Die Erfindung betrifft eine Kernrohr- und Tragplattenbaueinheit zur Verwendung in einem Druckwasserkernreaktor gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein Druckwasserkernreaktor-Kraftwerk umfasst einen geschlossenen Druckwasserkreis, welcher Wärmeenergie von einem Nuklearkern abführt und die Wärmeenergie zu einem Sekundärwassersystem überträgt, welches zur Erzeugung von Dampf verwendet wird. Der Dampf treibt wiederum zur Erzeugung elektrischen Stromes einen Turbinengeneratorsatz an. Die Kernreaktoranlage umfasst einen Druckbehälter, welcher Kernbrennstoff enthält, der die Wärmeenergie erzeugt, einen Dampfgenerator, in welchem die Wärmeenergie vom Kernreaktor zur Erzeugung von Dampf verwendet wird, eine Umwälzpumpe, welche das Kühlmittel umwälzt, und einen Druckhalter, welcher den Druck innerhalb der Anlage aufrechterhält und regelt.
Die Kernreaktorbaueinheit umfasst im allgemeinen einen Druckbehälter aus Stahl mit einem Körper und einem abnehmbaren oberen Kopf, einen thermischen Schild innerhalb des Druckbehälterkörpers, eine obere Tragplatte, mehrere Kerntragplatten, ein Kernrohr sowie Regelstäbe und den Kernbrennstoff, welche den Kern bilden.
An bestimmten Bestandteilen der Kernreaktorbaueinheit kann es nach jahrelangem Betrieb zur Bildung von Primärwasser-Spannungskorrosionsrissen kommen. Wenn es zu einer derartigen Rissbildung in Druckeinschlussbauteilen kommt, besteht die Möglichkeit, dass Auslaufwege für das Druckwasserkühlmittel geschaffen werden. Derartige Auslaufwege könnten zu einem Auslaufen von Kühlwasser aus dem Druckbehälter und in das umgebende Sicherheitsgebäude führen und somit eine potentielle Gefahr bedeuten.
Legierung 600 ist ein Material, welches für zahlreiche Reaktorbauteile verwendet wird. Die Senkung der Temperatur des Konstruktionsmaterials wird als eines der Verfahren anerkannt, um die Neigung eines Materials zu Primärwasser-Spannungskorrosionsrissen zu vermindern. Der Kopf des Reaktorbehälters wird mit Penetrationsrohren ausgestattet, welche aus Alloy 600 gefertigt wurden. Die Penetrationsrohre gestatten den Zugriff durch den Reaktorbehälterkopf zwecks mess- und regeltechnischer Mechanismen.
Mit einer neuen Bauweise können zusätzliche Kühlrohrverzweigungen und Kühlmitteldurchgänge in verschiedene Bauteile eingebaut werden, um zusätzliche Wärme abzuführen und die Temperatur der Penetrationsrohre während des Betriebs zu reduzieren. Der Einsatz derartiger Modifikationen bei bereits in Betrieb stehenden Kernreaktoren wäre relativ schwierig und aufwendig, da das Innere des Reaktordruckbehälterkörpers, der abnehmbare obere Kopf sowie andere innere Bauteile radioaktiv sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kühlsystem und -verfahren für einen Druckwasserkernreaktor in jenem Bereich zu ermöglichen, wo die Penetrationsrohre im abnehmbaren oberen Kopf enthalten sind.
Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kühlsystem und -verfahren für einen Druckwasserkernreaktor zu ermöglichen, welches einfach und sicher bei bereits in Betrieb stehenden Druckwasserkernreaktoren installiert werden kann.
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kühlsystem und -verfahren für einen Druckkernreaktor zu ermöglichen, welches das Auftreten von Spannungskorrosionsrissbildung in anfälligen Bauteilen des Reaktors reduziert.
Andere und weitere Aufgaben dieser Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen hervor.
Es wurde festgestellt, dass die oben genannten Aufgaben mit einer Kernrohr- und Tragplattenbaueinheit gelöst werden, wie sie in den Patentansprüchen und insbesondere im Patentanspruch 1 definiert ist. Demgemäss wird ein Umfangssammelraum für Kühlmittel zwischen dem oberen Flansch des Kernrohres, der Innenwand des Druckbehälterkörpers und der oberen, runden Tragplatte sowie eine Vielzahl von \ffnungen für Kühlmittel im oberen Flansch des Kernrohres und der oberen, runden Tragplatte vorgesehen, wodurch Kühlmittel durch den Kernrohrflansch, den Umfangssammelraum und die Tragplatte und in den Raum, der vom abnehmbaren oberen Verschlusskopf eingeschlossen wird, umgewälzt werden kann.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine isometrische Ansicht, zum Teil als Schnitt, einer typischen Druckwasserkernreaktorbaueinheit,
Fig. 2 und 3 vergrösserte Schnitte von zwei Abschnitten um den Umfang einer im Stand der Technik bekannten Druckwasserkernreaktorbaueinheit in jenem Bereich, wo der Druckbehälterkörper und der abnehmbare obere Verschlusskopf aneinandergeschraubt sind, und
Fig. 4 und 5 vergrösserte Schnitte von zwei Abschnitten, ähnlich den in Fig.
2 und 3 dargestellten, um den Umfang einer Druckwasserkernreaktorbaueinheit, welche mit einer erfindungsgemässen Kernrohr- und Tragplattenbaueinheit ausgerüstet ist, in jenem Bereich, wo der Druckbehälterkörper und der abnehmbare obere Verschlusskopf aneinandergeschraubt sind.
Fig. 1 stellt die verschiedenen Bauteile einer typischen Druckwasserkernreaktorbaueinheit dar, auf welche diese Erfindung anwendbar ist. Die Reaktorbaueinheit umfasst im allgemeinen einen zylindrischen Druckbehälterkörper 1 aus Stahl mit einer abnehmbaren oberen Verschlusskopfeinheit 2, wobei beide mit zusammenwirkenden Flanschen versehen sind, welche durch eine Vielzahl Schrauben 3 fest aneinandergeschraubt werden können, wenn der Reaktor in Betrieb steht. Die abnehmbare obere Verschlusskopfeinheit 2 ist mit Tragansätzen 4 versehen, um ihr Entfernen zwecks Umladens des Reaktors zu ermöglichen, sowie mit einer Vielzahl von Penetrationsrohren 5, um den Regelstabantriebsmechanismus 6 aufzunehmen oder als mess- und regeltechnische Einbauöffnungen für Thermoelemente oder andere Überwachungsgeräte zu dienen.
Der Druckbehälterkörper 1 ist mit einem Kühlwassereinlass 7, einem Kühlwasserauslass 8 und einem zylindrischen Kernrohr 9 versehen. Das Kühlwasser tritt in den Druckbehälterkörper 1 durch den Einlass 7 ein und strömt im Ringraum zwischen dem Kernrohr 9 und der Innenwand des Druckbehälterkörpers 1 nach unten. Daraufhin wird das Kühlmittel am Boden des Druckbehälterkörpers 1 nach oben gelenkt, und es strömt durch die Brennelemente 10, eine Kernplatte 12 nach oben und aus dem Behälterkörper 1 durch den Auslass 8 zum Dampfgenerator (nicht dargestellt). Ein Teil des Kühlmittels darf auch um andere Bauteile der Reaktorbaueinheit, einschliesslich des Innenraumes der abnehmbaren oberen Verschlusskopfeinheit 2, zirkulieren.
Im Bereich, wo die Verschlusskopfeinheit 2 am Behälterkörper 1 befestigt ist, ist das Innere des Behälterkörpers 1 ferner mit einer oberen Tragplatte 11 versehen. Die obere Tragplatte 11 und die Kernplatte 12 sind mit einer Vielzahl von beabstandeten, ausgerichteten \ffnungen versehen, um die Brennstoffeinheiten und Regelstäbe aufzunehmen, welche den Kern bilden, und um die Regelstabantriebsmechanismen 6 aufzunehmen, die in einem Abstand über dem Kern angeordnet sind und dazu verwendet werden, die Regelstäbe, welche den Betrieb des Reaktors regeln, hochzuheben oder abzusenken. Konstruktive Stützen 13 werden verwendet, um die obere Tragplatte 11 abzustützen und sie in Ausrichtung mit der Kernplatte 12 zu halten.
Die oben beschriebenen Bauteile innerhalb des Behälterkörpers 1 und der oberen Verschlusskopfeinheit 2 werden aus austenitischem Edelstahl, Inconel oder einer der Zirkonlegierungen gefertigt. Der Behälterkörper 1 selbst und die obere Verschlusskopfeinheit 2 werden für gewöhnlich aus einem niedriglegierten Kohlenstoffstahl, der mit austenitischem Edelstahl oder Inconel eingehüllt ist, gefertigt und gemäss den ASME-Druckbehältercodes gebaut.
Fig. 2 und 3 stellen zwei unterschiedliche Abschnitte um den Umfang einer im Stand der Technik bekannten Druckwasserkernreaktorbaueinheit in jenem Bereich dar, wo der Druckbehälterkörper 1 und der abnehmbare obere Verschlusskopf 2 aneinandergeschraubt sind. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wurde das Kernrohr 9 an seinem oberen Ende mit einem umlaufenden horizontalen Flansch 16 versehen, welcher das Kernrohr 9 auf einem umlaufenden Vorsprung 17 an der Innenwand des Behälterkörpers 1 abstützte. Die obere Tragplatte 11 an der Oberseite des Behälterkörpers 1 wurde mittels einer Feder 18 in einer beabstandeten Beziehung an der Oberseite des umlaufenden Flansches 16 des Kernrohres 9 angeordnet. Eine Vielzahl von Löchern 19 wurden in den Kernrohrflansch 16 gebohrt, welche um seinen Umfang voneinander beabstandet sind, um Prüfkörperpfropfen 20 aus Metall aufzunehmen.
Die Prüfkörperpfropfen 20 konnten entfernt werden, wenn der obere Kopfverschluss 2 aufgeschraubt und er und die obere Tragplatte 11 zum Umladen hochgehoben wurden. Wenn die Prüfkörperpfropfen 20 entfernt wurden, konnte das Wartungspersonal Prüfkörperkapseln entnehmen, welche an der Aussenseite des Kernrohres 9 befestigt waren. Die Prüfkörperpfropfen 20 wurden wieder angebracht, sobald die Reaktoreinheit nach dem Umladen wieder zusammengebaut wurde.
Fig. 3 zeigt einen zweiten Abschnitt um den Umfang des Kernrohrflansches 16 eines im Stand der Technik bekannten Druckwasserreaktors, wobei eine Vielzahl gleichmässig beabstandeter, versenkter Löcher 21 in den Kernrohrflansch 16 gebohrt wurden, um eine Vielzahl von Sprühdüsen 25 aufzunehmen, welche Kühlwasser durch Löcher oder \ffnungen 22, die in den äusseren Abschnitt der oberen Tragplatte 11 gebohrt wurden, abgeben, um Kühlwasser nach oben in den Bereich über der oberen Tragplatte 11 zu befördern, wenn dieser durch die obere Verschlusskopfeinheit 2 eingeschlossen ist.
Fig. 4 und 5 zeigen Abschnitte der Reaktoreinheit, ähnlich den in Fig. 2 und 3 dargestellten, hier jedoch mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, sind in dieser Ausführungsform die Prüfkörperpfropfen 20 und Sprühdüsen 25 auf Dauer entfernt worden, so dass nur die Löcher oder \ffnungen 19, 21 und 22 verbleiben und ein Sammelraum 23 zwischen dem Kernrohrflansch 16, der Feder 18, der Innenwand des Behälterkörpers 1 und der oberen Tragplatte 11 geschaffen wird, welcher sich um den gesamten Innenumfang des Behälterkörpers 1 erstreckt.
Die Löcher oder \ffnungen 19, 21 und 22 sowie der Sammelraum 23 schaffen ein Mittel, durch welches eine erhöhte Menge des Kühlmittels durch den Kernrohrflansch 16, den Sammelraum 23 und die obere Tragplatte 11 sowie in den Raum, der durch die abnehmbare obere Verschlusskopfeinheit eingeschlossen wird, umgewälzt werden kann. Da die \ffnungen im Kernrohrflansch 16 nicht axial mit entsprechenden \ffnungen in der oberen Tragplatte 11 ausgerichtet sind, muss das Kühlwasser im Sammelraum in Umfangsrichtung strömen, bis es eine Auslassöffnung 22 in der oberen Tragplatte 11 erreicht, wodurch die Kühlung der Bauteile in diesem Bereich erheblich gesteigert wird. Gegebenenfalls kann der Durchmesser jedes der Löcher oder \ffnungen 19, 21 und 22 vergrössert werden, um in diesem Bereich zusätzlichen Kühlmittelstrom zu schaffen.
Diese Erfindung ermöglicht es, bestehende Druckwasserkernreaktoren auf einfache Weise im Zuge eines routinemässigen Umladevorgangs zu modifizieren, um die Gefahr zukünftiger Spannungskorrosionsrissbildung in verschiedenen kritischen Bauteilen der Reaktorbaueinheit erheblich zu reduzieren.