DE19743333A1 - Abblasevorrichtung und Verfahren zum Abblasen von Dampf - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Sicherheitseinrichtun­ gen für Kraftwerke. Sie bezieht sich auf eine Abblasevorrich­ tung für Dampf aus einem Kraftwerk, insbesondere aus einem Kernkraftwerk, sowie auf ein Verfahren zum Abblasen von Dampf, insbesondere von Frischdampf, aus einem Kernkraftwerk.

In einem Kernkraftwerk wird der in einem Reaktordruckbehälter oder in einem Dampferzeuger erzeugte Dampf über eine Frisch­ dampfleitung zu einer Turbine geleitet. Der Reaktordruckbe­ hälter und der Dampferzeuger sind in einem Reaktorgebäude un­ tergebracht, das einen von einer Schutzhülle umgebenen Si­ cherheitsbehälter aufweist. Die Turbine befindet sich in ei­ nem außerhalb des Reaktorgebäudes gelegenen Maschinenhaus. Von der Frischdampfleitung zweigt in Strömungsrichtung vor einer ersten Absperrarmatur eine in die Atmosphäre mündende Leitung ab. An diese Leitung schließen sich ein Leitungs­ strang mit einem Abblaseregelventil und einem Abblaseabsperr­ ventil sowie parallel zu diesen geschaltet ein Strang mit ei­ nem Sicherheitsventil an. Die parallel geschalteten Stränge münden in einer gemeinsamen Ausblaseleitung. Die Ausblaselei­ tung führt - u. U. zusammen mit den zu anderen Dampferzeugern des Kernkraftwerkes gehörigen Ausblaseleitungen - in einen Schalldämpfer, der eine Austrittsöffnung zur Atmosphäre hin aufweist.

Die Frischdampfleitung sowie auch eine Speisewasserleitung durchdringen sowohl den Sicherheitsbehälter als auch die Schutzhülle des Reaktorgebäudes. Barrieren zwischen dem durch den Reaktordruckbehälter führenden Primärkreis und der Atmo­ sphäre sind demnach die Ventilkegel des Sicherheitsventils bzw. des Abblaseabsperrventils und im Falle eines Druckwas­ serreaktors zusätzlich die Heizrohre des Dampferzeugers, die den Primärkreis von einem Sekundärkreis trennen.

Bei einem Druckwasserreaktor ist der in dem Dampferzeuger er­ zeugte Dampf im Normalbetrieb nicht radioaktiv. Bei einem schweren Störfall könnten, wenngleich auch mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit, in dem Dampferzeuger Schäden an den Heizrohren auftreten mit der Folge, daß radioaktive Stoffe aus dem Primärkreis des Druckwasserreaktors in die Frisch­ dampfleitung gelangen. In diesem Falle würden die Ventilkegel des Sicherheitsventils bzw. des Abblaseabsperrventils zusam­ men mit den Ventilsitzen eine Barriere zwischen dem Primär­ kreis und der Atmosphäre bilden.

Wenngleich die Technik der Ventilkegel und Ventilsitze stän­ dig verbessert wurde und wird, kann eine 100%ige Sitzdicht­ heit nicht garantiert werden, da nicht ausgeschlossen werden kann, daß sich Fremdkörper oder Verunreinigungen auf dem Ven­ tilsitz befinden, besonders wenn vorher unter den Bedingungen eines schweren Störfalls über die betroffenen Ventile abge­ blasen wurde.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Ab­ blasevorrichtung für Dampf aus einem Kraftwerk, insbesondere aus einem Kernkraftwerk, anzugeben, die auch bei einer unter­ stellten mangelhaften Dichtheit des Sicherheitsventils bzw. des Abblaseabsperrventils ein Austreten radioaktiver Stoffe in die Atmosphäre verhindert. Es soll auch ein Verfahren zum Abblasen von Dampf, insbesondere von Frischdampf, aus einem Kernkraftwerk angegeben werden, das es ermöglicht, bei Auf­ treten eines Störfalles in dem Kernkraftwerk radioaktiv ver­ unreinigten Dampf aus einer Leitung des Kernkraftwerks ab zu­ blasen, ohne die Atmosphäre radioaktiv zu belasten.

Die auf die Abblasevorrichtung bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Filter für radioaktive Stoffe in einer Abblaseleitung des Dampfes.

Die Filterwirkung kann auf physikalischen oder chemischen als auch auf biologischen Prinzipien beruhen.

Mit der Abblasevorrichtung nach der Erfindung lassen sich ra­ dioaktive Stoffe aus dem Dampf entfernen, der z. B. ein nicht perfekt schließendes Sicherheitsventil oder Abblaseabsperr­ ventil passiert hat. Der gefilterte Dampf kann dann in die Atmosphäre abgeblasen werden, ohne diese radioaktiv zu bela­ sten. Gleiches gilt für einen solchen Dampf, der beispiels­ weise bei geöffnetem Abblaseabsperrventil - insbesondere um einen Druckausgleich herbeizuführen - gewollt in die Atmo­ sphäre abgeblasen werden soll.

Die Abblaseleitung kann beispielsweise durch eine Abzweigung von einem Leitungsstrang gebildet sein, durch den der Dampf im Normalbetrieb in die Atmosphäre gelangt. Die Abzweigung kann z. B. absperrbar sein und einen feststehenden Filter auf­ weisen, so daß in vorteilhafter Weise sehr lange Filterstrecken realisierbar sind.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist dem Filter beispiels­ weise ein Schalldämpfer zugeordnet, der eine Eintrittsöffnung und eine erste Austrittsöffnung umfaßt. Die Kombination des Schalldämpfers mit dem Filter ermöglicht in vorteilhafter Weise eine kostengünstige, zuverlässige und einfache Bauweise der Abblasevorrichtung.

Der Filter kann beispielsweise zumindest teilweise in einem Gehäuse des Schalldämpfers integriert sein. Dadurch wird die einen Filter und einen Schalldämpfer umfassende Abblasevor­ richtung baulich weiter vereinfacht.

Vorzugsweise ist der Filter von einem Behältnis mit einer verschließbaren Zuleitungsöffnung umgeben. Dadurch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, den Filter ausschließlich in einem Anforderungsfall (z. B. Störfall) mit Dampf zu benet­ zen, und ihn - bei verschlossener Zuleitungsöffnung - im Nor­ malbetrieb von dem abzublasenden Dampf abzuschirmen. Insbe­ sondere ist die Abblaseleitung durch ein Verschließen der Zu­ leitungsöffnung verschließbar.

In einer weiteren Ausgestaltung der Abblasevorrichtung ist die erste Austrittsöffnung verschließbar und die Eintritts­ öffnung über einen Filter mit einer zweiten Austrittsöffnung des Schalldämpfers in Verbindung bringbar. Dadurch kann in vorteilhafter Weise der Dampf im Normalbetrieb über die erste Austrittsöffnung in die Atmosphäre und im Anforderungsfall über die den Filter enthaltende Abblaseleitung und die zweite Austrittsöffnung in die Atmosphäre abgeblasen werden.

In der Eintrittsöffnung münden beispielsweise der oder die Ausblaseleitungen des Kraftwerks, die mit dem Sicherheitsven­ til bzw. dem Abblaseabsperrventil in Verbindung stehen.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Ab­ blasevorrichtung einen innerhalb des Schalldämpfers längs ei­ ner Achse bewegbaren Schlitten auf, durch den die erste Aus­ trittsöffnung verschließbar ist, und/oder auf dem der Filter angeordnet ist.

Aus sicherheitstechnischen Gründen ist die Bewegung des Schlittens bevorzugt ausschließlich linear (geradlinig) und nicht gekrümmt oder eckig.

Der Schlitten bezeichnet allgemein ein bewegliches, bevorzugt geführtes Anlagenteil der Abblasevorrichtung. Die Bezeichnung "Schlitten" steht somit zum Beispiel auch für einen Reiter, einen Wagen, einen Rollkörper oder einen Gleitkörper. Insbe­ sondere die Ausgestaltung, bei der durch den Schlitten die erste Austrittsöffnung verschließbar ist und bei der auf dem Schlitten der Filter angeordnet ist, ergibt den Vorteil, daß durch eine einzige Bewegung des Schlittens sowohl die erste Austrittsöffnung verschlossen wird als auch der Filter an der gewünschten Stelle in der - z. B. nach Öffnen der Zuleitungs­ öffnung freigeschalteten - Abblaseleitung positioniert wird.

Bevorzugt steht die Achse der Abblasevorrichtung im wesentli­ chen vertikal. Dadurch eignet sich die Abblasevorrichtung be­ sonders gut für solche Schalldämpfer, bei denen der Dampf nach oben abgeblasen wird.

Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Schlitten unter dem Einfluß der Schwerkraft bewegbar und ver­ schließt in einer Endposition minimaler potentieller Energie die erste Austrittsöffnung. Unter dem Minimum potentieller Energie wird hierbei das absolute Minimum innerhalb eines Be­ reichs verstanden, in dem der Schlitten bewegbar ist. Bei­ spielsweise kann eine solche Endposition ein unterer Anschlag einer Führungsschiene sein.

Durch die Bewegung unter dem Einfluß der Schwerkraft wird ein besonderer sicherheitstechnischer Vorteil erreicht, da die Schwerkraft naturgegeben und passiv wirksam ist und nicht von dem Vorhandensein oder dem Funktionieren evtl. Stellantriebe abhängt. Zumindest ist es nicht nötig, einen leistungsstarken Stellantrieb vorzusehen, der die u. U. sehr große Masse des Schlittens bewegen kann. Nötig ist allenfalls ein Stellan­ trieb, der mit geringem Kraftaufwand beispielsweise eine Aus­ löseklinke bewegt.

Nach Bewegung einer solchen Auslöseklinke kann der Schlitten beispielsweise von einer oberen Normalposition im im wesent­ lichen freien Fall in die Endposition gelangen. Für das letzte Stück des freien Fallweges ist beispielsweise ein Dämpfungsmittel vorgesehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Abblasevorrichtung steht die Eintrittsöffnung in der Endposition des Schlittens über den Filter mit der Atmosphäre in Verbindung. Beispielsweise ist hierzu die Zuleitungsöffnung unverschlossen.

Die Abblasevorrichtung kann auch derart ausgestaltet sein, daß durch die Bewegung des Schlittens im freien Fall ein Auf­ setzimpuls erzeugbar ist, durch den ein Verschluß der Zulei­ tungsöffnung entfernbar und/oder die Eintrittsöffnung über den Filter mit der Atmosphäre in Verbindung bringbar ist. Da­ durch ist in vorteilhafter Weise das Umschalten der Abblase­ vorrichtung von Normalbetrieb auf Anforderungsfall weitgehend automatisierbar.

Beispielsweise ist auch ein Antrieb vorgesehen, mit dem der Schlitten aus der Endposition mit minimaler potentieller Energie entfernbar und insbesondere in die obere Normalposi­ tion fahrbar ist.

Die Aufgabe, ein Verfahren zum Abblasen von Dampf anzugeben, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Auftreten eines Störfalles in dem Kernkraftwerk radioaktive Stoffe aus dem Dampf gefiltert werden, bevor der Dampf in die Atmosphäre abgeblasen wird.

Dadurch ergibt sich der besondere sicherheitstechnische Vor­ teil, daß zwischen dem radioaktive Stoffe enthaltenden Reak­ tordruckbehälter und der Atmosphäre eine zusätzliche Barriere geschaffen wird.

Bei einem Druckwasserreaktor besteht eine erste Barriere aus den Heizrohren des Dampferzeugers, die den radioaktiven Pri­ märkreislauf von der Frischdampfleitung trennen. Eine zweite Barriere bilden die Ventilkegel bzw. die Ventilsitze in den Absperr- bzw. Sicherheitsventilen, die den Ausblaseleitungen zugeordnet sind. Bei einem gleichzeitigen Versagen von Dampf­ erzeugerrohren und einem Versagen oder einer Undichtigkeit der Absperr- oder Sicherheitsventile ist durch den Filter eine dritte Barriere zur Atmosphäre geschaffen. Diese Bar­ riere arbeitet nach physikalisch und chemisch grundsätzlich anderen Wirkprinzipien als die beiden vorgenannten Barrieren und bringt deshalb eine besondere Steigerung der Sicherheit mit sich.

Ein Ausführungsbeispiel einer Abblasevorrichtung nach der Er­ findung wird anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen jeweils im Querschnitt:

Fig. 1 eine einen Schalldämpfer umfassende Abblasevorrich­ tung im Normalbetrieb, und

Fig. 2 die Abblasevorrichtung aus Fig. 1 im Anforderungs­ fall (Filterbetrieb).

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen als ganzes mit 1 bezeichne­ ten Schalldämpfer, der eine Eintrittsöffnung 2 aufweist, in die eine Ausblaseleitung 3 eines Druckwasserreaktors mündet. Die Ausblaseleitung 3 steht über ein nicht dargestelltes Ab­ blaseabsperrventil und/oder über ein nicht dargestelltes Si­ cherheitsventil mit einer ebenfalls nicht dargestellten Frischdampfleitung in Verbindung.

Mittels des Schalldämpfers 1 wird der über die Ausblaselei­ tung 3 in den Schalldämpfer 1 eintretende Dampf M in die um­ gebende Atmosphäre 4 abgeblasen. Der Schalldämpfer 1 weist ein Gehäuse 5 auf, das im unteren Teil mit einer thermischen Isolierung 6 versehen ist. Eine Standsäule 7 dient der Befe­ stigung des Schalldämpfers 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Abblasevorrichtung im Normal­ betrieb bzw. im Filterbetrieb (Anforderungsfall). Die jewei­ lige Hauptströmungsrichtung in den unterschiedlichen Be­ triebsmodi ist mit Pfeilen 9 bzw. 10 angedeutet.

In dem in Fig. 1 dargestellten Normalbetrieb strömt der Dampf M nach Passieren der Eintrittsöffnung 2 durch eine er­ ste Lochblendenanordnung 11 und eine erste Stahlwolleanord­ nung 13 zur ersten Austrittsöffnung 14. Von dort strömt der Dampf durch eine zweite Lochblendenanordnung 15 und eine zweite Stahlwolleanordnung 17 in mehrere Segmentkästen 19. Die Segmentkästen 19 weisen Schutzklappen 21 auf, die unter dem Druck des aus strömenden Dampfes M aufklappbar sind, so daß der Dampf M in die umgebende Atmosphäre 4 austreten kann.

Mittig zwischen den Segmentkästen 19 angeordnet befindet sich ein Filter 31 für radioaktive Stoffe. Das Filter 31 ist von einem Behältnis 33 eingefaßt. Zur homogenen Einlagerung eines Aktivitätsrückhaltematerials weist das Filter ein engmaschi­ ges Gitter 35 auf. Die obere Stirnwand 33A des Behältnis­ ses 33 ist in Teilbereichen gas- bzw. dampfdurchlässig, so daß der Dampf M nach dem Durchströmen des Filters 31 zu einer zweiten Austrittsöffnung 36 gelangt, von der aus er über ein Lochblendenrohr 37 in die Atmosphäre 4 ausströmt. Das Loch­ blendenrohr 37 trägt zum Schutz des Filters 31 ein Schutz­ dach 39.

Die untere Stirnwand 33B des Behältnisses 33 ist in einem be­ stimmten Teilbereich, der sog. Zuleitungsöffnung 41, gas- und dampfdurchlässig. Die Zuleitungsöffnung 41 ist durch zwei Klappen 43 verschließbar. In dem in Fig. 2 gezeigten Anfor­ derungsfall werden die Klappen 43 geöffnet, so daß der Dampf M entlang der Pfeile 10 durch den Filter 31 und die zweite Austrittsöffnung 36 in die Atmosphäre 4 gelangt. Radioaktive Stoffe werden dann in dem das Aktivitätsrückhaltematerial enthaltenden Filter 31 zurückgehalten.

In den Fig. 1 und 2 ist ferner ein Schlitten 51 darge­ stellt, der aus dem Behältnis 33 und aus einem das Behält­ nis 33 verlängernden Gleitrohr 52 gebildet ist. Der Schlit­ ten 51 trägt somit auch den Filter 31 und die Klappen 43. Der Schlitten 51 ist in Fig. 1 in seiner oberen Endposition (Normalposition) dargestellt. Der Schlitten 51 ist in Rich­ tung der vertikal stehenden Achse 53 bewegbar. Zur Führung ist im oberen Teil der Abblasevorrichtung ein Führungshemd 55 und im unteren Teil ein Führungskragen 57 vorgesehen. Der Schlitten 51 wird in der gezeichneten oberen Endposition durch nicht explizit dargestellte Auslösemittel, beispiels­ weise eine Klinke, gehalten.

Zu Beginn des Anforderungsfalles, d. h. falls der Filterbe­ trieb gewünscht wird, wird die Auslöseklinke betätigt und der Schlitten 51 fällt in freiem Fall in eine untere Endposition minimaler potentieller Energie. Diese Endposition ist in Fig. 2 dargestellt. Der Schlitten liegt dann auf einem Kegel­ stumpf 61 mit einer Kegelöffnung 63 auf. In dieser Endposi­ tion wird die erste Austrittsöffnung 14 des Schalldämpfers 1 von dem Schlitten 51, insbesondere von dem Gleitrohr 52, überdeckt und somit verschlossen. Da - ausgelöst durch den freien Fall - die Klappen 43 geöffnet werden, kann der über die Eintrittsöffnung 2 in den Schalldämpfer 1 eintretende Dampf M nur nach einem Passieren des Filters 31 in die Atmo­ sphäre 4 gelangen (Pfeil mit Strömungsrichtung 10).

Ein Entriegelungssystem, das bei freiem Fall des Schlittens 51 automatisch die Klappen 43 öffnet, ist in den Fig. 1 und 2 nicht explizit eingezeichnet.

Zur Abdichtung des Schlittens 51 gegenüber dem Gehäuse 5 des Schalldämpfers 1 in der oberen Endposition (Fig. 1) sind eine erste Ringnut 65 und eine erste Dichtung 67 vorgesehen. Der Abdichtung gegenüber dem Kegelstumpf 61 in der unteren Endposition (Fig. 2) dient eine in dem Kegelstumpf 61 einge­ brachte zweite Ringnut 69 mit einer zweiten Dichtung 71.

In dem in Fig. 2 dargestellten Anforderungsfall wird von der ersten Lochblendenanordnung 11, der ersten Stahlwolleanord­ nung 13, dem unteren Teil des Gehäuses 5, dem Kegelstumpf 61 sowie dem Schlitten 51 eine insgesamt mit 73 bezeichnete Ab­ blaseleitung zur umgebenden Atmosphäre 4 gebildet, welche ei­ nen Filter 31 für radioaktive Stoffe aufweist.

Claims (10)

1. Abblasevorrichtung für Dampf (M) aus einem Kraftwerk, ins­ besondere aus einem Kernkraftwerk, gekennzeichnet durch

• a) einen Filter (31) für radioaktive Stoffe in einer Abbla­ seleitung (73) des Dampfes (M).

2. Abblasevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filter (31)

• b) ein Schalldämpfer (1) zugeordnet ist, der
  • b1) eine Eintrittsöffnung (2) und
  • b2) eine erste Austrittsöffnung (14) umfaßt.

3. Abblasevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (31) zumindest teilweise in einem Gehäuse (5) des Schalldämp­ fers (1) integriert ist.

4. Abblasevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (31) von einem Behältnis (33) mit einer verschließbaren Zu­ leitungsöffnung (41) umgeben ist.

5. Abblasevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Austrittsöffnung (14) verschließbar und die Eintrittsöffnung (2) über den Filter (31) mit

• • b3) einer zweiten Austrittsöffnung (36) des Schalldämp­ fers (1) in Verbindung bringbar ist.

6. Abblasevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen innerhalb des Schalldämpfers (1) längs einer Achse (53) bewegbaren Schlit­ ten (51), durch den die erste Austrittsöffnung (14) ver­ schließbar ist, und/oder auf dem der Filter (31) angeordnet ist.

7. Abblasevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (53) im wesentlichen vertikal steht.

8. Abblasevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlit­ ten (51) unter dem Einfluß der Schwerkraft bewegbar ist und in einer Endposition minimaler potentieller Energie die erste Austrittsöffnung (14) verschließt.

9. Abblasevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der End­ position die Eintrittsöffnung (2) über den Filter (31) mit der Atmosphäre (4) in Verbindung steht.

10. Verfahren zum Abblasen von Dampf, insbesondere von Frischdampf, aus einem Kernkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftre­ ten eines Störfalles in dem Kernkraftwerk radioaktive Stoffe aus dem Dampf (M) gefiltert werden, bevor der Dampf in die Atmosphäre (4) abgeblasen wird.