DE10041778C2

DE10041778C2 - Support device for steel containers

Info

Publication number: DE10041778C2
Application number: DE10041778A
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Willschuetz
Original assignee: Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2020-08-26
Also published as: DE10041778A1; WO2002016821A2; AU2001285716A1; WO2002016821A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstützvorrichtung für Stahlbehälter, in denen Reaktionen ablaufen und in denen höhere Drücke und/oder höhere Temperaturen auftreten können.The invention relates to a support device for Steel tanks in which reactions take place and in which higher pressures and / or higher temperatures occur can.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung sind große Chemiereaktoren und Kernreaktoren, die für den Fall eines schweren Störfalls vorsorglich mit der Erfindung versehen werden.A particular field of application of the invention are large chemical reactors and nuclear reactors designed for the In the event of a serious accident as a precaution with the invention be provided.

Es ist bereits eine Reaktordruckbehälter-Unterstüt zung bekannt, bei der der Reaktordruckbehälter im unteren zylindrischen Teil seitliche Abstützungen aufweist (DE 27 52 045 A1). Außerdem wird dort eine Büchse vor geschlagen, die zur Aufnahme der Kalotte des Reaktor druckbehälters dient. Diese Maßnahmen würden im Falle einer Kernschmelze die Strömung der Kühlflüssigkeit an der Außenhaut behindern.It is already a reactor pressure vessel support known, in which the reactor pressure vessel in the lower cylindrical part has lateral supports (DE 27 52 045 A1). There is also a rifle in front of it struck that to accommodate the calotte of the reactor pressure vessel serves. These measures would be in the case a meltdown the flow of coolant at the Hinder the outer skin.

Es ist auch eine Abstützvorrichtung für einen Re aktordruckbehälter bekannt, die seitlich eine unkontrollier bare Ausdehnung des Reaktordruckgefäßes verhindert (DE 28 08 034 A1). Auf Höhe der Kalotte des Druckgefä ßes ist eine Einrichtung zur Justierung der Abstützvorrich tung für den Fall der Ausdehnung vorgesehen. Dabei könnte auch der Außenring des Druckgefäßes abstützt werden. Im Falle einer Kernschmelze würde sich die Kalotte absenken und bersten können.It is also a support device for a re known actuator pressure vessel, the side of an uncontrolled expansion of the reactor pressure vessel prevented (DE 28 08 034 A1). At the calotte of the pressure vessel ßes is a device for adjusting the support device tion provided in the event of expansion. It could the outer ring of the pressure vessel is also supported. in the In the event of a meltdown, the calotte would lower and can burst.

Weiterhin ist eine Abstützung für einen zylindri schen Reaktordruckbehälter gegen horizontal wirkende Kräfte bekannt, bei der ein Halterohr an einer betonierten Grundplatte in horizontaler Richtung justierbar aufgelegt ist (DE 28 50 651 A1). Zwischen dem Halterohr und dem Re aktordruckbehälter sind noch weitere rohrförmige Bauele mente angebracht. Für vertikal auftretende Kräfte ist diese Einrichtung nicht geeignet. Außerdem ist die Anströmung des Kühlmittels behindert.Furthermore, a support for a cylindri reactor pressure vessel against horizontally acting Forces known when a holding pipe is concreted on a Base plate is placed adjustable in the horizontal direction (DE 28 50 651 A1). Between the holding tube and the re Actuator pressure vessels are still other tubular components elements attached. For vertical forces, this is Furnishing not suitable. In addition, the flow is of the coolant is obstructed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstützvorrichtung vorzuschlagen, mit der eine vertikale Unterstützung des Stahlbehälters im Falle von außerge wöhnlich hoher Temperatur und/oder Druck gewährleistet wird, ohne die Kühlung des Stahlbehälters zu beeinträchti gen.The invention has for its object a Propose a vertical support Support of the steel container in the case of extra usually high temperature and / or pressure guaranteed without affecting the cooling of the steel tank gene.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Patentanspüche dargelegten Merkmalen gelöst.According to the invention the task with the Features set out claims.

Aufgrund der Thermodynamik eines Schmelzesees mit inneren Wärmequellen in der Kalotte findet der größte Wärmeeintrag in die Behälterwand im oberen Bereich des Pools statt, hier Focusregion genannt.Due to the thermodynamics of a melt lake with internal heat sources in the calotte finds the largest Heat input into the tank wall in the upper area of the Pools instead, here called focus region.

Dabei ist es im Sinne der Erfindung grundsätzlich unerheblich, ob sich ein homogener Schmelzepool bildet oder ob sich aufgrund von Segregationseffekten zwei oder mehr Schmelzeschichten bilden, wovon beispielsweise die oberste aus Metallen bestehen könnte, was den Focuseffekt im Bereich dieser Schicht noch verstärken könnte. Die Au ßentemperatur hängt von den Bedingungen in der Behälter umgebung ab. Der Wärmetransport an der Behälteraußen seite kann im wesentlichen durch Wärmestrahlungsvor gänge bestimmt sein, was aufgrund der Physik der Wärme strahlung in sehr hohen Wandtemperaturen resultiert und ein thermisches Versagen, d. h. Durchschmelzen der Wand zur Folge haben könnte, ohne dass mechanische Lasten dazu beitragen müssten.It is fundamental in the sense of the invention irrelevant whether a homogeneous melt pool is formed or whether due to segregation effects two or form more layers of melt, of which, for example topmost could consist of metals, which is the focus effect could strengthen in the area of this layer. The Au Outdoor temperature depends on the conditions in the container environment. The heat transfer on the outside of the container side can essentially be caused by heat radiation would be determined what due to the physics of heat radiation results in very high wall temperatures and a thermal failure, d. H. Melt the wall to Could result without mechanical loads would have to contribute.

Ist die Behälteraußenseite hingegen mit Wasser ge flutet, so werden sich in der Regel wesentlich niedrigere Temperaturen an der Außenwandeinstellen. Der Wärme übergang wird dann durch Siedevorgänge bestimmt, wobei die Wandtemperaturen von der dem abzuführenden Wärme strom entsprechenden Übertemperatur gegenüber dem an stehendem Kühlmedium abhängen.However, the outside of the container is filled with water floods, so usually become much lower Set temperatures on the outer wall. The warmth transition is then determined by boiling, whereby the wall temperatures from the heat to be dissipated current corresponding overtemperature compared to depending on the standing coolant.

Für beide Szenarien gilt grundsätzlich:
Aufgrund der hohen Temperaturen im Focusbereich weist der Stahl in diesem Bereich die geringste Festigkeit auf. Gleichzeitig muß dieser Wandbereich zwischen Bodenka lotte und Zylinder die gesamte Masse der Bodenkalotte und der Schmelze tragen. Wesentlich größere Lasten werden durch möglicherweise vorherrschende Innendrücke verur sacht, die ebenfalls im oberen Bereich der Bodenkalotte bzw. im unteren Bereich des Zylinders zu den höchsten Spannungen führen können.The following generally applies to both scenarios:
Due to the high temperatures in the focus area, the steel has the lowest strength in this area. At the same time, this wall area between the bottom chamber and the cylinder must support the entire mass of the bottom cap and the melt. Much larger loads are caused by possibly prevailing internal pressures, which can also lead to the highest stresses in the upper area of the bottom cap or in the lower area of the cylinder.

Aufgrund dieser Bedingungen kann der Behälter in Bereichen hoher Belastung und geringer Festigkeit anfan gen sich zu verformen. Weiter unten oder oben liegende Be reiche und insbesondere das Zentrum der Bodenkalotte wei sen hingegen niedrigere Temperaturen und somit höhere bis sehr hohe Festigkeiten auf. Wesentliche Verformungen fin den deswegen zunächst in der Focusregion statt. In jedem Fall, also auch ohne zusätzliche Innendruckbelastung, wird die Wand bei entsprechender thermischer Belastung, gleich bedeutend einer geringen Restwanddicke, nach unten ge streckt. Die gesamte Bodenkalotte verlagert sich daher ver tikal in Richtung der Schwerkraft.Because of these conditions, the container can be in Areas of high stress and low strength to deform. Be further down or above rich and especially the center of the bottom cap white however, lower temperatures and therefore higher to very high strength. Significant deformations fin which is why it takes place initially in the focus region. In each Case, i.e. without additional internal pressure the wall with the appropriate thermal load, the same Significantly a small remaining wall thickness, ge down stretches. The entire floor cap is therefore shifting tical in the direction of gravity.

Die Vorteile der Erfindung beruhen darin, dass ein Versagen des Behälters im Falle eines Schmelzeunfalls ver zögert oder sogar verhindert werden kann, wenn man einen Teil der mechanischen Lasten, die auf die Behälterwand im Bereich der Focusregion wirken, abträgt. Zu diesem Zweck befinden sich die Stützscheiben unterhalb des Reaktordruck behälters. Die mechanischen Lasten werden über die Stütz scheiben aufgefangen und in das Fundament abgeleitet. Die Einrichtung funktioniert ohne andere Sicherheitseinrichtun gen oder Störfallmaßnahmen und ohne den Normalbetrieb der Anlage zu beeinträchtigen. Das bedeutet einen Sicher heitsgewinn ohne Nachteile bei geringem Aufwand.The advantages of the invention are that a Failure of the container in the event of a melt accident hesitates or can even be prevented if you have one Part of the mechanical loads on the container wall Area of the focus region. To this end the support disks are below the reactor pressure container. The mechanical loads are on the support slices caught and drained into the foundation. The Setup works without other security features or emergency measures and without normal operation affect the system. That means a sure gain without disadvantages with little effort.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfüh rungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt den unteren Teil eines Stahlbehälters, wie er als Reak tordruckbehälter eingesetzt werden kann, im linken Teil im normalen Betrieb und im rechten Teil mit durch hohe Tem peratur und/oder Druckbelastung abgesenkten Bodenteil im Schnitt.The invention is illustrated below in one embodiment Example explained in more detail. The associated drawing shows the lower part of a steel container as it is used as a reak pressure tank can be used in the left part in normal operation and in the right part with high tem temperature and / or pressure load in the lower part of the floor Cut.

In der linken Hälfte der Zeichnung ist ein Aus gangszustand eines Reaktordruckbehälters 1 im Falle einer Kernschmelze dargestellt. Die Rotationssymmetrielinie 2 trennt den linken vom rechten Teil. In der rechten Hälfte der Abbildung ist der Reaktordruckbehälter 1 nach einer Kriechphase, z. B. nach überhöhter Temperatur dargestellt.In the left half of the drawing, an initial state of a reactor pressure vessel 1 is shown in the case of a meltdown. The rotational symmetry line 2 separates the left part from the right part. In the right half of the figure, the reactor pressure vessel 1 after a creep phase, e.g. B. shown after excessive temperature.

Der Reaktordruckbehälter 1 ist in der Darstellung etwa bis zum Übergang zwischen Bodenkalotte 6 und dem zylindrischen Teil des Reaktordruckbehälters 1 mit einem Kernschmelzesee 3 gefüllt. Der Bereich 4 kennzeichnet die zu erwartende Focusregion in der Reaktordruckbehälter wand.The reactor pressure vessel 1 is filled in the representation as far as the transition between the bottom spherical cap 6 and the cylindrical part of the reactor pressure vessel 1 with a Kernschmelzesee. 3 Area 4 marks the expected focus region in the reactor pressure vessel wall.

Unter der Bodenkalotte 6 befinden sich mindestens drei sternförmig angeordnete Stützscheiben 5, die den Reak tordruckbehälter 1 im regulären Betrieb nicht berühren. Ihre dem Reaktordruckbehälter 1 zugewandte Seite ist der Kon tur der Bodenkalotte 6 angepasst. Die Dicke der Stützschei ben 5 ist so ausgelegt, dass sie die maximal möglichen La sten während eines Störfalls ohne Versagen in das Funda ment 7 der Reaktorgrube abtragen können. Die Stützschei ben 5 sind so angeordnet, dass sie einer möglichen unsym metrischen Verformung des Reaktordruckbehälters 1, entge gen wirken können, d. h. falls die Verlagerung des Zentrums der Bodenkalotte 6 nicht entlang der vertikalen Rotations symmetrielinie 2 erfolgt. Die Ausrichtung der Stützen zu einander und ihre Form haben die Wirkung eines Trichters, dessen Achse mit der vertikalen Rotationssymmetrielinie 2 zusammenfällt.Under the bottom dome 6 there are at least three star-shaped support disks 5 , which do not touch the reactor pressure vessel 1 in regular operation. Your side facing the reactor pressure vessel 1 is adapted to the cone of the bottom cap 6 . The thickness of the support plate ben 5 is designed so that they can remove the maximum possible load during an accident without failure in the foundation 7 of the reactor pit. The supporting disks ben 5 are arranged so that they can act against a possible asymmetrical deformation of the reactor pressure vessel 1 , ie if the displacement of the center of the bottom cap 6 does not take place along the vertical rotational symmetry line 2 . The orientation of the supports to one another and their shape have the effect of a funnel, the axis of which coincides with the vertical rotational symmetry line 2 .

Die radiale Ausdehnung der Stützscheiben 5 kann vom 0,1-fachen bis zum 1,1-fachen des Außenradius des Reaktordruckbehälters 1 reichen, damit nach Flutung der Reaktorgrube die freie Anströmung des Zentrums der Bo denkalotte 6 durch das Kühlmedium gewährleistet ist. Die Stützscheiben 5 können zur zusätzlichen Versteifung auch untereinander verbunden sein.The radial expansion of the support disks 5 can range from 0.1 times to 1.1 times the outer radius of the reactor pressure vessel 1 , so that after the flooding of the reactor pit the free flow to the center of the bowl 6 is guaranteed by the cooling medium. The support disks 5 can also be connected to one another for additional stiffening.

Die Dicke der Stützscheiben 5 kann sich auch ra dial von außen nach innen verjüngen, um thermodynami sche und strömungsmechanische Effekte zu begünstigen. Auch können die Stützscheiben 5 als beabstandete Stützen reihe ausgeführt sein.The thickness of the support disks 5 can also taper ra dial from the outside in to favor thermodynamic and fluid mechanical effects. The support disks 5 can be designed as a row of spaced supports.

Durch die Lastabtragung in die Stützscheiben 5 werden die meistgefährdeten Wandbereiche des Reaktor druckbehälters 1 entlastet, der Kriechvorgang wird dement sprechend verzögert oder beendet.The load transfer to the support disks 5 relieves the most endangered wall areas of the reactor pressure vessel 1 , and the creeping process is accordingly delayed or ended.

Claims

1. Support device for steel containers, in which the lower part is guided centrally, characterized in that several support disks ( 5 ) are provided under the bottom cap ( 6 ) of the steel container, which correspond to the shape of the bottom cap ( 6 ) on their upper surface formed and arranged at the same distance from the bottom cap ( 6 ).

2. Support device for steel containers according to claim 1, characterized in that at least three support disks ( 5 ) are provided.

3. Support device for steel containers according to claim 1 and 2, characterized in that the upper surface of the support plates ( 5 ) is provided with recesses.

4. Support device for steel containers according to claim 1 to 3, characterized in that the support discs ( 5 ) are arranged in a star shape to the center of the bottom cap ( 6 ) of the steel container without being below the center of the bottom cap ( 6 ).

5. Support device for steel containers according to claim 4, characterized in that the length of the support disks ( 5 ) corresponds to approximately half the diameter of the bottom cap ( 6 ).