DE1564162A1

DE1564162A1 - Vorrichtung zum Abziehen der Waerme aus einem Kernreaktor

Info

Publication number: DE1564162A1
Application number: DE19661564162
Authority: DE
Inventors: Pierre Vitry
Original assignee: Indatom
Current assignee: Indatom
Priority date: 1965-07-09
Filing date: 1966-07-08
Publication date: 1970-01-02
Also published as: US3379616A; GB1088787A; FR1449917A

Description

äfte
/"S--^-ßaete u '

410-11.599P(11.600H) ' 8.7-1.966 .

IND AT 0 M,. Paris (Frankreich)

Vorrichtung zum Abziehen der Wärme aus einem Kernreaktor

Die Erfindung bezieht' sich, auf eine Torrichtung zum Ab-3iehen der Wärme aus einem Kernreaktor, die insbesondere für Reaktoren mit "integriertem Wärmeaustauscher" bestimmt ist, d.h. für Reaktoren, bei denen der Reaktorkern und die Wärmeaustauscher in einem gemeinsamen Druckbehälter mit biologischem Schutz bzw. einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

Bei bekannten Reaktoren dieser Art wird das primäre Kühlmittel, d.h. im allgemeinen ein Gas, durch Gebläse in Umlauf gehalten, die in Öffnungen des Gehäuses eingebaut und mit dem Ausgang der Wärmeaustauscher verbunden sind, während das sekundäre Kühlmittel, mit dem die Wärme an einen äußeren Energienutzungskreis übertragen wird, über Rohrstutzen i die ebenfalls durch die Gehäusewand hindurchgehen, zum Austauscher geleitet und aus diesem wieder herausgeführt wird.

Im Falle yon Leckagen des sekundären Kühlmittels in Primärkreis hinein .infolge einer Schadhaftigkeit oder beim Reißen von Wärmeaustauscherrohren kann der Teil des Wärmeaustauschers, der das schadhafte Rohr umfaßt, unmittelbar von außen her durch automatisch arbeitende oder betätigte Ventile isoliert bzw. abgetrennt werden, ohne daß der Reaktorbetrieb übermäßig gestört wird, in der Weise, daß ein Abschalten des Reaktors für die Vornahme eines erforderlichen Eingriffs am schadhaften Rohr unter vollständiger Sicherheit vorgenommen werden kann.

Bei einem ausgedehnten Zwischenfall, wie beispielsweise beim Bruch von mehreren Rohren, kann es jedoch notwendig werden, entweder einen oder mehrere Austauscher innerhalb des Gehäuses zu reparieren oder^ie aus diesem herauszunehmen und durch neue zu ersetzen. Diese letztere Operation erfordert nach Abschalten des Reaktors Maßnahmen innerhalb des Gehäuses zum Lösen aller Verbindungen des Wärmeaustauschers mit Organen innerhalb des Reaktorgehäuses, bevor er durch eine Öffnung im Gehäuse herausgenommen werden kann.

Derartige Maßnahmen oder Eingriffe innerhalb des Reaktorgehäuses sind bei Reaktoren vom Graphit-Gas-Typ möglich, da bei diesen der Kontaminationspegel im Primärkreis normalerweise relativ niedrig ist. In Hoehtemperaturreaktoren, bei denen als Brennstoff mit Pyrolysegraphit umhüllte Teilchen aus

809881/0888

■■■" ■■ .■ . . '. - 3 - ■■..■■.

spaltbarem Material verwendet werden, die entweder in prismatischen Elementen eingeschlossen sind oder einfach in Form von Kugeln vorliegen, ist dagegen ein solcher Eingriff in das Innere des Reaktorgehäuses wegen der Verseuchung des primären Kühlmittels und damit der Oberfläche im Innern des Gehäuses problematisch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, jeden Eingriff im Innern des Reaktorgehäuses für die Entnahme von Wärmeaustauschern zu vermeiden. .

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Torrichtung zum Abziehen der Wärme aus einem Kernreaktor vom Typ mit integriertem Wärmeaustauscher, bei dem Gebläse zur Umwälzung des Kühlgases in Öffnungen des Gehäuses angeordnet sind, die im wesentlichen gekennzeichnet ist durch einen herausnehmbaren Stopfen zum Verschließen der Gehäuseöffnung, in dessen Zentrum ein Gebläse für die Umwälzung des primären Kühlmittels befestigt ist; einen Wärmeaustauscher koaxial zu diesem Gebläse in der Verlängerung des Stopfens, der ebenfalls an diesem Stopfen befestigt ist; eine gerade Leitung koaxial zu dieser Anordnung zur Verbindung der Ansaugseite des Gebläses mit dem Wärmeaustauscher; einen diese gerade Leitung umschließenden zylindrischen Kasten bzw. ein solches Gehäuse zur Befestigung des Austauschers an des Stopfen; und gerade Verteiler- bzw. Sammelleitungen für die Zu- und Abführung des

909Ö81/Ö689 BAD original

sekundären Kühlmittels, die durch den Stopfen hindurchgehen und um das Gebläse herum angeordnet sind, die zum einen innerhalb des zylindrischen Gehäuses mit den Rohren des Kühl-mittelkreises und zum anderen mit einem äußeren Energienutzungskreis verbunden sind.

Die gesamte Kühlvorrichtung ist also mit dem Stopfen, der das Gebläse trägt, fest verbunden und nicht mehr mit irgendeinem im Innern des Reaktorgehäuses festen Organ verschweißt; die übrigen Teile des Reaktors werden also durch das Einsetzen oder Herausnehmen dieser Anordnung, d.h. durch ihre Lageänderungen in vertikaler Richtung in keiner Weise beeinflußt. Im übrigen ermöglicht der geringe Platzbedarf dieser Vorrichtung die Ausführung von austauschbaren Standardelementen, die geeignet sind, in variabler Zahl in einen Reaktor eingebaut zu werden.·

Verschiedene weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer als Beispiel und nicht einschränkend angegebenen Ausführungsart hervorgehen. Die Beschreibung bezieht sich auf die angefügten Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 ein Schema für eine Ausftihrungsart eines Kernreaktors, der mit einer erfindungsgemäßen " Vorrichtung zum Abziehen der Wärme versehen ist}

90988170683

Fig. 2 einen Längsabsehnitt durch eine im Reaktor einge-■ baute Vorrichtung zum Abziehen der Wärme, wcfbei lediglich der obere Teil des Wärmeaustauschers gezeigt wird;

Pig. 3 einen Schnitt in Richtung III-III der Pig. 2; und

Fig. 4 eine Variante des Systems zur Abdichtung und Verriegelung der Vorrichtung im Reaktor in vergrößertem Maßstab. . -. .

Bei der in ELg. 1 gezeigten Ausführungsart eines Kernreaktors ist der Kern 2 im Zentrum eines Gehäuses 4 aus Spannbeton untergebracht und das System zum Abziehen der Wärme ist um diesen herum angeordnet. Dieses'System umfaßt eine gewisse Anzahl von Vorrichtungen 6 gemäß der Erfindung; die obere Platte 4a des Gehäuses hat folglich eine entsprechende Anzahl von Durchtrittsöffnungen 8, in denen jeweils eine dieser Vorrichtungen 6 befestigt is"b.

Das primäre Kühlmittel ist ein^Gas, wie beispielsweise Helium, das durch den Reaktorkern zirkuliert und. an dessen unterem Ende durch einen •'Überfang¹' (jupe) 12 zum Einlaß dieser Vorrichtungen gelenkt wird, die mit einem sehr geringen Spiel verschiebbar in einer Verlängerung 14 dieses "Überfangen" 12 montiert sind. Thermische Dehnungen der Vorrichtung in vertikaler Richtung gegenüber den inneren Aufbauten des Reaktors können damit frei stattfinden. :

909381/068

Jede dieser Vorrichtungen umfaßt einen Wärmeaustauscher 18, der an einem zylindrischen Kasten bzw. Gehäuse 16 (Fig.2) befestigt ist, welcher bzw. welches wiederum mit dem unteren Teil eines Stopfens 20 zum Verschließen der entsprechenden Öffnung 8 fest verbunden ist.

Eine Leitung 22 in der Achse dieses Zylinders 16 verbindet den Ausgang des Wärmeaustauschers 18 mit der Ansaugseite eines Gebläses 10 mit vertikaler Achse, das im Zentrum des Stopfens 20 befestigt ist, während die Druckseite 23 dieses Gebläses empfindlich parallel zur Innenwand des Reaktorgehäuses zu den Öffnungen 24 des Zylinders 16 hin gerichtet ist.

Der Stopfen 20 umfaßt eine dicke Wand 20c aus Stahl, die den erforderlichen Druck aushält und durch eine Zirkulation von Wasser in den Bohren 26 gekühlt wird; diese Wand bildet eine Verlängerung der dichten Wandung des Reaktorgehäuses. Der Stopfen 20 umfaßt eine Wärmeisolierung 20a, die an die Wand 20c angrenzt und dort festgehalten wird. Der äußere Rand der Wand 20c stützt sich auf einen inneren Anschlag bzw. Vorsprung 30 der Durchtrittsöffnung 8 mit einer konischen Lagerfläche, und er wird durch ein zylindrisches oder Ringteil 2Od verlängert, das an seinem oberen Ende durch eine Platte 2Oe verschlossen ist. Die durch die Platten 2Oe,-20c un das Zylinderteil 2Od gebildete Anordnung stützt das

909881/0689

Gehäuse 21 des Gebläses, und sie ist mit einem Material 20b für die biologische Abschirmung^ vorzugsweise mit Beton, gefüllt. . ·

Wie die J?ig. 2 zeigt, ist der Abstand zwischen der Wand 20c und der Platte 2Oe groß, in':der Weise, daß Vibrationen des Gebläses verhindert werden.

Die Anordnung wird in der vorzugsweise aus Stahl bestehenden zylindrischen Aussteifung 52 der Durchtrittsöffnung 8 gesichert bzw. verriegelt, beispielsweise durch zwei übereinander angeordnete Verriegelungssysterne, deren Jedes durch zwei Binge 34 und 36 gebildet wird, die in einer Art Ringnut in der Aussteifung - 32 angeordnet und durch eine Dichtung 38 mit fconischeni Querschnitt voneinander entfernt gehalten werden, wobei sich der untere Hing 36 der einen Verriegelung gegen die Wand 2Oe preßt, während derjenige der anderen Verriegelung auf einem mit dem ersten System in Kontakt befindlichen Eing 40 ruht. ."

Die Dichtigkeit wird durch" einen faltenbalg 28 aus dünnwandigem Stahl sichergestellt,der zum einen mit der zylindrisahen Aussteifung 32 und zum anderen mit der Platte 2Oe zwisehen den Hingen und der Wärmeisolierung verschweißt bzw. verlötet ist. ,

909881/06 89

Gemäß einer Ausführungsvariante, die in Fig. 4 gezeigt wird, ist ein Dichtungsbalg 35 U-förmig an seinem Ende umgebogen, das an einem mit der Platte 2Oe fest verbundenen Ring oder Stutzen 37 befestigt ist. Dieser Dichtungsbalg wi'rd durch einen Stutzen 39 gegen Deformationen ausgesteift, der durch eine Reihe von ringförmigen Elementen gebildet wird, die untereinander durch ein System voa Schrauben zur Einstellung des Abstandes verbunden sind. Eine Falte 41 im Balg 35 > die mit einer Ausnehmung bzw. Ringnut in dem Stutzen 39 zusammenwirkt, ermöglicht die thermische Ausdehnung des Balges.

Die Verriegelung wird dann vorzugsweise durch zwei Serien von trapezförmigen Keilen bzw. Zwischenstücken 43» 45 erreicht, die gegeneinander gepreßt werden, wobei die Keile der einen Serie sich gegen die Platte 2Oe abstützen, während die Keile 45 der anderen gegen die Wandung einer Ausnehmung der zylindrischen Aussteifung 32 gepreßt werden.

Um das Gebläse 10 herum toten durch den Stopfen 20 eine Gruppe von Sammelleitungen 42 für den Zu- und Abfluß des Strömungsmediums zum Abziehen der Wärme aus dem Wärmeaustauscher, also z.B. die Verteiler- und Sammelleitungen eines Wasser-Dampfkreises; die Sammelleitungen 42 sind innerhalb des Zylinders 16 mit den Enden der Austauscherrohre verbunden.

909881/0689

■ - 9 -

Die Sammelleitungen 42 sind in (wärmeisolierten) Buchsen oder Hülsen 46 (manchettes thermiques) befestigt, die in das Material zur biologischen Abschirmung 2Ob hinein von der Wand 20ο her verlängert sind. Die Sammelleitungen sind wärmeisoliert und durchqueren dann ein pulverförmiges Material 50, mit dem die Durchtrittsöffnung 8 zur Portsetzung der biologischen Abschirmung des Reaktorgehäuses gefüllt ist und sie sind dann außerhalb desselben mit einem nichtgezeigten Energienutzungskreis verbunden. Durch ebenfalls nichtgezeigte Ventile kann jede Sammelleitung 42 beispielsweise beim Bruch eines Wasser- oder Dampfrohres abgesperrt und so von außen her der von ihr versorgte Kreis, d.h. die Wärmeaustauschschleifen oder -kehren der Vorrichtung zum Abziehen der Wärme, automatisch isoliert werden.

Das Gebläse 10 ist selbst mit einem Ventil 11 zum Absperren des Durchganges für jdas primäre Kühlmittel versehen, wodurch jede Zirkulation von heißem Gas in den Austauscher verhindert wird, wenn die Vorrichtung zum Abziehen¹ der Wärme beispielsweise durch Sehließen von Ventilen der Gruppe der Sammelleitungen 42 und Anhalten des Gebläses nicht mehr in Betrieb ist.

Der Durchmesser des Stopfens 20 ist zumindest gleich demjenigen des Austauschers 18. Er ist merklich größer als derjenige des Gebläses 10. Die Zahl der Sammelleitungen 42 kann

909881/0689

daher leicht vervielfältigt werden, wodurch eine Erhöhung der Zahl der automatisch isolierbaren Austauscherschleifen bzw. -kehren und damit eine Verminderung der in jedem dieser Kreise enthaltenen Wasser- und Dampfmasse ermöglicht wird. Die Gesamtmasse des im falle eines Austauscherrohrbruch.es in den Primärkreis entweichenden Strömungsmediums kann somit reduziert werden. Man verwendet beispielsweise (Fig.3) drei Sammelleitungen für jeden Kreis, d.h. drei Verteilerleitungen für die Speisung des Vorwärmers, drei Sammelleitungen für den Überhitzerausgang und sechs Sammelleitungen für Ein- und Ausgang des Uachüberhitzers.

Diese Sammelleitungen sind in dem Stopfen um das Gebläse herum in genügendem Abstand von diesem angeordnet, so daß ein Herausnehmen des Gebläses allein nicht behindert wird.

Der Ausbau der Anordnung kann nach dem Abschalten und Abkühlen des Reaktors vorgenommen werden. Nach Unterbrechen der Verbindung der Sammelleitungen 42 mit dem äußeren (Energienutzungs)Kreis außerhalb des Eeaktorgehäuses, beispielsweise von einer Bühne bzw. einem Boden 52 her, werden das Material 50 entfernt, die Dichtungsbälge abgelötet und dann die Verriegelungen 34, 36 gelöst bzw. ausgebaut. Die Anordnung aus Gebläse 10, Zylinder 16 und Austauscher 18 wird dann in der Öffnung 8 angehoben und vom Reaktor entfernt mit Hilfe einer Hebevorrichtung irgendeiner bekannten

909881/0689

■Art, die außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet ist. Diese Maschine braucht also nicht in das Innere des Gehäuses 4 'vorzudringen, sondern lediglich das Gebläse 10 und den Stopfen 20 zu erreichen. Der Austauscher 18 wird von der Verlängerung 14, in die er einfach gleitend eingesetzt ist, entfernt, wobei kein direkter Eingriff an dieser Stelle notwendig-ist. Beim Herausnehmen tritt die Vorrichtung in eine Schutz- oder Isolierhülle ein.'

Das Wiedereinsetzen der reparierten oder einer analogen Vorrichtung geschieht ebenso leicht durch einfaches Herablassen der Anordnung in das Gehäuse und Wiedereinsetzen der Verriegelungen, der Dichtungsbälge, der Füllmasse und da» Wiederherstellen der ,Verbindung zu den verschiedenen Kreisen. Man verfügt auch über fertig einsetzbare Standardelemente mit vermindertem Platzbedärf, und zwar dank der axialen Anordnung von Gebläse und Austauschern, die in unterschiedlichen Typen von Reaktoren.verwendet werden können, wobei „ihre Zahl je, nach geplanter leistung verliert. Diese Vorrichimngen könneii iia übrigen auch ,oberhalb des Reaktorkerns und nicht an seinem "-,umfang angeordnet werden; das Kühlmittel zirKuliert dann im Kern von unten nach oben und die Austauscher, wer den.im oberen Eeil eines "tiberfanges" oberhalb des Kerns eingebaut. Auch in.diesem Fall wird ihre Anzahl durch die Keaktorl-eistung bestimmt.. Eine Leistung

9 09881/0689

von 700 MWth erfordert beispielsweise die Verwendung von sieben Vorrichtungen von je 100 MWth oder von vier Vorrichtungen von je 175 MWth.

Unabhängig von der Reaktorkonfiguration ist es möglich, ernste Störungen oder selbst einfache Schaden von Organen der Kühlvorrichtung zu beseitigen, indem man die beschädigte Vorrichtung zum Abziehen der Wärme herausnimmt bzw.-zieht, ohne in das Gehäuse selbst vordringen zu müssen, was bedeuten würde, daß eine relativ lange Wartezeit nach Abschalten des Reaktors verstreichen muß, bevor die Reparatur vorgenommen werden kann; die Operation des Herausziehens selbst erfordert nur ein Minimum an Betätigungen und kann damit in verringerter Zeit stattfinden.

Partielle Betriebsstörungen, die beispielsweise bei einem der Rohre auftreten, können in klassischer Weise beseitigt werden durch Absperren von Ventilen der entsprechenden Vorrichtung zum Abziehen der Wärme, nachfolgendes Abschalten des Reaktors und Abschließen bzw. Verstöpseln der beiden Enden des beschädigten Rohres. Die geradlinige Form der Sammelleitungen kann für den Durchgang einer Vorrichtung zur Prüfung des geschädigten Rohres und eines Werkzeuges zum Verschließen seiner Enden ausgenutzt werden, das beispielsweise am Ende einer Pührungsstange befestigt ist. Allein dieses Rohr wird dann isoliert und die anderen können normal weiterbetrieben werden.

909881/0689

■'■-■■.■-■■■ - 13 -

Die Zahl der Sammelleitungen und folglich die Zahl der mit diesen verbundenen Rohre kann je nach Leistung der Vorrichtung variieren und vor allem je nach relativen Abmessungen von Stopfen und Gebläse, In den meisten Fällen sind die Sammelleitungen genügend voneinander entfernt, um durch eine relativ große Menge an Füllmaterial 50 voneinander getrennt zu sein und die Spannseile des Reaktorgehäuses können dann durch diesen Zwischenraum und die Wände der öffnung 8 beispielsweise längs der strichpunktierten Linie A-A (Fig.3) hindurchgehen; diese Seile werden für das Herausnehmen der Vorrichtung demontiert. Es ist so möglich, die Zahl der Vorrichtungen zu vervielfältigen oder sie nahe beieinander anzuordnen, wobei gleichzeitig die Möglichkeit der Ausführung eines genügend festen Reaktorgehäuses gewahrt bleibt.

Es ist selbstverständlich, daß die beschriebene Ausführungsart in unterschiedlicher Weise abgeändert werden kann, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

909881/0689

Claims

156ΑΊ6Ζ - 14 Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abziehen der Wärme aus einem Kernreaktor vom Typ mit integriertem Wärmeaustauscher, in dem die Gebläse für die Umwälzung des Kühlgases in Öffnungen des Gehäuses angeordnet sind, wobei diese Gebläse sowie die Austauscher durch bewegliche bzw. herausnehmbare Stopfen getragen bzw. unterstützt werden, gekennzeichnet durch ein Gebläse (10), das im Zentrum eines herausnehmbaren Stopfens (20) montiert ist; einen Wärmeaustauscher (18), der von demselben Stopfen gehalten wird und in der Verlängerung des Gebläses über ein zylindrisches Gehäuse (16) befestigt ist, das eine geradlinige axiale Leitung (22) für die Verbindung der Saugseite des Gebläses (10) mit dem Austauscher (18) umschließt sowie den Raum für die Verbindung der Kühlmittelrohre mit den Sammelleitungen (42) für den Zu- und Abfluß dieses Kühlmittels, die ebenfalls geradlinig sind und um das Gebläse herum durch den Stopfen hindurchgeführt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauscher (18) durch einen metallischen Mantel begrenzt wird, der an seinem entgegengesetzt zum Stopfen liegenden Ende durch eine Gleitverbindung mit den Inneneinbauten (14) des Reaktorgehäuses für die Zuführung des heißen Kühlmittels verbunden ist.

909881/0689

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Stopfens (20) zumindest gleich demjenigen des Austausehers (18J ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (42). in einem gewissen Abstand von dem Gebläse (10) angeordnet sind und untereinander einen Durchgang für das Herausziehen des Gebläses aus dem Stopfen abgrenzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mehrere geradlinige Sammelleitungen (42) für den Ein- und Ausgang jedes Austauscherkreises, die um das Gebläse herum eingebaut sind. ·

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .der Stopfen (20) eine druckfeste Schutzwand (20c) umfaßt sowie eine Wärmeisolierung (20a) auf der einen Seite und ein Material für die biologische Abschirmung (20b) auf der anderen Seite dieser Wand,.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein System (28, 34, 36/35, 43) zur Verriegelung und Abdichtung des Stopfens (20) in der öffnung (8) des Reaktorgehäuses.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Ventil (11) am Gebläse (10) zum Absperren des/Durehganges für das primäre Kühlmittel bei der Stillegung des Kreislaufes des vrärmeabaiehenden Strömungsmediums.

909881/0 60

Leerseite