DE2416896A1

DE2416896A1 - Sicherheitseinrichtung fuer kernkraftwerke

Info

Publication number: DE2416896A1
Application number: DE2416896A
Authority: DE
Inventors: William W Brown; Robert A Loose
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-04-18
Filing date: 1974-04-06
Publication date: 1974-10-31
Also published as: JPS539677B2; FR2226728B1; DE2416896C2; US3920513A; ES425437A1; CH580322A5; GB1434315A; IT1009873B; BE813734A; JPS5040987A; FR2226728A1; SE407123B; CA1016277A

Description

PATH! NTΛ NWALT

DIPL. ING. K. HOLZEK
AUGSBURG

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SSMiMMIl MlVC

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 wird_e 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 sein_e 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

241RR96 /3

Patentansprüche

(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 sind_e

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3« 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 3_t 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,

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