DE1170563B - Notkondensationsanlage fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

• Notkondensationsanlage für Kernreaktoren Die Erfindung betrifft eine Notkondensationsanlage für Kernreaktoren mit einer im direkten Kreislauf arbeitenden Dampfturbine und mit einem zum Hauptkühlkreislauf parallel geschalteten Notkühlkreislauf in dem ein Wärmetauscher zur Dampfkondensation angeordnet ist.
• Bei Siedewasserreaktoranlagen sind ebenso wie bei Dampfkesselkraftwerken Sicherheitsventile vorgesehen, die beispielsweise bei Ausfall des Turbinenkondensators Dampf aus der Hauptdampfleitung abblasen. Dieses Abblasen darf aber nur im äußersten Notfall geschehen, da es zu einer radioaktiven Verseuchung des Reaktorgebäudes führt; ein Notkondensator übernimmt deshalb bei Siedewasserreaktoren in vielen Fällen die Funktion der Sicherheitsablaßventile. Dieser Notkondensator kann aber erst einige Sekunden nach dem Signal, durch das er eingeschaltet wird, Dampf kondensieren und auch dann nur einen gewissen Bruchteil der Vollastdampferzeugung.
• Es sind jedoch Betriebsfälle möglich, bei denen der Notkondensator die Funktion der Sicherheitsventile nicht voll übernehmen kann, und die deshalb zu Störungen Anlaß geben, wenn die Sicherheitsventile, wie gefordert, nicht abblasen sollen.
• Bei einem Siedewasserreaktor mit direktem Kreislauf führt ein Turbinenschnellschluß innerhalb eines Zeitraums von der Größenordnung einer Sekunde infolge Druckerhöhung und damit verbundenem Ansteigen des Neutronenflusses zu Schnellabschalten des Reaktors. Das Schnellabschalten des Reaktors ist im allgemeinen unerwünscht, weil es zu einer Verzögerung beim Wiederanfahren des Kraftwerkes führt. Besonders bei nuklearer Überhitzung des im Siedewasserreaktors erzeugten Dampfes besteht bei Turbinenschnellschluß, selbst wenn Reaktorschnellabschalten erfolgt, die Gefahr des Durchbrennens der Überhitzerelemente, wenn nicht innerhalb von Bruchteilen von Sekunden dafür gesorgt wird, daß der zur Kühlung der überhitzerelemente dienende Dampfdurchsatz aufrechterhalten bleibt.
• Um Störungen bei Betriebsfällen dieser Art, in denen also eine sehr schnelle Abfuhr von Dampf, etwa nach Turbinenschnellschluß, gefordert wird, zu vermeiden, wird in einer Notkondensationsanlage für Kernreaktoren mit einer im direkten Kreislauf arbeitenden Dampfturbine und mit einem zum Hauptkühlkreislauf parallel geschalteten Notkühlkreislauf, in dem ein Wärmetauscher zur Dampfkondensation angeordnet ist, gemäß der Erfindung außer dem Notkühlkreislauf ein der Dampfkondensation dienender Behälter vorgesehen, in den der im Reaktorkern in dem Zeitraum zwischen der Unterbrechung der Dampfzufuhr zum Turbinenkondensator bis zur Inbetriebnahme der Notkühlung, erzeugten Dampf strömt. Dieser Dampfauffangbehälter ist ein Druckgefäß, das beispielsweise mit kaltem Wasser gefüllt ist. Über dem im Kessel befindlichen Wasser befindet sich Luft unter Atmosphärendruck. In die Wasserfüllung des Dampfauffangbehälters kann durch Düsen der Primärdampf eingeleitet und kondensiert werden. Normalerweise muß der Notauffangbehälter gegen die Hauptdampfleitung mit einem Ventil abgesperrt sein, das, etwa nach Art eines Schnellschlußventils, sehr schnell bei Turbinenschnellschluß geöffnet wird. Die Wasserfüllung des Notauffangbehälters muß so bemessen sein, daß sie über Zeiträume von etwa bis zu einer Minute nach Turbinenschnellschluß die Dampferzeugung des Reaktors kondensieren kann, ohne daß ein übermäßiger Druckanstieg im Notauffangbehälter erfolgt. Durch optimale Wahl des Verhältnisses von Wasservolumen zu Gesamtvolumen im Notauffangbehälter kann erreicht werden, daß ein verhältnismäßig kleiner, nur für wenige Atmosphären Druck ausgelegter Behälter diesen Anforderungen genügt. Da der Behälter nicht aus korrosionsbeständigem Material zu sein braucht, ist er relativ einfach und preiswert herzustellen. Der Behälter nimmt so lange Dampf aus dem Siedewasserreaktor auf, bis eine andere Wärmesenke, etwa der Notkondensator oder der Turbinenkondensator in ausreichender Menge Dampf kondensieren kann. Dann muß er wieder gegen die Hauptdampfleitung abgesperrt werden, und seine Wasserfüllung kann beispielsweise in einen Abwassertank abgelassen werden.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der Figur als Beispiel das Schema einer Notkondensationsanlage für eine Kombination eines Siedewasserreaktors mit einem Überhitzerreaktor dargestellt, wobei es gleichgültig ist, ob - wie in der Figur angedeutet - sich der Überhitzerreaktor in einem eigenen Druckgefäß befindet oder im Siedewasserreaktordruckgefäß mit untergebracht ist. Die Regelung der Notkondensationsanlage muß folgende Aufgaben erfüllen: Wird die Dampfabfuhr vom überhitzerreaktor 4 gesperrt, so muß die Verbindung zum Dampfauffangbehälter 9 sehr schnell hergestellt werden. Ferner muß verhindert werden, daß zuviel Dampf in den Auffangbehälter 9 abgeführt wird, da hierdurch eine zu schnelle Abkühlung der Reaktoren 1 und 4 bewirkt würde. Darüber hinaus muß die Zufuhr zum Auffangbehälter 9 unterbrochen und der Durchfluß durch den Notkondensator 12 hergestellt werden, wenn die im Siedewasserreaktor 1 erzeugte Wärmemenge auf einen Wert abgesunken ist, der ein ausreichendes Arbeiten des Notkondensators 12 ermöglicht. Wird dagegen die Dampfzufuhr vom Siedewasserreaktor 1 zum überhitzerreaktor 4 unterbrochen, so muß die Verbindung zwischen Siedewasserreaktor 1 und Notkondensator 12 sehr schnell hergestellt werden; dabei muß der Dampfauffangbehälter 9 abgesperrt werden. Die aufgezeigten Aufgaben werden durch die im folgenden beschriebene Regelung der Notkondensationsanlage gelöst.
• Das Ventil 8 wird geöffnet, wenn der Dampfdurchsatz sehr schnell zurückgeht, d. h., wenn der Gradient des Dampfdurchsatzes nach der Zeit einen negativen Grenzwert überschreitet und wenn das Ventil s schließt, ohne daß gleichzeitig das Ventil 2 in der Leitung 3 geschlossen wird. Das Ventil 8 wird dagegen geschlossen, wenn entweder der Wasserstand in den Kühlrohren des Notkondensators eine bestimmte Höhe unterschreitet, was beispielsweise bei Rücklauf des Kondensats in den Siedewasserreaktor 1 geschieht oder wenn beispielsweise der Differenzdruck zwischen dem Siedewasserreaktor-Dampfraum und den Notkondensatorkühlrohren den für das Rücklaufen notwendigen Wert unterschreitet oder wenn das Ventil 2 schließt. Das Ventil 7 ist normalerweise stets geöffnet. Solange nicht Ventil 8 und/oder 10 geöffnet ist, ist das Schließen des Ventils 7 blockiert. Wird die Blockierung aufgehoben, so wird der Druck im Siedewasserreaktor so geregelt, daß es innerhalb eines Bereiches in der Nähe des normalen Betriebsdruckes selbständig bei ansteigendem Druck sich öffnet und bei abfallendem Druck schließt. Das Ventil 10 ist normalerweise ständig geschlossen. Es wird dagegen geöffnet, wenn der Druck im Siedewasserreaktor auf einen Druck ansteigt, der geringfügig höher ist als der höchste Druck, der bei normalem Betrieb noch zu erwarten ist. Das Ventil 10 wird ebenfalls geöffnet, wenn das Ventil s geschlossen wird. Das Ventil 10 wird nur von der Steuerwarte wieder geschlossen. Das Ventil 11 ist im normalen Betrieb geschlossen. Es muß schnell öffnen, wenn Ventil 2 schließt. Es wird nur durch Betätigung von der Warte aus wieder geschlossen.
• Die Notkondensationsanlage läßt sich auch für Kraftwerksanlagen verwenden, die nur aus einem Siedewasserreaktor bestehen. Mit dem Dampfauffangbehälter besteht eine jederzeit betriebssichere und betriebsbereite Vorrichtung, die die Abfuhr des Dampfes aus dem Siedewasserreaktor durch den Überhitzerreaktor bzw. nur aus dem Siedewasserreaktor in dem ersten Zeitraum nach Ausfall des Turbinenkondensators ohne Verzögerung gewährleistet.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Notkondensationsanlage für Kernreaktoren mit einer im direkten Kreislauf arbeitenden Dampfturbine und mit einem zum Hauptkühlkreislauf parallel geschalteten Notkühlkreislauf, in dem ein Wärmeaustauscher zur Dampfkondensation angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß außer dem Notkühlkreislauf ein der Dampfkondensation dienender Behälter vorgesehen ist, in den der im Reaktorkern in dem Zeitraum zwischen der Unterbrechung der Dampfzufuhr zum Turbinenkondensator bis zur Inbetriebnahme der Notkühlung erzeugte Dampf strömt.
2. 2. Notkondensationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dampfauffangbehälter ein Druckgefäß dient, das teilweise mit Wasser gefüllt ist.
3. 3. Notkondensationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfauffangbehälter teilweise mit Wasser gefüllt ist, über dem sich Luft unter Atmosphärendruck befindet.
4. 4. Notkondensationsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf durch Düsen in das Wasser des Dampfauffangbehälters einzuleiten ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1211537; A. W. K r a m e r, »Boiling Water Reactors«, Reading USA., September 1958, S. 443 ff., Kap. 9.