DD298706A5 - Anordnung zur abfuehrung von nachzerfallswaerme und zur notkuehlung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abfuehrung von Nachzerfallswaerme und zur Notkuehlung. Diese Anlagen gehoeren zu den nuklearen Sicherheitssystemen. Sie bewirken, dasz nach Abschaltung des Reaktors die Nachzerfallswaerme abgefuehrt wird und im Stoerfall die Notkuehlung des Reaktors erfolgt. Ziel und Aufgabe bestehen in einer sicheren und effektiven Abfuehrung der Nachzerfallswaerme und in einer sicheren Notkuehlung des Reaktors. Dies wird dadurch geloest, dasz auch die Sicherheitssysteme zur Reaktornotkuehlung des Primaerkreislaufes mit Luftkuehlern zur Waermeabgabe an die Umgebungsluft ausgeruestet werden. Diese Luftkuehler werden in den gleichen Kuehltuermen angeordnet, welche fuer die Aufnahme der Luftkuehler des passiven Luftkuehlsystems des Sekundaerkreislaufes vorgesehen sind. Das Kuehlsystem zur Reaktornotkuehlung wird als aktives System ausgefuehrt. Es kann von vornherein so konzipiert werden, dasz auch mehrere Kuehlwasserverbraucher wie Notstromdiesel, Notkuehlpumpen, Zwischenkuehlkreislaeufe usw. durch diesen Kuehlkreislauf versorgt werden. Da dieses System "aktiv" wirkt, kann zur Unterstuetzung des Schornsteinzuges ein Ventilator vorgesehen werden, welcher gleichzeitig mit dem "aktiven" Kuehlsystem in Betrieb geht.{Abfuehrung; Nachzerfallswaerme; Notkuehlung; Kuehlsystem, passiv, aktiv; Luftkuehler; Kuehlturm; Kreislauf; Reaktor; nukleares Sicherheitssystem}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abführung von Nachzerfallswärme und zur Notkühlung. Diese Anlagen gehören zu den nuklearen Sicherheitssystemen. Sie bewirken, daß nach Abschaltung des Reaktors die Nachzerfallswärme abgeführt wird und im Störfall die Notkühlung des Reaktors erfolgt. Dies erfolgt durch passiv oder aktiv wirkende Systeme. Als Wärmesenke sind Kühlturm:* vorgesehen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In Kernkraftwerken auftretende Störfälle müssen durch Sicherheitssysteme beherrscht werden. Wichtigstes Schutzziel ist die Erhaltung der Integrität der Spaltzone, einschließlich den Kühlung.

Bei Normalbetrieb erfolgt die Abkühlung, einschließlich der Restwärmeabfuhr, nach Reaktorabschaltung über Systeme des

2. Kreislaufes. Dabei stellt sich im Primärkreislauf bei abgeschalteten Hauptumwälzpumpen eine natürliche Zirkulation ein. Die Wärme wird über die Dampferzeuger an den Sekundärkreislauf übergeben.

Im Sekundärkreislauf wiederum sind Einrichtungen zur Abführung dieser Wärme vorgesehen, welche vorzugsweise durch Nebenkühlwassersysteme versorgt werden. Die Bereitstellung dieses Kühlwassers ist immer gebunden an die Verwendung aktiver Elemente (Pumpen, Ventile etc.), welche bei auftretenden Störfällen funktionstüchtig bleiben und daher mit Notstrom versorgt werden müssen.

Zur Beherrschung von Störfällen mit gleichzeitigem Notstromausfall sind diese Systeme jedoch nicht ausgelegt.

Den völlig passiv wirkenden Sicherheitssystemen ist daher - übereinstimmend mit der TGL 44003 - der Vorzug zu geben.

Ein solches System als Bestandteil des 2. Kreislaufes soll nachstehend beschrieben werden:

Mindestens die nach Abschaltung des Reaktors noch vorhandene Nachzerfallswärme muß sicher abgeführt werden, um ein Überhitzen der Spaltzone und damit die Beschädigung von Brennelementen zu verhindern. Diese Wärme wird hierbei über Luftwärmeübertrager abgeführt, welche in jede Schleife hinter den Dampferzeugern eingebunden sind. Dieser Kreislauf besteht aus dem Luftwärmeübertrager und den Rohrleitungen. Jeder Luftwärmeübertrager ist in einem Schornstein angeordnet. Das gesamte System arbeitet passiv: Sowohl die Zirkulation des Dampfers über die Luftwärmeübertrager als auch die Zirkulation der Luft zur Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgt im Naturumlauf.

Das vorstehend erläuterte System der Wärmeabfuhr über den Sekundärkreislauf setzt jedoch voraus, daß der Wärmetransport aus dem Reaktor in die Dampferzeuger erhalten bleibt. Bei Leckstörfällen im Primärkreislauf kann es möglich sein, daß eine Notkühlung bzw. die Abfuhr der Nachzerfallswärme nicht in der oben beschriebenen Weise erfolgen. In diesem Falle wird die Spaltzone des Reaktors durch den Betriob von Notkühl pumpen mit Wasser versorgt. Das aus dem Lack austretende Wasser wird über Gullys erfaßt. Das Wasser durchströmt danach sog. Havarie- oder Sprinklerkühler und wird durch die Notkühlpumpen wieder in den Reaktor eingespeist. Die Wärmeabfuhr von den Havarie- bzw. Sprinklerkühlern erfolgt durch Nebenkühlwassersysteme. Die Notkühlsysteme können zeitlich unbegrenzt arbeiten; es sind immer aktive Systeme (passive sind nicht bekannt).

Die Wärmeabfuhr über Nebenkühlwassersysteme hat den Nachteil, daß es sich hierbei um ein aktives System handelt. Darüber hinaus erfordert die Bereitstellung und Behandlung dieses Kühlwassers je nach Standort kostenaufwendige Maßnahmen wie Einlauf bauwerke, Kühlteiche usw. Die „offenen" Kühlwassersysteme haben weiterhin den Nachteil, daß in Abhängigkeit von der verfügbaren Wasserqualität entsprechende Maßnahmen des Korrosionsschutzes einzuleiten sind.

Das Ziel der Erfindung besteht in einer sicheren und effektiven Abführung der Nachzerfallswärme sowie der sicheren Notkühlung des Reaktors.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Zur Ausrüstung jedes Kraftwerkes mit Druckwasserreaktoren gehören Sicherheitssysteme ?ur Abführung der Nachzerfallswärme aus dem Sekundärkreislauf wie auch Systeme zur Reaktornotkühlung mit gleichzeitiger Abführung der Nachzerfallswärme aus dem Primärkreislauf.

Erfolgt die Abführung der Nachzerfallswärme aus dem Sekundärkreislauf mittels vorstehend beschriebenem und bekanntem passiv wirkendem Luftkühlsystem, so wird jedem Dampferzeuger ein derartiger Kühlkreislauf zugeordnet. Die Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgt mittels Luftkühlern, welche in Kühltürmen mit natürlichem Zug angeordnet sind. Diese Kühltürme sind kostenintensive und platzaufwendige Einrichtungen, welche in unmittelbarer Nähe des Reaktorgebäudes angeordnet werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu schaffen, die unter Minimierung des technisch-technologischen Aufwandes sowie des Platzbedarfes, sowohl eine effektive Abführung der Nachzerfallswärme als auch eine sichere Notkühlung des Reaktors ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß auch die Sicherheitssysteme zur Reaktornotkühlung des Primärkreislaufes mit Luftkühlern zur Wärmeabgabe an die Umgebung ausgerüstet werden. Diese Luftkühler werden in den gleichen Kühltürmen angeordnet, welche für die Aufnehme der Luftkühler de« passiven Luftkühlsystems des Sekundärkreislaufes vorgesehen sind. Das Kühlsystem zur Reaktornotkühlung wird als aktives System ausgerüstet. Es kann von vornherein so konzipiert werden, daß auch andere Kühlwasserverbraucher wie Notstromdiesel, Notkühlpumpen, Zwischenkühlkreisläufe usw. durch diesen Kühlkreislauf versorgt werden. Da dieses System „aktiv" wirkt, kann zur Unterstützung des Schornsteinzuges ein Ventilator vorgesehen werden, welcher gleichzeitig mit dem „aktiven" Kühlsystem in Betrieb geht.

Es ist durchaus möglich, für das aktive System die Luftkühlung durch offene Berieselungskühlung vorzusehen. In diesem Falle sind anstelle der Luftkühler, Berieselungseinbauten, Sprüheinrichtungen und eine Wasserauffangvorrichtung vorzusehen. Die nachgeschalteten Luftkühler des passiven Systems ur d der Ventilator sind gegen den Einfluß der Feuchtigkeit zu schützen. Voraussetzung für die Mehrfachnutzung eines Kühlturmes in der oben beschriebenen Weise ist, daß die in dem gleichen Kühlturm angeordneten Luftkühler beider Systeme nicht gleichzeitig angefordert werden.

Die Luftkühler des Kühisystems mit dem niedrigeren Temperaturniveau sind in Luftrichtung vor den Luftkühlern mit dem höheren Niveau anzuordnen.

Ausführungsbetspiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau der Anordnung.

Bei Normalbetrieb (intakter Primär- und Sekundärkreislauf) erfolgt die Abkühlung des Primärkreislaufes sowie die Restwärmeabführung aus dem Druckwasserreaktor 1 über Einrichtungen des Sekundärkreislaufos (Abkühlanlage).

Neben den bekannten Einrichtungen des Sekundärkreislaufes, die mit aktiven Elementen (Pumpen, Armaturen etc.) versehen sind und die Wärme an NeLenkühlwasserkreisläufe abgeben, gewinnen völlig passiv wirkende Systeme als nukleare Sicherheitssysteme zunehmend an Bedeutung.

Ein solches völlig passiv wirkendes Luftkühlsystem 3 besteht aus einem Luftkühler 4, welcher in einem Naturzugschornstein 5 angeordnet ist und der über entsprechende Rohrleitungen mit dem Frischdampf- und dem Speisewassorstutzen des Dampferzeugers 2 verbunden ist. Dieses geschlossene System dient insbesondere der Störfallbeherrschung mit Ausfall der Notstromversorgung.

Unter den Bedingungen eines Leckstörfalles im Primärkreislauf (bei vorhandener Notstromversorgung) kann eine entsprechende Wärmeabführung unter Umständen nicht mehr ausschließlich über die Dampferzeuger erfolgen. In bekannter Weise wird in diesem Falle das aus dem Primärkreislauf austretende Wasser mittels Gullys aufgefangen, in Havariekühlern 6 abgekühlt und danach wieder dem Primärkreislauf zugeführt oder als Sprühwasser in den hermetischen Räumen versprüht.

In Figur 1 ist eine Lösung dargestellt, wobei die Wärmeabfuhr aus den Havariekühlern 6 mittels eines geschlossenen aktiv wirkenden Luftkühlsystems 7 über den gleichen Naturzugschornstein 5 erfolgt, welcher bereits die Wärmeabfuhr des passiven Luftkühlsystems 3 des Sekundärkreislaufes übernimmt.

Der Luftkühler 8 des Luftkühlersystems 7 soll dabei in Luftrichtung vordem Luftkühler 4 des passiven Luftkühlsystems 3 angeordnet werden. Zwischen den beiden Luftkühlern 4,8 ist zweckmäßigerweise ein Reflektor 9 anzuordnen, welcher größere Wärmeabstrahlungen vom Luftkühler 4 auf den Luftkühler 8 verhindern soll. Der Naturzugschornstein 5 wird in Betrieb gesetzt, indem Klappen im Anforderungsfall öffnen, welche den Weg für den Kühlluftstrom freigeben. Die Luftkühler 4 des passiv wirkenden Luftkühlsystems 3 werden wirksam, indem spezielle Armaturen die verbindenden Rohrleitungen zu den Dampferzeugern 2 öffnen.

Um zu verhindern, daß das in den Luftkühlem 8 stehende Wasser des Luftkühlsystems 7 örtlich verdampft, ist dafür Sorge zu tragen, daß dia Lufttemperatur im Bereich des Luftkühlers 8 immer kleiner als die Verdampfungstemperatur des Luftkühlsystems 7 ist. Dies kann dadurch erfolgen, indem durch eine entsprechende kleine Öffnung am Schornsteinaustritt ständig für einen geringen Luftwechsel im Naturzugschornstein 5 gesorgt wird.

Eine solche gemeinsame Nutzung desselben Naturzugschoinsteins 5 durch zwei Sicherheitssysteme ist insofern zulässig, als es einen gleichzeitigen Anforderungsfall an beide Luftkühlsysteme 3 und 7 nicht gibt.

Zur Unterstützung der Luftbewegung wird im NsSurzugschornstein 5 ein Ventilator 10 angebracht. Dieser geht nur in Betrieb, wenn auch die Pumpe 11 des aktiven Luftkühlsystems 7 in Bettieb geht.

Es ist möglich, daß das Luftkühlsystem 7 neben den Havariekühlern 6 auch noch Verbraucher anderer nuklearer Sicherheitssysteme, zum Beispiel die Hochdruc'' Jhlpumpe 12, bedient.

Jeder Dampferzeuger 2 kann separat mit einem oder mehreren passiv wirkenden Luftkühlsystemen 3 der Wärmeabfuhr versehen werden.

Die Luftkühler 8 der aktiv wirkenden Luftkühlsysteme 7 zur direkten Wärmeabfuhr aus dem Primärkreislauf sind zweckmäßigerweise so auf die Kühltürme aufzuteilen, daß gleiche Wärmemengen je Kühlturm abgeführt werden können.

Claims (1)

1. Anordnung zur Abführung von Nachzerfallswärme und zur Notkühlung eines Kernreaktors, gekennzeichnet dadurch, daß die Anordnung aus einem geschlossenen passiv wirkenden Luftkühlsystem (3) des Sekundärkreislaufes, bestehend aus einem Luftkühler (4), welcher in einem Naturzugschornstein (5) angeordnet ist und über entsprechende Rohrleitungen mit dem Frischdampfund dem Speisewasserstutzen des Dampferzeugers (2) verbunden ist und einem geschlossenen odor offenen aktiv wirkenden Luftkühlsystem (7) des Primärkreislaufes aufgebaut ist, wobei der Luftkühler (4) gemeinsam mit einem Luftkühler (8) des Luftkühlsystems (7) zur Abgabe der Wärme an die Umgebungsluft in demselben Kühlturm (Naturzugschornstein [5)) angeordnet sind und daß dabei der Luftkühler (8) in Luftrichtung vor dem Luftkühler (4) angebracht ist und sich gegebenenfalls zwischen den beiden Luftkühlern (4,8) ein Reflektor (9) befindet, weiterhin ist zur Verstärkung des Schornsteinzuges bei Inbetriebnahme des aktiven Luftkühlsystems (7) ein Ventilator (10) im Naturzugschornstein (5) angeordnet und am Naturzugschornsteinein'critt- oder -austritt sind Klappen angebracht, die sowohl bei Ausfall der Notstromversorgung als auch bei Anregung des aktiv wirkenden Luftkühlsystems (7) öffnen und damit den Kühlluftstrom durch den Naturzugschornstein (5) freigeben.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung