DD298706A5

DD298706A5 - ARRANGEMENT FOR REMOVING SUBSCRIBER WARMERS AND EMERGENCY COOLING

Info

Publication number: DD298706A5
Application number: DD89331333A
Authority: DD
Inventors: Hans-Georg Schmidt; Berndt Mitschke
Original assignee: Kernkraftwerke "Bruno Leuschner" Greifswald,De
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1992-03-05

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}The invention relates to an arrangement for removal of Nachzerfallswaerme and Notkuehlung. These facilities are nuclear safety systems. They cause, after the shutdown of the reactor, the Nachzerfallswaerme is discharged and in case of failure, the emergency cooling of the reactor takes place. Goal and task consist in a safe and effective dissipation of Nachzerfallswaerme and in a safe Notkuehlung the reactor. This is achieved by also equipping the safety systems for reactant cooling of the primary cycle with air coolers for heat transfer to the ambient air. These air coolers are placed in the same cooling towers which are provided for receiving the air coolers of the passive air cooling system of the secondary circuit. The reactor cooling cooling system is executed as an active system. It can be designed from the outset that also several consumers of cooling water such as emergency diesel, emergency cooling pumps, Zwischenkuehlkreislaeufe etc. are supplied by this cooling circuit. Since this system is "active", a fan can be provided to support the chimney draft, which simultaneously starts operation with the "active" cooling system. {Drainage; decay heat; Emergency cooling; Cooling system, passive, active; Air Cooler; cooling tower; Circulation; Reactor; nuclear safety system}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to an arrangement for removing Nachzerfallswärme and emergency cooling. These facilities belong to the nuclear safety systems. They have the effect that after decommissioning of the reactor the Nachzerfallswärme is dissipated and takes place in case of failure, the emergency cooling of the reactor. This is done by passive or active acting systems. As a heat sink cooling tower: * are provided.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

In Kernkraftwerken auftretende Störfälle müssen durch Sicherheitssysteme beherrscht werden. Wichtigstes Schutzziel ist die Erhaltung der Integrität der Spaltzone, einschließlich den Kühlung.Incidents occurring in nuclear power plants must be controlled by safety systems. The main protection objective is to maintain the integrity of the fracture zone, including cooling.

Bei Normalbetrieb erfolgt die Abkühlung, einschließlich der Restwärmeabfuhr, nach Reaktorabschaltung über Systeme desIn normal operation, the cooling, including the residual heat removal, after reactor shutdown via systems of

2. Kreislaufes. Dabei stellt sich im Primärkreislauf bei abgeschalteten Hauptumwälzpumpen eine natürliche Zirkulation ein. Die Wärme wird über die Dampferzeuger an den Sekundärkreislauf übergeben.2nd cycle. In the process, a natural circulation occurs in the primary circuit when the main circulation pumps are switched off. The heat is transferred via the steam generator to the secondary circuit.

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.In the secondary circuit, in turn, devices for removing this heat are provided, which are preferably supplied by secondary cooling water systems. The provision of this cooling water is always tied to the use of active elements (pumps, valves, etc.), which remain functional in case of incidents occurring and therefore need to be supplied with emergency power.

Zur Beherrschung von Störfällen mit gleichzeitigem Notstromausfall sind diese Systeme jedoch nicht ausgelegt.However, these systems are not designed to control incidents with a simultaneous emergency power failure.

Den völlig passiv wirkenden Sicherheitssystemen ist daher - übereinstimmend mit der TGL 44003 - der Vorzug zu geben.The completely passive-looking safety systems should therefore - in accordance with the TGL 44003 - be given preference.

Ein solches System als Bestandteil des 2. Kreislaufes soll nachstehend beschrieben werden:Such a system as part of the 2nd cycle will be described below:

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.At least after decommissioning of the reactor still existing Nachzerfallswärme must be safely removed to prevent overheating of the nip zone and thus the damage of fuel assemblies. This heat is dissipated via air heat exchangers, which are integrated into each loop behind the steam generators. This circuit consists of the air heat exchanger and the pipelines. Each air heat exchanger is arranged in a chimney. The entire system works passively: both the circulation of the steamer on the air heat exchanger and the circulation of air for heat to the environment is in natural circulation.

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).However, the above-described system of heat removal via the secondary circuit requires that the heat transfer from the reactor into the steam generator is maintained. In the case of leakage events in the primary circuit, it may be possible for emergency cooling or removal of the decay heat not to take place in the manner described above. In this case, the cleavage zone of the reactor by the Betriob of emergency cooling pump is supplied with water. The water leaving the paint is collected via gullies. The water then flows through so-called Havarie- or Sprinkler cooler and is fed back into the reactor by the emergency cooling pumps. The heat dissipation from the emergency or sprinkler coolers is provided by secondary cooling water systems. The emergency cooling systems can work indefinitely; they are always active systems (passive are not known).

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.The heat removal via secondary cooling water systems has the disadvantage that this is an active system. In addition, the provision and treatment of this cooling water requires depending on the location costly measures such as inlet structures, cooling ponds, etc. The "open" cooling water systems also have the disadvantage that appropriate measures of corrosion protection must be initiated depending on the available water quality.

Das Ziel der Erfindung besteht in einer sicheren und effektiven Abführung der Nachzerfallswärme sowie der sicheren Notkühlung des Reaktors.The object of the invention is a safe and effective removal of Nachzerfallswärme and the safe emergency cooling of the reactor.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The equipment of each power plant with pressurized water reactors includes safety systems for dissipating the decay heat from the secondary circuit as well as reactor hot air cooling systems with simultaneous dissipation of the decay heat from the primary circuit.

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.If the removal of the decay heat from the secondary circuit by means of the above-described and known passively acting air cooling system, each such boiler is assigned such a cooling circuit. The heat is released to the environment by means of air coolers, which are arranged in cooling towers with natural draft. These cooling towers are cost-intensive and space-consuming facilities, which are located in the immediate vicinity of the reactor building. The object of the invention is therefore to provide an arrangement which, while minimizing the technical and technological complexity and the space required, both an effective dissipation of the Nachzerfallswärme and a safe emergency cooling of the reactor.

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.According to the invention, this is achieved in that the safety systems for reactor emergency cooling of the primary circuit are equipped with air coolers for heat dissipation to the environment. These air coolers are placed in the same cooling towers, which are intended to accommodate the air coolers of the passive air cooling system of the secondary circuit. The reactor cooling cooling system is equipped as an active system. It can be designed from the outset that other cooling water consumers such as emergency diesel, emergency cooling, intermediate cooling circuits, etc. are supplied by this cooling circuit. Since this system is "active", a fan can be provided to support the chimney draft, which goes into operation simultaneously with the "active" cooling system.

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.It is quite possible to provide for the active system air cooling by open sprinkler cooling. In this case, instead of the air coolers, sprinkler installations, spraying equipment and a water collecting device should be provided. The downstream air coolers of the passive system ur d the fan must be protected against the influence of moisture. The prerequisite for the multiple use of a cooling tower in the manner described above is that arranged in the same cooling tower air cooler both systems are not requested simultaneously.

Die Luftkühler des Kühisystems mit dem niedrigeren Temperaturniveau sind in Luftrichtung vor den Luftkühlern mit dem höheren Niveau anzuordnen.The air coolers of the cooling system with the lower temperature level shall be placed in the direction of air in front of the air coolers of the higher level.

AusführungsbetspielAusführungsbetspiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau der Anordnung.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Figure 1 shows schematically the structure of the arrangement.

Bei Normalbetrieb (intakter Primär- und Sekundärkreislauf) erfolgt die Abkühlung des Primärkreislaufes sowie die Restwärmeabführung aus dem Druckwasserreaktor 1 über Einrichtungen des Sekundärkreislaufos (Abkühlanlage).In normal operation (intact primary and secondary circuit), the cooling of the primary circuit and the residual heat removal from the pressurized water reactor 1 via facilities of Sekundärkreislaufos (cooling system).

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.In addition to the known devices of the secondary circuit, which are provided with active elements (pumps, valves, etc.) and deliver the heat to NeLenkühlwasserkreisläufe completely passive acting systems as nuclear safety systems increasingly important.

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.Such a completely passive acting air cooling system 3 consists of an air cooler 4, which is arranged in a natural draft chimney 5 and which is connected via corresponding piping to the live steam and the feed water nozzle of the steam generator 2. This closed system is used in particular for accident management with failure of the emergency power supply.

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.Under the conditions of a leakage accident in the primary circuit (with existing emergency power supply), a corresponding heat dissipation may no longer be done exclusively via the steam generator. In known manner, in this case, the water leaving the primary circuit is collected by means of gullies, cooled in surface coolers 6 and then returned to the primary circuit or sprayed as water spray in the hermetic rooms.

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.In Figure 1, a solution is shown, wherein the heat dissipation from the Havuiekühlern 6 by means of a closed active acting air cooling system 7 via the same Naturzugschornstein 5 takes place, which already takes over the heat dissipation of the passive air cooling system 3 of the secondary circuit.

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.The air cooler 8 of the air cooler system 7 is to be arranged in the air direction before the air cooler 4 of the passive air cooling system 3. Between the two air coolers 4.8, a reflector 9 is expediently to be arranged, which is intended to prevent greater heat radiation from the air cooler 4 to the air cooler 8. The natural draft chimney 5 is put into operation by opening flaps in the request case, which clear the way for the cooling air flow. The air coolers 4 of the passive-acting air cooling system 3 become effective by opening special fittings the connecting pipes to the steam generators 2.

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.In order to prevent the water of the air cooling system 7 standing in the air cooler 8 from locally evaporating, care must be taken that the air temperature in the area of the air cooler 8 is always lower than the evaporation temperature of the air cooling system 7. This can be done by constantly provided by a corresponding small opening at the chimney outlet for a small change of air in the natural draft chimney 5.

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.Such sharing of the same natural draw block 5 by two safety systems is permissible insofar as there is no simultaneous requirement for both air cooling systems 3 and 7.

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.To support the air movement, a fan 10 is mounted in the NsSurzug chimney 5. This only goes into operation when the pump 11 of the active air cooling system 7 goes into bed.

Es ist möglich, daß das Luftkühlsystem 7 neben den Havariekühlern 6 auch noch Verbraucher anderer nuklearer Sicherheitssysteme, zum Beispiel die Hochdruc'' Jhlpumpe 12, bedient.It is possible that the air cooling system 7 in addition to the accident coolers 6 also consumers of other nuclear safety systems, for example, the Hochdruc '' Jhlpumpe 12 operated.

Jeder Dampferzeuger 2 kann separat mit einem oder mehreren passiv wirkenden Luftkühlsystemen 3 der Wärmeabfuhr versehen werden.Each steam generator 2 can be provided separately with one or more passively acting air cooling systems 3 of the heat dissipation.

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.The air cooler 8 of the actively acting air cooling systems 7 for direct heat dissipation from the primary circuit are expediently divided so the cooling towers that the same amount of heat per cooling tower can be dissipated.

Claims

Arrangement for dissipating decay heat and for emergency cooling of a nuclear reactor, characterized in that the arrangement of a closed passively acting air cooling system (3) of the secondary circuit, consisting of an air cooler (4) which is arranged in a natural draft chimney (5) and via corresponding pipelines is connected to the steam and the feed water nozzle of the steam generator (2) and a closed or open active acting air cooling system (7) of the primary circuit is constructed, wherein the air cooler (4) together with an air cooler (8) of the air cooling system (7) for discharging the heat to the ambient air in the same cooling tower (natural draft chimney [5]) are arranged and that while the air cooler (8) in the air direction in front of the air cooler (4) is mounted and optionally between the two air coolers (4.8) is a reflector (9) , continues to be active for the strengthening of the chimney draft at startup In the case of an air cooling system (7), a fan (10) is arranged in the natural draft chimney (5) and flaps are attached to the natural draft chimney inlet or outlet, which open both when the emergency power supply fails and when the active air cooling system (7) is activated Release the cooling air flow through the natural draft chimney (5).

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