CH628175A5

CH628175A5 - Einrichtung zum strahlenschutz und zur druckbegrenzung im dampferzeuger eines kernreaktors.

Info

Publication number: CH628175A5
Application number: CH339778A
Authority: CH
Inventors: Felix S Jabsen
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1977-06-23
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1982-02-15
Also published as: AT365844B; IL54191A; NL7801641A; GB1549967A; JPS5410887A; SE7803310L; IT1094145B; LU79240A1; SE424779B; BE865130A; IT7822327A0; DE2825657C2; FR2395568B1; DE2825657A1; JPS5853879B2; US4213824A; ES468167A1; FR2395568A1; ATA206478A; CA1089121A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Strahlenschutz und zur Druckbegrenzung im Dampferzeuger eines Kernreaktors, bestehend aus einer trockenen Zone, in der ein Druckkessel ein nukleares Dampfsystem umschliesst, einer 65 nassen Zone, sowie Rohrverbindungen, die sich von der trockenen in die nasse Zone erstrecken und Flüssigkeiten abführen, die aus dem Druckkessel in die trockene Zone austreten.

In solch einem geschlossenen, nuklearen Dampfsystem sind in einem Druckkessel Reaktorkern, Dampferzeuger und Kühlmittelpumpen angeordnet, wodurch eine Anordnung auf engstem Raum ermöglicht und die Verwendung von Hilfseinrichtungen auf ein Mindestmass reduziert wird. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung des geschlossenen, nuklearen Dampfsystems als Schiffsantrieb, wo kleine räumliche Abmessungen und geringes Gewicht die Kosten für das Triebwerk des Schiffes vermindern und den nutzbaren Lade-und Passagierraum vergrössern.

Ein kompaktes Druckbegrenzungssystem, ähnlich wie es bei ortsfesten Atomkraftwerken Verwendung findet, hat eine zweite Schutzhülle für das geschlossene, nukleare Dampfsystem, deren Hauptzweck darin besteht, radioaktive Strahlungen aus dem Kühlsystem eines Reaktors unter Kontrolle zu halten und so einen Unfall zu verhindern, der durch den Austritt von Kühlmittel entstehen könnte.

Die Schutzhülle weist zumeist zwei Bereiche auf, die als trockene Zone und nasse Zone bezeichnet werden, weil die letztere mit einem Becken zur Druckbegrenzung der Flüssigkeit versehen ist. Alle Flüssigkeitsdurchlässe im Druckkessel sind in der trockenen Zone vorgesehen.

Tritt nun Kühlmittel aus, so nimmt die trockene Zone das aus dem Reaktor ausfliessende Kühlmittel auf. Während solch eines Unfalls fliesst das aus dem Reaktor in Form von Dampf und Wasser austretende Kühlmittel in die trockene Zone, mischt sich dort mit der darin befindlichen Luft und setzt diesen Behälter unter Druck. Eine Anordnung von Entlüftungsroh-ren leitet sodann diesen Ausfluss aus der trockenen Zone in das Druckbegrenzungsbecken für die Flüssigkeit in der nassen Zone. Die Auslässe der Entlüftungsrohre liegen in der nassen Zone unter dem Wasserspiegel, um den Ausfluss zu kondensieren, wobei sie auch den Druck und die Temperatur herabsetzen. Das Wasser im Druckbegrenzungsbecken hat zusätzlich die Funktion eines Strahlungsschutzes.

Bisher kannte man eine Anzahl von Varianten von Druckbegrenzungssystemen in einer Schutzhülle, die auf den oben genannten Prinzipien beruhen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Hülle ein freistehender Stahlzylinder, der ungefähr in halber Höhe eine Arbeitsplatte aufweist, die das Gefäss in zwei Bereiche trennt. Eine ringförmige, nasse Zone wird dadurch gebildet, dass eine zweite zylindrische Hülle, die unterhalb der Arbeitsplatte und möglichst nahe beim Reaktor liegt, mit der Hüllenwand oder der äusseren zylindrischen Hülle in Verbindung stehen. Der untere Bereich der nassen Zone ist mit Wasser gefüllt und bildet das Dampfbegrenzungsbecken. Die ringförmige, nasse Zone ist wiederum durch vertikale Trennplatten in Kammern unterteilt, die sich von der Unterseite der Hülle nach oben erstrecken. Je Kammer ist der Auslass eines Entlüf-tungsrohres vorgesehen. Die Kammern sind so angeordnet, dass der Auslass jedes Entlüftungsrohres auch bei Bewegungen des Schiffes unter dem Wasserspiegel liegt. Über dem Druckbegrenzungsbecken innerhalb der nassen Zone ist jedoch noch immer ein bestimmter Luftraum vorgesehen, um der Verdichtung der Luft Rechnung zu tragen, die bei einem durch Kühlmittelaustritt verursachten Unfall von der trockenen in die nasse Zone gedrückt wird. Unter normalen Bedingungen wird sich daher das Wasser des Druckbegrenzungsbecken infolge des Rollens und Stampfens des Schiffes hin- und herbewegen. Unter niedrigem Druck aufreissbare Deckel trennen im Normalfall die trockene und nasse Zone, so dass auch bei extremen Schiffslagen das Wasser aus dem Druckbegrenzungsbecken nicht in die trockene Zone fliessen kann.

Bei nuklearen Dampfsystemen für Schiffsantriebe ist es zwingend notwendig, grösstmöglichen Schutz vor Ionenstrahlung aus dem Reaktor bei möglichst geringem Gewicht des Strahlenschutzmantels zu gewährleisten. Der primäre Strahlungsschild besteht aus dem Material der Hülle selbst und aus

3

628 175

einem ringförmigen Schild, der vom Wasser des Dampfbegren- untergebracht werden können. Daraus ergibt sich, dass die zungsbeckens gebildet wird. Verlagert sich daher ein Teil des Wand 21 von der zylindrischen Wand 25 nicht konzentrisch Wassers in der nassen Zone infolge des Rollens und Stampfens umgeben wird.

des Schiffes, so führt dies zu einer Unterbrechung der Schild- Zwecks besserer Übersicht sind in der Zeichnung von der

Wirkung rund um den Reaktorkern. In herkömmlichen Anlagen 5 Vielzahl der vertikal verlaufenden, mit Löchern versehenen dieser Art wurde daher die Reaktorhülle mit einem schweren, Druckbegrenzungsrohren 31 nur zwei (31A, 31 AB) abgebildet, biologischen Betonschild umgeben, um einen Strahlenaustritt Diese befinden sich im Ringraum 26 und erstrecken sich durch in den Bereich des Schiffes möglichst niedrig zu halten. die horizontale Wand 22, so dass ihr oberes Ende in die trok-

Die vorliegende Erfindung hat als Aufgabe die Schaffung kene Zone 23 reicht.

einer verbesserten Dampfbegrenzungseinrichtung in einer 10 Das untere Ende der Druckbegrenzungsrohre 31 sitzt in Schutzhülle für ein geschlossenes nuklerares Dampferzeugungs- I ringförmigen Hülsen 32, wobei sie darin Spiel haben, um sich in system. axialer Richtung durch Wärmedehnung zu strecken, gleichzei-

Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung tig aber an grösseren seitlichen Verschiebungen gehindert sind, dadurch gelöst, dass die innerhalb des Strahlenschutzmantels Unter geringem Druck aufreissbare Deckel 33 verschliessen angeordnete nasse Zone durch Wände in einen inneren, zum 15 das obere Ende der Druckbegrenzungsrohre 31. Im oberen Teil Teil mit Wasser gefüllten Ringraum und einen äusseren Ring- ist der Ringraum 26 durch eine im Abstand und parallel zur räum unterteilt ist, wobei eine Vielzahl vom Oberende des Wand 22 verlaufende Scheibe 34 unterteilt, wobei sich vertikal inneren Ringraumes sich vertikal nach unten in die Flüssigkeit verlaufende Platten zwischen den Dampfbegrenzungsrohren, erstreckende Trennplatten den oberen Teil dieses Ringraumes radiale Abschnitte bildend, bis unter den Wasserspiegel 30 in eine Anzahl von Ringabschnitten unterteilen. 20 erstrecken. In der zylindrischen Wand 25 sind unter Druck auf-

Diese nasse Zone mit einem gekammerten System in ihrem reissbare Deckel 35 üer dem Wasserspiegel 30 angeordnet. Je oberen Abschnitt sieht über dem Dampfbegrenzungsbecken ein unter Druck aufreissbarer Deckel 35 ist dabei zwischen ein wesentlich verringertes Luftvolumen vor, so dass die Unter- zwei benachbarten Platten vorgesehen.

brechung der Strahlungsabschirmung durch das Wasser im Die Zuleitung 36 und der Rücklauf 37 für die Kühlrohran-

Becken bei der Schiffsbewegung auf ein Minimum reduziert 25 schlüsselnd im Ringraum 26 vorgesehen und werden mit wird. Die Folgen des verringerten Luftvolumens über dem einem nicht dargestellten Kühlsystem verbunden. Die durch

Druckbegrenzungsbecken können durch geeignete Massnah- dieses bewirkte Zirkulation ermöglicht die Abnahme der men ausgeglichen werden. Der gesamte Hüllenaufbau erfüllt in Wärme vom Wasser im Druckbegrenzungsbecken, die bei der einer bevorzugten Ausführungsform biologische Abschirmer- Kühlung des Druckkessels und durch die aus dem Kern ausge-fordernisse durch die Verwendung von wassergefüllten, dop- 30 hende Gammastrahlung aufgenommen wurde.

pelten Wänden und ebensolchen Deckflächen. Ein Speisewasserzuleitungsrohr 40 und ein Dampfauslass-

Die Erfindung wird nachstehend in einem bevorzugten Aus- rohr41 führen durch die Aussen-und Innenwand 13 bzw. 15 des führungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert, die einen Strahlenschutzmantels 12, verlaufen dann durch die trockene Vertikalschnitt durch eine nukleare Dampferzeugungsanlage Zone 23 und weiter in den Druckkessel 11. In der Zeichnung ist zeigt, wobei manche Abschnitte schematisch dargestellt sind 35 nur ein Einlass- und ein Auslassrohr dargestellt, in der Praxis und zum Zwecke der Vereinfachung für die Erfindung unwich- sind aber eine Anzahl solcher Rohre in einem bestimmten tige Einzelheiten weggelassen sind. Abstand um den Druckkessel und im Strahlenschutzmantel 12

Der nukleare Dampferzeuger 10 weist einen aufrecht ste- vorgesehen.

henden zylindrischen Druckkessel 11 auf, der in einem Strah- Ein gegen die trockene Zone 23 abgeschlossener Ringraum lenschutzmantel 12 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet« 42 umgibt den Ringraum 27 und führt über einen flüssigkeits-ist. Der Druckkessel 11 ist ein unter'Druck stehender Behälter dichten Durchlass 43 zu einem Bereich 44 unter dem Druckkes-eines geschlossenen, nicht mit allen Teilen dargestellten sel 11. Zuleitungen 45 für ausserhalb des Strahlenschutzmantels nuklearen Dampfsystems. 12 angeordnete, nicht dargestellte Instrumente sind durch die

Der Strahlenschutzmantel 12 besteht aus einer zylindri- trockene Zone, den Ringraum 42, den Durchlass 43 und den sehen Aussenwand 13 mit einer Deckwand 14 und einer zylin- 45 Bereich 44 zur Unterseite des Reaktors geführt.

drischen Innenwand 15 mit einer Deckwand 16. Die Wände 13 Im Betrieb liegt nur der schematisch abgebildete Reaktor-und 15 bilden mit der inneren Deckwand 16 einen im Horizon- kern 50 weit unter dem Wasserspiegel 30 im Druckbegren-talschnitt Ringraum 20 und die beiden Deckwände 16 und 14 zungsbecken des Ringraumes 26, der den unteren Bereich des einen Deckenraum 17, wobei beide Deckenwände 14 und 16 Druckkessels 11 umschliesst. Der Deckenraum 17 und der durch abnehmbare Platten 18 bzw. 19 abgeschlossen werden 50 Ringraum 20 sind mit Wasser gefüllt und bilden einen biologi-können. sehen Schild zum Schutz vor der Ionenstrahlung aus dem Reak-

Eine stehende zylindrische Wand 21, die in geringem torkern.

Abstand den unteren Teil des Druckkessels 11 radial umgibt, ist Beim Schiffsantrieb schliesst unter normalen Bedingungen mit einer horizontal angeordneten Wand 22 nach oben abge- die Höhe des Wasserspiegels 30 die bei extremen Lagen des schlössen, wodurch der Strahlenschutzmantel 12 in zwei 55 Schiffes auftretende beträchtliche Verringerung der Abschir-Bereiche getrennt wird, nämlich in die trockene Zone 23 und in mung aus. Das gekammerte System im oberen Bereich des die nasse Zone 24. Im Radialabstand von der Wand 21 und dem Druckbegrenzungsbeckens verhindert dabei in wirkungsvoller unteren Bereich der Innenwand 15 ist eine zweite, zylindrische Weise den Abzug der über dem Wasserspiegel 30 befindlichen Wand 25 angeordnet, die die nasse Zone in einen inneren Ring- Luft in die oberen Abschnitte des Ringraumes 26 beim Rollen räum 26 und einen äusseren Ringraum 27 trennt. Das Wasser 60 und Stampfen des Schiffes, in dem die Reaktoranlage unterge-für das Druckbegrenzungsbecken befindet sich nur innerhalb bracht ist.

des inneren Ringraumes 26, und zwar bis zu einer Höhe 30, so Alle Leitungsdurchführungen in den Druckkessel 11 sind im dass der Ringraum 26 fast völlig mit Wasser gefüllt ist. Im dar- Abschnitt der trockenen Zone 23 vorgesehen. Daher nimmt gestellten Ausführungsbeispiel fällt die Vertikalachse 51 des diese zuerst das im Falle eines Unfalls austretende verseuchte Druckkessels 11 nicht mit der Vertikalachse 52 des Strahlen- 65 Kühlmittel auf. Wird die trockene Zone 23 unter Druck gesetzt, schutzmantels 12 zusammen. Dies ist zwar für die Erfindung so reissen die Deckel 33 auf und geben den Durchfluss von Flüs-nicht wesentlich, soll aber andeuten, dass hierdurch nicht dar- sigkeit und Luft durch die Druckbegrenzungsrohre 31 und in gestellte Hilfseinrichtungen leichter in der trockenen Zone 23 das Druckbegrenzungsbecken frei, wo die aus dem Druckkessel

628175

austretenden Gase kondensieren. Der Ringraum 26 wird auch unter Druck gesetzt, wodurch die Deckel 35 zum Ringraum 42 aufbrechen und der im Ringraum 26 entstandene Druck abgebaut wird.

Nicht dargestellte Abflussleitungen sind auch für den Dek-kenraum 17 vorgesehen. Die Verschlussplatten 18 und 19 der Deckwände 14 und 16 können für Service- und Installationsarbeiten, für den Ausbau grösserer Bauteile und für die Wiederbeschickung des Reaktors abgenommen werden.

Der erfindungsgemässe Vorschlag wassergefüllte Doppelwände zu verwenden, macht die Verwendung eines herkömmlichen schweren Betonschutzmantels entbehrlich oder erlaubt wenigstens die Verwendung eines solchen von geringerer

Stärke, was eine Verringerung des Geamtgewichts des Strahlenschutzmantels zur Folge hat. Die Unterteilung der nassen Zone 24 und die Verwendung eines trockenen Ringraumes 27 führen zu einer grösseren Höhe des Druckbegrenzungsbek-5 kens, das zusammen mit den Trennplatten im oberen Bereich des Ringraumes 26 den vom Druckbegrenzungsbecken gewährten Strahlenschutz zusätzlich vergrössert.

Es ist leicht ersichtlich, dass der erfindungsgemässe Vorschlag mancherlei Abwandlungen erfahren kann. So Hesse sich beispielsweise Sand zum Zwecke der biologischen Strahlungsabschirmung im Ringraum 20 verwenden oder Teile des Ausführungsbeispieles andersartig gestaltet sein. Alle diese Variationen sollen vom Schutzumfang erfasst sein.

10

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

628 175

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zum Strahlenschutz und zur Druckbegrenzung im Dampferzeuger eines Kernreaktors, bestehend aus einer trockenen Zone (23), in der ein Druckkessel ( 11 ) ein nukleares Dampfsystem umschliesst, einer nassen Zone (24), 5 sowie Rohrverbindungen, die sich von der trockenen in die nasse Zone erstrecken und Flüssigkeiten abführen, die aus dem Druckkessel in die trockene Zone austreten, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb des Strahlenschutzmantels (12) angeordnete nasse Zone (24) durch Wände (21,25) in einen io inneren, zum Teil mit Wasser gefüllten Ringraum (26) und einen äusseren Ringraum (27) unterteilt ist, wobei eine Vielzahl vom Oberende des inneren Ringraums (26) sich vertikal nach unten in die Flüssigkeit erstreckende Trennplatten (34) den oberen Teil dieses Ringraumes (26) in eine Anzahl von Ringabschnit- 15 ten unterteilen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Strahlenschutzmantel ( 12) aus einer oben von einer Deckwand (14) abgeschlossenen zylindrischen Aussenwand (13) und einer von dieser distanzierten, mit einer von der Deck- 20 wand (14) im Abstand angeordneten Deckwand (16) oben abgeschlossenen zylindrischen Innenwand (15) besteht, wobei im Ringraum (20) zwischen der Aussenwand und Innenwand (13 bzw. 15) und im Deckenraum (17) zwischen den Deckwänden

( 14 bzw. 16) biologisches Abschirmmaterial angeordnet ist. 25
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass als biologisches Abschirmmaterial Wasser Verwendung findet.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Druckbegrenzungsrohr 30 (31A, 31B) vertikal durch einen der Umfangsabschnitte des inneren Ringraums (26) in die Flüssigkeit erstreckt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass das bzw. die Druckbegrenzungsrohre (31A, 31B) Löcher aufweisen. 35
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass die Druckbegrenzungsrohre (31A, 31B) mit ihrem Fussende lose in Hülsen (32) eingesetzt sind, um eine Streckung durch Wärmedehnung bei gleichzeitiger Verhinderung grösserer seitlicher Verschiebungen zu ermöglichen. 40
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass das bzw. die Druckbegrenzungsrohre (31A, 31B) an ihrem oberen Ende durch einen unter Druck aufreissbaren Deckel (33) abgeschlossen sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 45 dass zur Druckbegrenzung bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckes aufreissbare Deckel (35) vorgesehen sind, 'deren mindestens einer in der die nasse Zone (24) abschliessenden Wand (25), und zwar im Bereich der Ringabschnitte im oberen Ringraum (26), angeordnet ist. 50
9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Ringraum (42), abgedichtet gegen die trockene Zone (23), mit ausserhalb des Strahlenschutzmantels (12) angeordneten Instrumenten in Verbindung stehende Zuleitungen (45) verlaufen, die sich in einen Durchlass (43) fortset- 55 zen und im Bereich (44) unter dem Druckkessel (11) enden.

60