DE2812124A1

DE2812124A1 - Kernenergieanlage in loop-anordnung

Info

Publication number: DE2812124A1
Application number: DE19782812124
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Hahn
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1978-03-20
Filing date: 1978-03-20
Publication date: 1979-09-27
Also published as: JPS6047560B2; GB2017387B; JPS54133292A; FR2420829B1; GB2017387A; FR2420829A1; US4280873A

Description

INTERATOM 24.403.O

Internationale Atomreaktorbau GmbH 5060 Bergisch Gladbach 1

Kernenergieanlage in Loop-Anordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kernenergieanlage mit Flüssigmetallkühlung, bei der die erzeugte

Ί0 Wärme vom Kernreaktor an Erimärkreislaufe und von diesen in Zwischemiärmetauschern an Sekundärkreisläufe abgegeben wird, wobei der Kernreaktor ein sogenannter Schneller ITatriumgekühlter Reaktor sein kann. Eine derartige Anlage wird z.Zt. von der Anmelderin in Kaikar errichtet. Bei ihr sind die Komponenten der Erimärkreisläufe außerhalb des Reaktortanks, aber innerhalb der Reaktorgrube angeordnet und mit dem Reaktortank selbst durch Rohrleitungen verbunden. Die Vergrößerung einer solchen, für eine Leistung von 3OO MW ausgelegten Anlage auf eine Leistung von 2000 MW führt wegen der gestiegenen Abmessungen der einzelnen Bauteile zu konstruktiven Schwierigkeiten, die durch eine Änderung der Bauweise umgangen werden

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können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Kernenergieanlage, die bei grundsätzlicher Beibehaltung bekannter Bauteile u. a. folgende Bedingung erfüllt:

1. Die Anlage soll möglichst raumsparend sein.

2. Die ,einzelnen Komponenten der Primärkreisläufe sollen nahe beieinander angeordnet werden, damit die sie verbindenden Rohrleitungen möglichst kurz sind.

3- Bei einem etwaigen Leck in den Flüssigmetall führenden Teilen der Anlage soll das Flüssigmetall rasch zu Lecksammelstellen fließen, die zentral angeordnet werden, insbesondere soll der Beton des Sicherheitsbehälters der Anlage vor der Berührung mit dem heißen Flüssigmetall geschützt werden, um die Freisetzung von Wasser aus dem Beton zu verhindern.

4. Eine klare Trennung der radioaktiven Teile der Anlage von den übrigen Teilen soll gewährleistet sein, besonders im Hinblick auf mögliche unkontrollierte Energiefreisetzungen im Reaktor selbst.

5. Die Zugänglichkeit der einzelnen Teile des Wärmeübertragungssystems beim Bau der Anlage, aber auch später zu Reparaturen und zur Prüfung soll möglichst wenig erschwert werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem die Pumpen der Primärkreisläufe und die Zwischenwärmetauscher in besonderen Komponentenbehältern

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angeordnet sind, die durch Bohrkanäle mit der Reaktorgrube des Kernreaktors verbunden sind, in denen die von Reaktor und zu diesem führenden Rohrleitungen untergebracht sind (sog. Loop-Bauweise). Diese Behälter und Rohrkanäle sind mit den "bekannten Wärmeisolierungen und Strahlenabschirmungen versehen, so daß auf eine Isolierung der einzelnen Teile des Wärmeubertrag-ungssystems selbst verzichtet v/erden kann. Die Komponentenbehälter und Rohrkanäle sind also "heißgehend", und sind mit einem gegenüber dem Flüssigmetall inerten Gas beaufschlagt, so daß es bei Auftreten von Leckagen zu keinen Reaktionen zwischen dem Flüssigmetall und der Atmosphäre kommen kann. Die Isolierungen und Abschirmungen können in bekannter Weise ganz oder teilweise entfernt werden, wodurch die Zugänglichkeit der Behälter und Rohrkanäle gegeben ist. Da praktisch das gesamte Wärmeübertragungssystem außerhalb der Reaktorgrube angeordnet ist, kann diese in ihren Abmessungen kleiner gehalten werden und den Reaktortank verhältnismäßig dicht umschließen. Die Komponentenbehälter ihrerseits weisen eine Größe auf, die technisch realisierbar ist. Die Möglichkeit, mehrere (z.B. vier) identisch gleiche Primärkreisläufe symmetrisch um den Kernreaktor herum anzuordnen, führt zu Erleichterungen beim Bau der Anlage, indem dafür weitgehend vorgefertigte Teile verwendet werden können.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Pampe und der Zwischenwärmetauscher eines Primärkreislaufes in einem gemeinsamen Komponentenbehälter "unterge bracht. In einer erfindungsgemäßen Alternativausführung sind die Pumpe und der Zwischenwärmetauscher

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eines Erimärkreislaufes in getrennten Komponentenbehältern untergebracht. Die zweite Ausführungsform "bietet bei allerdings erhöhtem baulichen Aufwand den Vorteil einer verbesserten Zugänglichkeit zu jeder Komponente bei geöffnetem Behälter, wodurch die erforderlichen Arbeiten schneller abgewickelt werden können und die kostspielige Stillstandszeit verkürzt wird. W.elche der Alternativen für eine bestimmte Anlage vorteilhafter ist, läßt sich erst nach Abwägung dieser im Einzelfall verschieden zu gewichtenden Gesichtspunkte und nach einer genauen Betriebsanalyse entscheiden.

Nach einem v/eiteren Merkmal der Erfindung sind die Rohrkanäle und die in ihnen geführten Rohrleitungen elastisch. Der Reaktortank, die Eomponentenbehälter und die Komponenten selbst können so fest verankert werden, während die infolge von Temperaturänderungen auftretenden Längenänderungen der Rohrleitungen durch deren elastisches Ausweichen ausgeglichen werden.

In besonderer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens befinden sich die elastischen Teile der Rohrleitungen innerhalb der Konponentenbehälter selbst, z.B. in Form von Dehnungsschleifen, die hier ohne besondere Schwierigkeiten untergebracht werden können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Pumpen und/oder die Zwischenwärmetauscher im Neutronenstrahl schatten des Reaktors angeordnet, wodurch diese wichtigen und möglicherweise störanfälligen

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Teile für Wartung und Reparatur sehr viel zugänglicher bleiben und insbesondere eine Aufaktivierung des Kühlmittels im Sekundärkreislauf verhindert wird. Dies wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß die Rohrleitungen in den Sicherheitsbehälter radial und in die Komponentenbehälter tangential einlaufen. Die durch die zwecks Hindurchführung der Rohrleitungen im Sicherheitsbehälter angelegten Öffnungen hindurchtretende 17eutronenstrahlung trifft so nur auf die Krümmung der Rohrleitung nach ihrem Eintritt in den Komponentenbehälter. Zugleich erleichtert diese Bauform die Anlegung der oben geforderten Dehnungsschleifen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Komponentenbehälter und Rohrkanäle zu öffnen, so daß die in ihnen enthaltenen Komponenten bzw. Rohrleitungen für Reparaturzwecke und Wiederholungsprüfungen zugänglich vrerden. In an sich bekannter Weise können in der Anlage von vornherein Öffnungen vorgesehen sein, die mit Deckeln verschlossen werden, die beispielsweise verschraubt werden und so bei Bedarf wieder zu öffnen sind. Bei der Abdichtung solcher Öffnungen treten jedoch Probleme auf, die die Verfügbarkeit der Anlage beeinträchtigen können und die nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch vermieden werden, daß die Öffnungen erst im Bedarfsfall mittels schneidender Werkzeuge (einschl. Schneidbrenner) herstellbar sind. Die Öffnung kann so der Lage und Größe nach an den jeweiligen Reparatur- oder Inspektionszweck angepaßt werden und wird nach Beendigung der Arbeiten durch Einschweißen eines Deckelstücks wieder sicher und vollständig geschlossen.

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Durch Ablagerung radioaktiver Teile aus dem Kühlmittel können Rohrleitungen und andere Komponenten •auch nach Ablassen desselben radiologisch so hoch strahlen, daß Arbeiten in ihnen nur mit Hilfe fernbedienter Werkzeuge möglich ist und ein Verzicht

auf Abschirmung allenfalls kurzfristig zum Herstellen einer Öffnung zulässig ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, diese Öffnungen mit strahlenabschirmenden Deckeln zu ver-1Ö schließen, in die Werkzeuge für das Arbeiten innerhalb der Komponentenbehälter bzw. der Rohrkanäle einsetzbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kernenergieanlage nit natriumgekühltem schnellen Brutreaktor; dabei entspricht die linke Hälfte der Darstellung der Ansicht nach B und die rechte Hälfte der Ansicht nach A der Fig. 2.

Figur 2 einen Horizontalschnitt durch dieselbe Anlage. Dabei ist im oberen rechten Quadranten der Figur ein Schnitt nach der Linie CD der Figur 1 dargestellt. Zur Verbesserung der Übersicht sind in den anderen drei Quadranten jeweils die zu einer bestimmten Komponente gehörenden Verbindungen dargestellt, ohne daß dies einer bestimmten Schnittebene in der Figur entsprechen würde.

Die Figur 3 zeigt entsprechend dem oberen rechten Quadranten der Figur 2 eine alternative Ausführungsform der Erfindung.

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Die Figuren 4 und 5 zeigen in der Draufsicht bzw. Ansicht und in vergrößerten Maßstab einen der in der Figur 3 dargestellten Komponentenbehälter.

In abermals vergrößertem Maßstab zeigen die Figuren und 7 eine Einzelheit der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Behälteröffnungen, und zwar zeigt die Figur 6 den Zustand während des Betriebes und die Figur 7 den Zustand während einer Arbeit an den strah— lenden Teilen in einem Komponentenbehälter.

Ein weitgehend mit einem Doppelbehälter 1a versehener Reaktorbehälter 1 ist in einer aus Beton hergestellten Reaktorgrube 2 angeordnet, die zugleich als Strahlenabschirmung dient. Innerhalb.des Reaktorbehälters 1 ist eine Spaltzone 3 mit umgebendem, hier nicht getrennt dargestelltem Brutmantel angeordnet, in der das Kühlmittel, z.B. ITatrium erhitzt wird, das den Reaktorbehälter 1 bis zu einem Betriebsspiegel 12, mindestens Jedoch bis zu einem ITotspiegel 13 füllt. Um den Sicherheitsbehälter herum sind im Beispiel vier unabhängig voneinander zu betreibende Kühlkreisläufe angeordnet, deren jeder wie folgt aufgebaut ist: durch eine Saugleitung 4 wird mittels einer Pumpe 6 das erhitzte Kühlmittel aus dem Reaktorbehälter 1 angesaugt und in mindestens einen Zwischenwärmetauscher 7 gedruckt, in dem das Erimärkühlmittel seine Wärme an ein Sekundärkühlmittel, im Beispiel ebenfalls ITatrium, abgibt. Vom Zwischenwärmetauscher 7 aus fließt das abgekühlte Kühlmittel durch eine Druckleitung 5 iⁿ d-en Reaktorbehälter 1 zurück und wird durch Leitvorrichtungen 14 in den Raum unterhalb der Spaltzone 3 geführt. Der Abstand

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zwischen dem Reaktorbehälter 1 und dem Dopperbehälter la ist so gewählt, daß bei Ausfließen des Kühlmittels aus ersterem mindestens der eine einwandfreie Kühlung der Spaltzone 3 gewährleistende ITotspiegel 13 erhalten wird.

Pumpen 6 und Zifischenwärnetauscher 7 sind in Komponentenbehältern 8 angeordnet, die um die Reaktorgrube herum gruppiert sind und mit dieser durch Rohrkanäle verbunden sind. Die Komponentenbehälter 8 und Rohrkanäle 9 sind von außen mit einer warneisolierung 15 und einer Abschirmung 15a umgeben, die zumindestens teilweise demontierbar sind» Die Rohrkanäle 9 und die in ihnen verlaufenden Leitungen 4- und 5 münden radial in den Reaktorbehälter 1, jedoch tangential in die Komponentenbehälter 8. Die in der Spaltzone 3 erzeugte und sich geradlinig fortpflanzende Strahlung durchdringt zwar die Vand der Reaktorgrube 2 an den Durchführungen 16 für die Rohrleitungen 4-, 5» trifft jedoch nicht auf die Pumpe 6 oder den Zwischenwärmetaüscher 7> so daß diese Teile praktisch nur durch Ablagerungen radioaktiver, aus dem Kühlmittel ausgefällter Stoffe aufaktiviert werden, was für ihre Zugänglichkeit für Reparaturen nach Entfernung der Isolierung 15 und der Abschirmung 15a und Öffnen der Komponentenbehälter 8 von Nutzen ist. Zugleich gestattet es diese Bauweise, sowohl die Saugleitung 4-als auch, die Druckleitung 5 xb. je einer großen Dehnungssehleife 11 in den Komponentenbehälter 8 und zu der jeweilig anzuschließenden Komponente zu führen, wodurch die bei unterschiedlichen Temperaturen auftretenden. Längenänderungen der Rohrleitungen aufgenommen werden, ohne daß es zu Spannungen kommen könnte, die ihre Integrität gefährden«

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Reaktorbehälter 1, Reaktorgrube 2 und die Komponentenbehälter 8 können dabei jeweils starr fixiert sein, da die Rohrkanäle 9 elastisch sind, beispielsweise in Form von Wellrohrkompensatoren.

In der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind in jedem Kreislauf eine Pumpe 6 und zwei Zwischenwärmetauscher 7 in einem gemeinsamen Komponentenbehälter 8 untergebracht. In der Figur 3 ist eine Alternative gezeigt, wie sie für Reaktoren sehr hoher Leistung und entsprechender Abmessungen der einzelnen Komponenten von Vorteil sein kann. Hier sind jeweils eine Pumpe 6 und ein Zwischenwärmetauscher 7 in einem getrennten Komponentenbehälter 8 untergebracht. Eine sie verbindende Rohrleitung 10 wird in einem zusätzlichen Rohrkanal 9 geführt. Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß im Bereich der Rohrkanäle 9 und. damit an verhältnismäßig gut zugänglicher Stelle in den Rohrleitungen 4-, 5 Armatüren und/oder Meßinstrumente 17 angebracht sein können. Ferner sind die Komponentenbehälter und die Rohrkanäle 9 mit einem gegenüber dem Kühlmittel inerten Gas, beispielsweise mit Stickstoff gefüllt, um bei etwaigen Leckagen Reaktionen des Kühlmittels mit der Atmosphäre zu verhindern. Stickstoff kann ebenfalls als Kühlgas in einen Spalt 18 zwischen der Isolierung 15 des Komponentenbehälters 8 bzw. des Rohrkanals 9 und der Abschirmung 15a geblasen werden, und zwar mit Hilfe bekannter Einrichtungen zur Gas-Versorgung, die hier nicht dargestellt sind.

Aus der Figur 4- ist ersichtlich, daß bei nur geringer Vergrößerung des Komponentenbehälters über die für die Unterbringung der Komponente nötige Größe hinaus eine

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Dehnungsschleife 11 untergebracht werden kann, die zum Ausgleich der Längenänderungen der Rohrleitungen bei unterschiedlichen Temperaturen ausreicht. Zu Arbeiten_ an der Pumpe 6 oder dem ZiirLschenwärmetauscher 7 sind im Komponentenbehälter 8 Zugangsöffnungen 19 angelegt, die mit Deckeln 20 verschlossen werden. Diese Deckel können entweder nach Art von Blindflanschen mit Schraubbolzen oder anderen Schraubverbindungen 21 befestigt sein oder aber sie sind in die öffnungen eingeschweißt. Zur Vornahme einer Arbeit an der Pumpe 6 oder dem Zwischenwärmetauscher 7 wird der betreffende Kreislauf mit Hilfe der Armaturen 17 vom Reaktor abgesperrt, das Kühlmittel wird abgelassen und einer oder mehrere der Deckel 20 werden abgehoben.

In die so freigelegte Öffnung 18 wird' (s. Figur 7) ein Block 22 aus Bleiglas eingesetzt, so daß das Innere des Komponentenbehälters 8 von außen zu beobachten ist, wobei die betreffenden Personen gegen die Strahlung der beispielsweise in den Rohrleitungen 4, 5 zurückgebliebenen Korrosionsprodukte abgeschirmt sind. Die nötigen Arbeiten innerhalb des Komponentenbehälters 8 können mit einem der bekannten Manipulatoren 23 erfolgen, der in den Glasblock 21 eingebaut ist und nach Beendigung der Arbeit mit diesem zusammen entfernt wird.

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Claims

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Internationale Atomreaktorbau GmbH 5060 Bergisch Gladbach 1

Kernenergieanlage in Loορ-Anordnung

Schutzansprüche

rO Kernenergieanlage mit Flüssigmetallkühlung, bei der die erzeugte Wärme vom Kernreaktor an Primärkreisläufe und von diesen in Zwischenxvärmetauschern an Sekundärkreisläufe abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (6) der Primärkreisläufe und die Zwischenwärmetauscher (7) in besonderen Komponentenbehältern (8) angeordnet sind, die durch Rohrkanäle (9) mit der Reaktorgrube (2) des Kernreaktors verbunden sind, in denen die vom Reaktor (1) und zu diesem führenden Rohrleitungen (4,

5) untergebracht sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (6) und der Zwischen-

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wärmetauscher (7) eines Primärkreislaufes in einem gemeinsamen Komponentenbehälter (8) untergebracht sind.

3· Anlage nach Anspruch 1, dadurch g e kennz eichnet, daß die Pumpe (6) und der Zwischenwärmetauscher (7) eines Primärkreislaufes in getrennten Konponentenbehältern (8) untergebracht sind.
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4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3₅ dadurch gekennz eichnet, daß die Rohrkanale (9) und Rohrleitungen (4, 5» 10) elastisch sind.

5· Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennz ei chnet, daß sich die elastischen Teile (11) der Rohrleitungen (4, 5, 10) innerhalb der Komponentenbehälter (8) befinden.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (6) und / oder die Zwischenwärmetauscher (7) im ITeutronenstrahl-Schatten des Reaktors (1) angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (4, 5) in die Reaktorgrube (2) radial und in die Komponentenbehälter (8) tangential einlaufen.

8. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche

2 bis 7iCLadurch gekennzeichnet, daß die Komponentenbehälter (8) und Rohrkanäle (9) zu öffnen sind.

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9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12) in Koinponentenbehältern (8) und Rohrkanälen (9) mittels schneidender Werkzeuge herstellbar sind.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9? dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12) nit strahlenabschirmenden Deckeln (13) verschließbar sind, in die Werkzeuge (14) für das Arbeiten innerhalb der Konponentenbehälter (8) bzw. der Rohrkanäle (9) einsetzbar sind.

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