DE2252574A1

DE2252574A1 - Druckbegrenzungs- und sicherheitssystem

Info

Publication number: DE2252574A1
Application number: DE2252574A
Authority: DE
Inventors: Herman Peter Fay; William Shannon Peck
Original assignee: Gulf Oil Corp
Current assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1972-10-26
Publication date: 1973-05-24
Also published as: ES408759A1; FR2160576B1; FR2160576A1; GB1376384A; JPS4863315A; IT973512B; US3889707A; JPS5640799B2; SE380380B; CH554055A; CA963765A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. WeiCkmann,

DiPL.-InG. H.WeICKMANN, DiPL.-PhYS. Dr. K. FINCKE

D1PL.-ING. R A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN "

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

GULF OIL CORPORATION
439 Seventh Avenue
Pittsburgh, Penn., V. St. A.

Druckbegrenzungs- und Sicherheitssystem

Die Erfindung bezieht sich generell auf Druckbegrenzungsbzw. Druckmindersysteme und insbesondere auf ein Druckbegrenzungssystem, welches einen gefährlichen Druckanstieg zu begrenzen gestattet.

Die vorliegende Erfindung kann in irgendeinem Fall angewandt werden, in welchem eine Freigabe von gasförmigen oder Gas mitführenden Verunreinigungen einen Schutz erfordert. Demgemäß ist die Erfindung bei Kernreaktoren verschiedener Typen, chemischen Prozeßanlagen und anderen analogen Vorrichtungen anwendbar, bei denen ein Unfall von einer Freigabe verunreinigten Gases begleitet ist. Im Zuge der folgenden Beschreibung wird Bezug genommen auf einen gasgekühlten Kernreaktor mit einem Druckbehälter; es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung mit Vorteil auch bei anderen Arten von Kernreaktoren mit oder ohne Druckbehälter angewandt werden kann.

309821/0691

Bestimmte Arten von Kernreaktoren enthalten einen den Reaktorkern umschließenden Druckbehälter. So können z.B. gasgekühlte Reaktoren ein Kühlmittelgas, wie Kohlendioxyd oder Helium,verwenden, um Wärmeenergie von dem Reaktorkern zu Wärmeaustauschern hin zu transportieren, die Dampf für die Leistungserzeugung liefern. In einem derartigen Reaktor wird das zirkulierende Gaskühlmittel normalerweise auf einem sehr hohen Druck innerhalb eines Druckbehälters gehalten, der den Reaktorkern umgibt« Der Druckbehälter kann durch irgendeine geeignete Konstruktion gebildet sein, wie durch geschweißtes Metall oder vorgespannten Beton.

Bei der Gestaltung eines Kernreaktors des oben beschriebenen Typs muß Vorkehrung getroffen werden hins-ichtlich der Gewährleistung eines angemessenen Schutzes gegenüber radioaktiven Gasen, die im Falle eines Unfalls infolge eines Bruches oder Zerreißens des Druckbehälters aus diesem austreten oder die im Falle eines sich langsam entwickelnden Lecks in dem Druckbehälter auftreten. Der Entwurf eines derartigen Sicherheitsbzw· Schutzsystems muß ferner die Tatsache berücksichtigen, daß die austretenden Gase sehr hohe Temperaturen besitzen können.

In typischer Weise wird der Anfangs-Gasschutz im Falle des Bruches oder Zerreißens des Druckbehälters durch das Bauwerk erreicht, in welchem der Reaktor untergebracht ist. Das Bauwerk kann dabei so ausgelegt sein, daß es imstande ist, einen nennenswerten Anstieg des Innendruckes zu unterdrücken bzw. zu begrenzen, ohne den Austritt gefährlicher radioaktiver Gase an die UmgebungsatnioSphäre zu ermöglichen. Der Entwurf bzw. Bau eines Reaktorbauwerks hinreichender Festigkeit zum

309821/0691

Zwecke-der Unterdrückung bzw. Begrenzung des nennenswert . angestiegenen Druckes infolge eines Zerreißens des Druckbehälter führt zu sehr hohen Bauwerkkosten, und auflodern führt dies dazu, daß der Innendruck des Bauwerks auf ein Zerreißen des Druckbehälters hin einen sehr hohen Pegel annimmt. Demgemäß mußten die Reaktoranordnungen irgendwelche Einrichtungen zur Herabsetzung bzw. Begrenzung des inneren Bauwerkdruckes enthalten, so daß ein solcher Druck nicht während einer unbestimmten Zeitspanne existiert. Als Ergebnis dieser Forderung sind sogenannte Druckbegrenzungs- bzw. Druckmindersysteme für die Anpassung an einen Bruch bzw. ein Zerreißen des einen Reaktorkern umgebenden Druckbehälters konstruiert worden.

Es sind bereits verschiedene Konstruktionen von Druckbegrenzungssystemen für Kernreaktoren bekannt. Die bisher bekannten Konstruktionen enthalten Einrichtungen, welche aus einem zerrissenen bzw. gebrochenen Druckbehälter austretendes Gas sammeln, welche ferner das ausgetretene Gas kühlen und welche schließlich das betreffende Gas an einen Sammelbereich abgeben, der das aufgenommene Gas bei einem Druck zu sammeln gestattet, der nicht übermäßig hoch ist. Das Reaktorbauwerk bzw. die Reaktoranordnung kann als Einrichtung zur Aufnahme bzw. Sammlung des zunächst austretenden Gases benutzt werden; es kann aber auch ein gesonderter Sicherheitsbau vorgesehen ■werden, der den Druckbehälter innerhalb der Reaktoranordnung umgibt.

Die bisher bekannten Druckbegrenzungssysteme einschließlich des beschriebenen Typs zeigen jedoch gewisse Nachteile. Die Konstruktion von Systemen mit einer ausgedehnten Röhrenleitung und mechanischen Ventilanordnung neigt dazu, teuer zu

309821/0691

werden, und zwar insbesondere auf Grund der Tatsache, daß in derartigen Systemen eine hohe Zuverlässigkeit gefordert ist· Bewegliche Teile in verschiedenen mechanischen Ventilen steigern dabei C¹Ie Unzuverlässigkeit jedes derartigen Systems. Deshalb sollte eine angemessene Kühlung des gesammelten Gases erfolgen, wz das erforderliche Sicherheits- bzw. Schutzvolumen auf einen minimalen Wert zu bringen. Hierdurch wird jedoch der Bau derartiger Systeme weiter kompliziert. Es kann bei bisher bekannten Systemen schwierig sein, eine Anzeige bezüglich der Bereitschaft des Systems zu erzielen, eine vollständige Abgabe von unter Druck stehendem Gas zu akzeptieren. Ferner sollte die Vollständigkeit bzw. Integrität des Sicherheits- bzw. Schutzbehälters periodisch feststellbar sein. Die aufgeführten Probleme sind dabei lediglich einige wenige Probleme der beim Entwurf bzw. Bau eines Druckbegrenzungs- bzw. Druckmindersystems für einen Kernreaktor der beschriebenen Art auftretenden Probleme.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Druckbegrenzungs- und Drucksicherheitssystem für einen Kernreaktor mit einem einen Reaktorkern umgebenden Druckbehälter zu schaffen. Bei dem neu zu schaffenden Druckbegrenzungssystem soll der Druck in einer ersten Sicherheits- bzw. Schutzverkleidung an eine zweite Sicherheits- bzw. Schutzverkleidung abgegeben werden, ohne daß bewegliche mechanische Teile zu verwenden sind. Darüber hinaus 1st ein Druckbegrenzungssystem mit Einrichtungen zur Kühlung austretender Gase zu schaffen. Ferner soll das neu zu schaffende Druckbegrenzungssystem eine hohe Zuverlässigkeit besitzen. Schließlich soll das für einen Kernreaktor mit einem einen Reaktorkern umgebenden Druckbehälter zu schaffende Druckbe-

309821/0691

grenzungssystem so. ausgebildet werden, daß ein den Druckbehälter auf Grund eines Risses oder Bruches dieses Behälters verlassendes Gas schließlich bei einem Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes gehalten wird, um nämlich die Möglichkeit des Austritts eines derartigen Gases an die Atmosphäre zu minimisieren.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch in einer Gesamtschnittansicht ein gemäß der Erfindung aufgebautes Druckbegrenzungs- und Drucksicherheitssystem.

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht eine in dem System gemäß Fig. 1 verwendete Druckregulierungs-Fluiddichtung.

Ganz allgemein besteht das Druckbegrenzungssystem gemäß der Erfindung aus einer ersten Sicherheits- bzw. Schutzummantelung 11, welche eine potentielle Quelle 12 verunreinigten Gases im Falle eines Unfalls, umgibt· Ferner sind ©ine zweite Sicherheits- bzw. Schutzummantelung 13 und Einrichtungen 14 vorgesehen, welche in der zweiten Sicherheitsummantelung 15 einen Unteratmosphärendruck erzeugen. Ferner sind Rohrleitungseinrichtungen 15 vorgesehen, die Gas aus der ersten Sicherheitsummantelung zu der zweiten Sicherheitsuramantelung hinleiten. In den Rohrleitungseinrichtungen ist eine Druckregulierungs-Fluiddichtung 16 vorgesehen, die eine Trennung zwischen der ersten Sicherheitsummantelung und der zweiten Sicfeerheitsummantelung aufrechthält» Die Fluiddichtung ist auf einen Anstieg

309821/0691

des Druckes in der ersten Sicherheitsummantelung auf einen bestimmten Pegel hin cterbrechbar.

Im folgenden sei insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen. Die potentielle Quelle verunreinigten Gases ist gemäß Fig. 1 durch einen Druckbehälter 12 gebildet. Der Druckbehälter bzw. Behälter 12 besitzt einen im wesentlichen zylindrischen Aufbau aus vorgespanntem Beton, welcher von einem ringförmigen Betonfundament 21 getragen wird. Der Druckbehälter 12 begrenzt eine innere Hauptkammer 22, in welcher ein Reaktorkern 23 untergebracht ist. Der Reaktorkern besteht aus dem üblichen spaltbaren Material und den zugehörigen Moderatoren; er wird durch hier nicht näher dargestellte Einrichtungen in der Kammer 22 in geeigneter Weise getragen. Eine Vielzahl von Steuerstäben und Brennstoff-Bedienungselementen 25 ragt durch die Deckwand des Behälters 12 in den Kern 23 hinein, um die den Kern bildenden Steuerstäbe und Brennstoffelemente zu bedienen, was hier nicht näher dargestellt ist.

Neben dem Reaktorkern umgibt der dargestellte Druckbehälter noch eine Vielzahl von Dampfgeneratoren 27» deren jeder in einer Nebenkammer 29 untergebracht ist. Die Nebenkammern 29 sind um den Umfang der Hauptkammer 22 herum angeordnet. Rohrleitungen 31 verbinden die Nebenkammern 29 mit der Hauptkammer 22 an deren oberen Ende; Rohrleitungen 33 verbinden die Nebenkammern mit der Hauptkammer an deren unteren Ende. Durch Verwendung geeigneter Zirkulatoren bzw. Umlaufeinrichtungen, die hier nicht dargestellt sind, wird ein unter Druck stehendes Kühlmittelgas in einem nach unten gerichteten Strom durch den Kern 23 geleitet, ferner durch die Durchgänge 33» nach oben durch die Dampf generatoren 27, zurück durch die Durchgänge 31 und wieder nach unten durch den Kern bzw. Core.

309821/0691

225257A

Auf diese Weise erfolgt eine Wärmeübertragung von dem Kern zu den Dampfgeneratoren zwecks Erzeugung von Dampf hin. Durch geeignete, hier nicht dargestellte Rohrleitungen sind die Dampfgeneratoren mit einer stromerzeugenden Turbinenanlage verbunden.

Bei dem dargestellten System besteht die erste Sicherheitsummantelung 11 aus dem Reaktorbau selbst. Der Reaktorbau ist auf einem Fundament 35 aufgebaut, welches unterhalb der mit 37 angedeuteten Ebene eingebettet ist. Eine Fahrscniene 39 spannt sich über den Innenraum des Reaktorbaus oder der Ummantelung 11, und ein beweglicher Kran 41 läuft auf der Schienenanordnung 39 für die Bedienung von Brennstoffelementen, etc. während der verschiedenen bei dem Reaktor ausgeführten Wartungsoperationen. Im Unterschied dazu kann aber auch eine Verkleidung oder sonstige geeignete Ummantelung in dem Reaktorbau untergebracht sein und den Druckbehälter 12 umgeben. In einem solchen Fall erfüllt die betreffende Verkleidung die Funktion der ersten Sicherheitsummantelung anstelle des Reaktorbaus 11.

In der Wand der ersten Sicherheitsummantelung ist ein Rückschlagventil 43 gegen Vakuum angeordnet; Der Zweck dieses gegen Vakuum rückschlagenden Rückschlagventils besteht darin, die Druckherabsetzung zu begrenzen, die auf die Abkühlung der heißen Gase in der ersten Sicherheitsummantelung als Ergebnis eines Abblasens infolge eines Bruches oder Risses des Druckbehälters auftritt. Auf diese Weise können die strukturellen Belastungen auf die erste Sicherheitsummantelung innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden. Das Rückschlagventil gegen Vakuum kann von irgendeinem herkömmlichen Aufbau sein,

309821/0691

und zwar ähnlich einem Begrenzungsventil; es kann bei Bedarf in den Sicherheitsbehälter Luft einführen. Für einen zufriedenstellenden Betrieb kann das Rückschlagventil gegen Vakuum so eingestellt werden, daß es innerhalb der ersten Sicherheitsummantelung bzw. -verkleidung einen ersten Druckpegel aufrechthält, der in bezug auf die Atmosphäre einen Unterdruck von 0,07 at (entsprechend 1 psi) nicht überschreitet,

Um die Vollständigkeit bzw. Integrität der ersten Sicherheitsverkleidung bzw. -ummantelung (Reaktorbau 11) zu gewährleisten, ist die erste Sicherheitsummantelung so ausgebildet, daß eine gasdichte und eine statische Druckbelästbarkeit auf der Grundlage maximalen Druckes erzielt sind, der sich aus dem Bruch oder Riß des Kessels bzw. Behälters 12 ergibt. Zu diesem Zweck kann die Innenfläche der ersten Sicherheitsverkleidung bzw. -ummantelung 11 mit einem geeigneten Elastomer oder Epoxy überzogen sein, um ihre Integrität unter derartigen Umständen zu verbessern.

Die zweite Sicherheitsummantelung bzw. der zweite Sicherheitsbehälter 13 ist nahe der ersten Sicherheitsummantelung bzw. des ersten Sicherheitsbehälters 11 angeordnet und auf einem Betonplattenfundament 47 abgestützt, welches etwas unterhalb der Höhe 37 liegt. Der zweite Sicherheitsbehälter 13 besteht aus einer geeigneten vakuumdichten Konstruktion, wie aus Stahl oder armiertem Beton. Das Vakuum- bzw. Absaugpumpensystem 15 evakuiert den- Innenraum der zweiten Sicherheitsummantelung 13 durch eine Rohrleitung oder eine Reihe von Rohrleitungen 49. Um den leckdichten Zusammenhalt einer aus Beton bestehenden zweiten Sicherheitsummantelung sicherzustellen, kann die Außenfläche der betreffenden Ummantelung

3 0 9 8 ?1/0691

von einem Elastomer oder Epoxydüberzug überzogen sein. Der Boden oder die Platte 47 ist zu einer Mittelöffnung 48 hin für die Erzielung eines Abflusses geneigt, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird. Oberhalb der Mittelöffnung ist durch nicht dargestellte Einrichtungen eine Leitfläche in geeigneter Weise abgestützt, um das Zurückhalten von Wasser in dem Ventil 16 während des Abblasens zu unterstützen, worauf weiter unten noch näher eingegangen werden wird.

Bei dem dargestellten System besteht die Rohrleitungseinrichtung 15 aus einer horizontalen Leitung 15, die unterhalb der Bodenfläche in einem Abstand verläuft, der zur Erzielung einer geeigneten biologischen Abschirmung ausreicht. Die Leitung stellt eine Verbindung zwischen dem Innenraum der ersten Sicherheitsummantelung 11 und dem Innenraum der zweiten Sicherheitsummantelung 13 her. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Leitung 15 mit dem Innenraum der zweiten Sicherheitsummantelung über die Fluiddichtung 16 verbunden. Neben der Leitung 15 ist ferner ein Rohr 51 mit einem wesentlich geringeren Durchmesser mit dem Innenraum der zweiten Sicherheitsummantelung 13 verbunden, und zwar durch die Dichtung 16. Ferner ist das betreffende Rohr mit dem Innenraum der ersten Sicherheitsummantelung 11 durch ein Ventil 53 verbunden. Die Funktion des Rohres 51 und des Ventils 53 werden weiter unten noch näher erläutert werden.

Die Fluiddichtung 16 hält,.wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, eine Trennung zwischen der ersten Sicherheitsummantelung 11 und der zweiten Sicherheitsummantelung 13 aufrecht; sie isx cfcerbrechbar, wenn der Druck in der ersten Sicherheitsummantelung auf Grund, eines Bruches

30982 W0691

oder Risses des Druckbehälters 12 in bestimmter Weise ansteigt. Auf diese V/eise vermag das Gas aus dem Innenraum der ersten Sicherheitsummantelung in die zweite Sicherheitsummantelung einzuströmen.

Im folgenden sei insbesondere auf Fig. 2 eingegangen, in der in einer vergrößerten Ansicht der untere rechte Teil der Fig. 1 wiedergegeben ist. Gemäß Fig. 2 verläuft eine zylindrische Wand 55 vom Boden 47 der Ummantelung 13 nach unten, wobei eine in dem Boden 47 befindliche geeignete Öffnung eine Verbindung mit dem oberen Teil 46 des durch die Wand 55 begrenzten Bereichs herstellt. Die Wand 55 verläuft nach unten zu einer Stelle, an der sie auf einem Boden 57 abgestützt ist, der tief unterhalb des Bodens 37 eingebettet ist. Der durch die Zylinderwand 55 und den Boden 57 begrenzte Bereich ist durch eine horizontale Wand 59 geteilt, die quer zu der betreffenden Wand verläuft und die damit einen unteren Teil bzw. eine Uberlaufkammer 58 begrenzt.

Die Leitung 15 läuft durch eine in der Zylinderwand 55 befindliche geeignete Öffnung hindurch, erstreckt sich unter einem rechten Winkel nach unten und endet in einem . Abgabo-bereich mit einem allmählich größer werdenden Durchmesser. Unterhalb der Höhe c ist die Ausströmeinrichtung 61 mit einer Vielzahl von Öffnungen 62 versehen, durch die ein durchlöcherter kegelstumpfförmiger Teil in dem oberen Bereich oder der Kammer 56 gebildet ist, und zwar Innerhalb der Zylinderwand 55 und oberhalb der horizontalen Wand 59. Das Rohr 51 endet ebenfalls in derselben Kammer, jedoch in einer Ebene h, die höher liegt als die Ebene b.

309821/0691

Der Innenraum des unteren Teils der oberen Kammer 56 ist unmittelbar oberhalb des Bodens oder der horizontalen Wand 59 von einer Wand 65 umgeben, die einen umgekehrten L-förmigen Querschnitt aufweist. Auf diese Weise ist ein Ringraum 66 gebildet. Die Wand 65 besteht aus einem geeigneten Metall; sie ist mit dem Ende ihres kurzen Schenkels in der Wand 55 eingebettet, wodurch ein Ringraum gebildet ist. Der kurze Schenkel verläuft dabei im wesentlichen horizontal, und der längere Schenkel verläuft im wesentlicheil vertikal. Das Ende des längeren Schenkels der den L-förmigen Querschnitt besitzenden Wand 65 endet unter Freilassung eines geringen Abstands oberhalb der Wand 59· Dieser Abstand ist durch den Abstand zwischen d und e gemäß Fig. 2 angedeutet.

In dem durch die Wand 65 gebildeten Ringraum 66 ist eine Vielzahl von Standrohren bzw. Steigleitungen 67 vertikal angeordnet. Die unteren Enden der Steigleitungen sind in der Wand 59 eingebettet und abgestützt; sie verlaufen durch in der Wand 59 befindliche geeignete Öffnungen hindurch, um eine Verbindung mit dem unteren Teil bzw. der unteren Kammer unterhalb der Wand 59 herzustellen. Die Standrohre bzw. Steigleitungen 67 sind von gleicher Höhe; sie verlaufen bis zur Ebene b gemäß Fig. 2 und bilden einen Überlauf zur Beibehaltung der Höhe des Flüssigkeitsdrucks bzw. Gefälledrucks in dem durch die Wand 65 gebildeten Ringraum bei einem konstanten Maximalpegel.

Der Bereich innerhalb des Ringräums 66 oberhalb der Steigleitungen wird auf einem Bezugsdruck gehalten, welcher wirklich konstant ist. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Bezugsdruck dadurch erreicht, daß der Bereich oberhalb

09821/0G91

der Überläufe bzw. Steigleitungen 67 über ein geeignetes Entlüftungsrohr 69 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Fluiddichtung 16 wirkt dabei in der Weise, daß der Eintritt verunreinigter Gase in den durch die Wand 65 gebildeten Ringraum 66 verhindert ist. Damit können keine Gase in das Entlüftungs- bzw. Abzugrohr 69 eintreten.

Um die obere Kammer 56 der Fluiddichtung 16 zu füllen, ist eine Tiefpumpe 71 vorgesehen, die in geeigneter Weise außerhalb der Ummantelung 13 angebracht ist. Ein Rohr 73 verbindet dabei die untere Kammer der Fluiddichtung 16 mit der Pumpe Das Rohr 73 endet in der unteren Kammer; es verläuft durch eine in dem Boden 57 gebildete geeignete öffnung hindurch. Die Ausströmung der Pumpe 71 wird durch ein Rohr 75 abgegeben, welches durch eine geeignete Öffnung in die Ummantelung 13 eintritt und durch diese in horizontaler Richtung hindurch bis zu einer Stelle oberhalb der Fluiddichtung 16 verläuft. Das Rohr 75 verläuft sodann nach unten und gelangt durch eine öffnung in dem kurzen Schenkel der Wand 65 hindurch. Das betreffende Rohr endet innerhalb des Ringraumes 66 in dem oberhalb der oberen Enden der Steigleitungen 67 befindlichen Bereich. Das Rohr 75 ist dabei so ausgerichtet, daß es in einem Bereich endet, der von jenem der Steigleitungen versetzt ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Rohr nicht seinen Inhalt unmittelbar in die unter ihm befindlichen Steigleitungen bzw. Standrohre abgibt.

Hinsichtlich der Herrichtung bzw. Herstellung des Druckbegrenzungssystems für den Normalbetrieb des Kernreaktors sei angenommen, daß im Innenraum der zweiten Sicherheitsummantelung 13 mit atmosphärischem Druck begonnen wird und daß die Kammer 58 unterhalb der Wand 59 mit Wasser gefüllt wird.

309821/0691

Ferner sei angenommen, daß die Pumpe 71 eingeschaltet wird, um Wasser in die obere Kammer 56 abzugeben. Das Wasser in der oberen Kammer füllt diese bis zur Ebene b, woraufhin das Wasser über den Überlauf in die untere Kammer fließt.

Nachdem die obere Kammer bis zur Höhe bzw. Ebene b gefüllt ist, wird das Vakuumpumpensystem 14 (Fig. 1) eingeschaltet, um die zweite Sicherheitsverkleidung 13 zu evakuieren. Wenn der Druck innerhalb der Sicherheitsverkleidung 13 absinkt, steigt das V/asser innerhalb der oberen Kammer 56 höher als der Ebene des Überlaufs entspricht, weshalb für die Auffüllung der Kammer 56 benötigtes zusätzliches Wasser durch den Betrieb der Pumpe 71 abgegeben wird. Wenn die Verkleidung bzw· der Behälter 13 auf den gewünschten Wert evakuiert ist, wird das Vakuumpumpensystem abgeschaltet, und die Pumpe kann ebenfalls abgeschaltet werden. Der Füllpegel ist bei a angedeutet. Vorzugsweise find hier nicht näher dargestellte Einrichtungen vorgesehen, die> eine konstante niedrige Wassertemperatur aufrechthalten, um nämlich den Dampfdruck weitgehend unterhalb des Druckpegels innerhalb des zweiten Sicherheitsbehälters bzw. der zweiten Sicherheitsverkleidung 13 zu halten.

Im Prinzip basiert der Betrieb auf einem konstanten Druckgefälle in der Ebene c während sämtlicher Betriebsphasen. In der Ebene c wirken drei gesonderte und gleiche Drückgefälle bzw. Staudrucke. 'Sämtliche Staudrucke sind gleich dem atmosphärischen Druck zuzüglich des Flüssigkeitsdrucks, der sich aus dem vertikalen Abstand zwischen den Ebene b und c ergibt (nachstehend als Druckgefälle bzw. Drucksäule b-c bezeichnet). Das Druckgefälle b-c ist gleich der Systembe-

3 09821/06 91

grenzungs- bzw. Systementlastungs-Einstellung. Das betreffende Druckgefälle bzw. die betreffende Druckhöhe kann Je nach Wunsch eingestellt werden, indem der vertikale Abstand zwischen b und c verändert wird. Die Ebene b ist als Oberseite der Überläufe 67 angedeutet. Die obere Reihe von Löchern in der Ausströmeinrichtung 61 legt, wie oben bereits angedeutet, die Ebene c fest. Durch Ändern der Höhe der oberen Reihe der Löcher (Ebene c) oder durch Ändern der Höhe der Überläufe (Ebene b) kann somit der vertikale Abstand zwischen den Ebenen b und c geändert und jede gewünschte Begrenzungseinstellung erzielt werden.

Die erste der drei oben erwähnten Drucksäulen bzw. Druckhöhen wirkt in der Ebene c innerhalb des Ringraumes 66. Das Volumen bzw. der Raum oberhalb der Oberseite der Überläufe ist zur Atmosphäre hin belüftet'. Demgemäß ist der Druck in der Ebene c gleich dem atmosphärischen Druck zuzüglich der Drucksäule b-c. Die Drucksäule b-c kann nicht überschritten werden, da nämlich der Wasserpegel in dem Ringraum nicht über die Oberseite der Überläufe ansteigen kann. In der Aufnahme- bzw. Sammelkammer wird eine Restmenge an Wasser behalten. Die Pumpe 71 saugt fortwährend Wasser aus diesem Resträum durch die Leitung 73 ab und führt es über die Leitung 75 zur Oberseite des Ringraums 66 hin. Damit kann der Wasserpegel in dem Ringraum 66 nicht unter den Pegel bzw. die Ebene b sinken. Überschüssiges, von der Pumpe 71 abgegebenes Wasser fließt über die Überläufe ab und kehrt zu der darunterliegenden Aufnahme- bzw. Sammelkammer zurück. Damit dürfte ersichtlich sein, daß die Drucksäule b-c nicht geändert werden kann und daß der Druck in der Ebene c innerhalb des Ringraumes 66 damit ste. ts dem atmosphärischen Druck zuzüglich der Drucksäule b-c ist.

309821/0691

-. 15 -

Aus der Überprüfung der Fig. 2 dürfte ersichtlich sein, daß zur Erzielung von Ausgleichsbedingungen der Druck innerhalb des zweiten Sicherheitsbehälters zuzüglich der Drucksäule a-b stets gleich atmosphärischem Druck sein muß. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die Drucksäule a-b, die oberhalb der Ebene b gehalten ist, genau gleich atmosphärischem Druck abzüglich des Drucks in dem zweiten Sicherheitsbehälter ist. Steigt daher d^r Druck in dem zweiten Sicherheitsbehälter bzw. in der zweiten Sicherheitsverkleidung aus irgendeinem Grunde an, so kann die gesamte Höhe der Drucksäule a-b nicht länger gehalten werden, und der Wasserpegel sinkt. Unter derartigen Umständen strömt überschüssiges Wasser über die Überläufe in den Ringraum 66 und sammelt sich in der Kammer 58. Aus der obigen Beschreibung dürfte ersichtlich sein, daß der Druckpegel in der Ebene c in der Kammer 56 stets gleich atmosphärischem Druck zuzüglich der Drucksäule b-c ist.

Die dritte der drei Drucksäulen wirkt in der Ebene c innerhalb des . Abgabe'abschnitts 61. Der Druck innerhalb der Leitung 15 ist gleich dem Druck innerhalb der ersten Sicherheitsv.erkleidung. Bei diesem Druck handelt es sich um den atmosphärischen Druck während der Bereitschaft. Der Druck in der Ebene c ist daher gleich atmosphärischem Druck zuzüglich der Drucksäule b-c.

Auf ein Zerreißen bzw. Zerbrechen des Behälters 12 hin steigt der Druck in der ersten Sicherheitsverkleidung und in der Verbindungsrohreinrichtung 15 an, wodurch der Wasserpegel innerhalb der Ausströmeinrichtung 61 absinkt. Der Anstieg dieses Drucks wird in der Ebene c genau kompensiert, und zwar durch die Herabsetzung des Druckgefälles bzw. der

309821/0691

Drucksäule zwischen b und c auf Grund des Absinkens des Wasserpegels in der Ausströmeinrichtung 61. Der Druckanstieg in der Leitung und dem ersten Sicherheitsbehälter kann die Drucksäule b-c nicht überschreiten, da nämlich eine Druckentlastung durch den Austritt des Gases durch die Löcher 62 erfolgt. Damit wird eine Gasdruckentlastung bzw. -begrenzung erreicht, wenn der Wasserpegel innerhalb der Ausströmeinrichtung 61 den Pegel der Löcher in der Ebene c erreicht. Der Druck in der Ebene c bleibt damit konstant auf einem Wert, der sich aus dem atmosphärischen Druck zuzüglich der Drucksäule b-c zusammensetzt, und zwar sowohl während der Bereitschaft als auch während des Vorliegens von Strömungszuständen.

Das durch die Löcher 62 der Ausströmeinrichtung 61 austretende Gas sprudelt nach oben durch das Wasser in der Kammer 56 und gelangt in den zweiten Sicherheitsbehälter hinein. Der größte Teil jeglichen in dem strömenden Gas enthaltenen Dampfes wird kondensiert, wenn er durch das Wasser in der oberen Kammer 56 der Fluiddichtung 16 hindurchtritt. Der Druckanstieg in der zweiten Sicherheitsverkleidung wird durch die Herabsetzung der Drucksäule a-b genau kompensiert, wie dies im Vorstehenden erläutert worden ist.

Das Volumen der Verkleidung 13 ist so gewählt, daß diese Verkleidung den gesamten Gasbestand in dem Behälter 12 während eines Unfalls, wie er größtenfalls auftreten dürfte, aufzunehmen vermag und dennoch einen Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks besitzt. Der Druck innerhalb der ersten Verkleidung 11 steigt auf einen Maximalwert an, der von dem Druckabfall in der Leitung 51 und der Druckdichtung 16 abhängt. Der betreffende Druck wird mit Abnahme der Gasströmung auf Null allmählich auf den Wert der Wasserdichtungs-Begrenzüngsein-

309821/0691

stellung, der Drucksäule b-c, abnehmen. Wenn das Gas in dem Hauptbehälter bzw. der Hauptverkleidung 11 abkühlt, beginnt der Druck abzusinken und bei einem Unteratmosphärendruckpegel sich zu stabilisieren. Als Ergebnis dieser Vorgänge zeigt sich, daß innerhalb weniger Minuten vom Ende eines Unfalls maximal zuverlässiger Verhältnisse das gesamte verunreinigte Gas auf einem Druck gehalten wird, der unterhalb des atmosphärischen Drucks liegt, und daß kein Leck nach außen auftritt, und zwar was die Hauptverkleidung 11 und die Sekundärverkleidung anbelangt. Wie oben beschrieben, kann in der Hauptverkleidung ein Rückschlagventil 43 gegen Vakuum erforderlich sein, um zu verhindern, daß ein Unterdruck die Baukonstruktionsgrenzen überschreitet._

Im Falle einer sehr langsamen Druckverminderung in dem Druckbehälter 12 kann der Druck innerhalb der Verkleidung bzw. des Behälters 11 unter dem Pegel bleiben, der für eine^rch/^rech;oⁱef' Fluiddichtung 16 erforderlich ist. Unter derartigen Bedingungen kann die Reaktor-Bedienperson das Ventil 53 öffnen, um einen Gasstrom durch das Rohr 51 in die Fluiddichtung 16 zu ermöglichen. Der Austrittspunkt des Rohres 51 ist zu der Ebene h in der Kammer .56 geführt, die ein wenig oberhalb der Ebene b liegt. Auf diese Weise wird automatisch eine andere Begrenzungsbzw. Entlastungseinstellung für die erste Sicherheitsverkleidung erreicht. Die betreffende Einstellung entspricht einem Wert, der gleich dem atmosphärischen Druck abzüglich der Drucksäule des vertikalen Abstands zwischen den Ebenen b und h ist. Die Ebene b in der Kammer 56 wird stets im Hinblick auf atmosphärischen Druck erwähnt, wie dies bei den obigen Ausführungen angegeben worden ist_e Damit kann im Falle eines kleinen Lecks in dem Druckbehälter 12 und außerdem während Bereitschaftsbedingungen der Druckpegel in der

309821/0691

ersten Sicherheitsverkleidung durch öffnen des Ventils 53 auf einem Wert gehalten werden, der etwas unterhalb des atmosphärischen Druckes liegt. Hierdurch wird ebenfalls sichergestellt, daß radioaktive Gase nicht an die Atmosphäre austreten können, da beide Sicherheitsbehälter bzw. -verkleidungen bei Unteratmosphärendruck verbleiben.

Obwohl ^edes geeignete Fluid in der Fluiddlchtung 16 verwendet werden kann, ist die im besonderen dargestellte Ausführungsform in Verbindung mit Wasser erläutert worden. Unter derartigen Bedingungen können zufriedenstellende Konstruktionen einen minimalen Druck in der zweiten Sicherheitsverkleidung bzw. in dem zweiten Sicherheitsbehälter 13 von 0,07 atü (entsprechend 1,0 psig) besitzen, wobei die Ebene a etwa 9f63 m (entsprechend 31 _f6 Fuß) oberhalb der Ebene b, der überlaufebene, liegt. Die Abmessung b-c kann 35 cm (entsprechend 1,15 Fuß) betragen, um eine Begrenzungs- bzw. Entlastungseinstellung von ca. 0,035 atü (entsprechend 0,5 psig) zu erzielen. Der Abstand c-d kann bei etwa 2,4 m (entsprechend 8 Fuß) gewählt werden, der Abstand d-e kann bei etwa 30 cm (entsprechend 1 Fuß) gewählt werden, und der Abstand f-g kann bei etwa 11m (entsprechend 36 Fuß) gewählt werden. In diesem Zusammenhang seien ein Kammerdurchmesser von ca. 9,1 m (entsprechend 30 Fuß), ein Innendurchmesser des Ringraumes von ca. 6,7 m (entsprechend 22 Fuß) und ein maximaler Durchmesser von etwa 6,1 m (entsprechend 20 Fuß) für die Ausströmungseinrichtung 6Ϊ angenommen. Unter der Annahme eines ca. 2,7 m (entsprechend 9 Fuß) betragenden Innendurchmessers der Leitung 15 könnte der gesamte Druckabfall der Leitung und des Wasserdichtungssystems auf etwa 0,18 at (entsprechend 2 1/2 psi) während maximaler Strömungsbedingungen ansteigen.

309821/0691

Demgegenüber beträgt der minimale Druck, der für das Einströmen eines Gases in den Behälter bzw. die Verkleidung 13 erforderlich ist, etwa 0,035 atü (entsprechend 0,5 psig). Unter derartigen Bedingungen wird der Reaktorbaudruck während eines Druckbehälterrisses auf einen Maximalwert von etwa 0,18 atü (entsprechend 2 1/2 psig) ansteigen und dann am Ende der Druckabsenkung auf etwa 0,035 atü (entsprechend 1/2 psig) zurückgehen. Auf die oben erwähnte Abkühlung hin sinkt dieser Druck unter atmosphärischen Druck.

In dem System gemäß der Erfindung wird das gesamte an den Behälter bzw* die Verkleidung 13 abgegebene Gas gekühlt, indem es durch Wasser geleitet wird. Damit ist das erforderliche Sicherheits- bzw. Schutzvolumen auf einen minimalen Wert herabgesetzt. Während des zu einer Druckabsenkung führenden Unfalls brauchen keine beweglichen Teile zu arbeiten; damit arbeitet das System im mechanischen Sinne vollständig statisch. Eine Bestimmung hinsichtlich der Bereitschaft des Systems, das freigegebene Gas vollständig aufzunehmen, kann durch eine einfache Messung des absoluten Drucks in dem Behälter bzw. der Verkleidung 13 erfolgen. Die Verkleidung bzw. der Behälter 13 kann bei einer gegebenen Leckrate entsprechend aufgebaut sein, wobei in diesem Fall ein periodischer Betrieb oder Betrieb bei minimalem Pegel des Vakuumpumpensystems 14 wünschenswert sein kann. Die Leckrate läßt sich ohne weiteres dadurch messen, daß die Strömung durch das Vakuumpumpensystem gemessen wird. Damit kann der zweite Sicherheitsbehälter bzw. die zweite Sicherheitsverkleidung ständig hinsichtlich Leckstellen überwacht werden. Der Druck in dem Behälter bzw. in der Verkleidung 13 liegt stets bei Unteratmosphärendruck, und das in diesem Behälter bzw. in dieser Verkleidung befindliche Gas wird

309821 /0691

sogar nach einer Druckherabsetzung oder nach einem Abblasen des Behälters 12 gekühlt. Der Druck in dem Behälter bzw. in der Verkleidung 11 kehrt kurz nach dem Abblasen auf einen Unteratmosphärendruck zurück, was dazu führt, daß das gesamte abgegebene Gas auf Unteratmosphärendruck gehalten ist. Auf diese Weise ist die Möglichkeit des Austritts an die Umgebungsatmosphäre verhindert. Jeglicher in das System abgegebene Dampf ko_ndensiert in der Fluiddichtung 16. Da die Verkleidung bzw. der Behälter 13 konstant auf Unteratmosphärendruck gehalten wird, kann er aus Beton gebildet werden, um den Vorteil eines gewissen atmosphärischen Vorspannungswertes auszunutzen.

Die Erfindung ist insbesondere in einem Fall anwendbar, in welchem zwei Reaktoren nebeneinander betrieben werden, wobei angenommen ist, daß der gleichzeitige Ausfall der Druckbehälter beider Reaktoren unwahrscheinlich ist. In derartigen Fällen können erhebliche Einsparungen beim Bau der Reaktoren erzielt werden, da lediglich ein einziges sekundäres Drucksicherheitssystem erforderlich ist.

Aus Vorstehendem dürfte ersichtlich sein, daß durch die Erfindung ein verbessertes Druckbegrenzungs- und Drucksicherheitssystem geschaffen worden ist. Das Druckbegrenzungsbzw· Druckentlastungssystem gemäß der Erfindung zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit und relativ niedrige Kosten aus. Dabei ist eine angemessene Eindämmung von während eines Unfalls freigesetzter verunreinigter Gase bei einem Unteratmosphärendruck erzielt, wodurch Möglichkeiten des Austritts von Verunreinigungen an die Umgebungsatmosphäre auf einen minimalen Wert herabgesetzt sind.

309871/0691

Claims

Patentans p__r ti ο h^e

uckbegrenzungs- und Sicherheitssystem für eine ^-^potentielle Quelle eines Sicherheitsgases, mit einer' ersten Sicherheitsverkleidung für den Einschluß der potentiellen Quelle zum Zwecke der Aufnahme von Gas von dieser Quelle, und mit einer zweiten Sicherheitsverkleidung, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (14) vorgesehen sind, die in der zweiten Sicherheitsverkleidung (13) einen Unteratmosphärendruck erzeugen, daß Leitungseinrichtungen (15) vorgesehen sind, die Gas aus der ersten Sicherheitsverkleidung (11) in die zweite Sicher« heitsverkleidung (13) zu leiten gestatten, daß ©ine Druckregulierungs-Fluiddichtung (16) in den Leitungseinrichtungen (15) enthalten ist und eine Trennung zwischen der ersten Sicherheitsverkleiduag (11) und der zweiten Sicherheitsverkleidung (13) aufrechthält, und daß die Druckr&gulienmg^Fluiddielrtang (16) in dem Fall durchbrechbar ist, daß der. Druck in der ©raten Sicherheitsverkleidung (11) auf einen bestimmten Regel ansteigt, bei dem Gas aus der ersten Sicherheitsverkleidung (11) in die zweite Sicherheitsverkleidung (13) zu strömen vermag.
2. System nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet_p daß Rückschlagventileinrichtungen (43) gegen Vakuum zur Begrenzung des Unterdruckpegels In der ersten Sicherheltsverkleidung (11) vorgesehen sind.
3. System nach Anspruch 1 oder Z₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddichtung (16) Einrichtungen (55»59) enthält , die einen solchen Fluiddruck bereitstellen» daß Gase erst durch diese Einrichtungen hindurcJatreten müssen,

303821/0691

225257A

bevor sie die zweite Sicherheitsverkleidung (13) erreichen.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddichtung (16) eine Hauptkammer (56), die mit der zweiten Sicherheitsverkleidung (13) verbunden ist, eine zweite Kammer (66), eine Überlaufkammer (58), eine die Hauptkammer (56) von der zweiten Wand (66) trennende Trennwand, einen in dieser Wand befindlichen Durchgang , der eine Verbindung zwischen der Hauptkammer (56) und der zweiten Kammer (66) herstellt, einen Überlauf (67)» der zwischen der zweiten Kammer (66) und der Überlaufkammer (58) vorgesehen ist und der oberhalb der Ebene des genannten Durchgangs liegt, Einrichtungen (71), die in der zweiten Kammer (66) oberhalb des Überlaufs (67) einen atmosphärischen Druck aufrechthalten, und Einrichtungen (69) enthält ., die die Hauptkammer (56) mit einem Fluid bis zu einem Pegel oberhalb des Überlaufs (67) zu füllen gestatten und die damit eine Drucksäule bereitstellen, welche für eine Verschiebung der Druckdifferenz zwischen der ersten Sicherheitsverkleidung (11) und der zweiten Sicherheitsverkleidung (13) ausreicht, und daß die Leitungseinrichtungen (15) so ausgebildet sind, daß sie eine Verbindung mit der Hauptkammer (56) bei einer unterhalb des Überlaufs (67) liegenden Abgabepegel herzustellen gestatten.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungseinrichtungen (15) einen durchlöcherten Abgabeteil (61) in der Abgabehöhe enthalten.

309821/0691
6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Leitung (51) die erste Sicherheitsverkleidung (11) und die zweite Sicherheitsverkleidung (13) miteinander verbindet und den Druckpegel in der ersten Sicherheitsverkleidung (11) herabzusetzen gestattet, daß die zweite Leitung (51) in der Hauptkammer (56) in einer Ebene (h) endet, die oberhalb der des Überlaufs (67) liegt, und daß ein die zweite Leitung (51) öffnendes bzw· verschließendes selektiv betätigbares Ventil (53) vorgesehen ist, wobei der Druck in der ersten Sicherheitsverkleidung (11) auf Unteratmosphärendruck herabsetzbar ist.

7· System nach einem der Ansprüche T bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddichtung (16) Einrichtungen aufweist, die eine weitgehend konstante JPluiddrucksäule bereitstellen, welche gleich der für die Aufrechterhaltung einer Dichtung zwischen der ersten Sicherheitsverkleidung (11) und der zweiten Sicherheitsverkleidung (13) während eines normalen Reaktorbetriebs erforderlichen Fluiddrucksäule ist und welche in dem Fall geringer ist als die für die Beibehaltung einer solchen Dichtung erforderliche Fluiddrucksäule, daß der Druckunterschied zwischen der ersten Sicherheitsverkleidung (11) und einem Bezugsdruck einen vorgewählten Wert überschreitet,

8· System nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddrucksäule durch einen Flüssigkeitsdruck zuzüglich des Druckes in der zweiten Sicherheitsverkleidung (13) gegeben ist und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die zur Aufrechterhaltung einer nahezu konstanten Drucksäule

9821/0691

den Flüssigkeitsdruck um einen Betrag zu senken gestatten, der gleich irgendeinem Druckanstieg in der zweiten Sicherheitsverkleidung (13) ist.

9· System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daS die den Flüssigkeitsdruck herabsetzenden Einrichtungen eine Einrichtung aufweisen, die einen weiteren Flüssigkeitsdruck in der Ebene des erstgenannten FlÜssigkeitsdrucks aufbaut, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die einen festen Bezugsdruck über dem weiteren Flüssigkeitsdruck aufbauen» und daß Überlauf einrichtungen (67) vorgesehen sind, die den zweiten Flüssigkeitsdruck auf einem unabhängig von einer Änderung des ersten Flüssigkeitsdrucks konstanten Pegel halten.

309821/0691

ZS

Leerseite