DE2825657C2

DE2825657C2 - Sicherheitsbehälter mit Druckabbausystem für einen integrierten Kernreaktor

Info

Publication number: DE2825657C2
Application number: DE2825657A
Authority: DE
Inventors: Felix S. Lynchburg Va. Jabsen
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1977-06-23
Filing date: 1978-06-12
Publication date: 1983-01-20
Also published as: FR2395568A1; BE865130A; JPS5410887A; FR2395568B1; NL7801641A; IL54191A; IT7822327A0; JPS5853879B2; DE2825657A1; GB1549967A; ATA206478A; SE7803310L; CA1089121A; CH628175A5; ES468167A1; US4213824A; AT365844B; IT1094145B; SE424779B; LU79240A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsbehälter mit Druckabbausystem für einen integrierten Kernreaktor, in welchem ein Trockenschacht den Kernreaktor und einen Naßschacht umschließt und Rohre vom Naßschacht der mit Wasser gefüllt ist zum Trockenschacht verlaufen, wobei konzentrische Wände mindestens drei Ringräume bilden.

Derartige Sicherheitsbehälter sind bekann' (US-PS 37 18 359, DE-OS 24 59 339 und DE OS 20 13 985).

Die Hauptaufgabe derartiger Sicherheitsbehälter ist es. die mögliche Freigabe von Radioaktivität aus der Reaktorkühleinrichtung nach einem vorausgesetzten Ereignis zu begrenzen und zu kontrollieren, das in der Technik mit Kühlmittelunfall (LOCA) bezeichnet wird.

Der Sicherheitsbehälter schließt bei den bekannten Einrichtungen zwei Abteile ein, die als Trockenschacht und als Naßschaert bezeichnet werden, wobei der letztgenannte so bezeichnet wird, weil er ein Flüssigkeitsdruckvernichtungsbecken enthält Alle verfahrenstechnischen Eintritte in den Druckbehälter erfolgen innerhalb des Trockenschachtes. Somit erhält der Trockenschacht das Reaktorkühlmittel, das bei einem Kühlmittelunfall entweicht. Das Reaktorkühlmittel in Form von Dampf und Wasser tritt während eines LOCA in den Trockenschacht aus, mischt sich mit der Luft darin und baut in diesem Abteil Druck auf. Entlüftungsrohre leiten dann das entwichene Medium aus dem Trockenschacht in das Flüssigkeitsdruckvernichtungsbecken des NaP.schachts. Die tnt'^Jlungsrohraustntle sind in das Naßschachtwasser eingetaucht, um das entwichene Medium zu kondensieren; somit dienen sie dazu, den Spitzendruck und die Spitzentemperatur zu begrenzen. Das Wasser im Druckvernichtungsbecken wirkt dabei auch als Strahlun^sschirm

Es sind zahlreiche Einrichtungen an den Druckvernichtungs- und Sicherheitsbehältereinrichtungen bekannt, die die oben beschriebenen Grundsätze beinhalten. Bei einigen Anordnungen ist der Sicherheitsbehälter ein frei stenender Stahlzylinder, der unten unterstützt wird, wobei eine Zwischendecke etwa auf der halben Höhe den Sicherheitsbehälter in zwei Abteile unterteilt. Ein ringförmiger Naßschicht wird dadurch gebildet, daß ein zweiter zylindrischer Mantel, der unterhalb der Zwischendecke so dicht wie möglich am Reaktor angeordnet ist. mit der Sicherheitsbehälterwand oder dem äußeren zylindrischen Mantel zusammenwirkt. Der untere Teil des Naßschachts ist mit Wasser gefüllt und bildet das Dampfvernichtungsbek· ken. Der ringförmige Naßschacht ist in getrennte Kammern durch vertikale frennplatten unterteilt, die nach oben vom Boden des Sicherheitsbehälter;, verlaufen, wobei ein Entlüftungsrohr in jede Kammer mündet. Die Kammern sind so angeordnet, daß die Austrittsstelle des Entlüftungsrohrs, z. B. während einer Schiffsbewegung, untergetaucht bleibt. Ein Luftraum wird jedoch im allgemeinen oberhalb des Vernichtungs,-beckens innerhalb des Naßschachtes vorgesehen, um

die volumetrische Vei<J:-h"iing der Luft zu berücksichtigen, die in den Naßschacht von dem Trockenschacht mit dem aus dem Reaktor bei einem LOCA entwichenen Medium gedruckt wird. Im normalen Betrieb verlagert sich das Vernichtungsbeckenwasser durch das Schlingern und Stampfen des Schiffes. Niederdruck-Reißscheiben in den Entlüftungsrohren trennen normalerweise den Trocken- und Naßschacht, um zu verhindern, daß Vernichtungsbeckenwasser bei extremen Schiffslagen in den Trockenschacht strömt.

Ein Hauptzweck der CNSS-Sicherheitsbehälterkonstruktionen für Schiffsantriebe liegt darin, einen maximalen Schutz gegen die ionisierende Strahlung aus dem Reaktorkern bei minimalem Strahlungsschirmgewicht zu erzielen. Die Priroärabschirmung schließt alle Materialien des Sicherheitsbehälters ein und wie oben festgestellt, den ringförmigen Schirm, der durch das Wasser des Dampfvernichtungsbeckens gebildet wird. Somit ergibt die Verlagerung eines Teils des Wassers in dem Naßschacht in Verbindung mit dem Schlingern und Stampfen des Schiffs eine Unterbrechung der Abschirmung um den Kern herum. Bei den bekannten Einrichtungen wird der ReaktorsicherheitsbehSUer von einem schweren, aus Beton bestehenden biologischen Schirm umgeben, der so konstruiert ist. daß er die Strahlungsdosismengen in den das Schiff umgebenden Bereichen begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Sicherheitsbehälter mit Druckabbausyitem und eine Dampfvernichtungsanordnung für ein 3g Kerndampferzeugungssysterm zu schaffen, das eine in allen Betriebsfällen und auch bei Auftreten eines GAU lichere Abschirmung und Kühlung des Systems sicherstellt.

Diese Aufgabe wird bei einem Sicherheitsbehälter y, der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der erste, außen gelegene Ringraum in an sich bekannter Weise den Sicherheitsbehälter für die Strahlungsabschirmung bildet, daß der zweite Ringraum den Trockenschacht und der dritte Ringraum einen Naßschacht für d^n Abbau des Mediendruckes bildet, der aus dem Druckbehälter in den Trockenschacht entweicht und eine Anzahl Trennplatten unterhalb der Oberkante des dritten Ringraumes vertikal abwärts in das Flüssigkeitsbecken verlaufen und am Umfang den oberen Teil des dritten Ringraumes in eine Anzahl oberer Umfangsbere^;che unterteilen.

Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung weist der Sicherheitsbehälter eine äußere zylindrische Wand auf. die durch einen oberen Deckel abgeschlossen ist. sowie eine innere zylindr«che Wand, die durch einen inneren Deckel abgeschlossen ist. wobei die äußere zylindrische Wand radial nvt Abstand von der inneren zylindrischen Wand angeordnet ist. Dazwischen wird eine ringförmige Kammer gebildet, während der innere Deckel mit Abstand von dem äußeren Deckel angeordnet ist. Er bildet dazwischen eine obere Kammer sowie ein innerhalb der ringförmigen Kammer und der oberen Kammer angeordneten biologischen Abschrmschild. eo

Weitere Maßnahmen der Erfindung gehen aus den Unteransprüehen hervor. Dadurch, daß ein dritter Schacht als Naßschacht ausgebildet wird, der abgetrennte Kammern in seinem oberen Bereich aufweist, ergibt sich ein bedeutend vermindertes Luftvolumen oberhalb des Dampfvernichtungsbeckens, um die Unterbrechung des Strahlungsschutzes, der durch Wasser im Becken erreicht wird, während der Schiffsbewegung auf ein geringstes Maß herabzusetzen. Nach der Erfindung werden Mittel vorgesehen, um die Auswirkungen des verminderten Luftvolumens oberhalb des Ve.nichtungsbeckenszu berücksichtigen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Kerndampferzeugungsanlage im Längsschnitt und

F i g. 2 eine Anlage nach F i g. 1 in einem Teilquerschnitt entlang der Linie H-II der Fig. 1.

Die F i g. 1 zeigt eine Kerndampferzeugungsanlage 10, die einen vertikal angeordneten Druckbehälter 11 einschließt, der in einem Sicherheitsbehälter 12 kreisrunden Querschnitts aufgenommen wird. Der Druckbehälter 11 bildet eine Druckhülle für eine nicht in Einzelheiten dargestellte integrierte Kerndampfanlage.

Der Sicherheitsbehälter 12 besteht aus einer äußeren zylindrischen Behälterwand 13, die von einem äußeren oberen Deckel 14 abgeschlossen wird, und einer inneren zylindrischen Behälterwand 15. die von einem inneren oberen Deckel 16 abgeschlossen wird. Eine ringförmige Kammer 20 wird durch die Begrenzu.4; der Außen- und Innenwände 13 bzw. 15 sowie des inneren oberen Deckels 16 gebildet, während eine obere Kammer 17 zwischen dem inneren und dem äußeren oberen Deckel 16 bzw. 14 und dem oberen Teil der Außenwand 13 gebildet wird. Der äußere obere Deckel 14 und der innere obere Deckel 16 sind mit ausbaubaren Teilen 18 bzw. 19 versehen.

Ein vertikal angeordneter zylindrischer Mantel 21. radial mit Abstand in enger Nähe um den unteren Teil des Druckbehälters 11 herum angeordnet, wirkt mit einem horizontal angeordneten Boden 22 zusammen, um den Sicherheitsbehälter in zwei Abteile zu unterteilen, die als Trockenschacht 23 und Naßschacht

24 bezeichnet werden. Ein zweiter zylindrischer Mantel

25 ist in dem Naßschacht 24 radial mit Abstand zwischen dem zylindrischen Mantel 21 und dem unteren Teil der inneren Sicherneitsbehälterwand angeordnet, wodurch der Naßschacht in einen inneren Ringraum 2b und tmen äußeren Ringraum 27 unterteilt wird. Vernichtungsbekkenwasser ist nur in dem inneren Ringraum 26 bis zu einer Höhe 30 enthalten, die so liegt, daß der Raum im wesentlichen gefüllt ist. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform fällt die Mittellinie 51 des Druckbehälters 11 nicht mit der Mit'ellinie 52 des Sicherheitsbehälters 12 zusammen. Obwohl dies für die Anwendung der Erfindung nicht wesentlich ist. sind die Mitellinien 51, 52 in typischer V/eise versetzt, um die Unterbringung von nicht gezeigten Hilfseinrichtungen in dem Trockcnschacht 23 zu erleichtern. Somit sollte man sich darüber in klaren sein, daß bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der zylindrische Mantel 21 nicht konzentrisch von dem zylindrischen Mantel 25 umschrieben wird.

Eine Anzahl vertikal angeordneter, gebohrter Dru-rkvernichtungsrohre il, von denen der besseren Übersicht wegen nur zwei dargestellt sind (314. 31ÖJI befindet sich im wesentlichen innerhalb des Ringraumes

26 und verläuft durch den horizontalen Boden 22 hindurch, <> <> daß das obere Rohrende in den Trockenschaeht 23 hineinragt.

Das untere Ende eines jeden Druckvernichtungsrohrs 31 erstreckt sich in Längsrichtung teilweise in einen Ringkragen 32. der radial mit Abstand um das Rohr herum angeordnet ist um eine Dehnung des Rchts zu ermöglichen, jedoch übermäßige Seitenbewegungen auszuschließen. Niederdruck-Reißscheiben 33 sperren

das obere Ende der Druckvcrnichtungsrohre ab. Das obere Volumen des inneren Ringraums 26 ist in obere Umfangsbereiche durch Trennplatten 34 unterteilt, die unterhalb des Bodens 22 auf einer Höhe unterhalb des Flüssigkeitsstands 30 liegen. Die Trennplatten 34 sind am Umfang zwischen den Dampfvernichtungsrohren 31 angeordnet. Reißscheiben 35 sind oberhalb des Wasserstands 30 in dem zylindrischen Mantel 25 vorgesehen. Eine Reißscheibe 35 ist im allgemeinen zwischen jedem Paar am Umfang angeordneter, benachbarter Trennplatten 34 vorgesehen.

Die Anordnung der Trennplatten 34, die sich vertikal von der Decke 22 nach unten erstrecken, ist besonders aus F-" i g. 2 zu erkennen. Sie liegen zwischen dem vertikal angeordneten zylindrischen Mantel 21 im Inneren des Behälters und dem mit Reißscheiben 35 versehenen zylindrischen Mantel 25 (Fig. 1). Zwischen diesen beiden werden durch die Trennplatten 34 rechteckige Räume gebildet.

Vorlauf- 36 und Rücklauf-37-K.ühirohranschiüsse sind innerhalb des inneren Ringraumes 26 vorgesehen und an einem nicht dargestellten Kühlsystem angeschlossen. Die Vorlauf- 36 und Rücklauf-37-Kühlrohranschlüsse bilden ein Mittel, um das Vernichtungsbeckenwasser umzuwälzen und zu kühlen, das durch Konvektion von dem Druckbehälter und von der Aufnahme der aus dem Kern entwichenen Gammastrahlen erwärmt wird.

Ein Speisewassereintrittsrohr 40 und ein Dampfaustrittsrohr 41 treten durch die äußere und die innere Sicherheitsbehälterwand 13 bzw. 15, verlaufen durch den Trockenschacht 23 und münden in dem Druckbehälter 11. Während nur ein Eintritts- und ein Austrittsrohr dargestellt sind, werden doch im allgemeinen zahlreiche dieser Rohre in Abständen um den Druckbehälter herum und innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordnet.

Eine abgedichtete Rohrleitung 42 läuft durch den äußeren Ringraum 27 und geht in einen mediumdichten Kanal 43 über, der zu einem unteren Bereich 44 führt, '"elcher unterhalb des Druckbehälter liegt. Instrumentenleitungen 45 von außerhalb (nicht dargestellt) des Sicherheitsbehälters werden durch den Trockenschacht zu dem unteren Bereich geführt und treten in den Boden des Reaktors über die Rohrleitung 42, den Kanal 43 und den unteren Bereich 44 ein.

Im Betrieb ist der Reaktorkern 50, der nur schematisch dargestellt ist, bedeutend unterhalb des Vernichtungsbecken-Wasserstands 30 in dem Ringraum 26 angeordnet, der direkt den unteren Teil des Druckbehälter umschreibt. Die Kammern 17 und 20 sind mit Wasser gefüllt, um eine biologische Abschirmung gegenüber der Strahlung zu bilden, die aus dem Reaktorkern stammt.

Bei Schiffsantrieben schließt unter normalen Bedingungen die I lohe des Wasserstandes 30 eine bedeutende Verminderung der Abschirmung aus, die erreicht wird, wenn das Schiff extreme Lagen einnimmt. Die Trennplatten im oberen Bereich des Vernichtungsbekkens verhindern in wirksamer Weise, daß Luft von oberhalb des Wasserstandes 30 in den höheren Bereich des inneren Ringraums während der Stampf- und Schlingerbewegui ;^T des Schiffs gelangt, in welchem sich die Reaktoranlage befindet. Alle verfahrenstechnischen Eingänge in den Druckbehälter 11 erfolgen durch den Trockenschacht. So erhält der Trockenschacht als erster das Medium bei einem Kühlmittelunfall. Wenn sich dabei der Druck im Trockenschacht aufbaut, dann reißen die Scheiben 33 und erlauben es dem Medium

jii und der Lu?i. duici'i uic DiückvcrfiiCniüfigäruhrt 3! in das Vernichtungsbecken zu strömen, in welchem die vom Druckbehälter freigegebenen kondensierbaren Gase kondensieren. Im inneren Ringraum wird seiner seits Druck aufgebaut, wodurch die Scheiben 35 in den r> äußeren Ringraum hinein reißen und somit den Druckaufbau im inneren Ringraum abbauen.

Nicht dargestellte Mittel werden vorgesehen, um die obere Kammer 17 zu entwässern. Die mittleren Teile 18 und 19 ites äußeren oberen Deckels 14 und des inneren )o Deckels 16 sind ausbaubar, um die Wartung, den Einbau und den Ausbau von größeren Teilen sowie die Neubeschickung des Reaktors zu erlauben.

Die Verwendung des wassergefüllten Doppelwand-Sicherheitsbehälters erlaubt es, dem nicht dargestellten. S) aus Beton bestehenden biologischen Schirm, der traditioneller Weise verwendet wird, im Fortfall kommen zu lassen oder mit einer wesentlich verminderten Stärke vorzusehen, wodurch sich beim Sicherheitsbehälter eine Gesamtgewichtseinsparung ergibt. Die to Unterteilung des Naßschachtes und die Verwendung des wasserlosen äußeren Ringraums 27 ergeben eine größere Vernichtungsbeckenhöhe, die ihrerseits und in Verbindung mit den Innenraumtrennplatten 34 die zusätzliche Strahlungsabschirmung durch das Vernichte tungsbecken erhöht. Es ist klar, daß Änderungen vorgenommen werden können, z. B. die Verwendung von Sand für biologische Abschirmzwecke in der Kammer 20, oder daß Teile der Erfindung ohne andere hierin beschriebene Teile verwendet werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheitsbehälter mit Druckabbausysem für einen integrierten Kernreaktor, in welchem ein Trockenschacht den Kernreaktor und einen Naßschacht umschließt und Rohre vom Naßschacht, der mit Wasser gefüllt ist, zum Trockenschacht verlaufen, wobei konzentrische Wände mindestens drei Ringräume bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, außen gelegene Ringraum (20) in an sich bekannter Weise den Sicherheitsbehälter für die Strahlungsabschirmung bildet, daß der zweite Ringraum (27) den Trockenschacht und der dritte Ringraum (26) einen Naßschacht für den Abbau des Mediendruckes bildet, der aus dem Druckbehälter ,5 (11) in den Trockenschacht entweicht und eine Anzahl Trennplatten (34) unterhalb der Oberkante des dritten Ringraumes (26) vertikal abwärts in das Flüssigkeitsbecken verlaufen und am Umfang den oberen Teil des dritten Ringraumes (26) in eine Anzahl oh. er Umfangsbereiche unterteilen.

2. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine äußere zylindrische Wand (13) einschließt, die durch einen oberen Deckel (14) abgeschlossen ist. eine innere zylindri- 2; iche Wand (15), die durch einen inneren Deckel (16) abgeschlossen ist, wobei die äußere zylindrische Wand (13) radial mit Abstand von der inneren zylindrischen Wand (15) angeordnet ist und dazwischen eir.e ringförmige Kammer bildet, während der innere Deckel (16) mit Abstand von dem iußeren Deckel (16) angeordnet ist, und da/wischen eine obere Kammer (17) bildet, sowie ein innerhalb der ringförmigen Kammer Ui_nI der oberen Kammer angeordneten biologischer, Abschirmschild. _J5

3. Sicherheitsbehälter nach . .nspruch 2. dadurch gekennzeichnet daß das biologische Abschirmmaterial Wasser ist

4. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohranschluß vertikal durch einen der oberen Umfangsbereiche in das Flüssigkeitsbecken hinein verläuft.

5. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Rohranschluß weiterhin ein gelochtes Druckabbaurohr (31) umfaßt.

6. Sicherheitsbehälter nach Anspruch S. dadurch gekennzeichnet daß er mindestens einen Ringkragen (32) umfaßt wobei jeder der Anschlüsse der Druckabbaurohre (31) in Längsrichtung teilweise in einen der Ringkragen (32) hinein verläuft, die radial mit Abstand um die Rohre (31) herum angeordnet sind, und eine Längsdehnung erlaubt.

7. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das mit dem Trockenschacht in Verbindung stehende Ende des Druckabbaurohres (31)durch eine Reißscheibe (33) abgesperrt ist.

8. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet daß er eine Anzahl Reißscheiben (35) umfaßt, von denen wenigstens eine in der Wand tür Abtrennung des Naßschachtes (26) an einer Stelle innerhalb eines jeden der oberen Umfangsbereiche angeordnet ist.

9. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Instrumentenleitungen (45) einschließt, eine Rohrleitung (42), einen mediumdichten Kanal (43), einen unteren Bereich unterhalb des Druckbehälters, wobei die Rohrleitung (42) durch den äußeren Ringraum (27) verläuft, der mediumdichte Kanal (43) so angeordnet ist, daß er durch den inneren Ringraum (26) läuft sowie mit der Rohrleitung (42) und dem unteren Bereich in Verbindung steht, so daß die Instrumentenleitungen (45) von dem Trockenschacht (23) durch die Rohrleitung (42) und den mediumdichten Kanal (43) zu dem unteren Bereich geleitet werden.