DE2044304C3

DE2044304C3 - Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter Von Atomkernreaktoren

Info

Publication number: DE2044304C3
Application number: DE2044304A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Schabert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1970-09-08
Publication date: 1978-12-21
Also published as: SE364135B; NL7112016A; US3775251A; DE2044304B2; AT315311B; GB1304828A; DE2044304A1; JPS5432920B1; CH527485A; BE772224A; FR2107382A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvor-

richtung für Druckbehälter mit einem aufschraubbaren Deckel und am zylindrischen Teil des Behälters angeordneten Druckbehälterstutzen, insbesondere: für wassergekühlte Atomkernreakteren, wobei ein zumindest den oberen Bereich des Druckbacke rs im Abstand umgebender Schutzbehälter vorhanden ist

Eine solche Sicherheitsvorrichtung ist durch die DE-AS 11 42 041 im wesentlichen bekannt Dort handelt es sich allerdings um einen Berstfolgeschutz, bei dem der Schutzbehälter einen derart großen radialen und axialen Abstand zum Druckbehälter aufweist, daß im Berstfalle die Druckbehälterteile noch eine wesentliche Beschleunigung erhalten können. Daraus folgt, daß etwaige Behälterrissf durch den Berstfolgeschutz nicht beeinflußt bzw. in ihrem Querschnitt reduziert werden

so können, und so ist denn auch das besondere Augenmerk bei der bekannten Vorrichtung auf die Kondensation de:, in diesem Falle ungehindert ausströmenden

Primärkühlmittels gelegt. Die vorliegende Erfindung befaßt sich demgegenüber

mit dem Problem, einen Berstschutz zu schaffen, mit dem nicht nur der Re.aktordecke! bei einem eventuellen Bruch der Deckelschrauben niedergehalten werden kann, sondern mit dem auch eine Sicherheit bei einem Bruch des eigentlichen Druckbehälters gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, die Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einem relativ begrenzten Aufwand ein Bruch der gefährdetsten Teile des Druckbehälters sicher beherrscht werden kann.

hi Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein die Druckbehälterdeckelschrauben und die Oberkante des Schutzbehälters überdek-

kender Fangring vorgesehen ist, und daß der Fangring über innerhalb des Schutzbehälters verlaufende Zugglieder mit einem unterhalb der Druckbehälterstutzen angeordneten Haltevorrichtung lösbar verbunden ist.

Durch diese Sicherheitsvorrichtung wird also der besonders gefährdete obere Teil des Druckbehälters von einem Schutzbehälter umgeben, wodurch eine erhöhte Sicherheit gegen wegfliegende Teile bei einem Bruch des Dnwfcbehälters oder der Deckelschrauben gegeben ist und die Kühlmittelausflußrate begrenzt wird. Darüber hinaus ist durch Anordnung des Fangriiiges und der als Spannschrauben ausbildbaren Zugglieder innerhalb des Sicherheitsbehälters der Schraubenkreisdurchmesser für den Fangring kleiner als der obere Teil des Sicherheitsbehälters, so daß sich dadurch ein kleineres Biegemoment ergibt

Besonders günstige Verhältnisse für den Fangring und dessen Halterung ergeben sich, wenn der Fangring so gestaltet ist, daß der Querschnitt mit mehr als der Hälfte des Biegewiderstandes innerhalb des Halteschraubcnkrciscs liegt und wenn diese Halteschrauben schräg nach außen verlaufend angeordnet sind.

Ferner ist es möglich, daß der Fangring gleichzeitig den äußern Bereich eines sich innerhalb des Deckelschraubenkreises oberhalb des Druckbehälterdeckels erstreckenden Fangdeckels überdeckt Dabei können — insbesondere bei Siedewasserreaktoren — Fangring und Fangdeckel eine gemeinsam abnehmbare Einheit bilden.

Zur Erhöhung der Sicherheit gegen einen Bruch des 3» Druckbehälter und gegen wegfliegende Teile ist es ferner möglich, daß auch der untere Teil des Druckbehälters von einem Schutzbehälter umgeben ist. Dabei kann der Schutzbehälter dicht am Unterteil des Druckbehälters anliegen, oder aber auch im Abstand dazu angeordnet sein, wobei dann der Zwischenraum zwischen Schutzbehälter und Druckbehälter unterhalb des Tragringes mit einer schlagschützenden Rippenkonstruktion aus Stahl ausgefüllt ist.

Die Halte.orrichtung für die Zugglieder kann dabei als Tragring ausgebildet sein. Dabei kann dieser Tragring einen Teil des unteren und/oder oberen Schutzbehälterteils bilden oder aber direkt in einem Betonzylinder eingebettet sein. Es ist aber auch möglich, daß die Zugglieder direkt in dem Betonzylinder verankert sind.

Als zusätzlicher Schlagschutz können im Bereich der Schrauben zwischen Schutzbehälter und Druckbehälter einerseits sowie Fangring und Tragring andererseits herausnehmbare Füllstücke angeordnet sein, die aus mit Stahl umkleideten Betonsteinen oder aus Gußeisenstükken bestehen können.

Zur leichteren Durchführung von Wiederholungsprüfungen ist bei einem im Abstand vom Unterteil des Druckbehälters angeordneten Schutzbehälter zusatzlieh in den biologischen Schild ein schräg nach unten führender und in den Bereich zwischen Schutzbehälter und Druckbehälter unterhalb von dessen Boden einmündender druckfester Rohrstutzen eingelassen.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau m> und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig.) einen Längsschnitt durch einen Druckbehälter mit entsprechenden Sicherheitsvorrichtungen,

Fig.2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittli- h-, nie H-Il nach Fig. 1 und

F i g. 3 eine Aufsicht auf den Druckbehälter.

Der eigentliche Reaktordruckbehälter I, der aus dem sphärisch gewölbten Deckel 2 und dem zylindrischen Unterteil 3 mit den Kühlmittelzu- und -ableitungsstutzen 4 mit den daran angeschlossenen RohrleitHngen 24 besteht ist von einem Betonzylinder 5 umgeben, der als biologischer Schild wirkt Der Druckbehälter 1 ist gemäß der Erfindung nunmehr zumindest im oberen Bereich im vorgegebenen Abstand von einem zweiten Schutzbehälter 6 umgeben, dessen Innendurchmesser zweckmäßigerweise zur Montageerleichterung etwas größer gewählt wird als der über die Kühlmittelstutzen 4 gemessene Größtdurchmesser des Druckbehälters 1. Ferner ist oberhalb der Druckbehälterdeckelschrauben 10 ein Fangring 7 angeordnet der die Deckelschrauben 10 und die Oberkante des Schutzbehälters 6 überdeckt Der Fangring 7 ist über Schrauben 8, die innerhalb des Schutzbehälters 6 verlaufen, mit einem unterhalb der Druckbehälterstutzen 4 angeordneten Tragring 9 lösbar verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Schrauben 8 nach unten leicht nach außen geneigt sind.

Besonders wichtig ist dabei die Ausgestaltung des Fangringes 7, bei dem der Querschr."itisj>ntei! mit mehr als der Hälfte des Biegewiderstandes innerhalb des Schraubenkreises der Halteschrauben 8 liegt Dadurch ergibt sich ein erheblich geringeres Gewicht für den Fangring bei gleicher Beanspruchbarkeit

Zur Verringerung des Transportgewichtes für den Schutzbehälter und zur Erleichterung seiner Handhabung an der Baustelle ist das Oberteil des Schutzbehäiters zweckmäßigerweise aus einem lose aufgesetzten zylindrischen Schuß 11 hergestellt, der mit dem Fangring 7 verschraubt sein kann, so daß er als Einheit mit diesem abnehmbar ist Das Mittelteil 6 des Schutzbehälters kann lose auf dem Tragring 9 aufliegen oder aber fest mit diesem verbunden sein.

Es kann ferner zweckmäßig sein, wenn oberhalb des Druckbehälterdeckels 2 noch ein sogenannter Fangdekkel 12 angeordnet ist. Dieser Fangdeckel 12 wird dabei ebenfalls vom Fangring 7 niedergeha'ten. Dieser Fangdeckel 12 kann beispielsweise bei Siedewasserreaktoren mit dem Fangring 7 aus einem Stück hergestellt sei!·, oder bei Druckwasserreaktoren gesondert gelagert und mit Durchbrüchen 13 für die Steuerstabstutzen 14 versehen sein. Dabei kann es von Vorteil sein, daß sich dieser Fangdeckel 12 lediglich über den Bereich innerhalb der Druckbehälterdeckelschrauben 10 erstreckt, damit er gemeinsam mit dem Druckbehälterdeckel abgenommen werden kann. Außerdem kann zwischen Fangdeckel 12 und Druckbehälterdeckel 2 eine Überströmspalte 15 freibleiben.

Um zu verhindern, daß die Halteschrauben 8 und der äußere Schutzbehälter 6 durch eventuell wegfliegende Kesseltrümmer bei Bruch des Druckbehälters beschädigt werden, kann die Bewegungsmöglichkeit der Kesseltrümmer von vornherein weitgehend eingeschränkt werden durch von oben hjr zwischen Druckbehälter 1 und Schutzbehälter 6 eingesetzte Füllstücke 17, die als Schlagschutz wirken und aus Gußeisen oder aus stark armierten und mit Stahl umkleideten Beto.isteinen bestehen können.

Zum Schutz auch des unteren Teils des Druckbehälters 1 ist es möglich, auch diesen Teil mi' einem Schutzbehälter 18 zu umgeben. Dabei kann dieser untere Schutzbehälterteil 18 entweder dicht am eigentlichen Druckbehälter 1 anliegen, oder aber zum Zwecke der Wieaefholungsprüfbarkeit im Abstand dazu ausgeführt sein. Um bei mit Abstand ausgeführtem Schutzbehälter die Schlagwirkung eventueller Kesseltrümmer einzuschränken, ist es vorteilhaft, wenn dabei

der Zwischenraum zwischen Schutzbehälter 18 und Druckbehälter 1 unterhalb des Tragringes 9 teilweise mit einer Rippenkonstruktion 19 aus Stahl ausgefüllt ist. Der Tragring 9 kann mit dem Schutzbehäiterunterteil 18 — wie in der Zeichnung dargestellt — fest verbunden sein.

Die einzelnen Teile des Schutzbehälters und ein eventuell vorhandener Fangdeckel können aus einem einfachen duktilen Stahl in Form von Blechen oder Stahlgußringen gefertigt werden. Die Schutzbehälterteile 18 und 6 sowie Fangring 7 und Fangdeckel 12 sind ferner auf der Außenseite mit einer Isolierung 20 versehen, so daß der Schutzbehälter angenähert die Reaktortemperatur erreicht, wodurch seine Duktilität wesentlich erhöht wird. Die Strahlendosis ist infolge der Abschirmung durch den eigentlichen Druckbehälter so gering, daß eine Versprödung nicht eintritt.

einem Bruch baut sich der höhere Reaktorbetriebsdruck sofort dadurch ab, daß eine kleine Menge elastisch komprimierten Wassers durch die frei gebliebene Überstromspalte 15 zwischen Druckbehälterdeckel 2

ί und Fangdeckel 12 abströmt. Um weiter zu verhindern daß im Falle eines Druckbehälterbruches die Kühlmittelausflußrate im Bereich der Hauptkühlmittelstutzen A unzulässig hohe Werte erreicht, können die entsprechenden Ausflußquerschnitte durch Kolbenringe 21

in heruntergesetzt werden, die sich im Notfall mit dem zugehörigen Stutzen verlagern können.

Bei einem Brennelementwechsel wird der obere Fangring 7 gemeinsam mit dem zugehörigen zylindrischen Schuß 11 des Schutzbehälters und der zugchörii gen Isolierung 20 zusammen mit den oberen Füllsteiner 17 in einem Stück herausgehoben. Ein eventuell vorhandener Fangdeckel 12 verbleibt dabei auf derr

es lsi auei aucn mugnuii. ueii Maiiiei ilen ufiici'ich io des Schutzbehälters wegzulassen, ohne deswegen auf den Schutz des Druckbehälters im unteren Bereich verzichten zu müssen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß der Betonzylinder 5 als Betondruckgefäß ausgebildet wird. In diesem Fall kann der Tragring 9 entweder dort befestigt bzw. eingebettet werden, oder seine Funktion wird vom Betondruck!-"hälter selbst übernommen, etwa in der Weise, daß die Halteschrauben 8 ihre Kraft an die axialen Spanngliedpr ^?w, die Armierung übertragen.

Um zu verhindern, daß sich der Druckbehälter 1 bei einem Bruch innerhalb des Betonzylinders 5 verlagert, ist es zweckmäßig, wenn sich der Druckbehälter 1 nicht nur unterhalb der Stutzen 4 über Pratzen 16 auf dem Tragring 9 abstützt, sondern starke zusätzliche Abstützungen 23 unterhalb des Druckbehälters vorhanden sind. Im Falle eines Querrisses werden die freiwerdenden Axialkräfte von dieser unteren umlaufenden Abstützung 23 aufgenommen. Die dann noch eintretenden Verlagerungen des Druckbehälters sind so gering, daß die Kerntragstruktur und damit der Reaktorkern nicht wesentlich verformt werden. Der Schutzbehälter ist a'jf den Sattdampfdruck im heißen Strang des Reaktorkühlmittels ausgelegt. Im ersten Moment nach

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der Fangdeckel 12 wahlweise nur 40 cm hochgehober oder aber auch nach Montage der Steuerstabantriebe U ganz abgenommen werden. Zusätzlich werden dazu dit Füllsteine 17 im Bereich der Druckbehälterstutzen 4 entfernt, um die Schrauben 8 des Fangringes / herausziehen zu können. Die Wiederholungsprüfung

-¹'¹ des unteren Kugelbodens am Druckbehälter I erfolgt bei im Abstand aufgeführten Unterteil des Schutzbehäl ters 18, von außen mit Hilfe einer besonderer Vorrichtung durch einen druckfesten Schrägstutzen 22 durch den biologischen Schild 5 und den Schutzbehältei 18 hindurch.

Mit der beschriebenen Sicherheitsvorrichtung in Form eines zweiten Schutzbehälters, der den eigentlichen Druckbehälter teilweise oder vollständig umgibt können also auf einfache Weise die Folgen eines

s > eventuellen Bruches des Reaktordruckbehälters weitgehend beherrscht werden.

Selbstverständlich kann das Grundprinzip der Erfindung auch sinngemäß angewendet werden bei Druckbehältern, deren Deckel seitlich oder unten angeordnet ist

in und die zur Aufnahme andersartiger hochgespannter Medien bestimmt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Sicherheitsvorrichtung für Druckbehälter mit einem aufschraubbaren Deckel und am zylindrischen Teil des Behälters angeordneten Druckbehälterstutzen, insbesondere für wassergekühlte Atomkernreaktoren, wobei ein zumindest den oberen Bereich des Druckbehälters im Abstand umgebender Schutzbehälter vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Druckbehälterdeckelschrauben (10) und die Oberkante des Schutzbehälters (6) überdeckender Fangring (7) vorgesehen ist, und daß der Fangring (7) über innerhalb des Schutzbehälters (6) verlaufende Zugglieder (8) mit einer unterhalb der Druckbehälterstutzen (4) angeordneten Haltevorrichtung (9) lösbar verbunden ist

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (7) so gestaltet ist, daß der Querschnitt mit mehr als der Hälfte des Biegewiderstandes innerhalb des Halteschraubenkreises (8) liegt

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Schutzbehälters (6) aus einem lose aufgesetzten zylindrischen Schuß (11) bes??ht, der mit dem Fangring (7) direkt verschraubt ist

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (8) für den Fangring (7) schräg nach außen verlaufend angeordnet sind.

5. Sicherheitsvorrichtung ηε-rh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dpß die Zugglieder (8) als Spannschrauben ausgebildet sind.

6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (7) gleichzeitig den äußeren Bereich eines sich innerhalb des Deckelschraubenkreises (10) oberhalb des Druckbehältersdeckels (2) erstreckenden Fangdekkels (12) überdeckt.

7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Fangring (7) und Fangdeckel (12) eine gemeinsam abnehmbare Einheit bilden.

8. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (9) als Tragring ausgebildet ist.

9. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (9) in einem Betonzylinder (5) eingebettet ist.

' 10. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (8) direkt in einem Betonzylinder (5) verankert sind.

11. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (1) unterhalb der Druckbehälterstutzen (4) und des Tragringes (9) von einem weiteren Schutzbehälterteil (18) umgeben ist.

12. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzbehälterteil (18) dicht am Unterteil des Druckbehälters (1) anliegt.

13. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzbehälterteil (18) im Abstand vom Unterteil des Druckbehälters (1) ingeordnet ist und daß der Zwischenraum zwischen Schutzbehälter (18) und Druckbehälter (1) unterhalb des Tragringes (9) mindestens teilweise mit einer schlagsebüteenden Rippenkonstruktion (19) aus Stahl ausgefüllt ist

14. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der Tragring (9) einen Teil des oberen und/oder unteren Schutzbehälters (6,18) bildet

15. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß im Bereich der Halteschrauben (8) zwischen Schutzbe-

halter (6) und Druckbehälter (1) einerseits sowie Fangring (7) und Tragring (9) andererseits herausnehmbare Füllstücke (17) als Schlagschutz angeordnet sind.

16. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Anis Sprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß die Schutzbehälterteile (6,18), der Fangring (7) und der Fangdeckel (12) mit einer Außenisolierung (20) versehen sind.

17. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß zwischen Fangdek ke! (12) und Druckbehälterdeckel (2) eine Überströmspalte (15) vorgesehen ist

18. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in den Betonzylinder

(5) ein schräg nach unten führender und in den Bereich zwischen Schutzbehälterteil (*8) und Druckbehälter (1) unterhalb dessen Boden einmündender druckfester Rohrstutzen (22) für Wiederholungsprüfungen eingelassen ist