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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernkraftanlage, insbesondere einen
Siedewasserreaktor (SWR) mit einem in einem Sicherheitsbehälter angeordneten
Reaktordruckbehälter.
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Derartige Kernkraftanlagen sind zum Beispiel aus der DE 198 53 618 C1 oder der
DE 195 38 009 A1 bekannt. Der Innenraum des Sicherheitsbehälters solcher
Kernkraftanlagen ist durch mehrere Innenwände und Zwischendecken in
verschiedene Teilräume unterteilt und weist einen dicht verschließbaren
Ladedeckel auf. Im zentralen Innenbereich ist der Reaktordruckbehälter (RDB)
angeordnet, der in seinem unteren Bereich einen Reaktorkern, in dem die
Brennelemente angeordnet sind, und oben eine durch einen Deckel dicht
verschließbare Öffnung aufweist. Die Außenräume des Sicherheitsbehälters
dienen als Kondensationskammern und Flutbecken zur Kühlung des
Reaktordruckbehälters und sind über verschiedene Leitungen mit diesem verbunden.
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Für das Austauschen der Brennelemente ist es erforderlich, dass nach dem
Entfernen des Ladedeckels und des RDB-Deckels der Reaktorraum ab der
Oberkante des Reaktordruckbehälters mit vollentsalztem Wasser geflutet wird.
Hierbei muss sichergestellt werden, dass zwischen dem Reaktordruckbehälter
und dem Flutbecken eine Abdichtung vorhanden ist. Bei herkömmlichen
Kernkraftanlagen wird zu diesem Zweck bei jedem Brennelementwechsel ein
sogenannter Flutkompensator von einigen Tonnen Gewicht eingesetzt, der
während der übrigen Zeit außerhalb des zu flutenden Raums gelagert werden
muss. Der Einsatz solcher Flutkompensatoren bringt einige Nachteile mit sich. So
ist der Brennelementwechsel sehr zeitaufwändig und erfordert viel Personal, der
Flutkompensator ist teuer in seiner Herstellung, benötigt einen Abstellplatz und
muss gewartet werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kernkraftanlage mit einem
in einem Sicherheitsbehälter angeordneten Reaktordruckbehälter anzugeben, bei
der ein Brennelementwechsel ohne großen Zeit- und Personalaufwand und damit
kostensparend durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird für eine Kernkraftanlage mit einem Sicherheitsbehälter, einem
im Sicherheitsbehälter angeordneten Reaktorraum, einem im Reaktorraum
angeordneten Reaktordruckbehälter und einem im Sicherheitsbehälter
angeordneten Flutbecken, wobei der Reaktordruckbehälter eine mit einem Deckel
verschließbare Öffnung aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Flutbecken eine fest installierte
Abdichtung vorgesehen ist.
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Bei einer fest installierten Abdichtung zwischen dem Reaktordruckbehälter und
dem Flutbecken entfällt bei einem Brennelementwechsel das aufwändige und viel
Personal erfordernde Einsetzen und Herausnehmen eines herausnehmbaren
Flutkompensators. Außerdem wird kein Abstellplatz außerhalb des Flutraumes
benötigt, und der Aufwand für Wartung, Reinigung und wiederkehrende
Prüfungen kann gering gehalten werden. Zudem ist die Herstellung der fest
installierten Abdichtung weniger aufwändig und damit kostengünstiger als die des
herkömmlichen herausnehmbaren Flutkompensators einschließlich der
notwendigen Montagevorrichtungen. Durch den geringeren Personalaufwand
beim Brennelementwechsel wird auch die Strahlenbelastung des Personals
reduziert. Ferner ist auch die Dekontamination der fest installierten Abdichtung
relativ einfach durchzuführen.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Abdichtung zwischen dem
Reaktordruckbehälter und dem Flutbecken in Form einer fest installierten
Dichtmembran. Diese ist zweckmäßigerweise einerseits mit der Oberkante des
Reaktordruckbehälters und andererseits mit einer Wand des diesen umgebenden
Reaktorraums verbunden und besteht aus mehreren miteinander dicht
verbundenen, beispielsweise verschweißten Segmenten.
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Zum Abführen von Restflüssigkeit nach dem Brennelementwechsel kann die
Abdichtung wenigstens eine Entleerungsleitung aufweisen.
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Um eine für das An- und Abfahren der Kernkraftanlage erforderliche hohe
Wärmehaltung innerhalb der Abdichtung zu erzielen, ist es zweckmäßig, an der
Unterseite der Abdichtung eine Wärmedämmvorrichtung anzubringen.
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Ein bevorzugtes Material für die Abdichtung ist ein Austenit, insbesondere das mit
der DIN-Bezeichnung X6CrNiTi 1810.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsbehälters mit darin
eingebautem Reaktordruckbehälter für eine Kernkraftanlage gemäß
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 eine Draufsicht des Reaktordruckbehälters mit fest installierter
Abdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entlang Linie II-II in
Fig. 1; und
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Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Abdichtung der
Kernkraftanlage gemäß Einzelheit III in Fig. 1.
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In Fig. 1 ist ein Sicherheitsbehälter 10 einer Siedewasserreaktoranlage (SWR-
Anlage) skizziert. Der Innenraum des Sicherheitsbehälters 10 ist durch einen
Innenzylinder 12 und eine Zwischendecke 14 in verschiedene Teilräume unterteilt,
wobei der Aufbau des Sicherheitsbehälters 10 insgesamt im wesentlichen
rotationssymmetrisch zur Mittellängsachse 16 ist. In der Decke 18 ist eine zentrale
Öffnung 20 vorgesehen, die durch einen kuppelförmigen Ladedeckel 22 dicht
verschließbar ist. Sämtliche Wände und Zwischenwände des Sicherheitsbehälters 10
sind vorzugsweise aus Beton.
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Im vom Innenzylinder 12 umgebenen zentralen Reaktorraum 24 ist ein
Reaktordruckbehälter (RDB) 26 angeordnet, der sich über eine Zarge 28 am
Innenzylinder 12 abstützt. Der Reaktordruckbehälter 26 weist in seinem unteren
Bereich den Reaktorkern 30 auf, in dem die (nicht dargestellten) Brennelemente
angeordnet sind. Zur Leistungssteuerung werden in den Reaktorkern 30 mittels
eines Steuerstabantriebs 32, der am unteren Ende außerhalb des
Reaktordruckbehälters angeordnet ist, Steuerstäbe eingefahren.
Steuerstabführungsrohre 34 reichen vom Steuerstabantrieb 32 durch die
Wandung des Reaktordruckbehälters 26 hindurch in den Reaktorkern 30.
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Der Reaktordruckbehälter 26 weist an seinem oberen Ende eine Öffnung 36 auf,
die mittels eines Deckels 38 dicht verschließbar ist. Der Reaktordruckbehälter 26
und dessen Deckel 38 sind vollständig von einer Isolierhülle 40a bzw. 40b
umgeben. Die den Reaktordruckbehälter 26 umgebende Isolierhülle 40a ist mit
einer Vielzahl von Abstandshaltern 42 am Innenzylinder 12 befestigt und unter
Bildung eines Zwischenraums 44 vom Reaktordruckbehälter 26 beabstandet,
damit dieser von außen für Wartungszwecke zugänglich ist. Die Isolierhüllen 40a,
40b dienen der thermischen Isolation des Reaktordruckbehälters 26, so dass die
Temperatur im Zwischenraum 44 bei Betrieb des Reaktors bei etwa 275°C und
damit im Bereich der Betriebstemperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters 26
gehalten werden kann. Außerhalb der Isolierhülle 40a, 40b beträgt die Temperatur
typischerweise nur etwa 50°C, wozu von unten her ein Kühlluftstrom L zwischen
der Isolierhülle 40a und dem Innenzylinder 12 vorgesehen ist.
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Durch den Innenzylinder 12 ist im Innenraum des Sicherheitsbehälters 10 weiter
ein ringförmiger Außenraum gebildet, der durch die Zwischendecke 14 in einen
oberen und einen unteren Außenraum aufgeteilt ist. Der untere ringförmige
Außenraum bildet eine Kondensationskammer 46 und der obere ringförmige
Außenraum bildet ein Flutbecken 48, die beide eine Kühlflüssigkeit F,
insbesondere Kühlwasser, enthalten. Flutbecken 48 und Kondensationskammer
46 dienen zur Kühlung des Reaktordruckbehälters 26, wenn in diesem oder im
Reaktorraum 24 ein kritischer Druck überschritten wird. Hierzu sind zudem
mehrere Kühlleitungen und Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) zwischen dem
Reaktordruckbehälter 26 und dem Flutbecken 48 bzw. der Kondensationskammer
(46) vorhanden.
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Zur Kühlung des Reaktordruckbehälters 26 ist u. a. eine Außenkühlung oder
Außenflutung des Reaktordruckbehälters 26 vorgesehen, bei der die
Kühlflüssigkeit F aus dem Flutbecken 48 beispielsweise durch eine Flutleitung 50
in den Zwischenraum 44 einströmt, so dass die Kühlflüssigkeit F mit der
Außenwand des Reaktordruckbehälters 26 in Kontakt kommt. Bei der
Außenflutung wird die Kühlflüssigkeit F durch den heißen Reaktordruckbehälter
26 erhitzt, wodurch im Zwischenraum 44 Dampf entsteht, der über einen (nicht
dargestellten) Strömungsweg aus dem Zwischenraum 44 in den oberen Bereich
des Flutbeckens 48 gelangen kann. Im oberen Bereich des Flutbeckens 48 ist ein
Kondensator 52 angeordnet, an dem der Dampf kondensiert, wodurch der Druck
im Sicherheitsbehälter 10 abgebaut werden kann.
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Bei einem Brennelementwechsel ist es u. a. erforderlich, dass nach dem Entfernen
bzw. Öffnen des Ladedeckels 22 des Sicherheitsbehälters 10 und des Deckels 38
des Reaktordruckbehälters 26 der Reaktorraum 24 ab der Oberkante des
Reaktordruckbehälters 26 mit vollentsalztem wasser geflutet wird. Aus diesem
Grunde muss sichergestellt werden, dass zwischen dem Reaktordruckbehälter 26
und dem Flutbecken 48 zumindest während dieser Zeit eine Abdichtung
vorgesehen ist. Gemäß der Erfindung ist hierzu zwischen dem
Reaktordruckbehälter 26 und der Wand des Reaktorraums 24, d. h. dem
Innenzylinder 12 des Sicherheitsbehälters 10, eine Abdichtung 54 vorgesehen,
wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in der Draufsicht entlang Linie II-II von Fig.
2 dargestellt, wird der Reaktorraum 24 oberhalb des Reaktordruckbehälters 26durch die Abdichtung 54 über die Isolierhülle 40a vollständig zur Wand 12 des
Reaktorraums 24 hin abgedichtet.
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Diese Abdichtung 54 ist fest installiert, muss also weder vor einem
Brennelementwechsel eingebaut noch nach einem erfolgten
Brennelementwechsel herausgenommen werden. Aus diesem Grunde wird für
einen Brennelementwechsel weniger Zeit und weniger Personal benötigt, was zu
deutlichen Kostenersparnissen beim Betrieb der Kernkraftanlage führt. Außerdem
wird außerhalb des Reaktorraums 24 kein separater Platz für die Abdichtung 54
benötigt, wie dies bei den herkömmlichen herausnehmbaren Flutkompensatoren
der Fall war. Weiter kann aufgrund der permanent eingebauten Abdichtung 54
eine gleichbleibend gute Funktionalität gewährleistet werden, da die Dichtwirkung
nicht von der jeweiligen Montage vor einem Brennelementwechsel abhängt.
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Ein Kriterium bei der Konstruktion der fest installierten Abdichtung 54 gemäß der
Erfindung ist, dass die Abdichtung während des Betriebs, insbesondere beim An-
und Abfahren des Reaktors die auftretenden Wärmedehnungen aufnehmen kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist der Reaktordruckbehälter 26 im
oberen Bereich des Sicherheitsbehälters 10 aufgenommen, so dass hier im
Vergleich zu Anlagen mit Reaktordruckbehältern im unteren Bereich des
Sicherheitsbehälters eine geringere axiale Wärmedehnung zu berücksichtigen
und somit der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag der fest installierten
Abdichtung 54 mit annehmbarem Aufwand realisierbar ist. Die hier zu
berücksichtigende, notwendige axiale Dehnungsaufnahme der Abdichtung 54 liegt
im Bereich von etwa 20 bis 30 mm, während ihre radiale Dehnungsaufnahme im
Bereich von etwa 8 bis 15 mm liegt, wobei der Temperaturbereich bei Betrieb der
Kernkraftanlage von etwa Raumtemperatur (Wand des Reaktorraums) bis etwa
290°C (Reaktordruckbehälter) reicht. Außerdem muss die Abdichtung 54 natürlich
der Druckbelastung durch die darüber stehende Wassersäule bei geflutetem
Reaktorraum 24 standhalten.
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Für einen Brennelementwechsel bei einer Kernkraftanlage, wie sie in Fig. 1
dargestellt ist, sind nur die folgenden Aktivitäten erforderlich. Zunächst wird das
Kühlwasser F aus dem Flutbecken 48 abgelassen und dann der Ladedeckel 22
des Sicherheitsbehälters 10 entfernt bzw. geöffnet. Dann werden in üblicher
Weise die Schraubenbolzen am Flansch des Deckels 38 des
Reaktordruckbehälters 26 entfernt. Nun müssen die Gewindelöcher dieser
Schraubenbolzen durch Dichtscheiben verschlossen werden, wie dies allgemein
bekannt ist, damit das vollentsalzte Wasser nicht mit den ferritischen
Gewindelöchern in Verbindung kommen kann. Schließlich müssen vor dem Öffnen des
Deckels 38 des Reaktordruckbehälters 26 auch alle Öffnungen wie Mannlöcher,
Lüftungsklappen und dergleichen im Reaktorraum 24 dichtgesetzt werden. Nun
kann der Reaktorraum 24 für den Brennelementwechsel mit vollentsalztem
Wasser geflutet werden und der Brennelementwechsel durchgeführt werden.
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Anhand von Fig. 3, die einer vergrößerten Darstellung des Details III von Fig. 1
entspricht, wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer fest installierten
Abdichtung gemäß der Erfindung näher erläutert.
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Die in Fig. 3 dargestellte Abdichtung ist in der Form einer Dichtmembran 54
ausgebildet. Die Dichtmembran 54 ist kreisringförmig ausgebildet, um die
gesamte obere Kante des Reaktordruckbehälters 26 zu umgeben, und weist
beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte halbkreisförmige Querschnittsform auf.
Dabei kann die Dichtmembran 54 vorzugsweise aus zum Beispiel sechs
Segmenten aufgebaut sein, die bei der Montage vor Ort sehr sorgfältig
zusammengeschweißt werden. Der Aufbau der Dichtmembran 54 aus mehreren
Segmenten ist in der Draufsicht von Fig. 2 zu erkennen.
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Die Dichtmembran 54 des bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht aus einem
austenititischen Material, beispielsweise einem Material mit der DIN-Bezeichnung
X6CrNiTi 1810. Die Dichtmembran 54 ist gleichmäßig etwa 2 bis 3 mm,
vorzugsweise etwa 2,5 mm dick und die Halbkreisform des Querschnitts hat einen
Radius von etwa 150 bis 250 mm, vorzugsweise etwa 200 mm, so dass ein
Abstand von etwa 300 bis 500 mm, im bevorzugten Fall von etwa 400 mm
zwischen dem Reaktordruckbehälter 26 und der Wand 12 des Reaktorraums 24
bzw. der innerhalb des Reaktorraums 24 vorgesehenen Isolierhülle 40a über dem
Zwischenraum 44 abgedichtet werden kann.
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Um den Reaktorraum 24 nach erfolgtem Brennelementwechsel wieder vollständig
von verbleibendem Restwasser entleeren zu können, weist die Dichtmembran 54
an ihrem unteren Scheitelpunkt wenigstens eine Entleerungsleitung 56 auf, die im
Normalzustand natürlich dicht verschlossen ist.
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Um eine möglichst hohe Wärmehaltung der Dichtmembran 54 zu erzielen, die
insbesondere für das An- und Abfahren der Kernkraftanlage erforderlich ist, ist die
Dichtmembran 54 an ihrer Unterseite mit einer Wärmedämmung 58 versehen.
Durch die Wärmedämmung 58 kann ein zu schnelles Abkühlen der Dichtmembran
54 verhindert werden. Die Wärmedämmung 58 besteht beispielsweise aus einer
chloridfreien Mineralwolle und besitzt eine Dicke von etwa 15 bis 60 mm, die über
den Kreisbogen der Dichtmembran 54 von innen nach außen zunehmen kann,
wie in Fig. 3 dargestellt.
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Die Dichtmembran 54 ist an ihrer Innenseite mit der austenitischen Plattierung 60
des die Öffnung 36 des Reaktordruckbehälters 26 umgebenden Flansches 62 des
Reaktordruckbehälters 26 verschweißt. Die Außenseite der Dichtmembran 54 ist
dagegen mit der Wand 12 des Reaktorraums 24 bzw. der innerhalb des
Reaktorraums angeordneten Isolierhülle 40a verschweißt, d. h. mit anderen
Worten unmittelbar oder mittelbar mit der Wand 12 des Reaktorraums 24
verbunden. Die Anbindungen der Dichtmembran sollten neben dem Erfordernis
der Dichtheit auch eine gute Wärmeleitung vorsehen.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, ist ferner oberhalb der Dichtmembran 54 im
Reaktorraum 24 ein umlaufender, begehbarer Gitterrost 64 vorgesehen, der den
ohnehin nur geringen Wartungsaufwand der Dichtmembran 54 vereinfachen soll.
Der Abstand zwischen Dichtmembran 54 und Gitterrost 64 beträgt beispielsweise
etwa 100 mm. Mannlöcher für den Zugang zu dem begehbaren Gitterrost 64
müssen vor dem Fluten des Reaktorraums 24 für einen Brennelementwechsel
selbstverständlich abgedichtet werden.
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Während die erfindungsgemäße, fest installierte Abdichtung oben anhand einer
bevorzugten Ausführungsform in Form einer Dichtmembran beschrieben wurde,
können selbstverständlich auch andere Konstruktionen von Abdichtungen
vorgesehen werden, sofern sie eine entsprechende Dichtwirkung gewährleisten
und den thermischen Beanspruchungen bei Betrieb der Kernkraftanlage ebenso
standhalten.
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Beispielsweise ist es auch denkbar, einen fest installierten Flutraumkompensator
im Reaktorraum vorzusehen. Dieser würde die gleichen Zeit-, und
Personalvorteile bezüglich des Brennelementwechsels mit sich bringen, wäre
allerdings aufwändiger bei seiner Herstellung und Montage.
Bezugszeichenliste
10 Sicherheitsbehälter
12 Innenzylinder
14 Zwischendecke
16 Mittellängsachse
18 Decke
20 zentrale Öffnung
22 Ladedeckel
24 Reaktorraum
26 Reaktordruckbehälter
28 Zarge
30 Reaktorkern
32 Steuerstabantrieb
34 Steuerstabführungsrohre
36 Öffnung
38 Deckel
40a, 40b Isolierhülle
42 Abstandshalter
44 Zwischenraum
46 Kondensationskammer
48 Flutbecken
52 Kondensator
54 Dichtmembran
58 Wärmedämmung
64 Gitterrost
F Kühlflüssigkeit