DE2908968A1

DE2908968A1 - Spannbetondruckbehaelter fuer ein kernkraftwerk

Info

Publication number: DE2908968A1
Application number: DE19792908968
Authority: DE
Inventors: Josef Schoening; Hans-Georg Schwiers
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1979-03-07
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1980-09-18
Also published as: JPS6251436B2; DE2908968C2; JPS55124094A; US4311558A

Description

- 3 - 7 8 2 2

HGCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Hansaring 53 - 57 5000 K ö 1 η

Spannbetondruckbehälter für ein Kernkraftwerk

Die Erfindung betrifft einen Spannbetondruckbehälter für ein aus einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor, mindestens einer Gasturbomaschine und wärmetauschenden Apparaten bestehendes Kernkraftwerk, der zumindest in einem größeren Teilbereich zylindrisch ausgebildet ist und eine Kaverne für den Hochtemperaturreaktor aufweist, mit einem in seinem unteren Teilbereich vorgesehenen horizontalen Stollen für die Gasturbomaschine(n) und mit einer Anzahl von Ausnehmungen für die wärmetauschenden Apparate/ wobei sich die Ausnehmungen in Längsrichtung durch den Spannbetondruckbehälter erstrecken.

Bekanntlich muß jeder Kernreaktor - unabhängig von dem jeweiligen Reaktortyp - zur Abschirmung der bei der Kernspaltung im Reaktorkern erzeugten Strahlung mit einer für schädigende Strahlen undurchlässigen umhüllung umgeben sein. Weiterhin müssen unter überdruck arbeitende Reaktoren, d.h. diejenigen Reaktoren, bei denen die Kühlung mittels eines unter Überdruck stehenden {meist gasförmigen) Kühlmittels erfolgt, in eine vollkommen dichte und druckfeste Hülle eingeschlossen sein, den sogenannten Druckbehälter. Es ist Stand der Technik, den Strahlenschutzraantel und den Druckbehälter zu einer dichten und zugleich druckfesten ummantelung zusammenzufassen, die die.Aufgaben sowohl des biologischen Strahlenschutzes als auch des vollständigen, den inneren überdruck aufnehmenden Abschlusses des Kernreaktors übernimmt. Diese Ummantelung ist aus Beton hergestellt, in dem

0 30038/018

-A-

zur Erhöhung der Druckfestigkeit und der Dichtigkeit mit Hilfe von Spanngliedern im wesentlichen nach innen gerichtete Vorspannungen erzeugt werden, die größer sind als die durch den Überdruck des im Inneren vorhandenen Kühlmittels erzeugten Spannungen .

Bei sogenannten integrierten Kernreaktoranlagen sind außer dem Kernreaktor auch die wärmetauschenden Apparate wie Dampferzeuger und Nachwärmeabfuhrsysterne innerhalb des Spannbetondruckbehälters angeordnet. Diese können mit dem Kernreaktor in einer gemeinsamen Kaverne untergebracht sein, wie es beispielsweise bei dem THTR-300 MWe-Kraftwerk der Fall ist.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Kernreaktor in einer im Zentrum des Druckbehälters befindlichen Kaverne zu installieren und die wärmetauschenden Apparate in sich in Längsrichtung durch die Druckbehälterwandungen erstreckenden Ausnehmungen, sogenannten Pods, unterzubringen, die rings um die Reaktorkaverne angeordnet sind. Spannbetondruckbehälter dieses Typs sind in den Offenlegungsschriften 15 39 887 und 16 84 651 beschrieben.

Bekannt ist auch die Verwendung derartiger Spannbetondruckbehälter für Kernkraftwerke, die einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor und mindestens einen aus Gasturbomaschine und wärmetauschenden Apparaten bestehenden Wärmenutzungskreislauf umfassen. Die wärmetausehenden Apparate (Rekuperator, Vorkühler und gegebenenfalls Zwischenkühler) sind in den oben beschriebenen Ausnehmungen oder Pods angeordnet, während die Gasturbomaschine in einem horizontalen Stollen unterhalb des Reaktorkerns installiert ist. In der Offenlegungsschrift 25 18 357 ist ein Spannbetondruckbehälter dieser Art dargestellt.

Bei allen beschriebenen Spannbetondruckbehältern weist die Kaverne für den Kernreaktor eine dem zylindrischen Druckbehälter

030038/0181

angepaßte Form auf (d.h. sie besitzt einen kreisrunden Querschnitt) und ist zentral in dem Druckbehälter angeordnet. Ihr Durchmesser sowie auch der Durchmesser der Ausnehmungen oder Pods ist maßgeblich für die Größe des Spannbetondruckbehälters. Eine erhebliche Rolle spielt aber auch die Breite der Betonstege, die zwischen der Kaverne und den Ausnehmungen sowie zwischen den Ausnehmungen und dem Außenmantel des Druckbehälters vorhanden sein müssen. Für die Größe des Spannbetondruckbehäiters, der bei integrierten Kernreaktoranlagen ein sehr kostenträchtiges Bauteil mit einer langen Errichtungszeit darstellt, ist es daher von ausschlaggebender Bedeutung, wie die in dem Druckbehälter vorhandenen Hohlräume im Verhältnis zueinander angeordnet sind. Die gewünschte kompakte Bauweise eines Kernkraftwerkes läßt sich nur bei günstiger Verteilung der einzelnen Hohlräume in dem Druckbehältervolumen realisieren.

Von dem genannten Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spannbetondruckbehälter der eingangs beschriebenen Bauart so auszugestalten, daß seine Abmessungen wesentlich reduziert werden können und eine optimale Ausnutzung des Vorspannsystems ermöglicht wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kaverne für den Hochtemperaturreaktor oberhalb des den horizontalen Stollen enthaltenden Druckbehälter-Teilbereichs außermittig in dem Spannbetondruckbehälter angeordnet ist.

Durch die AuSermittigkeit der Reaktorkaverne läßt sich eine optimale Anordnung der übrigen in dem Spannbetonbehälter integrierten Kernkraftwerkskomponenten erreichen, was einen direkten Einfluß auf die Außenabmessungen des Spannbetondruckbehälters hat. Die Größe der Außermittigkeit der Reaktorkaverne richtet sich danach, in welchem Verhältnis die in den einzelnen Hohlräumen aufzunehmenden Komponenten zueinander stehen.

030038/01 81

Sehr vorteilhaft wirkt sich bei dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Spannbetondruckbehälter aus, daß bei seiner Errichtung die einzelnen Behälterbereiche entkoppelt werden können; d.h. es besteht die Möglichkeit, verschiedene Behälterbereiche gleichzeitig zu montieren. Dadurch läßt sich der Errichtungsablauf flexibel gestalten, und Störungen im Ablauf können sich nicht so stark auf die Errichtungszeit auswirken.

Die einzelnen Aufgaben für das Vorspannsystem lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Spannbetondruckbehälter ebenfalls entflechten, so daß die Spannkabel optimal ausgelegt und geführt werden können. Dadurch wird eine ausgeglichene Spannungsausnutzung der tragenden Behälterquerschnitte möglich.

Eine besonders günstige Anordnung der Ausnehmungen für die wärmetauschen Apparate ergibt sich, wenn die Kaverne für den Hochtemperaturreaktor in Richtung der Längsachse des horizontalen Stollens aus der Mitte des Spannbetondruckbehälters verschoben ist. In diesem Falle lassen sich die mit der Erfindung erstrebten Verbesserungen erreichen, ohne daß für die eingebauten Komponenten Erschwernisse entstehen.

Vorteilhafterweise sind die Ausnehmungen für die wärmetauschenden Apparate auf beiden Seiten des horizontalen Stollens für die Gasturbomaschine(n) und symmetrisch zu diesem Stollen angeordnet. Sie können dabei um die Kaverne für den Hochtemperaturreaktor herum plaziert sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Ausnehmungen für die wärmetausehenden Apparate und die Kaverne für den Hochtemperaturreaktor in zwei nebeneinanderliegenden Bereichen des Spannbetondruckbehälters anzuordnen. Bei einem zylindrischen Druckbehälter sind beispielsweise die Ausnehmungen in der einen Zylinderhälfte vorgesehen, während sich die Reaktorkaverne in der anderen Zylinderhälfte befindet. In diesem Falle ist die Außermittigkeit der Reaktorkaverne sehr groß.

030038/0181

Der eben beschriebene Spannbetondruckbehälter (also mit stark außermittiger Reaktorkaverne) läßt sich sehr kostengünstig ausführen, wenn er in seinem unterhalb der Reaktorkaverne befindlichen Bereich guer zu der Längsachse des horizontalen Stollens abgesetzt ist. Der horizontale Stollen ist so anzuordnen, daß er ganz in dem verbleibenden Druckbehälter-Abschnitt verläuft, durch den sich auch die Ausnehmungen für die wärmetauschenden Apparate erstrecken. Sie durchqueren somit den Druckbehälter auf seiner größten Länge.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung sind die einzelnen Teilbereiche des Spannbetondruckbehälters unterschiedlich vorgespannt, wobei die jeweilige Vorspannung den unterschiedlichen Anforderungen, bedingt durch die in den Hohlräumen eingebauten verschiedenen Komponenten, angepaßt ist. Auf diese Weise kann in den einzelnen Teilbereichen eine in sich optimierte Vorspannung erreicht werden.

Mit besonderem Vorteil läßt sich diese Maßnahme bei einem Spannbetondruckbehälter anwenden, dessen einzelne Hohlräume mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt sind. Die Anzahl der Spannkabel und ihre Verlegung können hier genau auf die jeweiligen Erfordernisse abgestellt werden.

In der Zeichnung sind zwei Äusführungsbeispiele des Spannbetondruckbehälters gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeipiel im Schnitt

nach der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel im Schnitt

nach der Linie III-III der Fig. 4 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.

030038/0181

_M ti

Die Figuren 1 und 2 lassen einen im wesentlichen zylindrischen Spannbetondruckbehälter 1 für ein Kernkraftwerk erkennen, das aus einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor, einer Gasturbomaschine und einer Anzhal von wärmetausehenden Apparaten (Rekuperator, Vor- und gegebenenfalls Zwischenkühlern) besteht. Alle diese Komponenten sind in Hohlräumen innerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 untergebracht; d.h. es liegt integrierte Bauweise vor.

Die Hohlräume umfassen eine zylindrische Kaverne 2 zur Aufnahme des Hochtemperaturreaktors, einen horizontalen Stollen 3 für die Gasturbomaschine und vier vertikale Ausnehmungen 4, die für die Installation der wärmetauschenden Apparate bestimmt sind. Die vertikalen Ausnehmungen 4 sind zu beiden Seiten des horizontalen Stollens 3 und symmetrisch zu diesem Stollen angeordnet.

Die Kaverne 2, die oberhalb des den horizontalen Stollen 3 enthaltenden Druckbehälter-Teilbereichs 5 vorgesehen ist, weist ei- · ne Außermittigkeit e auf, und zwar ist sie in Richtung der Längsachse des horizontalen Stollens 3 aus der Mitte des Spännbetondruckbehälters 1 verschoben. Sie befindet sich etwa in der einen Hälfte des zylindrischen Spannbetondruckbehälters 1, während in der anderen Druckbehälterhälfte die vier vertikalen Ausnehmungen 4 angeordnet sind.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist der Spannbetondruckbehälter 1 in seinem unterhalb der Kaverne 2 befindlichen Bereich quer zu der Längsachse des horizontalen Stollens 3 abgesetzt. Der verbleibende Druckbehälter-Abschnitt fällt mit dem Druckbehälter-Teilbereich 5 zusammen, in dem der horizontale Stollen 3 vorgesehen ist. Der horizontale Stollen 3 verläuft ganz innerhalb dieses Druckbehälter-Abschnitts. Die vertikalen Ausnehmungen 4 für die wärmetauschenden Apparate sind ebenfalls durch den Druckbehälter-Abschnitt 5 hindurchgeführt.

030038/0181

Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Spannbetondruckbehälter 6 eine vollkommen zylindrische Gestalt. Die ebenfalls zylindrische Kaverne 7 für den Hochtemperaturreaktor ist hier ebenfalls außermittig angeordnet; die AuSermittigkeit e ist jedoch erheblich geringer als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der horizontale Stollen 8 für die Gasturbomaschine verläuft auch hier in einem unteren Teilbereich 9 des Spannbetondruckbehälters 6, wobei er sich direkt unterhalb der Kaverne 7 entlang erstreckt.

Das in dem Spannbetondruckbehälter 6 untergebrachte Kernkraftwerk besitzt eine größere Anzahl von wärmetauschenden Apparaten; daher sind hier sechs vertikale Ausnehmungen 10 z~ur Aufnahme dieser wärmetauschenden Apparate vorgesehen. Die vertikalen Ausnehmungen 10 erstrecken sich in symmetrischer Anordnung zu dem horizontalen Stollen 8 durch den gesamten Spannbetondruckbehälter 6. Ihre Anordnung ist so getroffen, daß sie die Kaverne 7 für den Hochtemperaturreaktor umschließen.

Bei beiden Ausführungsbeispielen können Teilbereiche des Spannbetondruckbehälters 1 bzw. 6, die unterschiedlichen Anforderungen ausgesetzt sind, unterschiedlich vorgespannt sein. Solche Teilbereiche sind beispielsweise die die Hohlräume für die Komponenten enthaltenden Druckbehälter-Abschnitte, da die Hohlräume - je nach der eingebauten Komponente - unterschiedlich mit Druck beaufschlagt sind.

030038/0181

Claims

- 1 - 7 8 2 2

Patentansprüche :

, 1 , Spannbetondruckbehälter für ein aus einem gasgekühlten. Hochtemperaturreaktor, mindestens einer Gasturbomaschine und wärmetauschenae-n Apparaten bestehendes Kernkraftwerk, der zumindest in einem größeren Teilbereich zylindrisch ausgebildet
ist und eine Kaverne für den Hochtemperaturreaktor aufweist, mit einem in seinem unteren Teilbereich vorgesehenen horizontalen Stollen für die Gasturboiaaschine (n) und mit einer Anzahl von Ausnehmungen für die wärmetauschenden Apparate, wobei sich die Ausnehmungen in Längsrichtung durch den Spannbetondruckbehälter erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kaverne (2? 7} für den Hochtemperaturreaktor oberhalb
des den horizontalen Stollen (3; 8) enthaltenden Druckbehälter-Teilbereichs (5; 9) außermittig in dem Spannbetondruckbehälter (1; 6}_ angeordnet ist.
2. Spannbetonaruckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axe Kaverne (2; 7) für den Hochtemperaturreaktor in Richtung der Längsachse des horizontalen Stollens (3; 8) aus der Mitte des Spannbetondruckbehälters (1; 6) verschoben ist.
3. Spannbetondruckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausnehmungen (4; 10) für die wärmetauschenden
Apparate auf beiden Seiten des horizontalen Stollens (3; 8)
und symmetrisch zu diesem angeordnet sind.
4. Spannbetondruckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausnehmungen (10) für die wärmetauschenden Apparate um die Kaverne (7) für den Hochtemperaturreaktor herum angeordnet sind.

030038/0181
5. Spannbetondruckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß· die Ausnehmungen (4) für die wärmetauschenden Apparate und die Kaverne (2) für den Hochtemperaturreaktor in zwei nebeneinanderliegenden Bereichen des Spannbetondruckbehälters (1) vorgesehen sind.
6. Spannbetondruckbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbetondruckbehälter (1) in seinem unterhalb der Kaverne (2) für den Hochtemperaturreaktor befindlichen Bereich quer zu der Längsachse des horizontalen Stollens (3) abgesetzt ist, wobei der horizontale Stollen (3) ganz in dem verbleibenden Druckbehälter-Abschnitt (5) verläuft, und daß die Ausnehmungen für die wärmetauschenden Apparate sich ebenfalls durch den verbleibenden Druckbehälter-Abschnitt erstrecken.
7. Spannbetondruckbehälter nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilbereiche des Spannbetondruckbehälters (1; 6) unterschiedlich vorgespannt sind.
8. Spannbetondruckbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der einzelnen Teilbereiche des Spannbetondruckbehälters (1; 6) den in den verschiedenen Hohlräumen wie Kaverne (2; 7), Stollen (3; 8) und Ausnehmungen (4? 10) herrschenden Drücken angepaßt ist.

030038/0181