter can be constructed in any way, but must be able to compress the cooling gas after it has passed through the steam generators, and so again in circulation bring that it can in turn be passed over the reactor core in order to lead heat away from it.
In connection with the coolant flow, the term over should be understood to mean that a flow over any heat exchange surface in the core is also meant as a flow through channels which are provided in the core for cooling purposes.
In the space 22 guide plates are attached, which guide the primary cooling gas flow in the prescribed direction. In detail, these baffles form a cylin drical wall 24 which extends from the core 12 downwards and ends a short distance below the lower end of the core. An upper floor 20 extends across the space 22 just below the core and is close to the lower edge of the cylindrical wall 24 is closed. The steam generator are below the upper floor 20 within the cylindrical baffle plate 24. A lower floor 26 extends transversely to the space 22 near the floor of this space and is connected to the lining 23 tightly.
The gas circulators 13 are located near the cylindrical liner 23 and provide a connection between the area below the lower tray 26 and the rest of the space 22. The cooling gas is passed down through the core 12 within the cylindrical wall 24 and through the steam generator 14 led. The steam generator releases the gas into the space below the lower floor 26. The gas circulators 13 collect the gas in this lower area and push it upwards past the outside of the steam generator so that it flows through the annular gap that separates the baffle plate 24 up to the top The edge of the core 12 surrounds.
The gas then flows back down through the core to transfer the heat generated by the core to the steam generator.
The steam generators 14 feed water is supplied, and steam is wegge from the steam generators leads through tube bundles 27, which each lead away from the associated steam generator down and the reactor housing 11 enforce in passages 28 provided therein. The tube bundles 27 are connected to a steam-water system 29, from which feed water is fed into the steam generator and from which steam is fed into the turbine to drive the electric generators; the turbines and generators are not drawn.
The number of steam generators 14 used depends on the space available in the space 22 and on the required reactor output. In the illustrated reactor system, a central passage 25 with a removable closure 30 is provided in order to be able to remove each individual steam generator in a manner to be explained in the event of a repair. The steam generator are sufficiently small in diameter that they can pass through the passage 25. The steam generators practically match each other exactly, which is why only a single steam generator will be described in detail.
As can be seen from FIGS. 2 to 4, such a steam generator 14 has a cylindrical housing 31 which forms a line for the passage of hot gases through the steam generator. The heat exchanger tubes of the steam generator, which will be described in detail later, are bundled in a suitable manner in the housing 31. Special attachment means for the tube bundle are not shown; the bundles can be arranged on transverse perforated sheets, which can be attached with mutual axial spacing inside the housing 31 on cross members that are drawn across the housing; however, other carriers are also suitable.
At the top the housing 31 is open for the entry of the hot gas; the housing can there be connected to suitable lines or gas ducts through which the hot gas is passed from the reactor core 12 into the housing 31. The lower edge of the housing 31 is connected to the outer edge of an annular flange 32 by welding or in some other way. The flange 32 protrudes upwards / outwards from the edge of a mounting ring 33.
As already mentioned, after the cooling gas has passed over the heat exchanger tubes of the steam generator, it is passed into the space below the lower floor 26. For this purpose, the lower bottom 26 is provided with an opening 34 over which the steam generator 14 is attached. The steam generator 14 is mounted with the help of a clamping ring 36 on which there is an outwardly directed flange 37 through which a number of screws 38 are inserted, which detach the Klemrriring 36: nit the lower bottom 26 on the edge of the inside Connect opening 34.
The lower floor 26 is held at a distance from the lower part of the reactor lining 23, which forms the floor of the space 22, by a number of stiffeners 39, each of which is supported by a load distribution plate 41 attached to this lower part of the lining 23 , facing up. Screws 42 pass through the lower floor 26 and the stands are screwed into inserts 43 located at the base of each stand 39. The space between the small Monta 33 and the clamping ring 36 is sealed with a number of sliding locks 44 in order to allow a thermal expansion of the steam generator 14 relative to the level of the lower floor 26.
As can be seen from FIG. 4, the various steam generators 14 are installed with a mutual spacing so that the edges of the flanges 37 of the various steam generators are immediately adjacent to one another.
A closure device is provided for each passage 28 to prevent coolant or contaminated material from leaking through the passage. The steam generator is attached to the termination device with a number of radial ribs 46. The ribs reach inward from the mounting ring 33 and at their upper ends extend beyond the N, -ion mounting ring 33 to the inside of the housing 31. The lower edges of the ribs 46 are supported on an annular shoulder 47 which projects outward from the wall of a cylindrical end tube 48; the inner edges of the ribs 46 abut the wall of the end tube 48 and are connected to it. The closing pipe 48 extends downward through the passage 28 to the outside of the reactor housing 11.
The lining 23 for the space 22 is also passed to the outside through the passage 28, and the end tube 48 has an outer flange at its lower end 49 which is welded to the lining 23. On the outside of the end tube 48, a ring seal 51 is provided in the vicinity of the upper edge of the passage 28, whereby a sliding seal is created between the end pipe and the lining 23 in the passage.
This sliding seal is resiliently compressible and allows both axial and radial expansion and contraction of the end tube with respect to the lining.
A reheater 62, which is described further below, belongs to the steam generators 14, and the tube bundles 27 have a pair of concentric reheater lines 52 and 53 for conveying steam from and to the reheater 62. The end tube 48 is attached to the outer reheater line 52 by an upper and a lower bushing 54 and 56, respectively.
In Fig. 2 it can be seen that each of the two sleeves 54 and 56 consists of a (vertically extending cylindrical section, a; lower, inwardly facing and an upper, outwardly facing annular flange. The sleeves 56 and 56 can be connected to the end with ilircii flanges . The red 48 and the outer reheating line are welded, however, the lower sleeve is not welded to the outer reheating line 52 in this way; the inward protrudes:
The lower flange of the lower sleeve 56 is provided with an annular, slidable, compressible seal 57 so that the outer conduit 52c of the reheater can expand and contract in axial and radial direction relative to the sleeve 56.
The construction described above for the Abschlw device within the implementation 28 allows c axial and radial thermal expansion of the different. Elements.
This embodiment of the closure device, however, is not the only one that can be used, and other constructions, such as bellows sections, may be used instead to achieve closure and to enable such axial and radial thermal expansion movements. The locking device described above:
With a sliding seal as an additional safeguard for the primary closure, the possibility of a sudden loss of coolant in the event of damage to the primary closure is reduced to a minimum.
The formation of the steam ore pipes 16 will then be explained; Nit individual sections of the pipes are drawn, while the remaining pipe parts are indicated by: center lines. In this way, the clarity of the drawing can be preserved. The design and arrangement of the pipes 1 in the steam generator is not in itself decisive - apart from an exceptional case described later - but the helical shape has proven to be particularly useful for each pipe.
The s formed helical lines of different diameters are arranged coaxially and combined to form a tube bundle. In the illustrated embodiment, each steam generator pipe 16 bi det two helical lines of which the lower part of an economizer-Verdan pfers 58 and the upper part of a superheater 59 is.
The section of each pipe between the economizer loop and the top heater loop is designed in the manner described below.
As mentioned, the operating pressure of the economiser evaporator and that of the superheater essence are higher than the pressure of the cooling gas flowing around the heat exchanger tubes. The cooling gas pressure can be around 40 at (700 psi), but the water-steam pressure in the steam generator tubes can be greater than 1-10 (2000 psi).
Of course, there must be some fixture. di feed water to each individual steam generator pipe; and aimed at steam. A viable solution is the use of end chambers. One is a space with which each individual steamer pipe communicates.
The end comb 2r in turn is connected to a line through which water or steam is supplied to the end chamber or withdrawn before it. Operation at pressures above 140 at (2000 psi) usually requires corresponding pressures in the inlet and outlet end chambers of the steam generator tubes. The outlet pressure is generally kept slightly lower than the inlet pressure to allow flow between the end chambers through the steam generator tubes.
If an end chamber ruptures, a violent leakage of steam or water can occur. Such a leakage within the reactor housing in a nuclear reactor can lead to the maximum permissible pressure of the reactor housing being exceeded, which can destroy the housing and contaminate the environment. If, as is often the case, a graphite-moderated core is used as a component of the reactor core, a chemical reaction between graphite and water can occur because of the high temperature. This causes severe damage in the area of the reactor core, and contamination in large quantities occurs in the reactor housing.
In the embodiment shown, the feedwater inlet end chamber 17 is located below the reactor housing 11 and is connected to the tubes of the economizer evaporator 58 via a number of inlet lines 19. These form part of the Rohrbün del 27, which are guided through the passage 28 within the end tube 48 by means of suitable openings in the outward-facing upper flanges of the sleeves 54 and 56.
In the embodiment shown, each inlet line 19 merges into a steam generator pipe 1.6, so that the steam generator pipes are individually connected to the end chamber 17. Inlet lines and steam generator pipes can each be designed to be connected, but if necessary, smaller additional end chambers can be accommodated in the reactor housing 11 by reducing the number of inlet lines 19. If this is intended, the number of inlet lines 19 should be at least a quarter the number of steam generator tubes 16 make up.
With such a design, a break in an individual inlet line 19 or an individual steam generator pipe only causes a relatively slow pressure increase and a relatively weak steam output within the reactor housing 11. To detect such an increase in pressure or the occurrence of steam, suitable sensing elements can be attached within the reactor housing, so that safety precautions can be initiated before a dangerous state is reached.
Corresponding considerations apply to the design of the steam outlet end chamber 18. In the embodiment shown, each steam generator roller 16 is individually connected on its outlet side via a corresponding outlet line 21 to the outlet end chamber 18. The outlet lines 21 form part of the line system 27, which is grooved through the passage 28 through suitable openings in the inwardly angled lower flanges of the bushings 5-1 and 56.
The outlet lines can be connected to the steam generator tubes, or, as explained in connection with the inlet lines 19, additional end chambers between the outlet of the steam generator tubes 16 and the outlet lines? 1 can be switched. The number of outlet lines should preferably be at least a quarter of the number of steam generator tubes.
Here, too, if a steam generator pipe 16 or an outlet line 21 breaks, the steam or water escaping into the interior of the reactor housing is relatively slow, which is why the resulting dangerous situation can be recognized in good time and suitable safety measures can be taken.
The upper, helical sections of the steam generator tubes 16, ie the tubes located in the top heater 59, are usually made of relatively expensive high-alloy steel so that they are as well adapted as possible to the high pressures and temperatures in the superheater. Often, however, it is not necessary to also build the Ekononiiser evaporator from the -! Oak high-alloy steel because the temperatures there are lower.
Accordingly, there is a weld seam (indicated at 60) in each steam generator pipe 16 between its high-alloy and the lower-alloy section. If this welding point, where two different metals collide, is exposed to the extreme temperatures of the cooling gas, the weld seam can crack due to the different thermal expansion or due to thermal stresses due to the high temperature gradient in the pipe wall.
To isolate the bimetal welds on the steam generator tubes 16, the sections of the steam generator tubes between the economizer 58 and the Oberliitzer 59 are directed radially inward into a position where they lie next to the outer reheater line 52. Then these sections run axially upwards to the upper part of the superheater 59 and go radially outwards as far as necessary in order to be able to transition into the helical curvature.
The bimetallic welds 60 are placed in the vertical section of the steam generator tubes 16 next to the outer reheater line 52. A guide plate 61, for example in the form of a half-ring, runs outside the outer reheater line 52 above the Binietall welding points, then leads vertically downwards past these weld points and turns inward to touch the outer intermediate superheater line 52.
This ensures that the gas stream pulling the steam generator tubes, especially the gas stream flowing through the heat exchanger 59, is deflected outwards away from the bimetallic welds of the steam generator tubes.
In the tube bundles drawn and described, the water-Danipf flow rises upwards in the tube coils in the economizer-evaporator 58, while the steam flow in the condenser 59 is b w, arrts g -directed in the tube coils. In fact, the Para, iiiit,
The steam generator tubes 16 should be placed between the helical lines in such a way that different flow directions arise, and the guide plate 61 should be designed in such a way that it provides protection for the bimetallic welds.
The steam generator 14 shown should, as already described, include a reheater 62. The reheater 62 consists of a number of steam generator tubes 63, the central portions of which are laid in the form of a tube bundle with concentric helical lines. The operating pressure in a secondary superheater is normally at or slightly below the pressure of the cooling gas supplying it.
Therefore, no inner end chambers for the intermediate superheater 62 need to be seen. For reasons explained below, the reheater 62 is arranged upstream of the superheater 59 and the ecopomiser 58 with respect to the coolant flow, so that the coolant flow passes over the reheater 62 before it reaches the superheater 58 and the economizer 58.
The steam is directed to and from the reheater 62 through reheater lines 52 and 53. The lines 52 and 53 run coaxially within the steam generator 14 through the centers of the helical lines formed by the steam generator tubes 16.
The lines 52 and 53 run with their upper ends into an end chamber 64 for the reheater. The upper end of the inner reheater line 53 has an outwardly angled annular flange 66 which is welded to the inner wall of the end chamber 64 and thus divides the reheater end chamber into an annular inlet chamber 67 and an outlet chamber 68.
The cold inlet steam to be reheated runs through the outer of the two channels formed by lines 52 and 53. The outer reheater line 52 is therefore at a lower temperature than the inner line 53 and can therefore more easily withstand a pressure difference that exists between the cooling gas and the steam to be reheated.
The reheater tubes 63 open into the two chambers 67 and 68 and, as shown in the drawing, produce a reheater steam flow which rises counter to the direction of the cooling gas flow. However, the direction of the flow in the reheater is not of decisive importance.
The lower end of the inner reheater line 53 has the shape of a weir pipe 65 and passes through a wall 70 which lies transversely in the outer reheater line 52. This wall, together with the closed lower end of the line 52, forms a space for receiving the reheated steam.
An outlet 72 is provided for connecting this space to a line, not shown, for between superheated steam. With the interior of the outer line 52, namely above the wall 70, there is an inlet opening 71, through which steam to be reheated can be passed into the annular space 7 between the lines 52 and 53. A line (not shown) is connected to the inlet opening 71 and carries steam to be reheated.
Because the cooling gas has to pass over the reheater pipes 63 before it reaches the overheat, there is a significant advantage from the position of the reheater 62 in the form shown, because this dampens all unusual fluctuations in the gas temperature. before the gas reaches the superheater 59 .. The execution of the superheater is therefore less decisive after it is protected from extreme temperature fluctuations.
Another notable advantage is that the reheater has the option in its described position; bring about cooling in an emergency by using an auxiliary cooling system in the event of a leak in the water-steam system.
This auxiliary cooling system 69 (FIG. 1) can be connected to the inlet and outlet openings 71 and 72 at the lower ends of the reheater lines 52 and 53 by suitable valves (not shown). In the event of loss of steam and water from the steam-water system 29 and a corresponding loss of filling of the steam generator pipes 16 and f ', the auxiliary cooling system 69 can be switched on:
The slide connecting the additional cooling system to the reheat lines can be opened so that a coolant flow, e.g. B. a stream vc water, through lines 63 of the reheat; System flows.
Such a coolant can have a substantially lower temperature than normally prevails in the steam to be reheated, and in this way the heat dissipation caused by the overheating circuit can be increased considerably in such an emergency situation.
The Zwischenüberhi zer can thereby dissipate so much heat from the Kühlgz that overheating of the steam ore aer pipes 16 and 63 can be avoided; this also protects them from destruction.
The invention thus creates an improved steam generator for a gas-cooled nuclear reactor which, together with the reactor core and with the circulating device, is housed in the reactor housing.
Nuclear reactor and steam generator according to the invention dun <B> \ g </B> mitigate the consequences of a sudden escape vo; Vapor or liquid or both into the reactor housing, so that pressure overloading of the reactor housing and chemical reactions between liquids and other parts of the reactor can be avoided The Ba;
The steam generator provides protection both for overheating and for the bimetal welds between the superheater and the Ekcomiser evaporator.
If the reactor core 12 and the upper floor 2 (are removed, the steam generators 1.4 can be removed from the reactor housing after removing the closure 30 through the passage 25. On each steam generator 14, the pipes 19 and 21 must be the end pipe 48 on the lower Cut through the end of the passage 28. The screws 38 are then removed and the entire steam generator 14 is raised until the pipe collars 27 are above the lower floor 26.
The bottom 26 has an opening (not shown) with a closure which is aligned with the passage 25. The closure is removed and the steam generator 14 is brought into alignment with the passage 25 and drained through it.,