DE1684936C3

DE1684936C3 - Kernreaktordruckkessel

Info

Publication number: DE1684936C3
Application number: DE1684936A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl.-Phys. Dr. 8520 Erlangen Steinert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-12-29
Filing date: 1967-12-29
Publication date: 1974-05-09
Also published as: FR1602981A; DE1684936B2; DE1684936A1; CH481454A; ATA772768A; GB1247897A; AT325722B

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaku-rdruckkeosel mit Aufnahmemöglichkeit für Pr "-.arkreisclcmenie einer Aiomkernkraftwerksanlage, der in seinem zylindrischen sowie seinem Bodenteil aus vorgespanntem Beton besteht, dessen axiale Bewehrung in einem auf der offenen Behälterseite aufliegenden Stahlring verankert ist, wobei für den Abschluß des Behälters ein mit einer inneren Stahldichthaut des Behälters abdichtend verbundener druckfester Stahideckel vorgesehen ist. Bei solchen Druckkesseln ergeben sich eine Reihe von Problemen. Erwähnt wird hier du Wärmeisolierung und die Kompensation von Wärmedehnungen insbesondere an Durchführungen von Rohrleitungen, Stutzen u.dgl. durch die Druckkesselwände.

Zur Verbesserung dci Dichtigkeit solcher Druckkessel, insbesondere für den Fall einer Störung, wird in der französischen Patentschrift 1 472 117 ein sogenannter Sicherheitsdeckel vorgeschlagen, der dem für den Nonnalbetticb dichtenden Stahideckel nachgcschaltct und mit einem Stahlring verankert ist, an dem Vorspannclemente für den Beton befestigt sind. Eine solche doppelte Anordnung von Slahldeckeln. die die gesamte Öffnung im Betonbehälter überspannen, ist jedoch außerordentlich kostspielig.

Im Gegensatz dazu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Losung dei obengenannten Probleme mit einer möglichst einfachen Bauweise zu ermögli

chen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise der Stahldeckel gegenüber dem Stahlring über Sperrkörper verriegelt und abgestützt ist, daß der Stahideckel in ebenfalls an sich bekannter Weise als Traggerüst bzw. Zentriereinrichtung für die Primärkreiselemente dient und daß er als massiver, gleichzeitig der biologischen Abschirmung dienender Körper ausgebildet ist.

Durch die mehrfache Ausnutzung des Stahldeckels als Traggerüst und als Abschirmung ist ein höherer Aufwand gerechtfertigt und dennoch eine Einsparung gegenüber der Anordnung nach der französischen Patentschrift 1 472 117 möglich. Die Verriegelung kann

is dabei mit keilförmigen Sperrkörpern ausgeführt werden, wie sie aus der französischen Patentschrift 903 569 bekannt sind, oder mit säulenförmigen Sperrkörpern, die gemäß der USA.-Patentschrift 2 786 704 »ach Art eines Kniegelenks eingesetzt werden.

»° Die zuletzt genannten Entgegenhaltungen haben Stahlgefäße zum Gegenstand. Solche Stahlgefäße können nur in begrenzten Abmessungen gefertigt werden. Sie sind deshalb im Gegensatz zu dem Kernreaktordruckkessel nach der Erfindung nicht zur Auf-

»5 nähme der Primärkreiselemente einer Atomkernkraftwerksanlage geeignet.

Die Erfindung ist auch nicht mit einem aus der USA.-Patentschrift 3 357 890bekannten Druckkessel zu vergleichen, der eine besondere, aus parallelen Platten aufgebaute Wärmeisolierung besitzt. Die für die Erfindung kennzeichnende besondere Art der Ausbildung und Anordnung des Deckels geht daraus ebenfalls nicht hei vor.

Besonders günstig läßt sich die Erfindung so verwirklichen, daß die Verbindungen der Primärkreiselemente mit den außerhalb des Kesacls angeordneten Kraftwerkselementen allein über den Stahldeckel geführt sind. Bei dieser Anordnung fallen Durchbrechungen der Stahldichthaut und auch des Betonbehäl UTS weg, so daß ein wesentlich einfacherer Aufbau erreicht wird. Die Anordnung der Leitungen im Dck kel bereitet dagegen bei der erfiniiungsgemäßen Stahlkonstruktion keine großen Schwierigkeiten.

Aus der britischen Patentschrift 856 922 ist es zwar bereits bekannt, dem an einem Behälterdeckel hängenden Kerngehäuse eines Kugelreaktors Kühlleitungcn im Reaktordixkei zuzuordnen. Hierbei besteht jedoch der Reaktordruckkcssel offensichtlich ganz aus Metall. Eine äußere Betonabschirmung wird also nicht zur Aufnahme von Kräften herangezogen. Außerdem sind die Abmessungen des Reaktors, verglichen mit modernen Leistungsreaktoren, sehr klein. I atsächlich zeigt denn auch die weitere Entwicklung nach den vorstehend schon behandelten Druckschriften, daß diese Anordnung die Fachwelt nicht beeinflußt hat. Nach der französischen Patentschrift 1 472 117 ist sogar ausdrücklich vorgesehen, daß Kühlmittelleitungen durch die Wand des Reaktordruckkessels geführt werden sollen, damit die Dichtigkeit des Sicherheits-

6c deckels nicht beeinflußt wi;d (vgl. S. 2, linke Spalte unten).

Der Stahideckel kann in an sich bekannter druckfester Leichtbauweise beispielsweise mit rippen- oder wabenartige:; Verstärkungen ausgebildet sein. Diese Bauweise, die in der schweizerischen Patentschrift 384 095 angegeben ist, empfiehlt sich für die Erfindungdeswegen, weil die Primärkreiselemente im Inneren des Kessels einen relativ großen Deckel erfor-

dem, so daß die Leichtbauweise hier besondere F.insparungen ermöglicht. Dies gilt besonders dann, wenn die Erfindung für den Aufbau eines integrierten Druckwasserreaktors herangezogen wird, wie an-' schließend an Hand eines AusführuMgsbeispieles zur näheren Erläuterung der Erfindung unter Bezug auf die Fig. 1 bis 3 noch ausführlicher dargelegt wird.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den StaHbetondruckkessel mit einem darin eingesetzten integrierten Drückwasserreaktor. Der Kessvl selbst besteht aus dem zylindrischen Teil und dem Bodenteil 1 sowie dem Stahldeckel 2. Der Stahlbelonkessel kann dabei in einem Stück oder aus Fertigbauteilen - durch waagerechte dünne Trennungslinien angedeutet - an der Baustelle zusammengesetzt werden. Die Bewehrungerfolgt durch Ringseile 11 und axiale Spannseile 12, die auf der Oberseite des Kessels in einem Verankerungsring 14 aus Stahl mit entsprechender Vorspannung befestigt sind. Die im Bodenieil des Stahlbetonkessels angedeuteten Bewehrungselemente sind mit 3 bezeichnet. Der stählerne Abschlußdeckel 2 mit den daran befestigten Bauteilen ruht zunächst auf Vorsprüngen 15 der Stahlbetonwandung und wird durch Sperrkörper 25 gegenüber dem Verankerungsring 14 abgestützt, so daß damit die Druckfestigkeit - der Innendruck kann wesentlich über 100 at betragen - gewährleistet ist. Der Stahlbetonbchälter is! in an sich bekannter Weise auf seiner Innenseite mit einer Stahldichthaut 16 aus duktilem Blech überzogen. Nach dein Schließen des Gefäßes wird diese Dichthaut unter Belassung genügenden Dehnungsspielraumes mit dem Stahldeckel 2 dicht verschweißt, z.B. mil Hilfe einer sogenannten Schweißlippendichtung.

Als wichtigstes Bauelement ist am Deckel 2 der eigentliche Reaktorkern 5 befestigt. Die Befestigung geschieht in diesem Beispiel über einen Haltekorb 22, der in seinem oberen Ende fur den Kühlmittcldurchtritt durchbrochen ist und mit seinem unteren Ende das Kerntraggerüst 23 hält. D>"s ist eine Stahlplatte mit Durchtrittsöffnungen für das Kuhlmittel. Auf ihr ruht im Innern des Haltekorbs 22 der eigentliche Reaktorkern 5, der im wescntlu hen aus den Kühlkanälen 51 und den darin angeordneten Brennelementen besteht, auf deren Aufbau aber hier nicht näher eingegangen werden soll. Außerhalb des Hahekorbcs ruht / B. auf dem Kerntraggerüst 22 der thermische Schild 24 Diese Anordnung ist mit Abstand von einem unten geschlossenen Stahlzyhnder 21 umgeben, der keiner Druckbeanspruchung ausgesetzt ist und gegenüber dem Betonmantel einen Kühlspalt 3 belaßt. Auf seiner Außenseite ist dieser Stahlzylinder mit euv-'i Wärmeisolierung 31 - an sich bekannter Bauart versehen. Oberhalb des thermischen Schildes 24 sind in dem Ringraum zwischen dem Haltekorb 22 und dem Stahlzylinder 21 Dampferzeuger 6 angeordnet, die mit ihren Anschlußleitungen 61 den Stahldeckel 2 duichsetzen.

Über dem Reaktorkern 5 ist beispielsweise in Gestalt eines ebenfalls am Stahldeckel 2 befestigten und diesem gegenüber abgedichteten Stahlgefäßes ein innerer Druckhalter 4 angeordnet, der z.T. mit Betriebswasser gefüllt ist und über Bohrungen in den Brennelementladekanal 52 mit der Wasserfüllung des Druckgefäßes im Druckausgleich steht. Dieser innere Druckhalteraum 4 ist entweder über eine Leitung 41 mit einem äußeren Druckerzeuger 42 in Fig. 2 verbunden, in welchem in an sich bekannter Weise mil Hilfe von elektrischen Heizelementen ein solcher Dampfdruck gebildet wird, der eine völlige Füllung des Kesselinnenraumes mit Ausnahme des Druckhalter 4 gewährleistet sowie mit Sicherheit ein Sieden der Kühlflüssigkeit im Reaktorkern 5 verhindert, oder

S der Druckhalteraum selbst ist mit Heizelementen ausgestattet (nicht dargestellt). Auch die Regelstäbe bzw. deren Führungsrohre durchsetzen den Stahldeckel 2 an den Durchführungen 71. Sie sind in diesem Falle in Analogie zum Aufbau des Mehrzweckforschungs-

reaktors in Karlsruhe schräg angeordnet. Durch die spezielle Anordnung der Dampferzeuger oberhalbdes Reakiorkernes 5 bildet sich im primären Kühlmittel eine Naturumlaufslrömung aus, wobei der Haltekorb 22 als Leitzylinder fungiert. Diese Naturumlaufwirkung kann noch durch den Einsatz von Pumpen 62 - in der rechten Hälfte dieser Figur - ergänzt und verbessert werden, die ebenfalls mit dem Stahldekkcl 2 verbunden sind.

Daraus geht hervor, daß alle Bauelemente inner-

halb des Reaktordruckkessels 1 durch den Deckel 2 desselben geführt sind und daher Durchbrechungen im Stahlbeionmantel desselben nicht mehr notwendig sind.

Diese Konstruktion hat u.a. den Vorteil, daß für

»5 Reparaturen an den Dampferzeugern 6 nur der Stahldeckel 2 nach Lösung der Sperrkörper 25 soweit an gehoben werden muß, bis die Wärmetauscher frei zugängig sind. Der Reaktorkern 5 befindet f.ich dann noch innerhalb des Stahlbetonkessels 1 und wird durch diesen weitgehend abgeschirmt.

Während des Betriebes herrscht im Inneren des Siahlbetondruckgef.iiies praktisch Druckausgleich wie bereits erwähnt ~. Dies ist in Fig. 2 sdtiematisch dargestellt. Der Kuhlspalt 3 ist mit kühlem umlaufenden Wasser gefüllt, das die Stahlhetonwandlung 1 vor schädlicher Erwärmung schützt. Der Umlauf wird durch eine kleine Pumpe 32, das Temperaturniveau durch einen Kuhler 33 gewährleistet, beide sind über die Leitung 34 mn dem Kühlspalt 3 verbunden. Die Leitung 34 steht auch mit dem Druckerzeuger 42 außerhalb des Kernreaktors in Verbindung, der wie derum über die Leitung 41 mit dem inneren Druck halteraum 4 und dieser über die mit Durchbrechungen versehenen Beladekanäle 51 mit dem Kühlmittel strom im Inneren des Druckgefäßes in Druckausgleich stein Der der Wärmeübertragung dienende Kühlmiitelstrom befindet sieh also vollkommen innerhalb de» Druckgefäßes 1, lo'iglicli ein kleiner Anteil der Kühlmittelmenge zirkuliert als Kühlmedium für den Stahlbetonbehälter zeitweise außuh^Ib des Druckgefäßes.

Fi g. 3 zeigt, wie ein deraitiges Stahlbetondruckgefäß mit eingebautem Druckwasserreaktor innerhalb eines Sicherheitsgel Müdes 8 angeordnet werden kann.

Dieses kann verhältnismäßig schmal gehalten werden, mit der in ihm angebrachten Krananordnung 9 ist üicht nur die Bedienung der Beladekanäle 52 sondern iiich das Anheben des Deckels 2 mit den beispielsweise diiranhängenden Einbauten möglich. Der zwisehen dem Druckkessel 1 und dem Sicherheitsgebäude 8 befindliche Ringraum ist zweckmäßigerweise mit Wasser gefüllt, das nicht nur einer weiteren Abschirmung der gesamten Anlage nach außen sondern vor allen Dingen auch in Zusammenhang mit den Lei-

6s tungen 82 und einer inneren dichten StahSwand 81 als Druckunterdi ückungssystem im Falle eines Lecks in der Reaktoranlage bzw. den Dampfleitungen 61 fungiert. In dieser Cbcrsichtsskizze sind als weitere

Einbauten nur noch ein Druckerzeuger 42 und eine Schleuse 91 angedeutet. Bei entsprechender größerer Ausbildung dieses Sicherheitsgebäudes 8 können selbstverständlich auch das Brennelementabsetzbekken sowie weitere Hilfsanlagen neben dem eigentlichen Reaktordruckgefäß 1 angeordnet weiden. Auch sind die Belüftung des Sicherheitsgebäudes und der Abluftschornstein 92 nur angedeutet.

Das Kühlmittel kann in diesem Beispiel eines Druckwasserreaktors leichtes oder auch schweres Wasser sein, selbstverständlich sind auch andere Reaktortypen für den Einsatz in einem derartigen Stahlbetondruckgefäß geeignet, wie auch dieses Aufbauprinzip eines Stahlbetondruckgefäßes auch für andere Zweige der Technik mit Vorteil angewendet werder kann.

Hierzu I Blau Zeichniinuen

Claims

Patentansprüche:

1. Kernreaktordruckkessel mit Aufnahmemöglichkeit für Primärkreiselemente einer Atomkernkraftwerksanlage, der in seinem zylindrischen sowie seinem Bodenteil aus vorgespanntem Beton besteht, dessen axiale Bewehrung in einem auf der offenen Behälterseite aufliegenden Stahlring verankert ist, wobei für den Abschluß des Behälters ein mit einer inneren Stahldichthaut des Behälters abdichtend verbundener druckfester Stahldeckel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Stahideckel (2) gegenüber dem Stahlring, (14) über Sperrkörper (25) verriegelt und abgestützt ist, daß der Stahldeckel (2) in ebenfalls an sich bekannter Weise als Traggerüst bzw. Zentriereinrichtung für die Primärkreiselemente (6) dient und daß er als massiver, gleichzeitig der biologischen Abschirmung dienender Körper ausgebildet ist.

2. Druckkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (61) der Primärkreiselemente (6) mit den außerhalb des Kessels angeordneten Kraftwerkselementen allein über den Stahldeckel (2) geführt sind.

3. Druckkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahideckel (2j in an sich bekannter druckfester Leichtbauweise', beispielsweise mit rippen- oder wabenartigei. Verstärkungen ausgebildet ist.

4. Druckkessel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er die Hauteile eines integrierten Druckwasserreaktors enthält.