DE3212265C2 - Verfahren und Einrichtung zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage, die die gefilterte Ableitung auch großer Leckagen gestatten, ohne daß die Auslegung des Reaktorschutzgebäudes auf vollen Druckk erforderlich ist. Das Verfahren sieht vor, daß der für den Normalbetrieb vorhandene Ableitungsweg für Kühlgasleckagen bei Anstieg des Druckes im Reaktorschutzgebäude über einen vorgegebenen Wert hinaus automatisch abgesperrt wird und durch Öffnen eines zweiten Ableitungsweges eine gezielte Druckentlastung erfolgt. Die austretenden Kühlgasleckagen werden über Einrichtungen zum Temperaturabbau und zur Ablagerung von Spaltprodukten sowie durch Filtersysteme in den Kamin geleitet, an den der erste Ableitungsweg angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage, die als Barriere gegen Freisetzung aktiven Kühlgases an die Umgebung von dem Reaktorschutzgebäude umschlossen und mit einem Ableitungsweg für bei Normalbetrieb auftretende Kühlgasleckagen versehen ist, der ein betriebliches Filtersystem, Abluftgebläse und einen Kamin umfaßt.
Stand der Technik sind Kernkraftanlagen, bei denen ein Hochtemperaturreaktor innerhalb eines Reaktorschutzgebäudes installiert ist, der seinerseits von einem Schutzbehälter bzw. Schutzgebäude umschlossen ist. Dieser hat unter acderem die Aufgabe, die Freisetzung von Spaltprodukten an die Umgebung zu verhindern. Bei der bekannten AVR-Anlage steht der Schutzbehälter während des Betriebes unter leichtem Unterdruck, um Primärkreisleekagen in die Atmosphäre auszuschließen. Wegen der in der AVR-Anlage verwendeten Brennelemente mit beschichteten Spaltsioffteilchen ist die Kühlgasaktivität im Primärkreislauf ohnehin gering.
Bei anderen Kernkraftanlagen mit Hochtemperaturreaktor ist vorgesehen, den Schutzbehälter auf einen Druck auszulegen, der die Aufnahme aller betrieblichen und störfallbedingten Leckagen in dem Schutzbehälter ermöglicht (Volldruck-Containmerd), und die aus dem Reaktordruckbehälter sowie aus radioaktiven Kreisläufen stammenden Kühlgasleckagen verzögen über FiI-terstrecken und einen Kamin in die Umgebung abzuleiten. Selbst bei großen Störfällen wie dem Versagen eines Reaktordruckbehälter-Abschlusses wird das austretende Kühlgas zurückgehalten und gezielt über Filter und Kamin abgegeben, so daß die Auswirkungen des Störfalls begrenzt bleiben.
Bei dem bekannten Kernkraftwerk THTR-300 ist ebenfalls die Ablesung von im Normalbetrieb und bei
M kleinen Störfällen auftretenden Kühlgasleckagen über ein Filtersystem, Abluftgebläse und einen Kamin an die Atmosphäre vorgesehen. Das den Reaktordruckbehälter umschließende Reaktorschutzgebäude ist jedoch nicht auf vollen Druck ausgelegt, und bei Störfällen, die große Leckagen freisetzen, werden diese Leckagen ungefiltert über den Kamin an die Umgebung gegeben.
Aus der Zeitschrift »Nucleonics«, Oktober 1965, Seite 52, Figur 3, ist eine Kernreaktoranlage bekannt, bei der ein wassergekühlter Kernreaktor in einem Druckbehälter installiert ist, der von einem Containment umschlossen ist. Dieses Containment ist von einer weiteren Barriere umgeben, innerhalb welcher auch ein Druckabbau-System angeordnet ist. Es hat die Aufgabe, bei einem Reaktorunfall das Volumen des dem Druckbehälter entwichenen Dampfes zu reduzieren. Das Druckabbau-System besteht aus einem mit Wasser gefüllten Becken und einer Anzahl mit ihren Enden in das Wasser eintauchenden Leitungen, die von dem Druckbehälter
ausgehen. Der Druckabbau erfolgt durch Kondensation des Dampfes in dem Wasserbecken. Zusätzlich wird in dem Wasserbecken ein bestimmter Anteil von in dem Dampf vorhandenen Spaltprodukten zurückgehalten. Der von der Barriere umschlossene Raum wird im Störfall durch Abluftgebläse, die über Filter in einen Kamin fördern, auf leichtem Unterdruck gehalten. Bei Normalbetrieb wird der Unterdruck durch eine Abblaseleitung aufrechterhalten.
Von diesem Stand der Technik wird bei der Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, für eine gasgekühlte Kernkraftanlage der eingangs beschriebenen Bauart ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, die auch bei Austritt großer Kühlgasleckagen aus dem Primärkreislauf die Druckentlastung des Reaktorschutzgebäudes gestatten sowie die gefilterte Ableitung dieser Kühlgasleckagen in die Umgebung auch bei hohen Temperaturen sicherstellen.
Gemäß der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß bei Eintreten eines mit großen Kühlgasleckagen verbundenen Störfalls der für Normalbetrieb vorgesehene Abieitungsweg durch ein in diesem Ableitungsweg installiertes Rückstoßvencil selbsttätig geschlossen und verriegelt und die gesamte Kühlgaslekkage zunächst in dem Reaktorschutzgebäude zurückgehalten wird und daß sodann bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes zur Einhaltung dieses Druckes bzw. zur späteren Druckabsenkung in dem Reaktorschutzgebäude ein an sich bekannter zweiter, dem ersten weitgehend paralleler Ableitungsweg selbsttätig oder von Hand geöffnet wird und die ausgetretene Kühlgasleckagen durch in dem zweiten Ableitungsweg vorgesehene Einrichtungen zum Temperaturabbau sowie zur Ablagerung von Spaltprodukten und, in ebenfalls bekannter Weise, durch ein Filtersystem für gasförmige Spaltprodukte und Schwebestoffe in den Kamin geleitet werden.
Die Erfindung ermöglicht es, den Auslegungsdruck eines Reaktorschutzgebäudes zu reduzieren, ohne daß es zu einem störfallbedingten Versagen des Reaktorschutzgebäudes kommen kann. Je nach Auslegungsdruck des Reaktorschutzgebäudes, welcher auch durch andere Anforderungen (Schutz des Reaktordruckbehälters vor Einwirkungen von außen) mitbestimmt wird, können die Grenzwerte für die Absperrung des für Normalbetrieb vorgesehenen Ableitungsweges durch Schließung des Rückstoßventils wie auch die Grenzwerte für den zweiten, in Störfällen benutzten Abieitungsweg unterschiedlich hoch gewählt werden, so daß auch die Auslegungsanforderungen an die Einrichtungen zum Temperaturabbau und zur Ablagerung von Spaltprodukten stark schwanken.
Über die Festlegung des Grenzwertes, bei der zweite Ableitungsweg geöffnet und damit durch Ausströmen des Inhalts des Reaktorschutzgebäudes dieses Gebäude druckentlastet wird, kann vorteilhafterweise Einfluß auf die Zeitdauer genommen werden, während welcher das Reaktorschutzgebäude einer Überdruckbelastung ausgesetzt ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß nach erfolgter Druckentlastung die Luftmenge in dem Reaktorschutzgebäude vermindert ist, so daß der Lufteinbruch in den Primärkreis ebenfalls reduziert wird.
Selbst bei hypothetischen Störfällen ist die Spaltproduktabgübe an die Umgebung stark herabgesetzt, da die in den /wcucn Aoiuuingsweg eingebauten Einrichtun- (0 gen vetvogeniü virKcn, wodurch Kurzlebige Spaltprodukte bereits nach Uurcniaufen des Ableitungswegei zerfallen sind. Lang;ebige Spaltprodukte werden in fester als auch in gasförmiger Form in den entsprechenden Einrichtungen zurückgehalten, und die Temperatiirbelastung der Umgebung wird ebenfalls reduziert. Das Filtersystem für gasförmige Spaltprodukte und Schwebestoffe wird durch die Einrichtungen zum Temperaturabbau ebenfalls vor unzulässig hohen Temperaturen geschützt
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die redundant ausgeführten Mittel zum Öffnen des zweiten Ableitungsweges aus einer aktiv zu betätigenden Armatur sowie aus einer Berstscheibe bestehen. Durch das Vorhandensein zweier diversitärer Einrichtungen, von denen die eine aktiv betätigt wird und die andere passiv wirksam ist, kann das Versagen des Reaktorschutzgebäudes ausgeschlossen werden. Die Berstscheibe ist so ausgelegt, daß sie nicht nur bei Versagen der Armatur, sondern auch bei zu schnellem Druckanstieg in dem Reaktorschutzgebäude anspricht.
Die g«5mäß der Erfindung vorsehenen Einrichtungen zum Temperaturabbau können r-$ Regenerativ-Wärmeläüscher ausgebildet sein. Diese bestehen aus Schüttungen von Kugeln aus wärmeaufnehmendem Material, vorzugsweise von Graphitkugeln.
Den Einrichtungen zum Temperaurabbau und zur Ablagerung von Spaltprodukten kann, falls erforderlich, eine Rekombinationsanlage für brennbare Gase nachgeschaltet sein. Mit einer solchen Anlage läßt sich verhindern, daß sich nach hypothetischen Störfällen (die die thermische Zersetzung des Betons d~:s Reaktordruckbehälters zur Folge haben) im Reaktorschutzgebäude brennbare Gase ansammeln.
Die Einrichtungen zur Spaltproduktrückhaltung wie auch die Rekombinationsanlage für die brennbaren Gase können teilweise oder ganz mit den Regenerativ-Wärmetauschern identisch sein.
Die Wirksamkeit der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich noch dadurch verbessern, daß in Strömungsrichtune.' vor den Filtersystemen der beiden Ableitungswege eine Verbindungsleitung zwischen den Ableitungswegen vorgesehen ist, in welcher eine Absperrarmatur angeordnet ist.
Durch öffnen dieser Absperrarmatur können bei abgesperrtem normalem Abieitungsweg c!as betriebliche Filtersystem wie auch die Abluftgnbläse für die Leckageabfuhr über den zweiten Ableitungsweg eingesetzt werden, und es ist die Möglichkeit gegeben, in dem Reaktorschutzgebäude langfristig wieder Unterdruck zu erzielen.
Eine zusätzliche Absicherung des Raktorschutzgebäudes gegen Überdruck ist bei der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gegeben, daß im oberen Bereich des Fleaktorsc-'-utzgebäudes ein Sicherheitsventil angeordnet ist. Dieses Sicherheitsventil ist so ausgelegt, daß sein An sprechdruck höher ist als der Ansprechdnick der Berstscheibe und derjenige des Rückstoßventils.
Vorzugsweise wird ein Sicherheitsventil verwendet, das auch durch aktiven Eingriff geöffnet werden kann. Ein gezieltes Ö.rnen dieses Ventils wäre beispielsweise in dem Fall eines zerstörten Kamins wünschenswert, da eine ungefilterte Abgabe des Inhalts des Reaktorschutzgebäudes in Höhe der Kuppel dieses Gebäudes einer gefilterten Abgabe in Bodennahe "orzuziehen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schcmatisch dargestellt.
Die Figur läßt ein Reaktorschutzgebäude 1 erkennen.
in dem eine Kernkraftanlage mit gasgekühlteni Hochtemperaturreaktor untergebracht ist. Aus dein Reaktorschutzgebäude I tritt ein erster Ableitungsweg 2 für während des Normalbetriebes anfallende Kühlgaslekkagcn aus. In dem Ableitiingsweg 2 sind in Strömlings- > richtung angeordnet: ein Rückstoßventil 3 mit Verriegelung, ein betriebliches Filtcrsysiem 4 zur Rückhaltung von festen Spaltprodukten, ein AbUiftgebläse 5 und ein Kamin 6.
Parallel zu dem ersten Ableitungsweg 2 ist ein zweiter ι ο Ableitungsweg 7 vorgesehen. Dieser ist in dem an das Reaktorschlitzgebäude 1 anschlieUenden Bereich in zwei parallele Pfade Ta und Tb aufgeteilt; in dem Pfad Ta ist eine Armatur 8 angeordnet, während sich in dem Pfad Tb eine Berstscheibe 9 befindet. Hinter der Verei- r, nigungsstelle der beiden Pfade Ta und Tb sind ein Regenerativ-Wärmetauscher 10, eine Ablagerungsstrecke 11 für feste Spaltprodukte sowie eine Rekombinationsaniage Yi für brennbare Gase vorgesehen. Weiterhin umfaßt der Ableitungsweg 7 noch ein Filtersystem IJ für _>o gasförmige Spaltprodukte wie Jod und Schwebsto Te. Hinter dein Filtersystem 13 tritt er in den Kamin 6 ein.
Die beiden Ableitungswege 2 und 7 sind durch eine Verbindungsleitung 14 miteinander verbunden, in der eine Absperrarmatur 15 installiert ist. Die Verbindung.1»- >5 leitung 14 tritt — in Strömungsriehtung gesehen — vor dem Filtersystem 13 aus dem Ableitungsweg 7 aus und vor dem Filtersystem 4 in den Ableitungsweg 2 ein. Bei geöffneter Absperrtemperatur 15 kann also ein Teüstrom der abzuführenden Kühlgasleckage über das FiI- jo tersystem 4 geleitet werden.
In der Kuppel 17 des Reaktorschutzgebäudes 1 ist noch ein Sicherheitsventil 16 angeordnet, das einen höheren Ansprechdruck als das Rückstoßventil 3 und die Berstscheibe 9 hat. Es läßt sich auch gezielt öffnen. y,
Bei Normalbetrieb wird das Reaktorschiitzgebäude 1
cTf>£¥^ni'iKi»r cflinpp I !mcy^Kiina auf I lnt*»rvlriif*L· tr»»hall*^n
Die Armaturen 8 und 15 sowie das Sicherheitsventil 16 sind geschlossen; die Berstscheibe 9 ist intakt. Die Abluft wird über den ersten Ableitungsweg 2. also über das m Rückstoßventil 3, das betriebliche f iltersystem 4 und das Abluftgebläse 5 sowie durch den Kamin 6. in die Atmosphäre abgegeben.
Bei Betriebsstörungen, die mit kleinen Kühlgasleckagen verbunden sind, erfolgt die Ableitung dieser Lecka- -ti gen ebenfalls über den Ableitungswcg 2. Dabei kann sich in dem Reaktorschutzgebäude 1 auch Überdruck gegenüber der Umgebung einstellen. Die Größe des noch für den Ableitungsweg 2 zulässigen Leckagestromes hängt davon ab. wie hoch das Filtersystem 4 durch -,n Temperaturen belastet werden darf.
Bei Störfällen, die so große Kühlgasleckagen zur Folge haben, daß das betriebliche Filtersystem 4 einer unzulässig hohen Temperaturbelastung ausgesetzt wird oder daß an dem Rückstoßventi! 3 eine größere Druckdifferenz auftritt, wird der Ableitungsweg 2 durch selbsttätiges Schließen und Verriegein des Rückstoßventils 3 abgesperrt, und die gesamte Kühlgasleckage verbleibt in dem Reaktorschutzgebäude 1.
Eine gezielte Entlastung bzw. Entleerung des Reaktorschutzgebäudes 1 erfolgt nun über den zweiten Ableitungsweg 7, und zwar über den Pfad Ta durch Öffnen der Armatur 8. Die Kühlgasleckagen gelangen nun über den Regenerativ-Wärmetauscher 10, die Ablagerungsstrecke ίί die Rskornbinätionsanlasc 12 nnd d:vs Filter- ^.~ system 13 durch den Kamin 6 an die Umgebung. Faüs erforderlich, können durch Öffnen der Absperrarmatur 15 zusätzlich zu dem Filtersystem 13 auch das betriebliche Filtersystem 5 und das Abliif(gebläse 5 für die l.ekkagenabfuhr eingesetzt werden. Langfristig läßt sich durch diese Maßnahme wieder Unterdruck im Reaktorschui/gebäude I herstellen.
Bei Versagen der Armatur 8 bzw. bei zu schnellem Druckanstieg in dem Reaktorschutzgebäude I wird die in dem Pfad Tb befindliche Berstscheibe 9 zum Bersten gebracht, und die Kühlgasleckagcn können auf dem eben beschriebenen Wege, nämlich über die Einrichtungen 10, II, 12,13,6.abgeführt werden.
Der weiteren Absicherung des Reaktorschutzgebäudes I gegen Überdruckversagen dient das Sicherheitsventil 16. Es ist so ausgelegt, daß es erst anspricht, wenn bei abgesperrtem erstem Ableitungsweg 2 ein Versagen der Berstscheibe 9 vorliegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage, die als Barriere gegen Freisetzung aktiven Kühlgases an die Umgebung von dem Reaktorschutzgebäude umschlossen und mit einem Ableitungsweg für bei Normalbetrieb auftretende Kühlgasleckagen versehen ist, der ein betriebliches FiI-tersystem, Abluftgebläse und einen Kamin umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Eintreten eines mit großen Kühlgasleckagen verbundenen Störfalls der für Normalbetrieb vorgesehene Ableitungsweg (2) durch ein in diesem Ableitungsweg instaJliertes Rückstoßventil (3) selbsttätig geschlossen und verriegelt und die gesamte Kühlgasleckage zunächst in dem Reaktorschutzgebäude (1) zurückgehalten wird und daß sodann bei Erreichen eines vorgegebenes Druckes zur Einhaltung dieses Druckes bzw. zur spateren Druckabsenkung in dem Reaktorschutzgebäude (1) ein an sich bekannter zweiter, dem ersten weitgehend paralleler Ableitungsweg (7) selbsttätig oder von Hand geöffnet wird und die ausgetretenen Kühlgasleckagen durch in dem zweiten Ableitungsweg (7) vorgesehene Einrichtungen zum Temperaturabbau (10) sowie zur Ablagerung von Spaltprodukten (11) und, in ebenfalls bekannter Weise, durch ein Filtersystem (13) für gasförmige Spaltprodukt und Schwebstoffe in den Kamin (6) geleitet werden.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die redundant ausgeführt«..! Mittel zum Öffnen des zweiten Ableitungsweges (7) ati einer aktiv zu betätigenden Armatur (8) sowie aus einer Berstscheibe (9) bestehen.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtungen zum Temperaturabbau Regenerativ-Wilrmetauscher (10) vorgesehen sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerativ-Wärmetauscher (R)) aus Schüttungen von Kugeln wärmeaufnehmenden Materials, vorzugsweise von Graphitkugeln, bestehen.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Einrichtungen zum Temperaturabbau (10) und zur Ablagerung von Spaltprodukten (11) eine Rekombinationsanlage (12) für brennbare Gase nachgeschaltet ist.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerativ-Wärmetauscher (10) wenigstens teilweise auch als Einrichtung zur Spaltproduktrückhaltung (11) und als Rekombinationsanlage (12) für brennbare Gase eingesetzt werden.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn2eichnet, daß in Strömungsrichtung vor den Filtersystemen (4, 13) der beiden Ableitungswege (2, 7) eine Verbindungsleitung (14) zwischen den Ableitiingswegen (2, 7) vorgesehen ist, in der eine Absperrarmatur (15) angeordnet ist.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansoruch I sowie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusatzlichen Druckentlastung des Reaktorschutzgebäudes (1) in seinem oberen Bereich ein Sicherheitsventil (16) installiert ist, dessen Ansprechdruck höher ist als derjenige der Berstscheibe (9) und des Rückstoßventils (3).
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Sicherheitsventils (16), das auch durch aktiven Eingriff geöffnet werden kann.
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