CH661999A5 - Kernreaktor. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Ausbildung der den oberen Teil wassergekühlter Kernreaktoren tragenden und umschliessenden Reaktorkammerkonstruktion.

Die von der Nuclear Regulatory Commission (NRC) geforderte Unfallanalyse für Kernreaktoranlagen umfasst auch den Fall des LOCA (Kühlmittelverlust [Loss of coolant Accident]). Der LOCA-Fall ist als augenblicklicher vollständiger Bruch, d.h. als vollständiges Abreissen einer Kühlschleifen-Hauptleitung an bestimmten Stellen definiert. Das Primärkühlsystem muss im Hinblick auf den LOCA-Fall so ausgelegt werden, dass ein solcher Unfall aus dem Gesichtspunkt der notwendigen Reaktorkernkühlung gefahrlos überstanden werden kann. Insbesondere dürfen bei denjenigen Reaktorkompone'nten, die an der Sicherheitsflutung, dem Einschiessen der Steuerstäbe und der Aufrechterhaltung der mechanischen Integrität des Reaktorkerns beteiligt sind, die 5 nach den NRC- und den ASME-Regeln festgelegten Grenzbeanspruchungen nicht überschritten werden.

Eine der im Hinblick auf den LOCA-Fall zu berücksichtigenden Stellen der Hauptkühlmittelleitungen ist die Schweissverbindung zwischen dem betreffenden Anschluss-10 stutzen des Reaktordruckbehälters und einem Sicherheitsring. Bei diesem Sicherheitsring handelt es sich um einen Ring aus rostfreiem Stahl, der im Zuge der Herstellung des Reaktordruckbehälters in der Werkstatt an den aus Kohlenstoffstahl bestehenden Anschlussstutzen angeschweisst wird. 15 Der Zweck dieses Sicherheitsrings liegt darin, die Notwendigkeit der Herstellung einer Schweissverbindung zwischen zwei verschiedenen Metallwerkstoffen am Einbauort des Reaktordruckbehälters auszuschliessen, wenn die Hauptkühlmittelleitung an den betreffenden Anschlussstutzen 20 angeschlossen wird. Die Untersuchung eines LOCA-Falls im Bereich des Sicherheitsrings lässt eine Druckbeaufschlagung des Raumes zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Primärschirm in der Nähe des Anschlussstutzens erwarten, dessen Bruch angenommen wird. Diese Druckbeaufschla-25 gung der Reaktorkammer verursacht eine asymmetrische Belastung des Reaktordruckbehälters und seiner AbStützungen. Dieser Zustand führt zu Spannungen in den Stützschuhen des Reaktordruckbehälters, welche die Bruchspannungsgrenzen übersteigen könnten.

30 Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Reaktorkammeranordnung so auszubilden, dass durch einen Leitungsbruchunfall bedingte Druckbeaufschlagungswirkungen und dadurch erzeugte asymmetrische Kräfte auf den Reaktordruckbehälter verringert werden.

35 Diese Aufgabe wird bei einem Kernreaktor der eingangs angegebenen Gattung nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Diese Anordnung dient zur Verringerung der asymmetri-40 sehen Belastung des Reaktordruckbehälters, die nach einem LOCA-Fall an einem Anschlussstutzen aufgrund der asymmetrischen Druckbeaufschlagung der Reaktorkammer entsteht. Infolge dieser Anordnung wird bei einem Rohrbruch das austretende Kühlmittel vom Druckbehälter weggeführt, 45 indem dieses Kühlmittel zum Druckbehälter hin austritt und durch vorgesehene offene Kanäle vom Druckbehälter weggeleitet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die so anliegenden Zeichnungen näher im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Horizontalschnitt durch eine Reaktorkammerkonstruktion herkömmlicher Bauart, 55 Fig. 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Reaktorkammerkonstruktion herkömmlicher Bauart,

Fig. 3 einen schematischen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemässe Rektorkammerkonstruktion,

Fig. 4 einen schematischenVertikalschnitt durch eine 60 erfindungsgemässe Reaktorkammerkonstruktion im Bereich eines Einlassstutzens,

Fig. 5 einen Schnitt in der Ebene V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemässe Reaktorkammerkonstruktion im Bereich 65 eines Auslassstutzens, und

Fig. 7 einen Schnitt in der Ebene VII-VII in Fig. 6.

Die gegenwärtig verwendete herkömmliche Konstruktion

einer Reaktorkammer 4 ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Der Reaktordruckbehälter 1 ist von einer Primärschirm-vvand 2 aus Beton umgeben, die mit ihren Konturen der Form des Druckbehälters 1 eng folgt. Dieser Primärschild 2 wird von acht Rohrdurchführungsöffnungen 3 durchdrungen, durch welche die Hauptkühlmittelleitungen 9 und die Anschlussstutzen hindurchverlaufen. Zwischen der Rohrdurchführungsöffnung 3 und der Aussenseite der Rohrisolation 5 ist nur ein Zwischenraum von 5 cm vorhanden. Ausserdem wird der Primärschirm 2 von acht Inspektionsöffnungen 6 durchdrungen, von denen nur eine dargestellt ist und von denen über jedem Anschlussstutzen eine angeordnet ist, um eine Inspektion bei in Betrieb befindlichem Reaktor zu ermöglichen. Jede dieser Inspektionsöffnungen 6 ist mit einem abnehmbaren Betonstopfen 7 verschlossen. Bei Eintritt eines LOCA-Falles an der Schweissnaht 8 eines Anschlussstutzen-Sicherheitsrings droht eine Druckbeaufschlagung der Rohrdurchführungsöffnung 3, der Inspektionsöffnung 6 und der Reaktorkammer 4 infolge des aus dem abgetrennten Rohr 9 mit hoher Energie austretenden Wassers und Dampfes. Der Austrittsweg für das Dampf-Wasser-Gemisch verläuft durch die Rohrhülse 3 in die Reaktorkammer 4 zwischen der Schirmwand 2 und dem Druckbehälter 1. Der durch diesen Vorgang bedingte Druckanstieg erreicht möglicherweise in der Reaktorkammer 4 einen Gleichgewichtszustand. Während der ersten Sekunde dieses Vorgangs kann sich jedoch ein Spitzendruck von bis zu 70 bar in der Reaktorkammer 4 im Bereich des von dem angenommenen Rohrbruch betroffenen Anschlussstutzens aufbauen. Dieser Spitzendruck führt zu einer asymmetrischen Belastung des Druckbehälters 1, die Werte von bis zu etwa 40 MN erreichen kann.

Die erfindungsgemässe Reaktorkammerkonstruktion, die zur Lösung dieses Druckproblems in der Reaktorkammer ausgelegt ist, ist in den Fig. 3 bis 7 dargestellt. Diese neue Reaktorkammerkonstruktion unterscheidet sich in folgenden Punkten von der herkömmlichen Konstruktion.

1. Der Druckbehälter ist in Höhe der Anschlussstutzen von einem 94 cm breiten ringförmigen Inspektionsraum 10 umgeben.

2. Die acht grossen Inspektionsöffnungen 6 über jedem Anschlussstutzen der bekannten Konstruktion sind durch acht jeweils 75 cm Durchmesser aufweisende und zwischen den benachbarten Anschlussstutzen angeordnete Öffnungen 6 ersetzt. Diese Öffnungen 6 der erfindungsgemässen Konstruktion sind nicht mit Stopfen 7 verschlossen.

3. Die Rohrdurchführungsöffnung 3 für das Hauptkühlmittelrohr im Primärschirm 2 ist vergrössert und hinsichtlich seiner Form verändert und hat statt der bisher kreisförmigen nun eine längliche Querschnittsform.

4. Eine 35 cm dicke Schirmwand 11 umschliesst den Druckbehälter 1 zum Schutz von Inspektionspersonal bei während des Reaktorbetriebs vorgenommenen Inspektionen der Schweissverbindung zwischen dem Anschlussstutzen und dem Sicherheitsring in dem ringförmigen Inspektionsraum 10.

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5. Eine nicht zusammendrückbare Isolation 5 ersetzt die Standardisolation 5 an der Anschlussstutzenstelle des Druckbehälters 1 und über dem durch die Rohrhülse 3 hindurchverlaufenden Abschnitt der Hauptkühlmittelleitung 9.

6. In jeder vergrösserten Rohrhülse 3 sind Rohrfestlegungen in Form von bewegungsbegrenzenden Keilen 12 angeordnet.

Im Falle des Auftretens eines LOCA-Falls an der Schweissnaht 8 zwischen dem Anschlussstutzen und dem Sicherheitsring verschiebt sich das abgerissene Ende der Hauptkühlmittelleitung 9 aus ihrer normalen Position, wodurch eine Öffnung entsteht, durch welche das energiereiche Dampf-Wasser-Gemisch austritt. Nach einer Bewegung entsprechend dem durch die Rohrfestlegung vorgegebenen Bewegungsspielraum wird das Rohrende durch die bewegungsbegrenzenden Festlegungen 12 angehalten, wodurch die Grösse der geschaffenen Austrittsöffnung klein gehalten wird. Das Dampf-Wasser-Gemisch tritt dann in den Inspektionsraum 10 aus und strömt in Umfangsrichtung durch den Inspektionsraum 10 und nach oben durch die offenen Inspektionsöffnungen 6 und ausserdem durch die vergrösserten Rohrdurchführungsöffnungen 3 hindurch. Ein Zustrom in Richtung zum Druckbehälter 1 wird wegen des straffen Sitzes der nicht zusammendrückbaren Anschlussstutzenisolation 5 in der 35 cm dicken Schirmwand 11 behindert.

Durch die Kombination einer Begrenzung des durch den Rohrbruch entstehenden Austrittsquerschnitts, der Begünstigung einer Strömung vom Druckbehälter weg und der Verhinderung einer Strömung zum Druckbehälter hin kann die Druckbeaufschlagung der Reaktorkammer 4 um einen Faktor 3 bis 4 verringert und dadurch die asymmetrische Belastung des Druckbehälters 1 um einen Faktor 10 reduziert werden.

Einige andere Konstruktionsmerkmale sind ebenfalls bemerkenswert.

Zur Begrenzung des rohrbruchbedingten Austrittsquerschnitts und des Strömungsaustritts zum Druckbehälter 1 ist eine spezielle Isolation in der Rohrfestlegung und am Anschlussstutzen des Druckbehälters erforderlich. Zu diesem Zweck findet ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit und sehr guter Druckfestigkeit Anwendung.

Das Offenlassen der Inspektionsöffnungen 6 zur Begünstigung der Strömungsabführung aus der Rohrbruchstelle führt zu einer Vergrösserung der Strahlungsemission im Reaktorbetrieb. Durch Beschränkung der Grösse dieser Inspektionsöffnungen auf 75 cm und Anordnung derselben zwischen den einzelnen Anschlussstutzen anstatt genau über ihnen führt zu einer ausreichenden Reduzierung dieser Strahlungsemission.

Die vergrösserten länglichen Rohrdurchführungsöffnungen 3 stellen ebenfalls zusätzliche Strahlungsemissions-wege dar. Eine Anordnung der Hauptkühlmittelleitung 9 nahe dem Boden der Durchführungsöffnung 3 ergibt eine zusätzliche Abschirmung durch das wassergefüllte Rohr 9 und damit eine Abschwächung dieses zusätzlichen Strah-lungsproblemes.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Kernreaktor mit einem Reaktordruckbehälter, der mit Kühlmittelzu- und -ableitungen verschweisste Einlass- und Auslassstutzen aufweist, und mit einer den Druckbehälter aufnehmenden Reaktorkammer mit einer den Druckbehälter mit Abstand umgebenden Schirmwand, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmwand (2) im Bereich der Ein-und Auslassstutzen und der Zu- und Ableitungen (9) Mittel

( 10, 6) zum Abführen von im Falle eines Bruches der Schweissnaht zwischen einem Stutzen und der betreffenden Leitung austretendem Kühlmittel vom Druckbehälter (1) weg sowie Mittel (11) zur Verhinderung einer Strömung ausgetretenen Kühlmittels zum Druckbehälter hin aufweist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zu- und Ableitungsrohr (9) durch eine in Vertikalrichtung einen länglichen Querschnitt aufweisende Durchführungsöffnung (3) der Schirmwand (2) hindurchverläuft und nahe dem unteren Ende dieser Durchführungsöffnung angeordnet ist.

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PATENTANSPRUCH E

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zu- und Ableitungsrohr (9) in der betreffenden Durchführungsöffnung mittels Rohrfestlegungsmitteln in Form von eine axiale Rohrbewegung begrenzenden Keilen (12) festgelegt ist.

4. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsrohre (9) im Bereich der Durchführungsöffnungen (3) von einer nicht zusammendrückbaren Isolation umschlossen sind.

5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abführen ausgetretenen Kühlmittels vom Druckbehälter weg einen breiten Ringraum (10), der in Höhe der Zu- und Ableitungsrohre (9) innerhalb der Schirmwand (2) um den Druckbehälter (1) herumverläuft, und durch die Schirmwand (2) hindurch zu dem Ringraum (10) verlaufende offene Inspektionsöffnungen (6) aufweisen.

6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abführen ausgetretenen Kühlmittels vom Druckbehälter weg einen weiten Zwischenraum zwischen jedem Leitungsrohr (9) und der betreffenden Durchführungswand aufweisen.

7. Kernreaktor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verhinderung einer Strömung ausgetretenen Kühlmittels zum Druckbehälter (1) hin eine Schirmwand (11) aufweisen, die den Druckbehälter (1) und insbesondere die Leitungsrohre (9) und die Ein- bzw. Auslassstutzen zwischen dem Druckbehälter (1) und dem Ringraum (10) eng umschliesst, so dass nur ein enger, eine Strömung aus dem Ringraum ( 10) zur Reaktorkammer (4) begrenzender Spalt verbleibt.