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"Sicherheitsanordnung"für außerhalb das Kernreaktor-Druckbehälters
befindliche Anlagen eines Kühlgaskreislaufasm Die vorliegende Erfindung
betrifft eine Sicherheitsanordnung für
außerhalb des Kernreaktor-Druckb:hälters
befindliche Anlagen eines
Kühlgeskreislaufes, wobei das gesamte
in diesen Anlagen befindliche
Volumen auf eine Anzahl einzelner,
annähernd gleichgroße Teilvolueine enthaltender Kreislaufteile aufgeteilt
ist, die untereinander
durch Rohrleitungen verbunden sind.
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Bekannt ist die Anordnung eines Kühlgaskreislaufes
einen Kernreak-
tors, bei der das gesamte in den Anlagen das Kühlgeskreislaufes
be-
findliche Volumen auf eine Anzahl einzelner, annähernd gleich große
Teilvolumina
enthaltender Kreislaufteile aufgeteilt ist, die unter-
einander mit Rohrleitungen
verbunden sind. Das automatische Absperren eines bestimmten
Kreislaufteiles bei plötzlich auftretender Leckage ist bei dieser
Anordnung nicht möglich. (DAS 115 1073)
Das Kühlgas, das unter sehr
hohem Druck steht, stellt eine erhebliche Gefahrenquelle für die Umgebung
eines Kernreaktors dar, da bei
Rohrbrücken oder Schäden an Behältern und Armaturen
des Kühlgas-
kreislaufee radioaktiv verseuchtes Kühlges in die Atmosphäre
aus-
treten kann.
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Um dieser Gefahr zu begegnen, ist es im Kernreaktorbau
üblich, alle
aktives Kühlges führenden Anlagen des Kreislaufas,
die sich außer-
halb dem Kernreaktor-Druckbehälters befinden,
mit einem Schutzmantel
zu umschließen. Der Raum zwischen
den Anlagen und dem Schutzmantel
wird mit einem Sperrges beautachlagt,
dessen Druck etwas höher ist
als der in der unachlossenen
Anlage herrschende Druck. Infolgedessen
strömt bei dem Auftreten von
Leckstellon in der Anlage das Sperrgas
in die Anlage, wodurch verhindert
wird, daß aktives Kühlgas in den
Sperrgasraum eindringt. Die Planung und der
Bau derartiger Sperrgas-
räume sind jedoch mit sehr großen Schwierigkeiten
verbunden, die sich
vor allem bei der konstruktiven Ausführung, bei der Montage
und der
Prüfung der Schutzmäntel einstellen. Ebenso schwierig ist es, die
Kosten
für den Bau solcher Schutzmäntel wenigstens einigermaßen neu abzuschätzen.
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Ähnlich gelagerte Probleme treten bei der. Herstellung und Montage von
Schutzbehältern auf, die die Aufgabe haben, evtl. aus dem
Kühlgeskreialauf
ausgetretenes aktives Kühlgas aufzunehmen und über
eine Umluftanlage
kontrolliert in die Atmosphäre abzugeben. Diese
Behälter müssen druckfest
und au ausgelegt sein, daß sie auch größere
Gasmengen aufnahmen können, wie
sie beim Auftreten einer Störung an-
fallen.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Sicherheitsanordnung
für die außerhalb das Kernreaktor-Druckbehälters befindlichen, aktives Kühlgas
führenden Anlagen anzugeben,
die es gestattet, auf die bisher übliche
Verwendung von Schutzmän-
teln und Schutzbehältern zu verzichten, und die
dennoch ein
höchstmögliches Maß an Sicherheit gegenüber plötzlich auftretenden
Leckagen
für die Anlagen gewährleistet.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgebe wird dadruch
gelöst,
daß unmittelbar vor und hinter jeden Kreislaufteil Rohrbruch-
sicherungen
in die Rohrleitungen derart eingebaut sind, daß sie , bei einer
in einen Kreislaufteil plötzlich auftretenden Leckage auto-
matisch
das betreffende Kreislaufteil gegen die übrigen Teile absperren.
Die
automatische Absperrung wird dadurch ermöglicht, daß bei einen in
einen
Kreislaufteil auftretenden Schaden vor den Kreislaufteil
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in Strömungsrichtung des Kühlgases gesehen - ein Durchflußstoß
er-
zeugt wird, während hinter den-Kreisleufteil eine Rückströmung
ent-
steht. Beide Erscheinungen werden dazu ausgenutzt, um die beiden
vor
und hinter dem betreffenden Kreislaufteil angeordneten Rohrbruch-
sicherungen
zum Ansprechen zu bringen.
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Die Benge an aktiven Kühlgas, die maximal
aus dem beschädigten Kreis-
laufteil austreten kann, wird durch
die Größe der Teilvolumina fest-
gelegt, in die das Gesamtvolumen
der Anlagen unterteilt ist.
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Das aktive Kühlgas, das bis zum Druckausgleich aus dem Kreislauf
aus- strömt, wird über eine Filteranlage geleitet, mit Frischluft ver-
dünnt
und über einen Schornstein in die Atmosphäre abgegeben.
Treten
Kühlgaswengen aua, die kleiner sind als die maximale
Durchflußwengs, so sprechen die Rohrbruchsicherungen nicht an.
Derartige Leckagen werden durch Überwachung der die Anlagen umgebenden
Räume mittels Aktivitätsaeßgeräten festgestellt; die Lokalisierung der
Lecketellen er-
folgt mit Hilfe von Leckanzeige-Geräten,
die nach Abdichten des ver-
dächtigen Kreislaufteiles durch Schließen
der Rohrleitungs-Armaturen eingesetzt werden.
Die
Sicherheitsanordnung gemäß der Erfindung erlaubt es jedoch den
übrigen Kreislauf
autoaatisch,gegen ein Teil der Anlage abzudichten,
in dem plötzlich ein
größerer Schaden oder Bruch an einen Rohr oder
Behälter auftritt. Auf
%aßnahaen wie die Aufstellung von Schutzbe-
hältern und die Alontage
von Sperrgas führenden Ummantelungen kann da-
bei vollständig verzichtet
werden, so daß durch Anwendung der Erfindung
erhebliche Kosten eingespart
werden und sich die Kühlgeakreisläufe wesentlich vereinfachen lassen.
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Vorteilhaft bestehen die Rohrbruchsicherungen bei senkrecht
verlaufen-
den Rohrleitungen aus einem zylinderförmigen Gehäuse mit zwei
in Ab-
stand voneinander angebrachten, ringförmigen Dichtungen sowie einen
auf
zpei Seiten geführten Dichtzylinder, der zwischen den beiden
Dichtungen
in den Gehäuse angeordnet ist. Da bei einem eingetretenen
Störfall die
äange des durch dis Rohrbruchaicherung strömenden Kühl-
gasen größer
ist als in Normalbetrieb, so wird infolge des Strömungs-
widerstandes
der Dichtzylinder gegen den oberen Dichtring gepreßt und
sperrt damit die
Rohrleitung ab. Dieser Umstand tritt ein, wenn die
Rohrbrucheicherung -
in normaler Strömungsrichtung den Kühlgases
gesehen - vor dem Kreislaufteil
angeordnet ist, in den eine Leckage
entstanden ist. In der Rohrleitung oberhalb
den schadhaften Kreislaufteilas und damit auch in der dort befindlichen
Rohrbruchsicherung tritt eine Rückströmung ein, die bewirkt, daß dar Dichtzylinder
in-
folge seines Eigengewichte gegen den unteren Dichtring gepreßt wird
und
den betreffenden Kreislaufteil gegen die übrigen Teile nach oben
abdichtet.
Es tritt also eine Rückschlagwirkung ein. Bei waagerecht
verlaufenden
Rohrleitungen ist hinter den Dichtzylinder in Strömungs-
richtung des Kühlgases
gesehen eine auf die hintere Stirnfläche des
Dichtzylinders
drückende Feder angeordnet. Die Feder sorgt dafür,
daß der Dichtzylinder
beim Auftreten einer Rückströmung gegen den
vorderen Dichtring gepreßt
wird. Ist der Schaden in den betreffenden Kreislaufteil behoben
und soll seine Abdichtung wieder beseitagt werden, so wird zwischen
den Kreislaufteil und der übrigen An-
lage ein Druckausgleich
herbeigeführt, wodurch die vor bzw. unter
den Kreislaufteil angeordnete
Rohrbruchsicherung sich automatisch öffnet. Die Rückschlagwirkung
der oberen bzw, hinteren Rohrbruch-
sicherung wird bei beginnendem
Durchfluß den Kühlgases wieder aufgehoben. Die Größe der Feder
bzw. bei senkrecht verlaufenden Rohr-
leitungen das Gewicht
ist in Abhängigkeit von der maximal durch die
Kreislaufteile fließenden
Kühlgasaenge bestimmt.
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In der Zeichnung ist eine Sicherheitsanordnung gemäß
der Erfindung
schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig.
1 eine Kernreaktoranlage mit der Sicherheitsanordnung, Fig.
2 eine Rohrbrucheicherung in senkrechter Anordnung,
Fig.
3 eine Rohrbruchsicherung in waagerechter Anordnung.
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Die Fig. 1 lädt einen Kernreaktor 6 mit Druckbehälter
erkennen, durch
den ein Kühlgaskreislauf ? geführt ist. Ein großer
Teil der zu den
Kühlgaskreislauf ? gehörenden Anlagen ist außerhalb
den Druckbahältarn angeordnet. Das Volumen dieser Anlagen sei mit
V bezeichnet. Kernreaktor 6 und Kühlgaskreislauf ? sind von einem
Reaktorgebäude 8:
umschlossen. Alle für die Erfindung nicht wesentlichen
Teile der Kernreaktoranlage sind in der Zeichnung weggelassen.
Das Volumen V der
außerhalb des Reaktor-Druckbehälters befindlichen
Anlagen ist in
einzelne, annähernd gleiche Teilvolumina v unterteilt,
deren Grüße
so gewählt ist, daß bei Eintreten eines Störfalles
(Eindringen-von Kühlgas in das Reaktorgebäude 8 infolge Leckage-)
die zulässigen-
Werte an Aktivität und Druck für den Gebäude 8 nicht überschritten
werden.
Die Teilvolumina v werden von einzelnen Kreislaufteilen
1, 2, 3..n aufgenommen,
dis zwangsläufig miteinander durch Rohr-
leitungen 10 verbunden sind. Zwischen
sämtlichen Kreislaufteilen 1,
2...n sind Rohrbruchsicherungen
9 vorgesehen, die so eingerichtet
sind, daß bei einer plötzlich auftretenden
Leckage in einem der Kreis-
laufteile die vor und hinter den betreffenden
Kreislaufteil angeord-
neten Rohrbruchaicherungen automatisch geschlossen
werden. Es kann dann
nur den in diesem Kreislaufteil befindliche Kühlgasvolunen
in das Re-
aktorgebäude 8 austreten.
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In der Fig. 2 ist eine der Rohrbrucheicherungen
9 dargestellt, die in
einer senkrecht verlaufenden Rohrleitung 10 angeordnet
ist. Die
Durchflußrichtung den Kühlgases ist durch Pfeile angedeutet. Die
Rohrbruchsicherung
9 besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse 11,
den auf zwei abgeschrägten
Mantelflächen ja eine ringförmige Dich-
tung 12 bza. 13 aufweist,
sowie aus einem Dichtzylinder 14. Dieser
ist auf zwei Seiten in je einer
Führung 15 bza. 16 gelagert. Das
Gewicht den Dichtzylinders 14 ist
so bemessen, daß sich der Zylin-
der bei normalem Betriebszustand etwa
in der Mitte zwischen den bei-
den Dichtungen 12, 13 befindet und den
Kühlgasdurchfluß somit
nicht behindert.
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Tritt in den Kreislaufteil oberhalb der Rohrbruchsicherung
9 eine
plötzliche, starke Leckage auf, so erhöht sich der Durchfluß
den
Kühlgenen und bewirkt ein Andrücken den Dichtzylinders 14 an die
obere
Dichtung-13. Des Kreislaufteil wird damit nach unten gegen die
übrigen
Anlageteile abgedichtet: Die Absperrung des beschädigten
Teilen nach oben erfolgt in der oberhalb dieses Kreislaufteiles be-
findlichen
Rohrbrucheicherung. In dieser tritt infolge der Leckage
eine Rückströmung
ein, die in Verbindung mit dem Eigengewicht des
Dichtzylinders 14 diesen gegen
die untere Dichtung 12 preßt. Damit
ist das beschädigte Kreislaufteil gegen
die übrigen Kreislaufteile
vollkommen abgedichtet, und an kann in
Höchstfall des in diesem
Kreislaufteil befindlich: Volumen v
in des Reaktorgebäude 8 aus-
treten.
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In der Fig. 3 ist eine Rohrbruchsicherung
9 gezeigt, die für den
Einbau in eine waagerecht verlaufende Rohrleitung
10 gedacht ist.
Ihre lirkungeaeise ist die gleiche, nur wird hier beim
Auftreten
einer Rücketrömung der Dichtzylinder 14 nicht infolge seines
Eigen-
gewichts, sondern durch die Kraft einer Feder 17 gegen dis Dichtung
12
gedrückt. Die Feder 17 ist za@schen der hinteren Stirnfläche'des
Dichtzylinders 14 und einer Abstützung 18 angeordnet.