DE102016107738A1

DE102016107738A1 - Verfahren zum Verringern thermischer Belastung an Teilen eines Druckwasserbehälters eines Druckwasserreaktors in einem Kernkraftwerk und Kernkraftwerk

Info

Publication number: DE102016107738A1
Application number: DE102016107738.0A
Authority: DE
Inventors: Richard Trewin
Original assignee: Areva GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-10-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern thermischer Belastung an Teilen eines Druckwasserbehälters (12) eines Druckwasserreaktors (11) in einem Kernkraftwerk (10), wobei das Kernkraftwerk (10) einen Druckwasserreaktor (11) mit einem Druckwasserbehälter (12) und einem Kern (13), wobei zur Kühlung des Kerns (13) ein Kühlkreislauf (14) mit mindestens einer Kaltwasserleitung (15) zur Zuführung von Kühlwasser zum Druckwasserbehälter (12) und mindestens einer Heißwasserleitung (16) zur Abführung von Kühlwasser aus dem Druckwasserbehälter (12) vorgesehen ist, und einen Flutbehälter (17) und ein Nachwärmeabfuhrsystem (18) zum Kühlen des Wassers aus der Heißwasserleitung (16) umfasst, wobei im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls zusätzliches Kühlwasser vom Flutbehälter (17) in den Kühlkreislauf (14) eingeführt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Kühlwasser des Flutbehälters (17) mit Wasser aus der mindestens einen Heißwasserleitung (16) des Kühlkreislaufs (14) gemischt wird, bevor das zusätzliche Kühlwasser der Kaltwasserleitung (15) des Kühlkreislaufes (14) zugeführt wird, um das zusätzliche Kühlwasser vorzuheizen bevor es in Kontakt mit Teilen des Druckwasserbehälters (12) gelangt, die anfällig für thermische Belastung sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Kernkraftwerk (10) zur Durchführung eines Verfahrens, insbesondere eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern thermischer Belastung an Teilen eines Druckwasserbehälters eines Druckwasserreaktors in einem Kernkraftwerk und ein Kernkraftwerk zur Durchführung eines Verfahrens, insbesondere eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei einem Kühlmittelverluststörfall in einem Druckwasserbehälter eines Kernkraftwerks wird zusätzliches Kühlwasser aus einem Flutbehälter in den Kühlkreislauf eingebracht, um den Kühlwasserverlust auszugleichen. Unter gewissen Umständen kann das zusätzliche Kühlwasser zum Druckwasserbehälter gelangen bevor es sich vollständig mit dem Wasser des Kühlkreislaufs gemischt hat. Da das zusätzliche Kühlwasser aus dem Flutbehälter zu kalt für die Bedingungen des Kühlkreislaufs ist, kann dies zu einer thermischen Beanspruchung von Teilen des Druckwasserbehälters führen. Diese thermische Beanspruchung kann beispielsweise zu Rissen führen, was in jedem Fall zu vermeiden ist.
Das zusätzliche Kühlwasser könnte durch eine Platzierung des Flutbehälters in einer warmen Umgebung, beispielsweise in einem Gebäude, oder durch direktes Erhitzen, beispielsweise Elektrowiderstandserhitzung, erwärmt werden. Derartiges Erhitzen ist jedoch nicht immer möglich oder nicht ausreichend.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren und ein neues Kernkraftwerk anzugeben, insbesondere ein Verfahren und ein Kernkraftwerk, mittels denen ein ausreichendes Erhitzen des zusätzlichen Kühlwassers erreicht wird, so dass thermische Belastungen an Teilen des Druckwasserbehälters vermieden werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kernkraftwerks durch die Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verringern thermischer Belastung an Teilen eines Druckwasserbehälters eines Druckwasserreaktors in einem Kernkraftwerk vorgeschlagen, wobei das Kernkraftwerk einen Druckwasserreaktor mit einem Druckwasserbehälter und einem Kern, wobei zur Kühlung des Kerns ein Kühlkreislauf mit mindestens einer Kaltwasserleitung zur Zuführung von Kühlwasser zum Druckwasserbehälter und mindestens einer Heißwasserleitung zur Abführung von Kühlwasser aus dem Druckwasserbehälter vorgesehen ist, und einen Flutbehälter und ein Nachwärmeabfuhrsystem umfasst, wobei im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls zusätzliches Kühlwasser vom Flutbehälter in den Kühlkreislauf eingeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Kühlwasser des Flutbehälters mit Wasser aus der mindestens einen Heißwasserleitung des Kühlkreislaufs gemischt wird, bevor das zusätzliche Kühlwasser der Kaltwasserleitung des Kühlkreislaufes zugeführt wird, um das zusätzliche Kühlwasser vorzuheizen bevor es in Kontakt mit Teilen des Druckwasserbehälters gelangt, die anfällig für thermische Belastung sind.
Die Lebensspanne eines Druckwasserreaktors ist abhängig von der Fähigkeit des Druckwasserbehälters thermischer Belastung Stand zu halten. Der Vorteil der Erfindung liegt in der Reduzierung der thermischen Belastung an Teilen des Druckwasserbehälters und der damit erreichbaren Erhöhung der Lebensdauer des Druckwasserreaktors.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Mischen die Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung gemessen wird, um festzustellen, ob eine ausreichende Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung vorhanden ist, um eine vorgegebenes Mischverhältnis zu erhalten.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzliches Kühlwasser aus dem Flutbehälter dem Nachwärmeabfuhrsystem zugeführt wird, falls eine ausreichend Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung nicht verfügbar ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zusätzliches Kühlwasser aus dem Flutbehälter mit Wasser, welches aus der mindestens einen Heißwasserleitung des Kühlkreislaufs entnommen wurde, gemischt wird, falls eine ausreichend Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung verfügbar ist.
Bevorzugt wird die Menge an heißem Wasser aus der Heißwasserleitung, die dem zusätzlichem Kühlwasser aus dem Flutbehälter beim Mischen zugeführt wird, vorzugsweise von einer Steuereinrichtung, geregelt, um ein vorgegebenes Mischverhältnis zu erhalten.
Vorzugsweise wird der Abfluss von Wasser aus der Heißwasserleitung, vorzugsweise mittels wenigstens eines Ventils, geregelt. Alternativ oder additiv wird der Abfluss von Wasser aus dem Flutbehälter, vorzugsweise mittels wenigstens eines Ventils, geregelt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur des Wassers in der Heißwasserleitung und/oder des zusätzlichen Kühlwassers im Flutbehälter und/oder des gemischten Wassers, vorzugsweise von Messeinrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren, gemessen wird.
Beispielsweise werden durch die Steuereinrichtung der Abfluss von Wasser aus der Heißwasserleitung und der Abfluss von Wasser aus dem Flutbehälter mittels jeweils eines Ventils geregelt. Ferner wird die Temperatur des Wasser in der Heißwasserleitung und die Temperatur des Wassers im Flutbehälter gemessen, um zu berechnen, in welchem Verhältnis gemischt werden muss, um eine Temperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu erhalten.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird die Zuführung von heißem Wasser aus der Heißwasserleitung, vorzugsweise von der Steuereinrichtung, gestoppt, sobald die Temperatur des gemischten Wassers in einem vorgegebenen Temperaturbereich liegt.
Beispielsweise kann die Zuführung von heißem Wasser aus der Heißwasserleitung, vorzugsweise von der Steuereinrichtung, gestoppt werden, sobald die vorher von der Steuereinrichtung berechnete notwendige Menge an Wasser aus der mindestens einen Heißwasserleitung und zusätzlichem Kühlwasser aus dem Flutbehälter abgegeben wurde.
Das erfindungsgemäße Kernkraftwerk zur Durchführung eines Verfahrens, insbesondere eines erfindungsgemäßen Verfahrens, umfasst einen Druckwasserreaktor mit einem Druckwasserbehälter und einem Kern, wobei zur Kühlung des Kerns ein Kühlkreislauf mit mindestens einer Kaltwasserleitung zur Zuführung von Kühlwasser zum Druckwasserbehälter und mindestens einer Heißwasserleitung zur Abführung von Kühlwasser aus dem Druckwasserbehälter vorgesehen ist. Das Kernkraftwerk umfasst ferner einen Flutbehälter zum Einführen von zusätzlichem Kühlwasser in den Kühlkreislauf im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls, und ein Nachwärmeabfuhrsystem zum Kühlen des Wassers aus der Heißwasserleitung.
Das erfindungsgemäße Kernkraftwerk ist gekennzeichnet durch eine Mischvorrichtung zum Mischen von zusätzlichem Kühlwasser aus dem Flutbehälter mit Wasser aus der mindestens einen Heißwasserleitung des Kühlkreislaufs, wobei die Mischvorrichtung außerhalb des Druckwasserbehälters vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist die Mischvorrichtung zwischen dem Flutbehälter und/oder dem Nachwärmesystem einerseits und der mindestens einen Kaltwasserleitung andererseits angeordnet.
Bevorzugt umfasst das Kernkraftwerk Mittel zum Messen der Menge an heißem Wasser in der Heißwasserleitung.
Alternativ oder additiv umfasst das Kernkraftwerk Messeinrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren, zum Messen der Temperatur des Wassers in der mindestens einen Heißwasserleitung und/oder des zusätzlichen Kühlwassers im Flutbehälter und/oder des gemischten Wassers.
Ferner kann das Kernkraftwerk eine Steuervorrichtung zur Regelung des Mischverhältnisses umfassen.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kernkraftwerks zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung.
Das Kernkraftwerk 10 umfasst einen Druckwasserreaktor 11 mit einem Druckwasserbehälter 12 und einem Kern 13. Zur Kühlung des Kerns 13 ist ein Kühlkreislauf 14 mit einer Kaltwasserleitung 15 zur Zuführung von Kühlwasser zum Druckwasserbehälter 12 und einer Heißwasserleitung 16 zur Abführung von Kühlwasser aus dem Druckwasserbehälter 12 vorgesehen. Das Kernkraftwerk 10 umfasst ferner einen Flutbehälter 17 zum Einführen von zusätzlichem Kühlwasser in den Kühlkreislauf 14 im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls, und ein Nachwärmeabfuhrsystem 18 zum Kühlen des Wassers aus der Heißwasserleitung 16.
Im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls wird zusätzliches Kühlwasser vom Flutbehälter 17 in den Kühlkreislauf 14 eingeführt. Bevor das zusätzliche Kühlwasser der Kaltwasserleitung 15 des Kühlkreislaufes 14 zugeführt wird, wird das zusätzliche Kühlwasser des Flutbehälters 17 mit Wasser aus der Heißwasserleitung 16 des Kühlkreislaufs 14 gemischt, um das zusätzliche Kühlwasser vorzuheizen bevor es in Kontakt mit Teilen des Druckwasserbehälters 12 gelangt, die anfällig für thermische Belastung sind.
Vor dem Mischen wird die Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung 16 gemessen, um festzustellen, ob eine ausreichende Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung 16 vorhanden ist, um eine vorgegebenes Mischverhältnis zu erhalten.
Falls keine ausreichende Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung 16 verfügbar ist wird zusätzliches Kühlwasser aus dem Flutbehälter 17 dem Nachwärmeabfuhrsystem 18 zugeführt.
Anschließend oder falls eine ausreichend Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung 16 verfügbar ist, wird zusätzliches Kühlwasser aus dem Flutbehälter 17 mit Wasser, welches aus der mindestens einen Heißwasserleitung 16 des Kühlkreislaufs 14 entnommen wurde, gemischt.
Die Menge an heißem Wasser aus der Heißwasserleitung 16, die dem zusätzlichem Kühlwasser aus dem Flutbehälter 17 beim Mischen zugeführt wird, wird von einer Steuereinrichtung 19 geregelt, um ein vorgegebenes Mischverhältnis zu erhalten.
Vorher wird die Temperatur des Wasser in der Heißwasserleitung 16 und die Temperatur des Wassers im Flutbehälter 17 gemessen, um zu berechnen, in welchem Verhältnis gemischt werden muss, um eine Temperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu erhalten.
Der Abfluss von Wasser aus der Heißwasserleitung 16 und der Abfluss von Wasser aus dem Flutbehälter 17 werden jeweils mittels eines Ventils geregelt. Es kann eine Mischvorrichtung 20 vorgesehen sein, an der Wasser aus der Heißwasserleitung 16 auf zusätzliches Kühlwasser aus dem Flutbehälter 17 trifft.
Die Temperatur des gemischten Wassers wird mittels Temperatursensoren gemessen. Die Zuführung von heißem Wasser aus der Heißwasserleitung 16 wird von der Steuereinrichtung 19 gestoppt, sobald die Temperatur des gemischten Wassers in einem vorgegebenen Temperaturbereich liegt.
Bezugszeichenliste

10: Kernkraftwerk
11: Druckwasserreaktor
12: Druckwasserbehälter
13: Kern
14: Kühlkreislauf
15: Kaltwasserleitung
16: Heißwasserleitung
17: Flutbehälter
18: Nachwärmeabfuhrsystem
19: Steuervorrichtung
20: Mischvorrichtung

Claims

Verfahren zum Verringern thermischer Belastung an Teilen eines Druckwasserbehälters (12) eines Druckwasserreaktors (11) in einem Kernkraftwerk (10), wobei das Kernkraftwerk (10) einen Druckwasserreaktor (11) mit einem Druckwasserbehälter (12) und einem Kern (13), wobei zur Kühlung des Kerns (13) ein Kühlkreislauf (14) mit mindestens einer Kaltwasserleitung (15) zur Zuführung von Kühlwasser zum Druckwasserbehälter (12) und mindestens einer Heißwasserleitung (16) zur Abführung von Kühlwasser aus dem Druckwasserbehälter (12) vorgesehen ist, und einen Flutbehälter (17) und ein Nachwärmeabfuhrsystem (18) zum Kühlen des Wassers aus der Heißwasserleitung (16) umfasst, wobei im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls zusätzliches Kühlwasser vom Flutbehälter (17) in den Kühlkreislauf (14) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Kühlwasser des Flutbehälters (17) mit Wasser aus der mindestens einen Heißwasserleitung (16) des Kühlkreislaufs (14) gemischt wird, bevor das zusätzliche Kühlwasser der Kaltwasserleitung (15) des Kühlkreislaufes (14) zugeführt wird, um das zusätzliche Kühlwasser vorzuheizen bevor es in Kontakt mit Teilen des Druckwasserbehälters (12) gelangt, die anfällig für thermische Belastung sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Mischen die Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung (16) gemessen wird, um festzustellen, ob eine ausreichende Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung (16) vorhanden ist, um eine vorgegebenes Mischverhältnis zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Kühlwasser aus dem Flutbehälter (17) dem Nachwärmeabfuhrsystem (18) zugeführt wird, falls eine ausreichend Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung (16) nicht verfügbar ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Kühlwasser aus dem Flutbehälter (17) mit Wasser, welches aus der mindestens einen Heißwasserleitung (16) des Kühlkreislaufs (14) entnommen wurde, gemischt wird, falls eine ausreichend Menge heißen Wassers in der Heißwasserleitung (16) verfügbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an heißem Wasser aus der Heißwasserleitung (16), die dem zusätzlichem Kühlwasser aus dem Flutbehälter (17) beim Mischen zugeführt wird, vorzugsweise von einer Steuereinrichtung (19), geregelt wird, um ein vorgegebenes Mischverhältnis zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Abfluss von Wasser aus der Heißwasserleitung (16), vorzugsweise mittels wenigstens eines Ventils, geregelt wird, und/oder dass der Abfluss von Wasser aus dem Flutbehälter (17), vorzugsweise mittels wenigstens eines Ventils, geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Wassers in der mindestens einen Heißwasserleitung (16) und/oder des zusätzlichen Kühlwassers im Flutbehälter (17) und/oder des gemischten Wassers, vorzugsweise von Messeinrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren, gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von heißem Wasser aus der Heißwasserleitung (16), vorzugsweise von der Steuereinrichtung (19), gestoppt wird, sobald die Temperatur des gemischten Wassers in einem vorgegebenen Temperaturbereich liegt.
Kernkraftwerk (10) zur Durchführung eines Verfahrens, insbesondere eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Druckwasserreaktor (11) mit einem Druckwasserbehälter (12) und einem Kern (13), wobei zur Kühlung des Kerns (13) ein Kühlkreislauf (14) mit mindestens einer Kaltwasserleitung (15) zur Zuführung von Kühlwasser zum Druckwasserbehälter (12) und mindestens einer Heißwasserleitung (16) zur Abführung von Kühlwasser aus dem Druckwasserbehälter (12) vorgesehen ist, einen Flutbehälter (17) zum Einführen von zusätzlichem Kühlwasser in den Kühlkreislauf (14) im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls, und ein Nachwärmeabfuhrsystem (18) zum Kühlen des Wassers aus der Heißwasserleitung (16), gekennzeichnet durch eine Mischvorrichtung (20) zum Mischen von zusätzlichem Kühlwasser aus dem Flutbehälter (17) mit Wasser aus der mindestens einen Heißwasserleitung (16) des Kühlkreislaufs (14), wobei die Mischvorrichtung (20) außerhalb des Druckwasserbehälters (12) vorgesehen ist.
Kernkraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (20) zwischen dem Flutbehälter (17) und/oder dem Nachwärmesystem (18) einerseits und der mindestens einen Kaltwasserleitung (15) andererseits angeordnet ist.
Kernkraftwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Messen der Menge an heißem Wasser in der Heißwasserleitung, und/oder Messeinrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren, zum Messen der Temperatur des Wassers in der mindestens einen Heißwasserleitung (16) und/oder des zusätzlichen Kühlwassers im Flutbehälter (17) und/oder des gemischten Wassers, und/oder eine Steuervorrichtung (19) zur Regelung des Mischverhältnisses, im Kernkraftwerk (10) vorgesehen sind.