DE10248427A1

DE10248427A1 - Verfahren zur Reparatur oder zum Vermeiden eines Schadens an einer Durchführung

Info

Publication number: DE10248427A1
Application number: DE10248427A
Authority: DE
Inventors: Manfred Knapp
Original assignee: Framatome ANP GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-06
Also published as: JP2006503278A; WO2004036592A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Reparatur oder zum Vermeiden eines Schadens an einer in einen Behälter des Kühlmittelkreislaufes eines wassergekühlten Kernreaktors mit einer innenliegenden Schweißnaht (10) eingeschweißten Durchführung (6), insbesondere an einem durch die Wand (2) eines Reaktordruckbehälters (4) eines Druckwasserreaktors hindurchgeführten Instrumentierungsrohr, der in einem gefährdeten Bereich (13), insbesondere im Bereich der Schweißnaht (10), durch Einwirkung einer innerhalb der Durchführung oder innerhalb des Behälters befindlichen Wassers auf seine mit dem Wasser in Kontakt stehende Oberfläche verursacht ist, wird zumindest eine der Oberflächen durch eine mechanische Abdeckung (14, 30) gegen die Einwirkung des Wassers geschützt.

Description

Verfahren zur Reparatur oder zum Vermeiden eines Schadens an einer Durchführung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reparatur oder zum Vermeiden eines Schadens an einer in einen Behälter des Kühlmittelkreislaufes eines wassergekühlten Kernreaktors mit einer innenliegenden Schweißnaht eingeschweißten Durchführung, insbesondere an einem durch die Wand eines Reaktordruckbehälters eines Druckwasserreaktors hindurchgeführten Instrumentierungsrohr.
Die Reaktordruckbehälter von Druckwasserreaktoren sind häufig an ihrer unteren Kalotte mit Durchführungen versehen, durch die Kerninstrumentierungssonden von ausserhalb in den Reaktordruckbehälter eingeführt werden. Diese Durchführungen oder Instrumentierungsrohre (LCIP = Lower Core Instrumentation Penetration) sind aus einer Schmiedestange mit Durchgangsloch hergestellt und mit einer innerhalb des Reaktordruckbehälters liegenden Schweißnaht eingeschweißt. Besonders in älteren Anlagen wurden für die Durchführungen und den Schweißzusatz Werkstoffe verwendet, die sich als besonders anfällig gegen Spannungsrisskorrosion erwiesen haben. Spannungsrisskorrosion ist dabei ein Korrosionsvorgang, der in der Umgebung von Wasser an Bauteilen auftritt, die innere Spannungen aufweisen.
Die 5 zeigt ein typisches Schadensbild, wie es weltweit in etlichen Fällen bereits beobachtet worden ist. Diese Figur zeigt einen Schnitt durch die Wand 2 eines Reaktordruckbehälters 4 im Bereich einer solchen Durchführung 6. Die Durchführung 6 ist mit einer Durchgangsöffnung 8 versehen, durch die in der Figur nicht dargestellte Instrumentierungssonden in den Reaktordruckbehälter 4 eingeführt werden. Im Bereich dieser Durchführung 6 ist die Wand 2 innen mit einer Pufferschweißung 9a aus Inconel versehen; etliche Druckbehälter sind auch außen mit einer solchen Pufferscheißung 9b versehen, die im Originalzustand ohne Funktion ist. Die Durchführung 6 ist mit einer innenliegenden Schweißnaht 10, ebenfalls aus Inconel, über die innere Pufferschweißung 9a in die Wand 2 eingeschweißt.
An die Durchführung 6 schließt an ihrem aus dem Reaktordruckbehälter 4 herausragenden Ende das druckdichte Hüllrohr der Kerninstrumentierung an, der Reaktordruckbehälter 4 und die Durchgangsöffnung 8 sind während des Reaktorbetriebes mit Wasser gefüllt. In der Figur ist nun ein typisches Schadensbild mit Rissfehlern 12a, b dargestellt, wie sie im durch Spannungsrisskorrosion gefährdeten und in der Figur gestrichelt eingegrenzten Bereich 13, d. h. in der Umgebung der Schweißnaht 10, durch Einwirkung des Wassers ausgehend von der Innenoberfläche der Durchführung 6 (Rissfehler 12a) oder von der dem Wasser zugewandten Oberfläche des Bereichs (Rissfehler 12b) entstehen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reparatur oder zum Vermeiden eines Schadens an einer in einen Behälter des Kühlmittelkreislaufes eines wassergekühlten Kernreaktors mit einer innenliegenden Schweißnaht eingeschweißten Durchführung, insbesondere an einem durch die Wand eines Reaktordruckbehälters eines Druckwasserreaktors geführten Instrumentierungsrohr, anzugeben, das einfach und ohne aufwendige Schweißarbeiten an der Durchführung durchgeführt werden kann, und das deren dauerhafte Sanierung ermöglicht.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei dem Verfahren zur Reparatur oder zum Vermeiden eines Schadens an einer in einen Behälter des Kühlmittelkreislaufes eines wassergekühlten Kernreaktors mit einer innenliegenden Schweißnaht eingeschweißten Durchführung, insbesondere an einem durch die Wand eines Reaktordruckbehälters eines Druckwasserreaktors hindurchgeführten Instrumentierungsrohr, der in einem gefährdeten Bereich, insbesondere im Bereich der Schweißnaht, durch Einwirkung des innerhalb der Durchführung oder innerhalb des Behälters befindlichen Wassers auf seine mit dem Wasser in Kontakt stehende Oberfläche verursacht ist, wird zumindest eine der Oberflächen durch eine mechanische Abdeckung gegen die Einwirkung des Wassers geschützt.

Durch die Anbringung einer mechanischen Abdeckung sind nur mechanische Bearbeitungsverfahren an der Durchführung oder an der Innenwand des Behälters erforderlich, so dass die erforderlichen Arbeiten entweder unter Wasser (bei Durchführung des Verfahrens im Inneren des Reaktordruckbehälters) oder von ausserhalb des Reaktordruckbehälters (bei Arbeiten an der Innenoberfläche der Durchführung) problemlos durchgeführt werden können, ohne dass eine Entleerung des Reaktordruckbehälters erforderlich wäre. Vor Durchführung von Arbeiten von außerhalb des Reaktordruckbehälters wird die Durchführung 6 innen mit einer Dichtkappe versehen und das außerhalb angeschlossene Höllrohr abgetrennt. Da außerdem an der Durchführung keine Schweißarbeiten vorgenommen werden, die ihrerseits zusätzliche Spannungen in die schadensanfällige Durchführung bzw. in den schadensanfälligen Wandbereich des Behälters einbringen würden, ist deren dauerhafte Sanierung möglich.

Insbesondere bei Schäden mit Schadensbild 12a, die innerhalb der Durchführung selbst aufgetreten oder zu erwarten sind, erfolgt die Abdeckung vorzugsweise an der Innenoberfläche der Durchführung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zunächst die Innenquerschnittsfläche der Durchführung bis zu einer Tiefe die größer ist als die Tiefe des gefährdeten Bereichs durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren, insbesondere durch Bohren oder Fräsen, vergrößert und anschließend als Abdeckung eine Innenhülse eingesetzt. Dies ermöglicht die Einführung der Abdeckung von außerhalb des Behälters, so dass dieser nach Abdichten der Durchführung von innen nicht entleert werden muss. Die Innenhülse ist vorzugsweise so bemessen, dass ihre Innenabmessungen mit den Innenabmessungen der unbearbeiteten Durchführung übereinstimmen.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Durchführung mit einem Innengewinde versehen, in das die Innenhülse eingeschraubt wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache mechanische Axialfixierung der Innenhülse.

Insbesondere wird die Durchführung am Boden des vergrößerten Innenbereiches mit einer am Innenumfang umlaufenden ebenen Schulter versehen, auf der die Stirnfläche der Innenhülse dicht aufgesetzt wird. Ruf diese Weise kann das Wasser nicht in den unvermeidbaren Spalt zwischen Innenhülse und Durchführung eintreten, so dass eine Rissfortpflanzung oder Rissbildung verhindert ist.

Vorzugsweise wird zwischen Schulter und Stirnfläche ein Dichtring eingesetzt. Dadurch wird auf besonders einfache Weise eine gute Dichtwirkung erzielt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein von der Innenseite des Behälters abgewandter Teil der Durchführung abgetrennt und eine Innenhülse eingesetzt, die über den verbleibenden Teil der Durchführung übersteht, wobei der Überstand im wesentlichen dieselbe Gestalt wie der abgetrennte Teil aufweist, um den Anschluss des Hüllrohres wie im Originalzustand zu ermöglichen.

Insbesondere wird ein von der Innenseite des Behälters abgewandter Teil der Durchführung abgetrennt, der länger ist als der in den Raum außerhalb des Behälters ragende Teil der Durchführung, so dass die entstehende Trennfläche innerhalb der Wand des Behälters liegt. In die Wand wird bis zur Trennfläche eine zur Führung der Innenhülse dienende Außenhülse eingeführt und außen über die Pufferschweißung 9b mit der Behälterwand verschweißt. Durch diese Maßnahme ist ein eventuell auftretender Komplettabriss der Durchführung 6 unproblematisch.

Insbesondere bei Schäden mit Schadensbild 12b, die in der Schweißnaht liegen, wird die innerhalb des Behälters befindliche Oberfläche abgedeckt, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens auf den in den Behälter ragenden Teil der Durchführung eine Kappe aufgeschoben wird, die dicht an der Außenoberfläche der Durchführung gelagert ist und mit ihrem unteren Rand dicht auf der Oberfläche des Behälters aufliegt und so den gefährdeten Bereich umschließt.

In einer weiteren vorteilhaften Vorgehensweise wird die Durchführung an ihrem in den Behälter ragenden freien Ende mit einem Außengewinde versehen, auf das eine Niederhaltemutter zum Ausüben einer Presskraft auf die Kappe aufgeschraubt wird. Da durch kann auf besonders einfache Weise, d. h. mit einem Minimum an Bearbeitungsaufwand an der Durchführung, ein gute Presssitz der Kappe auf der Innenwand des Behälters erzielt werden.

Vorzugsweise wird eine Kappe verwendet, deren oberer Rand an seiner Innenkante mit einer Schräge derart versehen ist, dass sich zwischen der Durchführung und dem oberen Rand der Kappe eine Vertiefung ergibt, in die ein Dichtring eingelegt wird, der beim Ausüben einer Presskraft durch die Niederhaltemutter sowohl gegen die Außenoberfläche der Durchführung als auch gegen die Schräge gepresst wird und das Eindringen von Wasser zwischen Durchführung und Kappe verhindert.

Eine besonders gute Dichtwirkung zwischen Innenoberfläche des Behälters und der Kappe wird erzielt, wenn eine Kappe verwendet wird, die an ihrem unteren Rand mit einer umlaufenden Nut zur Aufnahme eines Dichtringes versehen ist.

Zur Verbesserung der Dichtwirkung wird in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens in die Innenoberfläche des Behälters eine die Schweißnaht umgebende als Dichtfläche für den Dichtring angearbeitet.

Zu weiteren Erläuterungen der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
1 eine gemäß der Erfindung reparierte Durchführung für den Fall eines nur an der Durchführung auftretenden Schadensbildes
2 eine vorteilhafte Alternative bei der zusätzlich an der Aussenseite des Reaktordruckbehälters eine Stützhülse angeschweißt wird,
3 eine sanierte Durchführung mit einer Abdeckung auf der Innenseite des Reaktordruckbehälters bei einem nur in der Schweißnaht auftretenden Schadbild,
4 eine Durchführung, bei der die Reparaturverfahren nach 1 und 3 kombiniert sind,
5 eine schadhafte Durchführung vor ihrer Reparatur.
Gemäß 1 ist in die Durchführung 6 von aussen her eine Innenhülse 14 eingesetzt, die den gefährdeten Bereich 13 an ihrer Innenoberfläche überdeckt. Mit anderen Worten, die von aussen her eingeführte Innenhülse 14 erstreckt sich bis in einer Tiefe t in die Durchführung 6, die größer ist als die maximale Tiefe T des gefährdeten Bereichs 13. Um das Einsetzen der Innenhülse 14 bei gleichbleibender Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung 8 zu ermöglichen, wird die Durchführung 6 bis in den schadfreien Bereich aufgebohrt. Am Bohrgrund wird eine die Durchgangsöffnung 8 umgebende plane Schulter 16 ausgefräst, die als Dichtfläche dient. Im aufgebohrten Bereich wird in die Durchführung 6 ein Gewinde 18 eingearbeitet, in dem die ebenfalls mit einem Gewinde versehene Innenhülse 14 eingeschraubt wird. An ihrer Stirnfläche 20 ist die Innenhülse 14 mit einer ringförmig umlaufenden Nut 22 versehen. In diese Nut 22 wird ein Dichtring 24 eingelegt, der beim Einschrauben der Innenhülse 14 für deren dichte Anbindung an die Schulter 16 der Durchführung 6 sorgt, so dass in den Spalt zwischen Innenhülse 14 und Durchführung 6 kein Wasser eindringen kann, und eine fortschreitendende und vom Inneren der Durchführung 6 ausgehende Spannungsrisskorrosion nicht mehr stattfinden kann.
Im Ausführungsbeispiel wird die Durchführung 6 außerdem eingekürzt und die eingesetzte Innenhülse weist ein aus der eingekürzten Durchführung herausragendes Anschlussteil 26 auf, das mit dem ursprünglich mit der Durchführung verschweißten Anschlussteil (5) baugleich ist. Nach Einschrauben der Innenhülse 14 wird diese außerdem gegen Verdrehen gesichert.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird zusätzlich zur Ausführung gemäß l die Durchführung 6 bis in die Wand 2 des Reaktordruckbehälters 4 hinein abgetrennt. Anschliessend wird in die Wand bis zur innenliegenden Trennfläche 27 eine Außenhülse 28 eingeführt und außen über die Pufferschweißung 9b an der Wand 2 verschweißt. Zwischen der Trennfläche 27 und der Außenhülse 28 verbleibt ein Spalt, um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung der Bauteile zu ermöglichen.
Dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 erfolgt die Abdeckung der im Inneren des Reaktordruckbehälters 4 befindlichen Oberfläche des gefährdeten Bereichs 13. Hierzu wird auf die Durchführung 6 von der Innenseite des Reaktordruckbehälters 4 her eine Glocke oder Kappe 30 aufgeschoben, bis sie mit ihrem unteren Rand 31 dicht auf der Innenoberfläche 32 des Reaktordruckbehälters 4 aufsitzt und die Oberfläche des gefährdeten Bereichs 13 umschließt. Um eine gute Dichtigkeit sicherzustellen, wird in einem vorhergehenden Schritt in die Innenoberfläche 32 des Reaktordruckbehälters 4 eine umlaufende Dichtfläche 34 angearbeitet (z.B. durch Erodieren), die der Kontur des Randes der Kappe 30 entspricht. Die Dichtfläche 34 dient als Auflagefläche für einen Dichtring 36, der zur Erzielung der Dichtwirkung in eine umlaufenden Nut eingelegt ist, mit der die Kappe 30 an ihrem unteren Rand 31 versehen ist.
Die Durchführung 6 wird an ihrem in den Reaktordruckbehälter 4 hinein ragenden Teil mit einem Außengewinde 38 versehen, auf das eine Niederhaltemutter 40 aufgeschraubt wird, mit der die Kappe 30 gegen die Innenoberfläche 32 des Reaktordruckbehälters 4 gedrückt wird. Die Kappe 30 ist an ihrem oberen Rand 33 mit einer innen umlaufenden Aufnahme versehen, in die eine Dichtung 42 (O-Ring oder anderes zweckentsprechendes Profil) eingebracht wird. Die Form der Aufnahme, im Beispiel eine Schräge, ist dabei dem Profil der Dichtung 42, im Beispiel ein O-Ring, angepasst, um beim Festschrauben der Niederhaltemutter 40 eine dichte Verbindung zwischen Kappe 30 und Außenmantel der Durchführung 6 zu bewirken, so dass das Eindringen von Wasser in das Innere der Kappe 30 sicher verhindert ist. Auch in diesem Fall wird die Niederhaltemutter 40 im Endmontagezustand gegen ein Verdrehen gesichert.
In 4 ist eine Situation nach einer Reparatur veranschaulicht, bei der die Sanierungsmaßnahmen nach 1 und 3 gemeinsam durchgeführt worden sind.

Claims

Verfahren zur Reparatur oder zum Vermeiden eines Schadens an einer in einen Behälter des Kühlmittelkreislaufes eines wassergekühlten Kernreaktors mit einer innenliegenden Schweißnaht (10) eingeschweißten Durchführung (6), insbesondere an einem durch die Wand (2) eines Reaktordruckbehälters (4) eines Druckwasserreaktors hindurchgeführten Instrumentierungsrohr, der in einem gefährdeten Bereich (13), insbesondere im Bereich der Schweißnaht (10), durch Einwirkung einer innerhalb der Durchführung oder innerhalb des Behälters befindlichen Wassers auf seine mit dem Wasser in Kontakt stehende Oberfläche verursacht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Oberflächen durch eine mechanische Abdeckung (14, 30) gegen die Einwirkung des Wassers geschützt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckung an der Innenoberfläche der Durchführung (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zunächst die Innenquerschnittsfläche der Durchführung (6) bis zu einer Tiefe die größer ist als die Tiefe des gefährdeten Bereichs (132) vergrößert und anschließend als Abdeckung eine Innenhülse (14) eingesetzt wird
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Durchführung mit einem Innengewinde (18) versehen wird, in das die Innenhülse (14) eingeschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Durchführung am Boden des vergrößerten Innenbereiches mit einer am Innenum fang umlaufenden Schulter (16) versehen wird, auf der die Stirnfläche (20) der Innenhülse (14) aufsitzt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem zwischen Schulter (16) und Stirnfläche (20) ein Dichtring (24) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem ein von der Innenseite des Behälters abgewandter Teil der Durchführung (6) abgetrennt wird und eine Innenhülse (14) eingesetzt, die über den verbleibenden Teil der Durchführung (6) übersteht, wobei der Überstand im wesentlichen dieselbe Gestalt wie der abgetrennte Teil aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem ein von der Innenseite des Behälters abgewandter Teil der Durchführung (6) abgetrennt wird, der länger ist als der in den Raum außerhalb des Behälters ragende Teil der Durchführung (6), derart, dass die entstehende Trennfläche (27) in der Wand (2) des Behälters liegt, und bei dem eine Außenhülse eingeführt und außen mit der Behälterwand verschweißt wird, die zur Führung der Innenhülse dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die innerhalb des Behälters befindliche Oberfläche des gefährdeten Bereiches (13) abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem auf den in den Behälter ragenden Teil der Durchführung eine Kappe (30) aufgeschoben wird, die dicht an der Außenoberfläche der Durchführung (6) gelagert ist und mit ihrem unteren Rand (31) dicht auf der Oberfläche des Behälters aufliegt und so den gefährdeten Bereich (13) umschließt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Durchführung (6) an ihrem in den Behälter ragenden freien Ende mit einem Außengewinde versehen wird, auf das eine Niederhaltemutter(40) zum Ausüben einer Presskraft auf die Kappe (30) aufgeschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem eine Kappe (30) verwendet wird, deren oberer Rand (33) an seiner Innenkante mit einer Schräge derart versehen ist, dass sich zwischen Durchführung und Rand der Kappe (30) eine Vertiefung ergibt, in die ein Dichtring (42) eingelegt wird, der beim Ausüben einer Presskraft durch die Niederhaltemutter (40) sowohl gegen die Außenoberfläche der Durchführung (6) als auch gegen die Schräge gepresst wird und das Eindringen von Wasser zwischen Durchführung (6) und Kappe (30) verhindert.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, bei dem eine Kappe (30) verwendet wird, die an ihrem unteren Rand mit einer umlaufenden Nut zur Aufnahme eines Dichtringes (36) versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem in die Innenoberfläche des Behälters eine die Schweißstelle (10) umgebende Dichtfläche (34) eingearbeitet wird, die als Auflagefläche für den Dichtring (36) dient.