DE2430586C3 - Kernreaktoranlage mit einer Sicherheitshülle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einer Sicherheitshülle und einer aus dieser ins Freie führenden Frischdampfleitung mit einem dem Querschnitt der Frischdampfleilung entsprechenden Schnellschlußventil, das zusammen mit zwei vorher von der Frischdampfleitung abzweigenden Sicherheitsventilen im Inneren der Sicherheilshülle angeordnet ist. und mit einem weiteren Absperrventil außerhalb der Sicherheitshülle.

Bei der in der Zeitschrift »Atomwirtschaft«, Febr. 1968, S. 96, beschriebenen Kernreaktoranlage mit einem Siedewasserreaktor führt das dem Schnellschlußventil vorgeschaltete eine Sicherheitsventil unmittelbar in das Innere der Sicherheitshülle. Der bei seinem Ansprechen in das Innere der Sicherheitshülle gelangende Dampf macht die Sicherheitshülle praktisch unbegehbar, wenn das Abblasen bei großer Leistung erfolgt. Das andere Sicherheitsventil führt in eine Kondensationskammer, die für die Aufnahme großer Wärmemengen einen erheblichen Aufwand erfordert.

Aus der Zeitschrift »Atomwirtschaft«, Nov. 1971, S. 580, ist auch eine Kernreaktoranlage mit einem Druckwasserreaktor bekannt, bei der jede der vier aus der Sicherheitshülle ins Freie führenden Frischdampfleitungen, die von vier parallel arbeitenden Dampferzeugern ausgehen, mit einem eigenen Sicherheitsventil versehen ist. Die Sicherheitsventile liegen alle außerhalb der Sicherheitshülle. Deshalb ist eine Absperrung der Frischdampfleitungen im Inneren der Sicherheitshülle nicht möglich, mit der bei Störungen da·. I nt weichen von Dampf verhindert werden könnte.

Die Erfindung hat das Ziel, mit geringem Aufwand die für den Störfall notwendige Wärmeabfuhr in Kernreaktoranlagen der eingangs genannten Art /u verbessern. Dabei soll sichergestellt sein, daß die ^.umeabfuhr begrenzt ist, denn sie darf die Dampferzeugungsanlage nicht zu stark belasten. Dies könnte zum Beispiel der

Fall sein, wenn der normale Gegendruck des von der Dampferzeugungsanlage gespeisten Systems fehlt, weil die Frischdampfleitung gebrochen ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kernreaktoranlage besteht darin, daß die Sicherheitsventile dem Schnellschlußventil parallel geschaltet sind und einen kleineren Querschnitt als dieses und unterschiedliche Ansprechdrücke aufweisen und daß an der Frischdampfleitung außerhalb der Sicherheitshülle vor dem Absperrventil ein weiteres Sicherheitsventil angeordnet

Bei der Erfindung sind die Sicherheitsventile dem Schnellschlußventil parallelgeschaltet. Sie zweigen also nicht nur in Richtung der normalen Dampfströmung gesehen vor dem Schnellschlußventil von der Frischdampfleitung ab, sondern ihre Auslaßleitungen führen h.nter dem Schnelischhißveniil zur Frischdampfleitung zurück. Deshalb blasen die Sicherheitsventile über die normale Frischdampfleilung ab. so daß kein besonderer Auslaß benötigt wird. Gleichzeitig aber ist durch den kleineren Querschnitt der Sicherheitsventile im Vergleich zum Schnellsthlußventil dafür gesorgt, daß die Abblasemenge beim Ansprechen der Sicherheitsventile keine gefahrlichen Werte erreichen kann. Dabei ergibt die Staffelung von zwei Sicherheitsventilen mit unterschiedlichen Ansprechdrücken eine selbsttätige Anpassung an unterschiedliche Strömungswiderstände. Sollte nämlich zum Beispiel trotz eines Lecks an der Frischdampfleitung noch ein relativ großer Strömungswiderstand vorhanden sein und deshalb der Druck der Kernreaktoranlage trotz des Ansprechens des ersten Sicherheitsventils noch unerwünscht ansteigen, so wird das zweite Sicherheitsventil wirksam, das bei einem Leck mit sehr kleinem Strömungswiderstand nicht ansprechen würde. Man erhält also, wie gewünscht, eine Druckentlastung mit einfachen Mitteln, die Folgeschäden in der Dampferzeugungsanlage vermeidet. Dabei sind das Schnellschlußventil ebenso wie die parallelen Sicherheitsventile geschützt in der Sicherheitshülle angeordnet, ohne daß diese beim Ansprechen der Sicherheitsventile unbegehbar werden müßte.

Aus Gründen der Redundanz, die eine erhöhte Sicherheit ergibt, können außerhalb der Sicherheitshülle zwei Sicherheitsventile mit je 50%iger Abbiasleistung und gleichem Ansprechdruck parallel geschaltet sein. Diese beiden Sicherheitsventile sind einer einzigen Frischdampfleitung zugeordnet und deshalb nicht mit der aus der Zeitschrift »Atomwirtschaft« vom Nov. 1971 bekannten Anordnung zu vergleichen.

Die Sicherheitsventile mit ihrem kleineren Querschnitt als dem des Schnellschlußventils werden in vielen Fällen bereits einen zur Begrenzung der Abblasmenge ausreichenden Strömungswiderstand aufweisen. Zusätzlich kann man aber auch mit den Sicherheitsventilen eine Drossel in Reihe schalten. Dazu ist zu bemerken, daß bei dem Siedewasserreaktor nach der genannten Zeitschrift »Alomwirtschaft« vom Febr. 1968 in der Frischdampfleitung eine Drossel vorgesehen ist. Diese liegt aber in der Hauptleitung und nicht in Reihe mit den Sicherheitsventilen.

Dem Auslaß des Hißeren Sicherheitsventils kann man zwei in Reihe liegende steuerbare Ventile als Abblasregelventile zuordnen. Mn solchen Abbla?>regelventilen wird nach einem Ausfall der normalen Stromversorgung die Energie des Kernkraftwerkes abgeführt, die nach dem Abschaben als sogenannte Nachzerfallswärme entsteht.

Zur näheren Ei läuterung der Erfindung wird im

folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei ist in

Fig. 1 schematisch die Frisehdampfleitung eines Dampferzeugers einer Druekwasserreaktoranlage gezeichnet,

F i g. 2 zeigt die Leitungsführung in einem .,ereinfachten Querschnitt durch einen Teil des Reaktorgebäudes.

Der Dampferzeuger 1 wird in bekannter Weise vom Pnmärsystem des Druckwasserreaktors beheizt. Er hat eine thermische Leitung von z. B. 1000 MW. Diese wird in Form von Dampf mit einem Druck von 90 bar durch die Frisehdampfleitung 2 abgeführt. Die Frischdampfleilung hat eine Nennweite von 700 mm. Sie fuhrt mit einer Durchführung 3 aus einer Sicherheitshülle 4, die alle aktivitätsführenden Teile der Kernreaktoranlage einschließt. Die durch den Pfeil 5 angedeutete weitere Leitung endet an einer nicht weiter dargestellten Dampfturbine.

Die Frischdampfleitung 2 ist außerhalb der Sicherheitshülle 4 mit einem Absperrventil 7 versehen, das den gleichen Durchlaßquerschnitt wie die Frischdampfleitung 2 hat. Ebenfalls außerhalb der Sicherheitshülle 4 sitzen zwei parallel geschaltete Sicherheitsventile 9 und 10 an der Frischdampfleitung 2, die gleich ausgebildet sind und einen Ansprechdruck von 90 bar aufweisen. Die Sicherheitsventile 9, 10 sind so ausgelegt, daß sie jeweils 50% der Nenndampfleistung in ihre gemeinsame Abblasleitung 11 abgeben können. Parallel /u den Sicherheitsventilen 9 und 10 liegt eine Reihenschaltung von zwei steuerbaren Absperrventilen 13 und 14. Diese bilden zusammen eine Abblasleitung zum Abfahren des Kernkraftwerkes nach dem Abstellen der Energieerzeugung.

Im Inneren der Sicherheitshüile 4 ist in der Frischdampfleitung 2 ein Schnellschlußventil 16 angeordnet, dessen Durchlaßquerschnitt dem Querschnitt der Frischdampfleitung 2 entspricht. Damit ist gemeint, daß der Strömungswiderstand nicht nennenswert größer ist als der der Frischdampfleilung 2. In erster Näherung kann man sagen, daß der Durchmesser des Ventiltellers gleich der Nennweite der Leitung 2 700 mm beträgt. Er kann aber auch z. B zum Ausgleich von Strömungsverlusten am Ventilteller größer sein. Der Antrieb 17 des Schnellsehlußventils kann z.B. als Druckmittelantrieb ausgebildet sein. Er ermögl cht das Schließen des Ventils in Sekunden oder Bruchteilen davon.

Parallel zum Schnellschlußventil 16 ist ein Sicherheitsventil 18 angeordnet, das einen Ansprechdruck von 80 bar hat. Das Sicherheitsventil 18 hat ebenso wie die zugehörige Leitung 19 eine Nennweite von 350 mm. D>e gleiche Nennweite hat auch eine ebenfalls parallel liegende Leitung 20 mit einem zweiten Sicherheitsventil 21,dessen Ansprechdruck 90 barbeträgt. Damit sind die Sicherheitsventile 18 und 21 für jeweils 100% der Nenndampfleistung ausgelegt.

Bei einem Leck an der Frisehdampfleitung 2 wird das Schnellschlußventil 16 geschlossen, gleichzeitig wird am Reaktor eine Schnellabschaltung vorgenommen. Wenn damit die l.eistungser/eimung nicht so schnell gedros seit werden kann, daß das Druckniveau im Dampferztu ger 1 und der Frischdampfleitung 2 gehalten werden kann, so spricht bei einem Ansteigen des Druckes das Sicherheitsventil 18 an. Dadurch wird eine Druckentla stung ermöglicht, ohne daß die Ausströmrate aus den¹ Dampferzeuger 1 etwa im Hinblick auf die im Dampferzeuger wirkenden Kräfte oder auf eine /u r~u„„ii„ AhWiihliini? unerwünscht hoch werden kann

20

35

40

55 Dies gilt auch dann, wenn die Frischdampfieitung 2 unmittelbar hinter dem Schnellschlußventil 16 gebrochen ist.

Unter Umständen kann die durch das öffnen der Sicherheitsventile 18, 21 bestimmte Ausströmrate noch durch die bei 23 gestrichelt angedeutete Drossel verringert werden, die einen zusätzlichen, gegebenenfalls einstellbaren Strömungswiderstand bildet Die Drosssei kann auch an beiden Sicherheitsventilen 18,21 wirksam werden.

Sollte das Dampfsystem der Kernreaktoranlage an anderer Stelle als der gezeichneten Frischdampfleitung 2 schadhaft sein so würde bei einem Schließen des Schnellsehlußventils 16 und einem Ansprechen des ' Sicherheitsventils 18 die Druckentlastung durch das Sicherheitsventil 18 wegen der dem Sicherheitsventil 18 nachgeschalteten Strömungswiderstände möglicherweise nicht zur Druckabsenkung ausreichen. Beim weiteren Ansieigen des Druckes würde deshalb auch das zweite Sicherheitsventil 21 ansprechen. Der hiermit geschaffene Auslaßquerschnitt kann nur unter Umständen auch großer sein als der Querschnitt der Frischdampfleitung 2 selbst. Infolge der nachgeschalteten Stromungswiderstände. 7. B. in einem der Sicherheitsventile 9 und 10. die in vielen Fällen den Auslaß fur den Dampf nach dem Ansprechen des Sehnellschlußven.ils 16 bilden, ist die Ausströmrate jedoch auf zulässige Werte begrenzt.

Fig. 2 zeigt die räumliche Anordnung der Ventile und Leitungen. Man erkennt die kugelförmige Sicherheitshülle 4. die aus Stahl besteht und die aktivitätsführenden Teile einschließt. Zu diesen gehört der Dampferzeuger 1, der von einem Betonzylinder 25 umgeben ist. Der Dampferzeuger 1 ist mit einem Gitterwerk 26 abgestützt, das den Auslaß 27 umgibt, an den die Frischdampfleitung 2 anschließt.

Das Schnellschlußveniil 16 ist als Eckventil ausgeführt. Sein Ventilteller 27 ist über eine Stange 28 mit dem Antriebskolben 29 eines Druckgasantriebes 30 verbunden. Er ist in der Öffnungsstellung so wen nach oben gefahren, daß der Durchlaßquerschnitt des Ventils 16 nicht kleiner ist als der Querschnitt der Frischdampfleitung 2 mit ihrer Nennweite von 700 mm.

Unterhalb des Schnellschlußventils 16 zweigen die beiden Leitungen 19 und 20 zu den Sicherheitsventilen 18 und 21 ab, die auf dem horizontalen Teilstück 32 der Frischdampfleitung 2 innerhalb des Betonzylinders 25 montiert sind. Daraus ergibt sich eine kurze Leitungslänge und eine gute Zugänglichkeit der Ventile 16, 18 und 21. die wegen ihrer Nachbarschaft z. B. mit einem gemeinsamen Hebezeug bedient werden können.

Am Ende des horizontalen Teilstückes 32 ist die Frischdampfleitung 2 mit einem Stoßdämpfer 33 am Betonzylinder 25 befestigt. Der Stoßdämpfer kann bei Wärmedehnungen nachgeben, die langsame Bewegungen verursachen, und bei schnellen Bewegungen, z. B. einem Leitungsbruch, die Reaktionskräfte in gewünschter Weise auffangen.

Die Durchführung 3 durch die Sicht fheilshüllc 4 ist im Bert.dl 34 bis zu der sogenannten Sekundärabschirmung 35 mit einem Mantelrohr 3h umgeben, so daß ein Bruch der Frischdampfleitung in diesem Bereich nicht /u einem Druckanstieg im Ringraum 37 /wischen der Sitherheitshülle 4 und der Sekundarabschirmung 35 luhren kann Fin Mauerrohr 38 umgibt das Mantelrohr innerhalb der Sekundarabschirmung 35

Außerhalb der Sekundarabschirmung 35 ist eine Armaturenkammer 39 vorgesehen, die ebenso wie diese

aus Beton bestehen und mit dieser baulich vereinigt sein kann. Die Armaturenkammer 39 enthält das ebenfalls als Eckventil ausgebildete Absperrventil 7, in gleicher Weise wie das Ventil 16 mit einem Druckgasantrieb 40 versehen und als Schnellschlußventil ausgebildet sein kann. Mit dem Schnellschlußvenlil 7 ist eine Kombination 41 der beiden Sicherheitsventile 9 und 10 verbunden, die zu dem Auslaß 11 führt. Am Auslaß 11 ist ein Schalldämpfer 42 vorgesehen. In den Schalldämpfer 42 mündet auch die in der F i g. 2 nicht sichtbare Leitung mit den Abblasregelventilen, die in der Armaturenkammer 39 hinter den Ventilen 7,9,10 angeordnet sind.

Soweit in der vorstehenden Beschreibung von Ventilen die Rede ist, sollen damit auch andere Absperrorgane, z. B. Schieber, gemeint sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kernreaktoranlage mit einer Sicherheitshülle und einer aus dieser ins Freie führenden Frischdampfleitung mit einem dem Querschnitt der Frischdampfleitung entsprechenden Schnellschlußventil, das zusammen mit zwei vorher von der Frischdampfleitung abzweigenden Sicherheitsventilen im Inneren der Sicherheilshülle angeordnet ist. und mit einem weiteren Absperrventil außerhalb der Sicherheitshülle, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsventile (18, 21) dem Schnellschlußventil (16) parallel geschaltet sind und einen kleineren Querschnitt als dieses und unterschiedliche Ansprechdrücke aufweisen und daß an der Frischdampfleitung (2) außerhalb der Sicherheitshülle (4) vor dem Absperrventil (7) ein weiteres Sicherheitsventil (9, fO) angeordnet ist.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Sicherheitshülle zwei Sicherheitsventile (9, 10) mit je 50% Abblasleistung und gleichem Ansprechdruck parallel geschaltet sind.

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß mit den Sicherheitsventilen (18, 21) in der Sicherheitshülle (64) eine Drossel (23) in Reihe liegt.