DE10320100B4

DE10320100B4 - Technische Anlage mit einer Anzahl von jeweils von einer Anzahl von Trägern abgestützten Systemkomponenten und mit einer Anzahl von druckführenden Leitungen, insbesondere zur Verwendung in einer Kernkraftanlage

Info

Publication number: DE10320100B4
Application number: DE10320100A
Authority: DE
Inventors: Wladimir Trubnikow
Original assignee: Framatome ANP GmbH
Current assignee: Framatome GmbH
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: EP1623077A1; WO2004099518A1; JP2006525499A; DE10320100A1; EP1623077B1; US7822167B2; US20070017167A1; JP4579903B2

Abstract

Technische Anlage mit einer Anzahl von jeweils von einer Anzahl von Trägern (1) abgestützten Systemkomponenten und mit einer Anzahl von druckführenden Leitungen, wobei zumindest einer der Träger (1) in einem bei einem Rohrbruch einer druckführenden Leitung erwarteten Trefferbereich segmentiert ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine technische Anlage mit einer Anzahl von jeweils von einer Anzahl von Trägern abgestützten Systemkomponenten und mit einer Anzahl von druckführenden Leitungen. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Kernkraftanlage.

In einer Vielzahl technischer Anlagen, insbesondere in Kernkraftanlagen, können, beispielsweise zur Führung eines Strömungsmediums, druckführende Leitungen zum Einsatz kommen. Je nach der Auslegungskarachteristik der jeweiligen technischen Anlage kann der Auslegungsdruck des in derartigen Leitungen geführten Strömungsmediums sehr hoch gewählt sein, so dass es beim mechanische Versagen der Leitungen oder einzelner Leitungselemente zu erheblicher mechanischer Belastung der unmittelbaren Umgebung der jeweiligen Leitungen kommen kann. Um in derartigen Fällen ein Störfallszenarium handhabbar zu machen, können die druckführenden Leitungen insbesondere mit sogenannten Sollbruchstellen versehen sein, so dass im Falle eines mechanischen Versagens zumindest der Ort und die unmittelbare Umgebung eines Störfalls planbar und somit beherrschbar sind.

Im Falle eines mechanischen Versagens einer derartigen, insbesondere mit einer Sollbruchstelle versehenen Leitung, das insbesondere zum vollständigen Rohrbruch führen kann, können die nach dem Rohrbruch freien Rohrenden in Folge des möglicherweise hohen Auslegungsdrucks des in den Leitungen geführten Strömungsmediums beträchtlichen mechanischen Verformungen ausgesetzt sein und dabei mit erheblichen Kräften auf umgebende Bauteile einwirken sogenannte „Schlagende Rohrenden". Dies kann insbesondere zur teilweisen oder vollständi gen Zerstörung von im Umgebungsbereich der druckführenden Leitungen angeordneten Systemkomponenten führen. Insbesondere in dem Fall, in dem System komponenten in der Umgebung der druckführenden Leitungen über eine Anzahl von Trägern abgestützt sind, wie dies insbesondere für den Fall von sogenannten Bedienungs- oder Begehungsbühnen vorgesehen sein kann, kann die Einwirkung eines derartigen freigewordenen Rohrendes auf einen oder einige der Träger durch die über diesen weitergegebene Verformung auch zu einer Zerstörung der jeweiligen Systemkomponente führen, wobei diese ihrerseits weitere in ihrem Umgebungsbereich angeordnete Komponenten, wie beispielsweise weitere Druckleitungen oder Meßleitungen, in Mitleidenschaft ziehen kann. Damit kann in einem Störfall durch mechanisches Versagen einer druckführenden Leitung über deren unmittelbaren Umgebungsbereich hinaus ein vergleichsweise großer Sekundärschaden an weiteren Systemkomponenten entstehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine technische Anlage sowie eine Verwendung gemäß der oben genannten Art anzugeben, die auch bei einem mechanischen Bruch einer druckführenden Leitung in besonderem Maße gegen weiterführende Beschädigungen von Systemkomponenten abgesichert ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest einer der Träger in einem bei einem Rohrbruch einer druckführenden Leitung erwarteten Trefferbereich segmentiert ausgebildet ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass der bei einem Rohrbruch einer druckführenden Leitung zu erwartende Gesamtschaden besonders gering gehalten werden kann, indem die Weiterleitung der bei einem Rohrbruch durch die ausschlagenden Rohrenden übertragenen Kräfte von Systemkomponenten in weitere Systemkomponenten möglichst unterbunden wird. Ein besonders geeigneter Ansatzpunkt für eine derartige Unterbindung der Weiterleitung von eingeleiteten Kräften sind zur Abstützung der Systemkomponenten verwendete Träger wie beispielsweise Stahlträger. Beispielsweise kann bei einer ausschlagenden Rohrleitung eines Hochdrucksystems das Auftreffen eines freigewordenen Rohrleitungsendes auf einen derartigen Träger zur Verformung der insgesamt von diesem abgestützten Systemkomponente als Ganzes führen, so dass über diese Systemkomponente eine ungewollte Weiterleitung der Kräfte auch in weitere Komponenten wie beispielsweise Rohrleitungen oder Meßleitungen ausgehen könnte. Um daher die Übertragung der Kräfte von den Trägern in die jeweilige Systemkomponente hinein zu unterbinden, sind die Träger zumindest in einem, insbesondere durch Analyse der möglicherweise vorgesehen Sollbruchstellen eingrenzbaren, erwarteten Trefferbereich derart ausgebildet, dass statt einer Weiterleitung der eingeleiteten Kräften ein Ausweichen einzelner Systemteile möglich ist. Dazu sind die jeweiligen Träger im erwarteten Trefferbereich in der Art von Adapterstücken segmentiert ausgeführt, so dass einzelne Segmente im Bedarfsfall vom freigewordenen Rohrleitungsende herausgeschlagen werden können, ohne dass Sekundärwirkungen auf die angrenzenden Segmente oder etwa auf die Systemkomponente insgesamt auftreten können.

Vorteilhafterweise sind benachbarte Segmente des oder jedes segmentiert ausgeführten Trägers dabei derart miteinander verbunden, dass die Verbindungsstellen maximal mit einer vorgegebenen Grenzscherkraft belastbar sind. Damit ist erreichbar, dass im Normalfall, also ohne berstende Rohrleitungen, der Träger insgesamt noch eine gewisse Tragkraft aufweist und somit funktionsgerecht einsetzbar ist. Falls jedoch der auslegungsgemäß nunmehr zu behandelnde Störfall, nämlich ein Rohrleitungsbruch, eintritt, der den jeweiligen Träger mit einem freigewordenen Leitungsende beaufschlagt, so soll infolge der dabei auf Grund des Auslegungsdrucks des mitgeführtem Strömungsmediums auf das jeweilige Segment einwirkenden Kräfte, die in den Verbindungsstellen zu Scherkräften führen, ein Herausschlagen des jeweiligen Adapterstücks oder Mittelsegments resultieren. Die für die maximale Belastung vorgesehene Grenzscherkraft ist dabei somit zweckmäßigerweiser unterhalb der für einen derartigen Störfall zu erwartenden Scherkraft in den Verbindungsstellen gewählt.

Eine besonders einfache Montiermöglichkeit für eine derartige segmentiert gewählte Trägerstruktur ist erreichbar, indem benachbarte Segmente des oder jedes segmentiert ausgeführten Trägers vorteilhafterweise über Schraubverbindungen miteinander verbunden sind. Um dabei im Bedarfsfall, also für den auslegungs gemäß vorgesehenen Anschlag eines freigewordenen Rohrleitungsendes am jeweiligen Segment, ein zuverlässiges Herauslösen dieses Segments aus dem Gesamtverbund zu gewährleisten, sind die Verbindungsschrauben der oder jeder Schraubverbindung vorteilhafterweise in einer Anzahl von Langlöchern geführt. Diese erlauben ein Herauslösen des jeweiligen Segments in besonders zuverlässiger Weise, indem das oder jedes Langloch in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung in einer für einen Aufprall einer Leitungskomponente auf das jeweiligen Segment erwarteten Ausweichrichtung offen ausgeführt ist. Durch die solchermaßen vorgesehenen Langlöcher ist insbesondere gewährleistet, dass im Auslösefall hinreichend freie Wege vorliegen, so dass es zu keiner wesentlichen Beinflussung des laufenden Prozesses kommt. Die Funktionsfähigkeit der Verbindung wird dabei zweckmäßigerweise durch entsprechend dimensionierte Schrauben mit entsprechendem Schaft für die Übertragung der solchermaßen limitierten Querkräfte sichergestellt. Dazu kann im Bedarfsfall zweckmäßigerweise auch eine gezielte Vorspannung der Konstruktion, insbesondere mittels Federringen, vorgesehen sein.

Hinsichtlich der Verwendung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Danach kommen die erfindungsgemäß vorgesehenen segmentiert ausgeführten Träger in einer Kernkraftanlage zum Einsatz. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, als solche nicht sicherheitsrelevante Systemeinbauten innerhalb des Druckbehälter oder des Außenmantels der Kernkraftanlage mit derartigen Trägern zu versehen. Vorteilhafterweise ist dabei eine Begehungs- oder Bedienungsbühne als von einer Anzahl derartig segmentierter Träger abgestützte Systemkomponente ausgeführt. Gerade an den üblicherweise in einer Kernkraftanlage vorgesehenen Begehungs- oder Bedienungsbühnen können nämlich eine Vielzahl von Meß- oder Prüfleitungen entlang geführt sein, die bei einer Zerstörung der jeweiligen Bühne in der Art eines Sekundärschadens ebenfalls mit abgerissen werden könnten. Eine Absicherung derartiger Leitungen ist auf besonders wirksame Weise möglich, indem gerade die zur Abstützung derartiger Bühnen vorgesehenen Träger in den erwarteten Trefferbereichen segmentiert ausgebildet sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die segmentierte Ausführung von Trägern für Systemkomponenten im Nah- oder Umgebungsbereich von druckführenden Leitungen auch bei einem Leitungsbruch mit frei werdenden Rohrleitungsenden eine Weiterleitung der dabei frei werdenden Kräfte in weiter entfernt liegende Komponenten sicher ausgeschlossen ist. Durch diese segmentierte Ausführung der Träger ist nämlich gewährleistet, dass im Trefferfall das jeweilige Segment lediglich aus dem Träger herausgeschlagen wird, ohne dass dabei eine Verformung der von den Trägern abgestützten Systemkomponente insgesamt mit entsprechend zu erwartenden Sekundärschäden eintreten kann. Die Stahlbaukonstruktion insgesamt erfährt somit keine signifikante plastische Deformation, die die primäre Tragfähigkeit insgesamt beinflussen könnte. Folgebrüche im ausschlagenden Rohrleitungssystem werden darüber hinaus gezielt vermieden, da beim Auftreffen der freigewordenen Leitungsenden auf den jeweiligen Träger nicht mit einem signifikanten Rückschlag in das Leitungssystem zu rechnen ist. Durch die segmentierte Ausführung der Träger können darüber hinaus Sonderverankerungen, Sonderkonstruktionen oder Stoßdämpferelemente auch bei einer hohen Sicherheitsanforderung genügenden Systemauslegung entfallen, so dass insbesondere einfache Nachrüstmöglichkeiten gegeben sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen segmentiert ausgeführten Träger für eine Systemkomponente in einer Kernkraftanlage,
2 den Träger nach 1 im Querschnitt,
3 den Träger nach 1 ebenfalls im Querschnitt, und
4 den Träger nach 1 nach dem Auftreffen eines freigewordenen Rohrleitungsendes.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.
Der Träger 1 nach 1 ist zur Abstützung einer nicht näher dargestellten Bedienungs- oder Begehungsbühne in einer kerntechnischen Anlage vorgesehen. Eine derartige Bedienungs- oder Begehungsbühne ist innerhalb des Reaktorgebäudes angeordnet, um dem Bedienpersonal im Bedarfsfall Bewegungsmöglichkeiten an den entsprechenden Stellen zu geben. Darüber hinaus wird eine derartige Bedienungs- oder Begehungsbühne üblicherweise auch zur Führung und Halterung von daran angeordneten Meß- oder sonstigen Bedienungsleitungen genutzt.
Der Träger 1 ist darüber hinaus im Umgebungsbereich druckführender Leitungen des Hochdruckssystems der Kernkraftanlage angeordnet. Daher könnte es im Falle eines Rohrbruchs im druckführenden System zu sogenannten ausschlagenden Rohrenden kommen, die mit erheblichen Kräften auf in ihrem Umgebungsbereich befindliche Komponenten einwirken könnten. Der Träger 1 ist gezielt dafür ausgelegt, bei einem derartigen Störfall die Weiterleitung der eingeleiteten Kräfte in die Bedienungs- oder Begehungsbrücke und über diese in daran angeordnete weitere Leitungen konsequent zu verhindern und somit Sekundärschäden selbst bei einem Rohrbruch im druckführenden System der Kernkraftanlage besonders gering zu halten.
Dazu ist der Träger 1 segmentiert ausgeführt und umfasst in seiner Längsrichtung gesehen eine Anzahl von hintereinander angeordneten, miteinander an ihren Verbindungsstellen verbundenen Segmenten 2a, 2b, 2c. Diese segmentierte Ausführung des Trägers 1 ist dabei derart gewählt, dass im Falle eines Rohrbruchs im druckführenden System das mittlere Segment 2b vergleichsweise unproblematisch aus seiner Position zwischen den Segmenten 2a und 2c herausgeschlagen werden kann. Der Träger 1 ist somit in der Art eines ausweichenden Systems konzipiert, so dass selbst beim Auftreffen eines freigewordenen Rohrleitungsendes auf das Segment 2b eine Weiterleitung von Kräften in die diesem benachbarten Segmente 2a und 2c vermieden ist. Benachbarte Segmente 2a, 2b, 2c des segmentiert ausgeführten Trägers 1 sind dabei derart miteinander verbunden, dass die Verbindungsstellen maximal mit einer vorgegebenen Grenzscherkraft, die unterhalb der für einen derartigen Rohrbruch erwarteten tatsächlich auftretenden Scherkraft gewählt ist, belastbar sind.
Benachbarte Segmente 2a, 2b, 2c des segmentiert ausgeführten Trägers 1 sind dabei über Schraubverbindungen 4 miteinander verbunden.
Der Träger 1 ist im Bereich seines ersten Segments 2a in 2 und im Bereich seines mittleren Segments 2b in 3 jeweils im Querschnitt gezeigt. Wie diesen Darstellungen entnehmbar ist, sind die zur Herstellung der Verbindung zwischen benachbarten Segmenten 2a, 2b, 2c vorgesehenen Endflansche 6 mit Langlöchern 8 zur Aufnahme der Verbindungsschrauben der Schraubverbindungen 4 versehen. Die Langlöcher 8 sind dabei derartig offengehalten ausgeführt, dass sie beim Auftreffen eines freigewordenen Rohrendes in einer durch den Pfeil 10 angedeuteten erwarteten Ausweichrichtung eine vergleichsweise unbehinderte Ausweichbewegung des mittleren Segments 2b erlauben. Dazu sind, wie in 2 gezeigt, die im Endflansch 6 des ersten Segments 2a angeordneten Langlöcher 8 mit ihrem bezüglich der erwarteten Aufprallrichtung des Rohrleitungsendes gesehen hinteren Ende offen ausgeführt, um somit einen ungehinderten Austritt der Schrauben in Ausweichrichtung zu ermöglichen. Darüber hinaus sind, wie in 3 erkennbar, die bezüglich der erwarteten Auftreffrichtung des Rohrleitungsendes gesehen vorderen Langlöcher 8 des Verbindungsflansches 6 des mittleren Segments 2b offen ausgeführt, so dass auch hier ein ungehinderter Austritt der darin geführten Verbindungsschrauben beim Auftreffen des freien Rohrleitungsendes möglich ist.
In 4 ist der durch diese segmentierte Konstruktion des Trägers 1 erreichbare Endzustand nach dem Auftreffen eines freigewordenen Rohrleitungsendes gezeigt. In der durch den Pfeil 10 wiedergegebenen erwarteten Auftreffrichtung für ein freigewordenes Rohrleitungsende gesehen ist das mittlere Segment 2b des Träger 1 gegenüber seinen benachbarten Segmenten 2a, 2c verschoben. Die eingeleitete Kraft wird somit in eine Verschiebung des Segments 2b umgesetzt, ohne dass eine Weiterleitung von Kräften in die benachbarten Segmente 2a, 2c oder eine Verformung des Trägers 1 in seiner Gesamtheit und damit auch der damit gestützten Systemkomponente oder Bedienungsbrücke erfolgt.

1: Träger
2a, 2b, 2c: Segment
4: Schraubverbindung
6: Endflansch
8: Langloch
10: Pfeil

Claims

Technische Anlage mit einer Anzahl von jeweils von einer Anzahl von Trägern (1) abgestützten Systemkomponenten und mit einer Anzahl von druckführenden Leitungen, wobei zumindest einer der Träger (1) in einem bei einem Rohrbruch einer druckführenden Leitung erwarteten Trefferbereich segmentiert ausgebildet ist.
Technische Anlage nach Anspruch 1, bei der benachbarte Segmente (2a, 2b, 2c) des oder jedes segmentiert ausgeführten Trägers (1) derart miteinander verbunden sind, dass die Verbindungsstellen maximal mit einer vorgegebenen Grenzscherkraft belastbar sind.
Technische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der benachbarte Segmente (2a, 2b, 2c) des oder jedes segmentiert ausgeführten Trägers (1) über Schraubverbindungen (4) miteinander verbunden sind.
Technische Anlage nach Anspruch 3, bei der die Verbindungsschrauben der oder jeder Schraubverbindung (4) in einer Anzahl von Langlöchern (8) geführt sind.
Technische Anlage nach Anspruch 4, bei dem das oder jedes Langloch (8) in einer für einen Aufprall einer Leitungskomponente auf das jeweilige Segment (2b) erwarteten Ausweichrichtung offen ausgeführt ist.
Verwendung der technischen Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Kernkraftanlage.
Verwendung nach Anspruch 6, bei der eine Begehungs- oder Bedienungsbühne als von einer Anzahl der segmentierten Träger (1) abgestützte Systemkomponente ausgeführt ist.