DE2416896A1 - Sicherheitseinrichtung fuer kernkraftwerke - Google Patents
Sicherheitseinrichtung fuer kernkraftwerkeInfo
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Description
DIPL. ING. K. HOLZEK
AUGSBURG
AUGSBURG
3PHXIiIPPINB-WELSER-SIItASSK 14
662
Augsburg, den 4. April 1974
westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building,
Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V,St,A,
Sicherheitseinrichtung für Kernkraftwerke
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Kernkraftwerke mit einem Reaktorbehälter, an welchen mehrere
Primärkühlschleifen mit jeweils einem Dampferzeuger und
einer Kühlmittelumwälzpumpe angeschlossen sind, wobei mindestens ein mit dem Reaktorbehälter verbundener und
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einen Neutronenabsorber enthaltender Speichertank vorgesehen ist.
Bei Kernkraftwerken üblicher Bauart wird ein Primärkühlmittel mittels Umwälzpumpen in einer geschlossenen
Kühlschleife durch den Reaktor und durch einen außerhalb des Reaktors gelegenen Dampferzeuger zirkuliert. Der Dampferzeuger
weist einen Wärmetauscher auf, in welchem die Wärme vom Reaktorkühlmittel auf eine andere, in einer
Sekundärschleife zirkulierende Flüssigkeit übertragen wird. Diese Sekundär schleife enthält, den Dampf generator, eine
Turbine, einen Kondensator und eine Pumpe« Mittels der übertragenen Wärme wird aus der Sekundärflüssigkeit unter
hohem Druck stehender Dampf zum Antrieb der Turbine erzeugt.
Während des Reaktorbetriebs ist es wichtig , daß nach einem größeren Leitungsbruch entweder in der Primärschleife
oder der Sekundärechleife oder unter anderen abnormen
Umständen, bei denen das Primärkühlmittel eine schnelle, die Injektion eines Neutronenabsorber in den Reaktor
erforderlich machende Temperaturänderung erfährt, keine wesentliche Energiemenge im Reaktor erzeugt wird. Tritt
beispielsweise ein Bruch der Dampfleitungen der Sekundärschleife auf, so werden durch in der Primärschleife
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angeordnete Temperatur- und Strömungsmeßfühler Vorrichtungen betätigt, die das automatische Einfahren der Steuerstäbe
in den Reaktorkern zum Zwecke des Abbrechens des Spaltvorgangs veranlassen. Die Temperatur des Reaktorkühlmittels
beginnt dann rasch auf einen niedrigeren Wert abzufallen, da immer noch Wärme auf die Sekundärflüssigkeit im Dampferzeuger
übertragen wirde Um jedoch sicherzustellen, daß im Reaktor keine Leistungsausbreitung stattfindet, ist es
wünschenswert, im Reaktorkern zusätzlich negative Reaktivität zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist bisher ein, einen lJeutronenabsorber
in Form von konzentrierter Borsäure enthaltender Behälter mit der Einlaßseite von Hochdruck-Sicherheitsinjektionspumpen
verbunden. Beim Auftreten eines einen regelwidrigen Reaktorzustand anzeigenden Signals pumpen
diese Sicherheitspumpen schnell Borsäure in den Reaktorkern hinein, um einer Leistungsausbreitung im Reaktor vorzubeugen
oder einer solchen entgegenzuwirken.
Ein bedeutender Nachteil der Verwendung einer solchen Anordnung liegt darin, daß die Zeitverzögerung zwischen
dem Anlauf der Pumpen und der Borsäureinjektion so groß ist, daß der Reaktor unter Umständen weiterhin Wärme erzeugen
kann und eine schnelle vollständige Reaktorabschaltung
nicht erreicht wird. Eine Injektionsanordnung dieser
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Bauart erfordert außerdem eine anspruchsvolle und komplizierte Steuereinrichtung zu ihrer Betätigung, was nicht
nur die Einleitung der Borsäure in den Reaktorkern verkompliziert, sondern auch die Reaktorkosten vergrößerte
Außerdem sind große Hochdruckpumpen erforderlich, um die Borsäure in den Reaktor hineinzupumpen«
Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Notwendigkeit, den Borsäuretank vollständig vom Reaktorhauptkühlkreislauf
zu trennen, solange der Tank nicht zum Einsatz kommt« Sollte bei den, den Borsäuretank absperrenden Trennventilen
ein Leck auftreten, ist es möglich, daß im Tank ein Druckabfall entsteht und sich die Borsäure langsam im Primärkühlmittel
verteilt. Das Vorhandensein der Borsäure im Primärkühlmittel würde dann die Leistung des Reaktors
ungünstig beeinflussen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache und verhältnismäßig billige Einrichtung zu
schaffen, mittels welcher eine Neutronenabsorberflüssigkeit nach minimaler Zeitverzögerung nach dem Einschalten der
Einrichtung in den Reaktorkern einspritzbar ist.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Sicherheits-
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ORIGINAL INSPECTED
einrichtung der eingangs dargelegten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Speichertank einen mit
der Druckseite der Umwälzpumpe mindestens einer Primärkühlschleife verbundenen Einlaß und einen mit der Saugseite
der Umwälzpumpe mindestens einer der übrigen Primärkühlschleifen verbundenen Auslaß aufweist und durch am Einlaß
und Auslaß angeordnete Trennventile normalerweise von den Primärkühlschleifen getrennt ist, und daß Mittel vorgesehen
sind, welche die Trennventile bei Empfang eines Alarmsignals öffnen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird
nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es stellen dar:
Fig, 1 ein Schaltschema einer Sicher
heitseinrichtung nach der Erfindung,
Pig, 2 eine Ansicht eines Neutronen
abs orbertanks der erfindungsgemäßen
Sicherheitseinrichtung,
Pig, 3 eine Draufsicht auf den in Pig, 2
dargestellten Tank, und
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Figo 4 eine vergrößerte Darstellung
eines im Tankboden angeordneten Einlaßstutzens·
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Pig, 1 ist ein Kernreaktor 10 mit einem Reaktorbehälter 12 dargestellt, der einen üblichen Reaktorkern 14
zur Wärmeerzeugung enthält. In drei gleichen Kühlschleifen A, ß und C, die jeweils einen Kühlmittel-einlaß 16, einen
Auslaß l8 und eine Umwälzpumpe 20 enthalten, strömt Kühlmittel
aus dem Reaktor in einen in jeder Kühlschleife angeordneten Dampferzeuger 22„ Zur Ausnutzung der auf das
Kühlmittel in den Kühlschleifen übertragenen Wärme wird diese Wärme in den Dampferzeugern 22 vom Reaktorkühlmittel
auf eine Sekundärflüssigkeit übertragen, die in einer Sekundärschleife mit Frischdampfleitungen 23, einer
Turbine 24, einem Kondensator 26 und einer mit den Dampferzeugern
verbundenen Speisewasserpumpe 28 zirkuliert« Die Turbine ist mit einem elektrischen Generator gekuppelt,
der elektrische Energie in ein elektrisches Netz einspeiste
Wenn eine der die Dampferzeuger und die Turbine der
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Sekundärschleife miteinander verbindenden Frischdampfleitungen
23 bricht, so veranlassen geeignete Temperatur- und/oder Druckmeßfühler und Strömungsmeßeinrichtungen das
Einfahren der Steuerstäbe in den Reaktorkern, um den Spaltprozeß abzubrechen. Trotzdem kann der Reaktor wegen
des negativen Temperaturkoeffizienten im Reaktorkern selbst nach dem Einfahren der Steuerstäbe wieder auf Leistung
hochfahren.
Wie in Fig» 1 dargestellt ist, ist eine Leitung 30 mit der Druckseite der Umwälzpumpe 20 in einer Primärschleife
verbunden, so daß Primärkühlmittel durch zwei parallel geschaltete Ventile 32 und vorzugsweise durch Pumpen 34
in einen Borbehälter 35 einleitbar ist. Eine Hebenschlußleitung 36 stellt die Kühlmittelzufuhr zum Borbehälter
sicher, falls die Pumpen 34 nicht arbeiten» Rückschlagventile
38 verhindern eine Rückströmung aus dem Behälter in das Reaktorkühlsystem«
Der Behälter 35 enthält eine Neutronenabsorberflüssigkeit, beispielsweise Borsäure oder Kaliumpentaborate Bei dem
zur Erläuterung der Erfindung gewählten Ausführungsbeispiel ist die Neutronenabsorberflüssigkeit eine 12#ige Lösung
von Borsäure in Wasser, die auf einer Minimaltemperatur
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von 71°C gehalten wird, damit die bei niedrigeren Temperaturen auftretende Ausscheidung des Bors aus der Lösung verhindert
wird» Eine Anzeigevorrichtung 40 zeigt den Füllstand der Borsäure im Behälter 35 an»
Sind die Ventile 32 geöffnet, so pumpt die in der Primärschleife C befindliche Umwälzpumpe 20 unter Druck
stehendes Kühlmittel durch den Tankboden in den Borinjektionstank
35, so daß der Neutronenabsorber durch zwei parallelgeschaltete, motorbetätigte Ventile 42 in Leitungen 44, 46
und 48 hinausgedrückt wird, welch letztere zu den beiden anderen Primärschleifen A und B des Reaktors führen» Jede
Primärschleife enthält parallelgeschaltete Rückschlagventile 50, um eine Rückströmung zu verhindern.
Ein Borsäureausgleichstank 52 ist zum Tank 35 parallelgeschaltet,
damit dieser gefüllt und einsatzbereit bleibt. Es ist wichtig, daß die im Tank 35 enthaltene Borsäure
nicht ausleckt oder auf andere Weise in die Reaktorprimärkühlschleifen
gelangt, da die Borsäure als Neutronenabsorber für den Reaktor wirkt« Sollten die Ventile 32 und 38 an
der Tankeinlaßseite und die Ventile 42 und 50 an der Tankauslaßseite lecken, so verursacht, wie ersichtlich ist,
der dadurch über dem Tank 35 entstehende Druckabfall ein
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allmähliches Austreten der Borsäure in die Primärkühlschleifen,
Um diesen möglichen Nachteil zu beseitigen, ist eine Nebenschlußleitung 54 zum Druckausgleich in der dargestellten
Weise parallel zum Tank 35 geschaltet, so daß sich der Druck auf beiden Seiten des Tanks 35 ausgleicht
und daher keine Strömung durch den Tank hindurch stattfindet» Die Leitung 54 ist in geeigneter Weise klein im Vergleich
zur Hauptströmungsleitung durch den Tank 35, so daß nur eine kleine Strömungsmenge aus der Umweltpumpe 20 am Tank
vorbeiströmt, wenn sich die Anordnung im Einsatz befindet.
Sollte in irgendeiner der Frischdampfleitungen 23 der Sekundärschleife ein Bruch auftreten, so wird dieser durch
geeignete, in der Sekundärschleife angeordnete Temperaturmeßfühler festgestellt und es werden eine geeignete
Steuereinrichtung und Ventilrelais in Tätigkeit gesetzt, welche die Ventile 32 und 38 sowie 42 und 50 öffnen. Die
Meßeinrichtung und die elektrische Anordnung zur Ausübung dieser Punktionen sind im wesentlichen ähnlich den üblicherweise
verwendeten Dampfleitungsbruch-Sicherheitseinrichtungen und werden hier nicht im einzelnen beschrieben. Sind die
Ventile geöffnet, so besteht eine direkte Verbindung zwischen dem Borsäuretank 35 und den kalten Zweigen der Primärschleifen
A und B, Die Kühlmittelumwälzpumpe 20 oder die
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Pumpen 31*, falls diese vorhanden sind, pumpen dann Primärkühlmittel
aus der Primärschleife C in den Borsäuretank 35, so daß Borsäure aus dem Tank 35 in das Leitungssystem zur
direkten Einleitung in die beiden übrigen mit Reaktoreinlässen verbundenen kalten Zweige der Primärschleifen A
und B. Gegebenenfalls kann auch die Primärschleife C einbezogen
werden« Die Borsäuremenge im Tank 35 ist so gewählt, daß das erforderliche Maß an negativer Reaktivität im Reaktor
erzeugt wird und dadurch ein vollständiges Abschalten des Reaktors und Beendigen der Wärmeerzeugung sichergestellt
werden·
Die sich aus der Arbeitsweise der oben beschriebenen Anordnung ergebenden Vorteile rühren hauptsächlich von der
Einfachheit der Anordnung und der Verwendung des Kühlmitteldruckes her, weshalb ein verhältnismäßig kleiner Differenzdruck
zum Einleiten der Neutronenabsorberlösung in den Reaktor erforderlich ist» Die Ventile auf beiden Seiten des
Tanks 35 werden einfach bei Empfang eines Alarmsignals von den in der Sekundärschleife gelegenen Temperatur- oder
Strömungsmeßexnrichtungen oder von in den Primärschleifen gelegenen Temperaturmeßfühlern geöffnet«. Für die Arbeitsweise
der Anordnung sind keine weiteren Steuerorgane erforderlich.
Zweckmäßigerweise ist der Borsäuretank in der Nähe
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der Primärkühlschleifen gelegen, um die Verzögerungszeit zwischen dem Einschalten der Ventilmotoren oder Ventilrelais
und der tatsächlichen Borsäureeinspritzung in den Reaktor zu verkürzen»
Wie in den Pig, 2, 3 und 4 dargestellt ist, weist der Tank 35 einen Einlaß 60, einen Auslaß 62 und eine Vielzahl
von Tankstützen 64 auf, die an der Tankwandung angeschweißt oder auf andere Weise befestigt sind. Um einen Zugang zum
Tank für Reinigungs- oder andere Zwecke zu ermöglichen, ist ein 45-cm-Einstieg 66 an die Tankwandung angeschweißt.
Der Einlaß 60 ist mit einer in Pig, 4 dargestellten Düse versehen, die an ihrer zylindrischen Mantelfläche und ihrer
Stirnfläche mit Perforationen 70 versehen ist» In den Tank eingeleitete Flüssigkeit strömt durch die Bohrungen
nach außen und wird gleichmäßiger verteilt, wobei der Neutronenabsorber zum Auslaß 62 und in das Reaktorprimärkühlsystem
gedrückt wird. Zur Verbesserung der Verteilung kann eine perforierte Platte 72 an den Tankwandungen angeschweißt
seine Diese Platte ist mit einer Vielzahl von Bohrungen 74 zur gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit
versehen. Weiterhin sind elektrische Heizgeräte 76 im Tank vorgesehen, welche die Borsäurelösung auf einer ausreichend
hohen Temperatur halten, damit eine Borausscheidung ver-
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hindert wird«
Zur Auslösung der Tätigkeit der Anordnung erhält diese ein Notsignal von druck- oder temperaturempfindlichen
Elementen, die üblicherweise in der Anlage angeordnet sind und das Einschalten der zum Öffnen der Ventile 32 und 42
vorgesehenen Vorrichtungen sowie das Anfahren der Hilfspumpen
34, falls diese vorhanden sind, veranlassen.
Sodann wird der Inhalt des Tanks 35 sofort zur Saugseite der Umwälzpumpen 20 hin abgelassen, welche die
hochkonzentrierte Borlösung in den Reaktorbehälter hineinpumpen»
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Claims (1)
- 241RR96 /3Patentansprüche(ί»)Sicherheitseinrichtung für Kernkraftwerke mit einem Reaktorbehälter, an welchen mehrere Primarkühlschleifen mit jeweils einem Dampferzeuger und einer Kühlmittelumwälzpumpe angeschlossen sind, wobei mindestens ein mit dem Reaktorbehälter verbundener und einen Neutronenabsorber enthaltender Speichertank vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speichertank (35) einen mit der Druckseite der Umwälzpumpe (20) mindestens einer Primärkühlschleife (C) verbundenen Einlaß (30, 60) und einen mit der Saugseite der Umwälzpumpe (20) mindestens einer der übrigen Primarkühlschleifen (A, B) verbundenen Auslaß (62) aufweist und durch am Einlaß und Auslaß angeordnete Trennventile (32, 42) normalerweise von den Primarkühlschleifen getrennt ist, und daß Mittel vorgesehen sind, welche die Trennventile bei Empfang eines Alarmsignals öffnen»2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankeinlaß (60) und der Tankauslaß (64) zwecks Verhinderung eines Druckgefälles über dem Speichertank (35) durch Ausgleichsleitungen (54) mit verhältnismäßig kleinen Strömungsquerschnitten verbunden sinde- 13 409844/07083« Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch im Speichertank (35) angeordnete Heizgeräte (70), welche den im Tank befindlichen Neutronenabsorber auf einer bestimmten Temperatur halten,4„ Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß der Speichertank (35) in nächster Nähe des Reaktorbehälters (12) angeordnet ist,5, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speichertank (35) an seinem Einlaß angeordnete Vorrichtungen (68, 72) zur gleichmäßigen Verteilung des in den Tank einströmenden Kühlmittels aufweist,6, Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Kühlmittelverteilung eine perforierte Platte (72) aufweisen, die hinter dem Einlaß (60) innerhalb des Speichertanks (35) angeordnet ist,409844/0708JlSLeerseite
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