DE1218624B

DE1218624B - Verfahren zur Druckentlastung von Gasbehaeltern an Atomkernreaktoren und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1218624B
Application number: DEA40234A
Authority: DE
Inventors: Bjoern Widell
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1961-05-26
Filing date: 1962-05-17
Publication date: 1966-06-08
Also published as: US3166479A; GB932878A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1218 624

Aktenzeichen: A 40234 VIII c/21 g

Anmeldetag: 17. Mai 1962

Auslegetag: 8. Juni 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Druckentlastung von Gasbehältern, die an Atomkernreaktoren angeschlossen sind und aufgesammeltes Fissionsgas unter Druck enthalten, und auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Probleme, die bei der Druckentlastung von Gasbehältern auftreten, sollen an einem Beispiel erläutert werden, nämlich an Hand eines Gasbehälters, der zu einem Gaszirkulationskreis eines homogenen Siedereaktors gehört und stark radioaktive Fissions- ίο gase enthält. Wenn im Reaktorbetrieb Störungen auftreten, kann der Druck im an den Reaktor angeschlossenen Gasbehälter über den zulässigen Druck hinaus steigen, und es ist deshalb üblich, den Gasbehälter in Verbindung mit einer als Sammelgefäß für die Gase dienenden Gasglocke mit einem verschiebbaren Deckel zu setzen, um bei Bedarf den Druck im Gasbehälter entlasten zu können. Die Verwendung einer derartigen Gasglocke für die Druckentlastung ist aber mit großen Nachteilen be- ao haftet. Es ist nämlich mit großen Schwierigkeiten verbunden, eine zuverlässige Dichtung zwischen dem verschiebbaren Deckel und der Gasglocke zu erhalten, und es besteht daher die Gefahr des Ausströmens von stark radioaktiven Stoffen aus der Gasglocke.

Ein anderes Verfahren zur Druckentlastung bei Gasbehältern besteht darin, diese mit einem oder mehreren frei miteinander kommunizierenden, sehr großen geschlossenen Sammelgefäßen ohne bewegliche Teile in Verbindung zu setzen. Die Verwendung solcher großen Gefäße bringt aber auch Nachteile mit sich, einmal erfordern große Gefäße sehr viel Raum, und zum andern ist es schwer, sehr große Gefäße herzustellen und auf Dichtheit hin zu prüfen.

Es ist weiter bekannt, die Gase aus den genannten Gasbehältern mit Hilfe von Kompressoren in Sammelgefäße zu bringen. Die Kompressoren gestatten eine Verdichtung der Gase, so daß die Sammelgefäße kleiner werden können. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht einmal in dem hohen Aufwand für die Kompressoren und zum anderen in den Schwierigkeiten, solche Kompressoren wirksam so abzudichten, daß das Ausströmen stark radioaktiver Stoffe mit Sicherheit verhindert wird.

Die Erfindung verwendet ebenfalls für die Druckentlastung der Gasbehälter Sammelgefäße zur Aufnahme der Gase. Sie ermöglicht aber die Verwendung sehr kleiner Gefäße und gestattet weiter, den Druck im Gasbehälter bei der Druckentlastung unter den atmosphärischen Druck herabzusetzen, so daß ein Ausströmen radioaktiver Fissionsgase aus dem Behälter ins Freie verhindert wird.

Verfahren zur Druckentlastung von Gasbehältern an Atomkernreaktoren und Anordnung zur
Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget,
Västeräs (Schweden)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,

Gießen, Bismarckstr. 43

Als Erfinder benannt:

Björn Widell, Västeräs (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 26. Mai 1961 (5496)

Erfindungsgemäß wird bei der Druckentlastung eines an einem Atomkernreaktor angeschlossenen Gasbehälters, der aufgesammeltes, im Reaktor beim Betrieb gebildetes radioaktives Fissionsgas unter Druck enthält, wobei der Hauptteil des Gases zu am Gasbehälter angeschlossenen Sammelgefäßen über zu- und abschaltbare Verbindungsleitungen geleitet wird, so verfahren, daß der Gasbehälter nach und nach in offene Verbindung mit je einem etwa auf Atmosphärendruck entleerten Sammelgefäß gebracht und die offene Verbindung zwischen dem Gasbehälter und dem Sammelgefäß geschlossen wird, nachdem der Druck im Gasbehälter und Sammelgefäß im wesentlichen ausgeglichen ist und bevor der Gasbehälter mit einem anderen Sammelgefäß in Verbindung gesetzt wird, und daß das Sammelgefäß, mit dem der Gasbehälter zuletzt in off ene Verbindung gebracht wird, bis auf einen den atmosphärischen Druck unterschreitenden Druck entleert wird, bevor die offene Verbindung zustande gebracht wird.

Zur Durchführung des Verfahrens ist es vorteilhaft, eine Anordnung zu verwenden, in der die Sammelgefäße längs einer am Gasbehälter angeschlossenen Stammleitung angeordnet und an dieser durch Verbindungsleitungen mit Ventilen angeschlossen sind und die zu den verschiedenen Verbindungsleitungen gehörenden Ventile als automatisch gesteuerte Ventile mit sukzessiv sinkendem Öffnungs-

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schreitet. In jeder Leitung 20 a bis 20 g zwischen der Stammleitung 18 und dem entsprechenden Sammelgefäß 19 a bis 19 g ist ein Öffnungsventil 21a bis 21g und in Reihe mit diesem ein Schließventil 22 a 5 bis 22 g angeordnet. Wenn der Drück im Behälter 15 über den zulässigen Druck steigt, z. B. auf Grund von unvollständiger Kondensation im Kondensator 4, oder wenn im Gassystem eine Leckage auftritt, wird der Druck im Behälter 15 unter Benutzung der Sam-

druck und sukzessiv steigendem Schließdruck ausgebildet sind.

Die Erfindung- und ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein schematisches Bild eines homogenen Siedereaktors mit zugehörigem Gaszirkulationskreis zeigt.

Der kochende Reaktorkern 2 des Reaktorgefäßes 1, der leichtes oder schweres Wasser als Moderator

enthält, gibt Wasserdampf ab, der über die Leitung 3 io melgefäße 19 a bis 19 g entlastet. Dabei wird erst das im Kondensator 4 aufsteigt. Der Reaktorkern 2 Ventil 21a geöffnet, das wie die übrigen Öffnungskann beispielsweise außer dem genannten Moderator ventile 21 & bis 21g anfangs geschlossen ist. Dies aus im Moderator dispergiertem Thoriumoxyd sowie bringt mit sich, daß zwischen dem Behälter 15 und aus angereichertem Material, wie etwa Uran 233 dem Sammelgefäß 19 a ein Druckausgleich statt- oder Uran 235, bestehen. Der Dampf wird im Kon- 15 findet. Wenn der Druck im Gefäß 19 a sich dem densator kondensiert und gibt seinen Wärmegehalt im Behälter 15 zu nähern beginnt, wird das Schließan das bei 5 eingeführte und bei 6 abgeleitete Speise- ventil 22 a geschlossen, das wie die übrigen Schließwasser ab. Das Kondensat wird über die Leitung 7 ventile 22 & bis 22 g anfangs offen ist, wonach zum Reaktorkern zurückgeführt. Der homogene das Öffnungsventil 21 b geöffnet wird. Dadurch wird Siedereaktor gibt zufolge radiolytischer Zersetzung 20 ein Teil des Gases im Behälter 15 in das Gefäß des Moderators auch Knallgas ab. Das Knallgas 19 b geleitet. Wenn der Druck im Gefäß 19 & sich wird im Rekombinator 8 rekombiniert. Die Leitung dem reduzierten Druck im Behälter 15 zu nähern zwischen den Kondensator 4 und dem Rekombinator beginnt, wird das Schließventil 22 b geschlossen, woist mit 9 bezeichnet. Eventuell restlicher Dampf vom nach das Öffnungsventil 21c geöffnet wird und der-Kondensator 4 zusammen mit im Rekombinator ge- 25 selbe Vorgang für das Gefäß 19 c und die übrigen bildetem Wasserdampf und eventuell Übriggebliebe- Gefäße 19 d bis 19 g wiederholt wird, bis der Hauptnem Knallgas wird über die Leitung 10 zu einem teil der Gasmenge im Behälter 15 auf die Sammel-Endkondensator 11 geleitet, dem zweckmäßig bei 12 gefäße 19 a bis 19 g verteilt ist. Da das Gefäß 19 g zu Speisewasser auf der Sekundärseite zugeführt wird. Anfang einen niedrigeren Druck als den atmo-Dieses Wasser kann auch zur Kühlung des Konden- 30 sphärischen Druck hat, kann der Enddruck im Gassators 4 benutzt werden, wobei es als Speisewasser behälter 15 unter den atmosphärischen Druck herabüber die Leitung 5 in die Sekundärseite des Konden- gesetzt werden, was ein Vorteil ist, wenn der Grund sators 4 hineinfließt. Im Endkondensator gebildetes der Druckentlastung eine Leckage im Behälter 15 Kondensat wird über die Leitung 13 zum Reaktor- oder im Gaszirkulationskreis ist. Das Öffnen und kern zurückgeführt. Das gezeigte System für die 35 Schließen jedes Ventils kann mit Vorteil automatisch äußere Rekombinierung des Knallgases, das im we- erfolgen und wird dann in bekannter Weise von

Druckgebern im Gasbehälter und dem entsprechenden Sammelgefäß gesteuert. Jede Verbindungsleitung 20 a bis 20 g braucht nicht wie in der Figur zwei 40 Ventile, ein Öffnungs- und ein Schließventil, zu enthalten, sondern diese können durch ein einziges ersetzt werden, das dann beim Öffnen sowie auch beim Schließen der entsprechenden Verbindungsleitung benutzt wird.

Im folgenden werden praktische Betriebsbedingungen und Bemessungen der in der Zeichnung dargestellten Anordnung angegeben. Bei beginnender Druckentlastung des Behälters 15 nimmt man in den Reaktorteilen einen Druck von 70 ata (Atmosphären)

sentlichen aus dem Rekombinator 8 und Endkondensator 11 besteht, fällt weg, wenn interne Rekombinierung, z. B. durch Zusatz von Katalysatoren zum Reaktorbrennstoff, erreicht werden kann.

Dem vom Reaktorkern aufsteigenden Dampf wird über die Leitung 14 Permanentgas zugeführt, z.B. Wasserstoff, Deutrium, Sauerstoff, Helium, wobei die Wahl des Gases von der chemischen Zusammensetzung des Reaktorkerns beeinflußt wird. Das Per- 45 manentgas, das vom Gasbehälter 15 kommt, wird dabei mit dem Dampf vermischt und, nachdem es den Kondensator 4 und eventuell angeschlossene Leitungen 8 und 11 passiert hat, über die Leitung 16

zum Behälter 15 zurückgeleitet. Die Zirkulation des 50 und eine Temperatur von 280° C an. Die totale Permanentgases in diesem geschlossenen System Gasmenge im System ist 36 m³, wovon sich 6 m³ im wird von der Gaspumpe 17 besorgt. Der Grund für Behälter 15 befinden. Die Sammelgefäße 19 a bis die Einführung des Permanentgases in das System 19 g sind doppelt ummantelt und mit einer Kühlbesteht darin, zu vermeiden, daß die Fissionsgase anordnung zwischen den Mänteln versehen. Sämteine schädliche Konzentration im Reaktorkern be- 55 liehe Sammelgefäße sind zylindrisch und 6 m hoch, kommen. Durch die Anwesenheit von Permanentgas Der Durchmesser des Gefäßes 19 a ist 1,6 m, des Geverteilen sich die gebildeten Fissionsgase in einer fäßes 196 2 m, der Gefäße 19 c und 19 d 2,5 m und günstigen Weise zwischen der Flüssigkeitsphase im der Gefäße 19 e, 19/ und 19 g 3 m. Wenn man an-Reaktorkern und der Gasphase. nimmt, daß die Temperatur während der Druck-

Im Behälter 15 sammeln sich beim Betrieb des 60 entlastung sich nicht ändert und der Druck in sämt-Reaktors große Mengen radioaktiven Gases unter liehen Sammelgefäßen am Anfang 1 ata beträgt, mit Druck. Gemäß der Erfindung wird der Gasbehälter Ausnahme des Gefäßes 19 g, wo der Druck einige 15 über eine Stammleitung 18 mit einer Anzahl von mm Hg ist, können bei Anwendung der Zustands-Sammelgefäßen, im gezeigten Fall sieben, in Verbin- gleichung für ideale Gase die Drücke in den verdung gesetzt, die mit 19 a bis 19 g bezeichnet sind. 65 schiedenen Sammelgefäßen nach vollendeter Druck-Die Gefäße 19 α bis 19/haben etwa atmosphärischen entlastung leicht zu 54 ata für das Gefäß 19 a, Druck, während das Gefäß 19 g bis auf einen Druck 34,5 ata für das Gefäß 19 b, 19 ata für das Gefäß entleert wird, der den atmosphärischen Druck unter- 19 c, 10,5 ata für das Gefäß 19 rf, 4,8 ata für das Ge-

faß 19 e, 2,2 ata für das Gefäß 19/ und 1 ata für das Gefäß 19 g berechnet werden. Das zusammengelegte Volumen der Gefäße 19 a bis 19 g, die den Gasbehälter 15 so entlasten, daß der Druck in diesem 1 ata wird, ist 217 m³. Um dieselbe Druckentlastung des Behälters 15 mit einem einzigen entleerten Sammelgefäß oder miteinander kommunizierenden Sammelgefäßen zu erreichen, wäre ein Volumen von 2520 m³ erforderlich.

Obwohl die Erfindung besonders für den Fall be- ίο schrieben ist, daß die Druckentlastung für einen Behälter ausgeführt wird, der radioaktives Gas von einem homogenen Reaktor enthält, ist es offenbar, daß sie auch in anderen Fällen verwendet werden kann, wenn ein Gasbehälter entlastet werden soll.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Druckentlastung eines Gasbehälters, der an einem Atomkernreaktor angeschlossen ist und aufgesammeltes, im Reaktor beim ao Betrieb gebildetes radioaktives Fissionsgas unter Druck enthält, wobei der Hauptteil des Gases zu am Gasbehälter angeschlossenen Sammelgefäßen über zu- und abschaltbare Verbindungsleitungen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbehälter nach und nach in offene Verbindung mit je einem etwa auf Atmosphärendruck entleerten Sammelgefäß gebracht und die offene Verbindung zwischen dem Gasbehälter und dem Sammelgefäß geschlossen wird, nachdem der Druck im Gasbehälter und Sammelgefäß im wesentlichen ausgeglichen ist und bevor der Gasbehälter mit einem anderen Sammelgefäß in Verbindung gesetzt wird, und daß das Sammelgefäß, mit dem der Gasbehälter zuletzt in offene Verbindung gebracht wird, bis auf einen den atmosphärischen Druck unterschreitenden Druck entleert wird, bevor die offene Verbindung zustande gebracht wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelgefäße längs einer am Gasbehälter angeschlossenen Stammleitung angeordnet und an dieser durch Verbindungsleitungen mit Ventilen angeschlossen und die zu den verschiedenen Verbindungsleitungen gehörenden Ventile als automatisch gesteuerte Ventile mit sukzessiv sinkendem Öffnungsdruck und sukzessiv steigendem Schließdruck ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 676969;

britische Patentschrift Nr. 803 569;

»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1955, Bd.

3, S. 319.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 578/432 5.66 ® Bundesdruckerei Berlin