DD240625A1 - Notkuehlsystem fuer einen druckwasserreaktor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Notkuehlsystem fuer einen Druckwasserreaktor mit mindestens zwei Hauptkuehlmittelleitungen und hat das Ziel, der Gefahr eines Sproedbruches des nach laengerer Betriebsdauer durch Neutronenbestrahlung versproedeten Reaktordruckgefaesses waehrend der Kernnotkuehlung entgegenzuwirken. Die der Erfindung zugrunde liegende technische Loesung geht von der Verwendung einer von mit, in Verbindung mit einer Temperaturregelung, periodisch arbeitender Elektroheizung ausgestatteten Vorratsbehaeltern fuer das Notkuehlmittel in den Hoch- und Niederdrucksystemen und ebensolchen Kernflutbehaeltern im Mitteldrucksystem, sowie von der Verwendung einer bei Totalspannungsausfall im Kernkraftwerk wirksam werdenden und autonom mit Elektroenergie versorgten Durchsatzregelung fuer das aus den Kernflutbehaeltern eingespeiste Notkuehlmittel, welche auf einer indirekten Messung des Durchsatzes des Notkuehlmittels ueber die Veraenderung des Fuellstandes im jeweiligen Behaelter mittels eines kapazitiven Messverfahrens und der Verwendung von Regelventilen in den Verbindungsleitungen zwischen Kernflutbehaeltern und Einspeiseort beruht, aus Figur.

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer wesentlichen Verbesserung des Notkühlsystems für einen Druckwasserreaktor zum Zwecke der Vermeidung der Gefahr eines Sprödbruches des nach längerer Betriebsdauer durch Neutronenbestrahlung versprödeten Reaktordruckgefäßes bei, während der Kernnotkühlung, eintretendem Kontakt zwischen dem eingespeisten Notkühlmittel und dem Reaktordruckgefäß und der Gewährleistung einer kontinuierlichen Zufuhr von Notkühlmittel in das Reaktordruckgefäß im Fall eines Totalspannungsausfalls im Kernkraftwerk.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von der bekannten Lösung für ein Notkühlsystem für einen Druckwasserreaktor mit mindestens zwei Hauptkühlmittelleitungen, welches aus einem redundant ausgelegten Hochdrucksystem, einem redundant ausgelegten Mitteldrucksystem unter Verwendung von Kernflutbehältern und einem redundant ausgelegten Niederdrucksystem besteht, wird erfindungsgemäß eine wesentliche Erhöhung der Wirksamkeit des Notkühlsystems und der Sicherheit der Reaktoranlage durch Vermeidung der Gefahr eines Sprödbruches des nach längerer Betriebsdauer durch Neutronenbestrahlung versprödeten Reaktordruckgefäßes bei, während der Kernnotkühlung, eintretendem Kontakt zwischen dem eingespeisten Notkühlmittel und dem Reaktordruckgefäß und durch die Gewährleistung einer kontinuierlichen Zufuhr von Notkühlmittel in das Reaktordruckgefäß im Falle eines Totalspannungsausfalls im Kernkraftwerk bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit der Arbeit des Hoch- und Niederdrucksystems erreicht. Wesentliche Mängel der bekannten technischen Lösungen bestehen in der Verwendung von kaltem Notkühlwasser und der bei Eintritt eines Totalspannungsausfalls im Kernkraftwerk uneffektiven Nutzung des in den Kernflutbehältern enthaltenen Vorats an Notkühlmittel, da der Einspeisevorgang aus den Kernflutbehältern während der Notkühlung unkontrolliert und nicht geregelt erfolgt.

Erfindungsgemäß werden diese Mängel dadurch beseitigt, daß die Vorratsbehälter des Hoch- und Niederdrucksystems und die Kernflutbehälter mit, in Verbindung mit einer Temperaturregelung, periodisch arbeitenden Elektroheizern zur Gewährleistung einer Temperatur des Notkühlmittels, welche die Gefahr eines Sprödbruches eines nach längerer Betriebsdauer durch Neutronenbestrahlung versprödeten Reaktordruckgefäßes bei Kontakt zwischen Notkühlmittel und Druckgefäß ausschließt, ausgestattet sind, sowie durch eine, bei Eintritt eines Totalspannungsausfalls im Kernkraftwerk wirksam werdende und autonom mit Elektroenergie versorgte Durchsatzregelung für das aus den Kernflutbehältern eingespeiste Notkühlmittel, die aus einem Regelblock und mindestens einem in die Verbindungsleitung zwischen dem jeweiligen Kernflutbehälter und dem Einspeiseort im Primärkreislauf eingebrachten Regelventil besteht, welche ein Leerlaufen der Kernflutbehälter vor dem Starten der Notkühlpumpen durch Notstromaggregate verhindert und gleichzeitig ein Einspeisen der für die Beherrschung der Störfallfolgen minimal erforderlichen Einspeiserate gewährleistet. Das Regelsystem fußt auf einer indirekten Bestimmung der Einspeiserate aus dem jeweiligen Kernflutbehälter über die Messung der Veränderung des Füllstandes des Notkühlmittels im Behälter mit Hilfe eines kapazitiven Meßverfahrens. Das in die Verbindungsleitung zwischen dem jeweiligen Kernflutbehälter . und dem Einspeiseort eingebrachte Regelventil ist im Betriebsfall geöffnet. Erfolgt infolge eines Kühlmittelverluststörfalls bei gleichzeitigem Totalspannungsausfall im Kernkraftwerk eine Druckabsenkung im Primärkreislauf, welche ein Einspeisen aus den Kernflutbehältern auslöst, so wird über den Regelblock bei Überschreiten eines Maximalwertes für den Durchsatz des eingespeisten Notkühlmittels ein Schließvorgang des Regelventils ausgelöst. Dieser Schließvorgang wird beendet, wenn der Durchsatz des eingespeisten Notkühlmittels den Minimalwert, der für eine Beherrschung der Störfallfolgen benötigt wird, erreicht. Wird dieser Wert unterschritten, wird über den Regelblock ein dementsprechendes Öffnen des Regelventils veranlaßt. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit ist das Regelsystem redundant ausgelegt. Bei der Bestimmung des Minimalwertes für den Durchsatz des eingespeisten Notkühlmittels wird vom größten, nach dem jeweiligen Projekt der Reaktoranlage und den geltenden Sicherheitsbestimmungen zu beherrschenden Störfall mit Kühlmittelverlust ausgegangen. Die Durchsatzregelung gestattet erfindungsgemäß eine Beschränkung des benötigten Vorrats an Notkühlmittel in den Kernflutbehältern auf das notwendige Mindestmaß. Es gilt Vkfb = V_min (1 + ε)

wobei V_KFBdas nutzbare Volumen an Notkühlmittel in einem Kernflutbehälter ist, V_min für das die Beherrschung der Störfallfolgen benötigte Volumen an Notkühlmittel aus einem Kernflutbehälter und ε ein Sicherheitskoeffizient, der die Genauigkeit des, Regelvorgangs berücksichtigt und in der Regel kleiner als 0,2 gewählt werden kann, ist. Die, in Verbindung mit einer Temperaturregelung, periodisch arbeitenden Elektroheizer in den Vorratsbehältern des Hoch- und Niederdrucksystems und in den Kernflutbehältern gewährleisten das Aufrechterhalten einer Temperatur des Notkühlmittels zwischen 80⁰C und 90⁰C, was die Gefahr eines Sprödbruchs eines nach längerer Betriebsdauer durch Neutronenbestrahlung versprödeten Reaktordruckgefäßes bei, während der Kernnotkühlung, eintretendem Kontakt zwischen dem Notkühlmittel und dem Druckgefäß, beseitigt, ohne gleichzeitig zu einer wesentlichen Veränderung derWärmeabfuhrausdem Reaktorkern zuführen. Eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Arbeit des Hoch- und Niederdrucksystems wird durch die Verwendung von Mehrwegeumschaltventilen erreicht, welche ein wahlweises Umschalten der Einspeisung des Notkühlmittels entweder in den heißen oder kalten Strang einer Hauptkühlmittelleitung ermöglicht und damit ein Einspeisen von Notkühlmittel in der Nähe eines möglicherweise vorhandenen Leckortes, was zu einem Verlust von Notkühlmittel führen würde, verhindert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung ist ein Notkühlsystem für einen Druckwasserreaktor mit zwei Hauptkühlmittelleitungen, welches aus einem redundant ausgelegten Hochdrucksystem, einem redundant ausgelegten Mitteldrucksystem unter Verwendung von Kernflutbehältern und einem redundant ausgelegten Niederdrucksystem besteht, dargestellt. Die Zeichnung zeigt jeweils einen Strang der genannten Systeme. Das Hochdrucksystem 1 enthält einen Vorratsbehälter 2 für boriertes Notkühlwasser, welcher erfindungsgemäß mit einer periodisch arbeitenden Elektroheizung 3 ausgestattet ist. Die Arbeit der Elektroheizung 3 wird mit Hilfe einer Temperaturregelung 4 bei Messung der Temperatur des Notkühlmittels mit Hilfe der Meßstelle 5 zur Aufrechterhaltung der

geforderten Temperatur des Notkühlmittels im Bereich von 80-90°C gesteuert. Die Versorgung der Elektroheizung 3 mit Elektroenergie erfolgt bei Normalbetrieb über den Eigenbedarftransformator 6, bei Totalspannungsausfall über die Notstromversorgung 7. Das Notkühlmittel wird während der Notkühlung mit Hilfe der Notkühlpumpe 8 über die Rohrleitungen 9 und 10 zum Mehrwegeumschaltventil 11 gefördert. Mit Hilfe des Mehrwegeumschaltventils 11 wird ein Einspeisen des Notkühlmittels wahlweise entweder in den heißen Strang 12 oder in den kalten Strang 13 des nicht absperrbaren Teils der Hauptkühlmittelleitung 14 vorgenommen. Von dort gelangt das Notkühlmittel in den Reaktor 15.

Ein Strang des Mitteldrucksystems 16 enthält zwei Kernflutbehälter 17 für boriertes Notkühlwasser, welche erfindungsgemäß mit je einer periodisch arbeitenden Elektroheizung 18 ausgestattet sind. Die Arbeit der Elektroheizung 18 wird mit Hilfe einer Temperaturregelung 19 bei Messung der Temperatur des Notkühlmittels an der Meßstelle 20 zur Aufrechterhaltung der geforderten Temperatur des Notkühlmittels im Bereich von 80-90⁰C gesteuert. Die Versorgung der Elektroheizung 18 mit Elektroenergie erfolgt bei Normalbetrieb über den Eigenbedarftransformator 6, bei Totalspannungsausfall über die Notstromversorgung 7. Jeder Kernflutbehälter 17 ist mit einem im Totalspannungsausfall wirksam werdenden Regelsystem, bestehend aus einer Meßvorrichtung 21 für die Veränderung des Füllstandes des Notkühlmittels im Kernflutbehälter 17 und nachfolgender Bestimmung des Durchsatzes des eingespeisten Notkühlmittels nach einem kapazitiven Meßverfahren, einem Regelblock 22, einer autonomen Stromversorgung 23 und einem Regelventil 24, zur Regelung des Durchsatzes des eingespeisten Notkühlmittels zwecks Vermeidung eines Leerlaufens der Kernflutbehälter 17 vor dem Starten der Notkühlpumpen 8 und 34 des Hoch- und Niederdrucksystems 1; 29 durch die Notstromversorgung 7 im Falle eines Totalspannungsausfalls im Kernkraftwerk bei Gewährleistung des minimal für ein Beherrschen der Störfallfolgen benötigten Durchsatzes des eingespeisten Notkühlmittels, versehen. Bei Absinken des Druckes im Primärkreislauf im Bereich der Anschlußstutzen in das Reaktordruckgefäß, heißseitig 25 und kaltseitig 26, unter den, durch ein Stickstoffpolster 27 aufrechtgehaltenen. Druck in den Kernflutbehältern 17, öffnen die Rückschlagklappen 28 und es erfolgt ein Einspeisen direkt in das Reaktordruckgefäß, wobei ein Behälter heißseitig über den Anschlußstutzen 25 und ein Behälter kaltseitig über den Anschlußstutzen 26 einspeist.

Das Niederdrucksystem 29 enthält einen Vorratsbehälter 30 für boriertes Notkühlwasser, welcher erfindungsgemäß mit einer periodisch arbeitenden Elektroheizung 31 ausgestattet ist. Die Arbeit der Elektroheizung 31 wird mit Hilfe einer Temperaturregelung 32 bei Messung der Temperatur des Notkühlmittels an der Meßstelle 33 zur Aufrechterhaltung der geforderten Temperatur des Notkühlmittels im Bereich von 80-90°C gesteuert. Die Versorgung der Elektroheizung 31 mit Elektroenergie erfolgt bei Normalbetrieb über den Eigenbedarfstransformator 6, bei Totalspannungsausfall über die Notstromversorgung 7.

Das Notkühlmittel wird während der Notkühlung mit Hilfe der Notkühlpumpe 34 über die Rohrleitung 35 zum Mehrwegeumschaltventil 36 gefördert. Mit Hilfe des Mehrwegeumschaltventils 36 wird erfindungsgemäß ein Einspeisen des Notkühlmittels wahlweise entweder in den heißen Strang 12 oder in den kalten Strang 13 des nicht absperrbaren Teils der Hauptkühlmittelleitung 14 vorgenommen. Von dort gelangt das Notkühlmittel in den Reaktor 15. Das Niederdrucksystem 29 wird nach Leerlaufen des Vorratsbehälters 30 auf Sumpfbetrieb umgestellt. Dabei wird als Notkühlmittel das sich im Verlauf eines Kühlmittelverluststörfalls im Sumpf 37 des Druckraumsystems angesammelte Kühlmittel verwendet, welches über die Rohrleitung 38 und den Havariekühler 39 zur Saugseite der Notkühlpumpe 34 geführt wird, von wo, wie beschrieben, ein Einspeisen in den nicht absperrbaren Teil der Hauptkühlmittelleitung 14 erfolgt. Der Havariekühler 39 wird vom System — Technisch Wasser—40 mit Kühlmittel versorgt und dient der Abkühlung des aus dem Sumpf 37 geförderten Notkühlmittels auf das geforderte Temperaturniveau von 80-90°C. Die Notkühlpumpen 8 bzw. 34 des Hoch- bzw. Niederdrucksystems 1; 29 befinden sich vor dem Auslösen des Einspeisevorgangs in heißer Reserve und sind auf Behälterbetrieb umgestellt. Die Notkühlpumpe 8 des Hochdrucksystems 1 fördert zu diesem Zweck Notkühlmittel aus dem Vorratsbehälter 2 und speist dieses über die Rohrleitungen 9 und 41 wieder in den Vorratsbehälter 2 zurück. Die Notkühlpumpe 34 des Niederdrucksystems 29 fördert zu diesem Zweck Notkühlmittel aus dem Vorratsbehälter 30 und speist dieses über die Rohrleitungen 35 und 42 wieder in den Behälter 30 ein. '

Gemäß dem Ziel der Erfindung wird, wie im Ausführungsbeispiel dargelegt, die Gefahr eines Sprödbruches des nach längerer Betriebsdauer durch Neutronenbestrahlung versprödeten Reaktordruckgefäßes bei, während der Kernnotkühlung, eintretendem Kontakt zwischen dem Notkühlmittel und dem Druckgefäß beseitigt und eine kontinuierliche Zufuhr von Notkühlmittel in das Reaktordruckgefäß im Falle eines rotalspannungsausfalls im Kernkraftwerk bei gleichzeitiger effektiver Nutzung des Vorrats an Notkühlmittel in den Kernflutbehältern 17 gewährleistet. Eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Arbeit des Hoch- und Niederdrucksystems 1; 29 wird erreicht.

Claims (4)

1. Patentanspruch:

   1. Notkühlsystem für einen Druckwasserreaktor mit mindestens zwei Hauptkühlmittelleitungen bestehend aus einem redundant ausgelegten Hochdrucksystem, einem redundant ausgelegten Mitteldrucksystem unter Verwendung von Kernflutbehältern und einem redundant ausgelegten Niederdrucksystem, gekennzeichnet dadurch, daß die Einspeisung des Notkühlmittels durch das Hoch- und Niederdrucksystem (1; 29) mit Hilfe von Notkühlpumpen (8; 34) aus mit, in Verbindung mit einer Temperaturregelung (4; 32), periodisch arbeitenden Elektroheizern (3; 31) ausgestatteten Vorratsbehältern (2; 30) für das Notkühlmittel erfolgt.
2. 2. Notkühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kernflutbehälter (17) des Mitteldrucksystems mit, in Verbindung mit einer Temperaturregelung (19), periodisch arbeitender Elektroheizung (18) ausgestattet sind.
3. 3. Notkühlsystem nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Falle eines Totalspannungsausfalls im Kernkraftwerk eine autonom mit Elektroenergie versorgte Durchsatzregelung für das aus den Kernflutbehältern (17) eingespeiste Notkühlmittel wirksam wird, die auf einer indirekten Messung des Durchsatzes des eingespeisten Notkühlmittels über die Veränderung des Füllstandes im jeweiligen Kernflutbehälter (17) mittels eines kapazitiven Meßverfahrens und der Verwendung von Regelventilen (24) in den Verbindungsleitungen zwischen den Kernflutbehältern (17) und dem Einspeiseort beruht.
4. 4. Notkühlsystem nach Anspruch 1 und/oder 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Einspeisung des Hoch- und Niederdrucksystems (1; 29) mit Hilfe von Mehrwegeumschaltventilen (11; 36) wahlweise in den heißen oder kalten Strang (12; 13) einer Hauptkühlmittelleitung (14) erfolgt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Notkühlsystem für einen Druckwasserreaktor mit mindestens zwei Hauptkühlmittelleitungen, bestehend aus einem redundant ausgelegten Hochdrucksystem, einem redundant ausgelegten Mitteldrucksystem unter Verwendung von Kernflutbehältern und einem redundant ausgelegten Niederdrucksystem.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Druckwasserreaktoren besitzen zur Beherrschung eines Kühlmittelverluststörfalls sogenannte Not- und/oder Nachkühlsysteme. Die Notkühlsysteme unterteilen sich dabei gewöhnlich weiter in Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdrucksysteme, wobei diese Systeme redundant zur Erhöhung ihrer Zuverlässigkeit ausgelegt sind. Ein Strang des Hochdrucksystems besteht im allgemeinen hauptsächlich aus einem Vorratsbehälter für kaltes, zum Zwecke der Gewährleistung eines unterkritischen Zustandes des Reaktors, gewöhnlich stark boriertes Notkühlwasser und einer Notkühleinspeisepumpe. Das Notkühlmittel wird gewöhnlich in den kalten Strang einer Hauptkühlmittelleitung eingespeist. Eine Einspeisung kann jedoch auch in den heißen Strang oder direkt in das Reaktordruckgefäß heiß- und/oder kaltseitig erfolgen. Das Mitteldrucksystem besteht, wie aus der US-Patentschrift 3528884 bekannt, hauptsächlich aus Kernflutbehältern und in die Verbindungsleitungen zwischen den Kernflutbehältern und dem Einspeiseort eingebrachten Rückschlagklappen. In den Kernflutbehältern befindet sich gewöhnlich stark boriertes kaltes Notkühlwasser unter einem Stickstoffpolster, welches zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Druckes im Behälter dient. Sinkt der Druck im Primärkreislauf infolge des Kühlmittelverlustes unter den Druck im Kernflutbehälter, öffnet sich die Rückschlagklappe in der entsprechenden Verbindungsleitung zum Primärkreislauf und es erfolgt ein Einspeisen des kalten Notkühlmittels in den Primärkreislauf. Ein Einspeisen erfolgt entweder direkt in das Reaktordruckgefäß oder indirekt über die Hauptkühlmittelleitungen entweder heiß- oder kaltseitig bzw. heiß- und kaltseitig. Gewöhnlich bilden zwei Kernflutbehälter einen Strang des Mitteldrucksystems. Ein Strang des Niederdrucksystems setzt sich im allgemeinen aus einem Vorratsbehälter für kaltes, boriertes Notkühlwasser, einer Notkühlpumpe und einem Havariekühler zusammen. Dieses System dient neben der Flutung des Reaktorkerns bei großen Kühlmittelverluststörfällen der Abfuhr der Restwärmefreisetzung über einen längeren ^; , Zeitraum. Es kann nach Leerlaufen des Vorratsbehälters auf Sumpfbetrieb umgeschaltet werden. Bei Eintreten eines großen oder mittleren Kühlmittelverluststörfalles ohne gleichzeitigem Vorliegen eines Totalaspannungsausfalls im Kernkraftwerk kommt es infolge der Druckabsenkung im Primärkreislauf zunächst zum Einspeisen von kaltem Notkühlmittel aus dem Hochdrucksystem. Erfolgt eine weitere Druckabsenkung, beginnen aufeinanderfolgend das Mitteldruck- und das Niederdrucksystem mit dem Einspeisen von kaltem, borierten Notkühlwasser. Die durch den Druckabfall wirksam gewordene Reaktorschnellabschaltung und die Dichteänderung des Kühlmittels führen zu einer Reaktorabschaltung, das Einspeisen von Borsäure mit dem Notkühlmittel gewährleistet einen andauernden unterkritischen Zustand des Reaktors. Die Wärmeabfuhr aus dem Reaktorkern ist gewährleistet. Bei Eintreten eines großen oder mittleren Kühlmittelverluststörfalles und gleichzeitigem Vorliegen eines Totalspannungsausfalls im Kernkraftwerk steht für eine Reaktornotkühlung zunächst nur das Mitteldrucksystem zur Verfügung.

   Erst zu einem späteren Zeitpunkt können die Notkühlpumpen des Hoch- und Niederdrucksystems mit Hilfe der Notstromversorgung gestartet werden. Ein Nachteil der bekannten technischen Lösungen besteht darin, daß in diesem Fall entweder keine kontinuierliche Zufuhr von Notkühlmittel in das Reaktordruckgefäß gewährleistet werden kann, da die Kernflutbehälter vor dem Starten der Notkühlpumpen leerlaufen oder eine unnötige Erhöhung des Vorrates an Notkühlmittel in den Kernflutbehältern erforderlich ist. Weiterhin berücksichtigen die bekannten technischen Lösungen nicht, daß das Reaktordruckgefäß nach längerer Betriebsdauer, insbesondere zum Ende der Nennlebensdauer, auf Grund der Neutronenbestrahlung stark versprödet ist. Bei, infolge des Eintritts eines Kühlmittelverluststörfalls, notwendigem Einspeisen von Notkühlmittel kann somit der Kontakt von kaltem Notkühlmittel mit dem versprödeten Druckgefäß zu einem Sprödbruch des letzteren führen, was zu einer nicht zulässigen Ausweitung der Störfallfolgen und zu einer erhöhten radiologischen Belastung der Umgebung führt. Dieser Nachteil gewinnt zunehmend an Bedeutung, da im Rahmen von Rekonstruktionsmaßnahmen eine Erhöhung der Lebensdauer von über längere Zeit betriebenen Reaktoranlagen vorgesehen ist.