DE1764504A1

DE1764504A1 - Reaktorkuehlsystem

Info

Publication number: DE1764504A1
Application number: DE19681764504
Authority: DE
Inventors: Kjemtrup Jens Ejler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-06-26
Filing date: 1968-06-15
Publication date: 1971-08-05
Also published as: US3430386A

Description

Anmelderin: General Electric Company, Schenectady, New York,USA

Ileaktorki-hlsystetn

Die Erfindung betrifft ein ReaktorkUhlsystera.

Es ist bereits bekannt, Kernreaktoren in Kernkraftwerken zur Umwandlung der durch die Kernspaltung erzeugten Wärme in elektrische Leistung zu verwenden. Z.B. wird bei einem derartigen Kraftwerk ein Reaktor verwendet, der eine Anordnung oder einen Kern von Brennstäben in einem Druckkessel hat. Ein Arbeitsfluid oder Kühlmittel wie Wasser wird an den Brennstäben vorbeigewälzt, die unter Druck stehenden Dampf erzeugen. Der Dämpf wird einem Turbinen-Generator-Satz zugeführt, um elektrische Leistung zu gewinnen. Der ausströmende Dampf strömt dureh einen Kondensator, und das entstehende Kondensat wird in einem Vorratsbehälter gesammelt, von dem es als Speisewasser durch Speisewasserpumpen in den Heaktorkessel zurückgeleitet wird.

Es sind ferner Kontrollstäbe vorhanden, die Neutronenabsorber oder -gifte enthalten und wahlweise in den Kern einfahrbar sind, um die Wärmeleistung oder die elektrische Leistung zu steuern. Die Kontrollstabanordnung ist so vorgenommen, dall nach Einfuhr aller Kontrollstäbe in den Kern die Reaktivität unter dem kritischen Wert liegt und der Reaktor abgeschaltet ist. Das Einfahren der Kontrollstäbe unterbricht jedoch nicht sofort dLe Dampferzeugung. Die Dampferzeugung wird eine gewisse Zeit wegen der durch verzögerte Neutronen entstehenden Nachwärme, der in dem Brennstoff gespeicherten Warne und wegen de· radioaktiven Zerfalls von Spaltprodukten fortgesetzt. Der so erzeugte Nachdaapf kann nicht einfach

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an die Atmosphäre abgegeben werden, da er "Produkt· enthalten ' kann, die für tierisches und pflanzliches Leben gefährlich sind. In einer abgeschalteten normalen Anlage wird der Nachdampf duroh Zuführung zum Hauptkondensator über ein Nebenschlußabsperrorgan des Turbinen-Generator-Satzes aufgefangen, und das normale Speisewassersystem hält den Kühlmittelpegel im Reaktorkessel aufrecht.

Bei raanohen Störungen ist Jedoch der Hauptkondensator nicht verfügbar, um den Naohdampf aufzunehmen. Z.B. verursaoht eine Störung des Hauptkondensators oder der Verlust der gesamten Wechselstromleistung ein Schließen der Absperrorgane der Hauptdampfleitung. Es ist daher aus Sicherheitsgründen notwendig, ein Notsystem zu verwenden. Bei bekannten Anlagen besteht dieses Notsystem aus einem oder mehreren groHen, teuren Hilfsdampfkondensatoren und Kondensattanks, die sich über dem Reaktorkessel befinden, um eine Schwerkraftumwälzung des Primärdampfs vorzunehmen, der in den Reaktordruckkessel als Kondensat zurUokgeleitet wird, um das Fluid in dem Kessel auf einem Pegel über dem Reaktorkern zu halten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Zerfallswürine von einem Kernreaktor abzuleiten und den Kühlmittelpegel im Reaktorkessel ohne Hilfsdampfkondensatoren und ohne Abhängigkeit von der Vechseletromleistung aufrechtzuerhalten.

Duroh die Erfindung wird ein Notkühlsystee xur Ableitung von Zerfallswärme aus einem Kernreaktor und zur Aufrechterhaltung des KUhlmittelpegels in dem Reaktorkessel, falls das normale Umlaufsystem geschlossen werden muB, angegeben. Ein überdruokabsperrorgan ermöglicht, daß der Zerfalldaepf in eine Masse oder ein Bassin von Kühlmittel entweicht. Ein Teil des entweichenden Dampfes wird einer Turbine zugeführt, die eine Pumpe zur Einspeisung von Kühlmittel aus einem Lagertank in den Reaktorkessel antreibt, um den Kühlelttelpegel aufrechtzuerhalten. Das System bleibt daher in Betrieb, selbst wenn die normale oder zusätzliche Wechselstromleistung ausfällt.

Insbesondere wird bei der Erfindung der Nachdampf in ein Wasserbassin geleitet (das bereits als Bestandteil

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eines Druckabeperreysterns vorhanden sein kann), wo der Dampf kondensiert. Ein Teil des abgeleiteten Dampfs wird einer Turbinenpuepe zugeführt, die Wasser aus einem Lagertank in den Reaktorkessel speist, «n den KUhlmittelpegel aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung soll anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert werden, in der ein AusfUhrungsbeispiel des Systems geväB der Erfindung abgebildet ist.

D_as Ausführungsbeisplel der Erfindung wird in einem Kraftwerk mit eines Siedewasserreaktor mit direktem Zyklus verwendet. Ein Druckkessel IO enthält einen Kernbrennstoffkern 11. (Der Druckkessel IO ist normalerweise von einem dickwandigen Heaktorgebäude uegeben, das nicht abgebildet ist.) Mehrere Kontrollstäbe 12 können durch eine nicht abgebildete Einrichtung in den und aus dea Kern 11 hin und hergefahren werden, um dessen Reaktivität zu kontrollieren. Der Kessel ist mit eine* Kühlmittel (z.B. leichte« Wasser) bis zu einem Pegel gefüllt, der etwas. Über dem Kern 11 liegt. Das Kühlmittel wird durch den Kern 11 *.*"rch natürlichen Umlauf oder durch ein Zwangsumlaufsystea (nicht abgebildet) umgewälzt, wodurch die von Kern erzeugte wärme auf das Ynsser übertragen und eine Daapfsäule in de« oberen Abschnitt des Druckkessels 10 erzeugt wird. Der so unter Druck stehende Dampf wird über ein Hauptdaapfabsperrorgan 13 und eine Hauptdampfleitung oder ein itohr 14 einer Drmpfturbine 15 zugeführt, die einen elektrischen Generator Ib antreibt· Die Ti^ubine 15 mündet in einen Kondensator 17, und das entstehende Kondensat wird in einem Ausguhraun Ib gesammelt. Während des normalen Betriebe wird das Kondensat als Speisewasser zum Kessel 10 durch eine Speisewasserpumpe l) rückgeleitet, die durch einen Llektromotor angetrieben wird. Ein Lagertank 33 liefert Ersatzwasser und nimmt Überschuilwasser vom Ausguß raum IS auf.

Während eines normalen Kraftwerkabsehaltens werden die Kontrollstäbe 12 in den Kern eingefahren, um dessen Reaktivität und damit Wärmeerzeugung zu verringern. Wie jedoch bereits erwähnt wurde, wird die Dampferzeugung eine gewisse Zeit lang weiou verzögerter Neutronen, gespeicherter Wärme

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und wagen des radioaktiven Zerfalle von Spaltprodukten fortgesetzt. Der so erzeugte Naohdampf wird normalerweise durch Schließen eines Absperrorgans 21 vor der Turbine 15 und öffnen eines NebensohluOabsperrorgans 22 zur Zufuhr des Nachdampf es direkt zum Kondensator 17 aufgefangen, und das Kondensat wird duroh die Speisewasserpumpe 19 rUokgeleitet, um den Klihlmittelpegel in Kessel 10 in normaler Weise aufrechtzuerhalten .

Unter Umständen ist jedoch der Hauptkondensator 17 nicht verfügbar, um den Nachdampf wie oben beschrieben aufzunehmen. Z.B. kann der Betrieb des Kondensators 17 unterbrochen werden, oder es kann eine Störung sowohl der normalen als auch der zusätzlichen Wechselstromversorgung eintraten, so daß die Speisewasserpumpe 19 stillgelegt wird. In diesen, und anderen Fällen, in denen der Betrieb des HauptkUhlsystems beeinträchtigt wird, schließt sich das Hauptdampfabsperrorgan 13 automatisch, so daß das Hauptdampfsystem vom Reaktorkessel getrennt wird. Wie bereits erwähnt, kann der Nachdampf nicht direkt an die Atmosphäre abgegeben werden, da er Produkte enthalten kann, die für tierisches und pflanzliches Leben gefährlich sind. F.rner ist zurVörhinderung einer Beschädigung des Reaktorkerns die Aufrechterhaltung des Kiihlmittelpegels im Kessel 10 notwendig, um den Kern 11 eingetaucht zu halten.

Daher wird das NotkernkUhleystem gemäß der Erfindung in Betrieb genommen, falls eine Störung des Hauptsystens auftritt, die zu einem Schließen des Ilauptdampfabsperrorgahs 13.-führt. Das System gemäß der Erfindung erfüllt 4wei Funktionen, erstens nimmt es" den Nachdampf auf, und zweitens liefert jes Ersatzwasser zum Reaktorkessel.

Die erste Funktion wird durch eine erste llilfsdampfleitung 23 vorgenommen, die ein Absperrorgan 2k aufweist. Das Absperrorgan 2k wird durch eine druckabhängige Einheit 25 betätigt, die so eingestellt ist, daß sie das Absperrorgan 2k bei einem vorbestimmten Druck über dem normalen Betriebsdruck im Kessel 10 öffnet. Wenn das Absperrorgan 2k so geöffnet worden ist, strömt der Nachdampf durch die Leitung 23 und aus ihr unter die Oberfläche eines Bassins mit Kühlmittel wie Wasser in einem Drucksperrk-ess'eF 2b. Die Leitung 23 kann au einen

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horizontalen Ausgußapparat 27 mit mehreren nach unten gerichteten öffnungen zur Verteilung des Naohdampfs in dem Wasserbassin angeschlossen sein. Es hat sioh herausgestellt, dali dadurch der Naehdatnpf tatsächlich kondensiert.

Zweckraäfligerweise und aus wirtschaftlichen Gründen kann der Snerrkessel 26 mit seinem Wa^eerbassin bereits im Kraftwerk als Teil eines Drucksperrsystems vorhanden sein, das zur Kondensation des entweichenden Dampfs vorgesehen ist, falls das unwahrscheinliche Ereignis eintreten sollte, daß ein größerer Bruch des Druokkessels 10 oder der Primärleitungen in dem Reaktorgebäude auftritt. Wenn daher ein derartiges Drucksperrsystem bereits im Kraftwerk vorhanden ist, kann sein Sperrbassin auch als Naohdampf-Kondensationsbassin gemäü der Erfindung dienen.

Die zweite Funktion des System gemäß der Erfindung, nämlich die Aufrechterhaltung des Kühlmittelpegels im Reaktorkessel 10, wird durch folgenden Aufbau gewährleistet. Eine zweite Hilfsdampfleitung 28 hat ein Absperrorgan 29. Das Absperrorgan 29 wird durch eine Absperrorgansteuereinheit 30 betätigt, die auf den Kühlmittelpegel im Reaktorkessel 10 anspricht. Wenn der Kühlmittelpegel unter einen vorbestimmten Punkt fällt, öffnet die Steuereinheit 30 das Absperrorgan 29, um Dampf einem Dampfmotor oder einer Turbine 31 zuzuführen. Der aus der Turbine 31 austretende Dampf wird im Kühlmittelbassin im Sperrkessel 26 kondensiert.

Die Turbine 31 treibt direkt eine Pumpe 32 an, die Ersatzwasser dem Reaktorkessel 10 aus einem geeigneten KUhI-mittelvorratsbehalter, z.B. dem Lagertank 33 und/oder dem Kessel 26, zuführt.

Durch die Erfindung wird also ein Notkernkiihlsystem zur sicheren Ableitung der Zerfallswärrae aus dem Kern eines Kernreaktors und zur Aufrechterhaltung des Kiihlflüssigkeitspegels im ileaktorkessel beim Ausfall des normalen Kühlsystems angegeben. Das System ist unabhängig von einer elektrischen Stromversorgung, ausgenommen vielleicht eine Notbatterie, die zum Betrieb der den Druck und den Pegel messenden Steuereinheit·' ι 25 und 30 vorhanden sein kann.

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Patentansprüche

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Claims

30. Mai 1968 ΕΠ/Sm

6-2169 - 6 -

Kühlsystem für einen Reaktor alt einen Druckkessel, der teilweise mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllt ist, mit einem Kernreaktorkern in dem Kessel, der in das Kühlmittel eingetauoht ist, mit einer wahlweise betätigbaren Einrichtung zur Kontrolle der Reaktivität des Kerns zur Wftrmeerzeugung, um einen Teil des Kühlmittels zu verdampfen, so daß eine Säule von Druokkühlmitteldampf in dem Kessel entsteht, mit einem ■ Bassin des flüssigen Kühlmittels unter im wesentlichen Atoiosphärendruok, mit einer Dampfleitung zum Ableiten des Dampfs aus dem Kessel unter die Oberfläche des Kühlmittels in dem Bassin, und mit einem Absperrorgan in der Leitung, g e k e η η -zeiohnetdurch eine druckabhängige Absperrorgansteuereinriohtung (25) zum Öffnen des Absperrorgans (24),wenn der Druck in dem Kessel (1O) einen vorbestimmten Druck überschreitet.

2· Kühlsystem naoh Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (28-31) alt einer Motorpumpe (31)· die durch Druokdampf aus dem Kessel (10) betätigbar ist, um den KUhI-mittelpegel in dem Kessel auf einem Mindestwert zu halten.

3· Kühlsystem nach Anspruch 1, mit einem Dampfkondensator, mit einer zweiten Dampfleitung zum Leiten von Dampf von dem Kessel zum Kondensator, und mit einem Absperrorgan in der zweiten Dampfleitung, gekennzeichnet durch eine Absperrorgansteuereinrichtung zum Öffnen des Absperrorgans in der zweiten Dampfleitung in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Druck in dem Kessel.

4. Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daB der vorbestimmte Druck gröUer als der normale Betriebsdruck ist.

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