DE2459150B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Abfuhr der Nachzerfaüs-Wärme eines Druckwasser-Reaktors im Störfall - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Abfuhr der Nachzerfaüs-Wärme eines Druckwasser-Reaktors im Störfall

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wäi me eines Druck-Wasser-Μι Reaktors bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder Frischdampfleitungsbruch, wobei die Nachwärme-Dampfmenge über Hilfswärmesenken unter Ausnutzung des nuklearen Zwischenkreislaufes kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise den Dampfer-
Ki zeugern wieder zugeführt wird.
Für eine Druckwasser-Reaktor-Anlage ist bei Ausfall der Hauptwärmesenke zur Kühlung des Reaktorkerns — d. h. der Brennelemente im Reaktordruckbehälter — die Nachzerfallswärme auf dem Wege über die
··» Dampferzeuger über längere Zeit, ca. 6 bis 10 Stunden abzuführen. Es ist bisher üblich, in Störfäilen den anfallenden sekundärseitigen Dampf in die Atmosphäre abzublasen (siehe z. B. Druckschrift Nr. GEA-9575 von General Electric »Developments in Nuclear Plant
Effluent Management«).
Aus dem DE-GM 18 81 622 ist eine Vorrichtung zur Dampferzeugung mit einem Atomreaktor als Wärmequelle bekannt. Bei dieser Einrichtung strömt der am oberen Ende des Dampferzeugers austretende Dampf
1Hi durch ein in der Hauptdampfleitung angeordnetes Hauptdampfventil. Der Dampf kann durch c.ncn mit natürlichem Umlauf arbeitenden Wärmetauscher geleitet werden, dessen Größe zur Abfuhr der Nachzerfallswärmc ausreicht und der eine Abschaltung der Anlage
r>r> ermöglicht, ohne daß eine Hilfseinrichtung zur Umwälzung des Wassers sowohl im Primär- als auch im Sekundärkreis der Dampferzeugereinheit erforderlich ist. Der Dampf kondensiert in dem oben erwähnten Wärmetauscher und fließt als Kondensat in eine äußere
M) Speisewasserleitung und über ein Einlaßventil in den Dampferzeuger zurück.
Als Nachteil ist bei dieser liinrichtung die Tatsache anzusehen, daß durch die Anordnung des Hauptvcntils zwischen dem Dampierzcugeraustritt und dem Ab-
h> zweig zum Wärmetauscher niemals clic gesamte erzeugte Nach/.erfallswärme dem Wärmetauscher zugeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist darin /u sehen, daß nach dem Abzweig der Hiiuptilamprieitiing
zum Wärmetauscher kein weiteres Ventil mehr vorhanden ist, so daß bei einem notwendigen Öffnen des Hauptventils mit der Zeit eine gewisse Menge an Nachzerfallswärme zur der Turbogruppe oder in die an das Reaktorgebäude angrenzenden Räumlichkeiten gelangen kann.
Aus der DE-OS 23 36 146 ist eine dampferzeugende Kernreaktoranlage mit einem Hilfskondensator zur Wärmeabfuhr brkannt Am oberen Ende des in der Anlage enthaltenen Dampferzeugers strömt der Dampf in eine Dampfauslaßleitung. Diese weist einen Abzweig auf, in welchen ein Reduzierventil eingebaut ist, an das sich ein Hilfskondensator anschließt der mit einer Kühleinrichtung versehen ist Das aus dem Hilfskondensator ausfließende Kondensat gelangt in einen Sammler und Ober eine Pumpe und ein Absperrventil in die Rutwasserzuleitung und zusammen mit dem Flutwasrer zurück in den Dampferzeuger. Bei einem Störfall kann mit dieser Einrichtung jedoch nicht in allen Fällen erreicht werden, daß die gesamte Nachzerfallswärme in den Hilfskondensator gelangt und über den oben erwähnten Rücklauf dem Dampferzeuger wieder zugeführt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei unterstellten Betriebsleckager. von der Primär- zur Sekundärseite im Dampferzeuger die Abgabe von radioaktiven Bestandteilen an die Atmosphäre während der Nachwärme-Abfuhr-Phase zu verhindern.
Die Lösung besteht darin, daß unter Messung bestimmter Kriterien des Slörfall-Ablaufes oder des Ausfalls der Hauptwärmesenke eine Regelung des Druckes auf einen Wert erfolgt, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes und unterhalb des zulässigen Druckes für den Dampferzeuger liegt, daß als Stellglieder vordruckgeregelte Reduzierventile in den Frischdampfleitungen dienen, und daß die Nachwärmeabfuhr durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist und anschließend der Druck-Sollwert der Reduzierventile in den Frischdan pfleitungen herabgesetzt wird.
Zur Erfüllung dieser Funktion kann der bestehende nukleare Zwischenkreislauf eingesetzt sein. Vorzugsweise wird ein nuklearer Zwischenkreislauf mit erweiterter Form und Kapazität benutzt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bringt folgende Vorteile:
a) Die Hilfswärmesenke braucht nicht durch einen Turbogruppen-Kondensator dargestellt weiden, der sich eigentlich zunächst als Hilfswärmesenke anbietet, der aber unter Vakuum, das durch die angebotene Kühlwassertemperatur bestimmt ist, den anfallenden Dampf niederschlägt.
Vielmehr wird diese Funktion durch einen Nachzerfalls-Wärmeaustauscher erfüllt, der bis zur höchstmöglichen Speisewassertemperatur arbeitet. Die Hilfswärmesenke kann folglich klein bemessen werden.
b) Da bei der Nachwärmeabfuhr kein Dampf an die Atmosphäre abgeblasen wird, tritt kein Wasser/erlustein.
c) F.inc andernfalls mögliche stärker eintretende Kontamination der Hauptwärmesenke wird verhindert.
Die Erfindung bedient sich zur Durchführung des Verfahrens einer Schaltungsanordnung, die in bekannter Weise mit einem l'rimä system aus dem Drtickbchn'l tcr mit Reaktorkern, Primär-Druckwasscr-I.citiingcn, Dampferzeugern und Kühlmittelpumpen und mit einem Sekundärsystem aus Frischdampf-Leitungen, Sicherheitsventilen, Abschlußorganen am Containment, vor den Turbinenanschlüssen und einem nuklearen Zwischenkreislauf ausgerüstet ist Das vorgenannte Problem wird dadurch gelöst, daß die Frischdampf-Leitungen sich mindestens zweifach parallel an mindestens zwei Dampferzeuger anschließen, daß die Frischdampf-Leitungen regelbare Reduzierventile enthalten, sich jeweils an das Reduzierventil ein Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher anschließt, der über eine Notspeisewasserpumpe und ein Notspeisewasser-Regelventil an den Dampferzeuger angeschlossen ist
In einer erweiterten Form kann der nukleare Zwischenkreislauf erweitert sein, indem der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher mit einem zusätzlichen Kondensat-Kühler ausgerüstet ist
Vorzugsweise wird das Reduzierventil mit den Sicherheitsventilen und den Abschlußorganen in einem wiederholungsprüfbaren Armaturenk^.-per zusammengefaßt, der so an die Frischdampfleituii;; angeschlossen ist, daß er eine Verlängerung des Sicherneitsbehälters darstellt und der in einein gebunkerten Zwischengebäude untergebracht ist in dem sich auch dei Nachwä>-me-
> abfuhr-Wärmetauscher mit Kondensatkühler, die Notspeisewasserpumpe und das Notspeisewasser-Regelventil befinden.
In Abwandlung zu dieser Anordnung können der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher mit Kondensat-Kühler, die Notspeisewasserpumpe und das Notspeisewasser-Regelventil im Reaktorgebäude, aber außerhalb des Sicherheitsbehälters, installiert sein. Ferner können das Reduzierventil und der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher im Sicherheitsbehälter und die Sicherheitsven-
• tile und Abschlußorgane im gebunkerten Zwischengebäude angeordnet sein.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung stellt eine dreifache und sichere Schranke gegen Aktivitäls-Freisetzung zum Kühlwasser bzw. Vorfiuier dar, weil Leckagen an drei Stellen, Dampferzeuger, Nachwärme-Abfu^r-Wärmetauscher und nuklearen Zwischenkühler unwahrscheinlich sind.
Durch die Rückführung des entstandenen Kondensats zu den Dampferzeugern wird vermieden, daß ei» großes
' Auffangbecken für das aus dem Nachvärmeabfuhr-Wärmetauscher anfallende Kondensat gebaut werden muß. Das dort aufzufangende Kondensat könnte kontaminiert sein und müßte dnnn dekontaminiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die
F i g. I bis 3 zeigen jeweils den grundsätzlichen Aulbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und unterscheiden sich im weiteren durch die Ano/dnung von Elementen der Sekundärseite.
Innerhalb eines Reaktorgebäudes 1 und eines Sicherheitsbehälters 2 befinden sich der Reaktor-Druck-Behäller 3, dh Kühlmittelpumpen 4, die Dampferzeuger 5, die verbindenden Primär-Druckwasser-Leitungen6unddic Frischdampf-Leitungen 7(Fi g. I).
Mit den Sicherheitsventilen 8 und den Pfeilen 18 ist das seitherige Verfahren des Abblasens in die Atmosphäre angedeutet.
Sicherheitsventile 8, Abschlußorganc 9 und Reduzierventile IO sind zu einem in Reakiorquaütät hergestellten wiederholung'.priifbaren Annatiirenkörper zusammengefaßt, der so in die Frischdampfleitung 7 ein^rruut
wird, daß er eine Verlängerung des Sicherheitstaehälters 2 nach außen darstellt. Dieser integrierte Armaturenkörper ist gegen Einwirkungen von außen in einem als Bunker ausgeführten Zwischengebäucle 11 untergebracht. Mit den Pfeilen 12 sind die Anschlüsse zur Turbine angedeutet.
Im Zwischengebäude 11 befinden sich auch ein Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit einem Kondrnsatkühler 17, eine Notspeisewasserpumpe 14. und ein Nolspeisewasser-Regelventil 15, das seinerseits an in einen im Sicherheitsbelhälter liegenden Anschlußstutzen 16 des Dampferzeugers 5 angeschlossen ist.
Die Gruppe Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit Kondcnsatkiihlung 17 kann ggf. durch ein Wasservorlage-Becken ersetzt werden. In diesem Falle r> kann zur Vereinfachung der Regelkonzeption das vordruckgeregelte Reduzierventil durch ein im Abbla-
ersetzt werden.
Das kompakte System Nachwärmeabfuhr-Wärme- 2« tauscher/Kondensatkühler wird dann durch das in den Ausmaßen größere Wasservorlagebecken ersetzt, was wiederum eine vereinfachte Regelkonzeption bringt.
Der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher kann als Wasser/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und an ein :~> Nobenkühlwasser-Systcm angeschlossen sein. Ggf. sind zusätzliche Nebenkühlwasser-Pumpen in redundanten Nebenkühlwasser-Pumpenhäusern anzuordnen.
Die in F-"ig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten lediglich durch die m Anordnung des Nachwärmeabfuhr-Wärmetauschers 13. des Kondensatkühlers 17. der Notspeisewasserpunipc
14 und dem Notspeisewasser-Regelventil 15 im Reaktorgebäude 1. aber außerhalb des Sicherheitsbehälters 2. Lediglich der integrierte Armaturenkörper mit r. dem Reduzierventil 10 bleibt im gegen Einwirkungen von außen als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude 11. das gegenüber der Ausführung in F i g. 1 wesentlich kleiner ausgeführt werden kann. Zur besseren Übersicht ist das Zwischengebäude 11 in die Zeichenebene geklappt.
Bei der Anordnungsvariante nach Fig. 3 befinden sich das Reduzierventil 10. der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit Kondensatkühler 17. die Notspeisewasserpumpe 14 und das Notspeisewasser-Regelventil
15 im Sicherheitsbehälter 2. Der integrierte Armaturenkörper besteht nur tioei aus dem Sicherheitsventil 8 und den Absehlußorganer 9 und ist im als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude II, iiulk'rhalb des Sicherheitsbchälters 2 angeordnet. Gegenüber ilen Anordnungen nach Fig. I kann das gcbunkerte Zwischengebiiiide wesentlich kleiner ausgeführt werden.
Die Erfindung schließt auch die Möglichkeiten von unterschiedlichen Elementen-Anordnungen /wischen Sicherheitsbehälter 2. Reaktorgebäude I ur.l /wischen gebäude 11 ein.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der .Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung beschrieben:
Die Reaktor-Anlage wird im Störfall in wenigen Sekunden von Vollast oder Teillast auf wenige Prozent Wärmeleistung zurückgefahren. Die Nachwärme-Abfuhr beginnt je nach Anlagentyp mit einem bestimmten prozentualen Anteil der Nenndampfmenge im Störfall. Wegen der mindestens doppelt vorhandenen, parallel 2rbeiieni!eri FrischilsiTi^ficiiuri^^n ^ "pH h#»p minfipciiini. vierfach vorhandenen Rückleitungen im nuklearen Zwischenkreislauf reagiert das System auch auf Störfall-Kombinationen des Ausfalles der Hauptwärmesenke und eines Frischdampfleitungsbruches sicher.
Die Kühlsysleme für Nebenkühlwasser und nukleare Zwischenkühlwasscr sind durchgeschaltet und aufnahmebereit.
Durch bestimmte Kriterien aus dem Störfall-Ablauf oder drti Ausfall der Hauptwärmesenke selbst werden die vordruckgeregelten Reduzierventile 10 zum Eingrifl gebracht. Sie halien einen Druck, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes, jedoch unterhalb des Konzessionsdruckes der Dampferzeuger 5 liegt.
Der gedrosselte Nachwärmeabfuhr-Dampf wird dem Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (oder Wasservorlage-Behälter bzw. Wasservorlage-Becken) 13 zugeführt und dort unter Kühlung durch den nuklearen Zwischenkühlkreislauf zu Kondensat niedergeschlagen.
Das Kondensat läuft den Notspeisewasserpumpen 14 zu und wird von diesen über das Notspeisewasser-Regelventil 15. das für konstanten Wasserstand im Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher 13 sorgt, den Dampferzeugern 5 an den Notspeisestutzen 16 wieder zugeführt. Aus der zu schützenden Funktion ergibt sich, daß die Nachwärmeabfuhr zunächst solange durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist. Erst dann kann, um eine weitere Abkühlung im Primärsystem herzustellen, der Drucksollweri des Reduziervcntiles 10 tiefergesetzt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druck-Wasser-Reaktors bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder Frischdampfleitungsbruch, wobei die Nachwärme-Dampfmenge ober Hilfswärmesenken unter Ausnutzung des nuklearen Zwischenkreislaufes kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise den Dampferzeugern wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Messung bestimmter Kriterien des Störfall-Ablaufes oder des Ausfalls der Hauptwärmesenke eine Regelung des Druckes auf einen Wert erfolgt, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes und unterhalb des zulässigen Druckes für den Dampferzeuger liegt, daß als Stellglieder vordruckgeregelte Reduzierventile in den Frischdampfleitungen dienen, und daß die Nachwärmeabfuhr durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist und anschließend der Druck-Sollwert der Reduzierventile in den Frischdampfleitungen herabgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß ein nuklearer Zwischenkreislauf mit erweiterter Form und Kapazität verwendet wird.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder folgenden mit einem Primärsystem bestehend aus dem Co.e, Primär-Druckwasser-Leitungen, Dampferzeugern und Kühlmittelpumpen und einem Sekundärsystem bestehend aus Frischdampf-Leitungen, Sicherheitsventilen, Absciilußorganen vor den Turbinenanschlüssen und einem nukleare' Zwischenkreislauf, dadurch gekennzeichnet, c*aß die Frischdampfleitungen (7) sich mindestens zweTich parallel an mindestens zwei Dampferzeuger (5) anschließen, daO die Frischdampfleitungen (7) regelbare Reduzierventile (10) enthalten, daß sich jeweils an das Reduzierventil (10) ein Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) anschließt, der über ein Notspeisewasser-Regelventil (15) an den Dampferzeuger (5) eingeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) mit einem zusätzlichen Kondensat-Kühler (17) ausgerüstet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) und den Dampferzeuger (5) eine Notspeisewasserpumpe (14) geschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachwärme-Abfuhr-Wärmetaiischer (13) als Wasser/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und an ein Nebenkühl-System angeschlossen ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachwärme-Abfuhr ein Wasservorlagebecken eingesetzt ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierventil (10) mit den Sicherheitsventilen (8) und den Abschlußorganen (9) jeweils in einem Armaturkörper integriert sind, der an die Frischdampfleitung (7) angeschlossen ist. dafo der Armaturkörper eine Verlängerung des Sicherheitsbehälters (2) darstellt und in einem als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude (11) untergebracht ist, in dem auch der N.irhwärme-Abfuhr- Wärrnetauscher (13) mit dem Kondensatkahler (17), die die Notspejsewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) angeordnet sind,
9, Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch
• gekennzeichnet, cfaß das Reduzierventil (10) mit den
Sicherheitsventilen (8) und den Abschlußorganen (9)
jeweils in einem Armaturenkörper integriert sind, der s'ch in dem als Bunker ausgebildeten Zwischen-
- gebäude (U) befindet, während der Nachwärme-Ab fuhr-Wärmetauscher (13) mit dem Kondensatkühler (17), die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) im Reaktorgebäude (1), außerhalb des Sicherheitsbehälters (2) angeordnet sind.
H 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß sich das Reduzierventil (10), der Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) mit dem Kondensatkühler (17), die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil
(15) im Sicherheitsbehälter (2) befinden und die Sicherheitsventile (8) und die Abschlußorgane (9) in einem Armaturenkörper integriert sind, der im als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude (11) installiert ist.
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