DE1936409C3 - Sicherheitsvorrichtung für einen durch Flüssigmetall beheizten Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für einen durch Flüssigmetall beheizten Dampferzeuger, mit einem Behälter, durch den das Flüssigmetall strömt und der von zu verdampfendem Wasser durchflossene Heizflächenrohre aufweist, mit einer aus dem Behälter führenden Sicherheitsleitung, die durch eine bei Überschreiten eines unzulässig hohen Druckes brechende Berstscheibe verschlossen ist

Derartige Sicherheitsvorrichtungen sind dort anwendbar, wo zwei miteinander reagierende Substanzen, die eine ein flüssiges Metall (wie beispielsweise Natrium) und die andere ein Wasser-Dampf-Gemisch, in Wärmeaustauschbeziehung zueinander strömen, wobei zwischen den Substanzen sich ein Barrierenmaterial befindet, wie beispielsweise die Wände eines Bündels von Rohren, die durch einen geschlossenen Behälter hindurch verlaufen, wobei das Wasser-Dampf-Gemisch durch die Rohre hindurch und das flüssige js Metall um die Rohre herum strömt Ein lokaler Fehler des Barrierenmaterials führt zu einer Berührung zwischen dem flüssigen Metall und dem Wasser-Dampf-Gemisch, wobei die sich daraus ergebende heftige Reaktion Wasserstoff erzeugt und einen Druckanstieg im geschlossenen Behälter zur Folge hat. Der Druckanstieg kann, wenn er nicht vermindert bzw. verhindert wird, weitere Fehlerquellen im Barrierenmaterial verursachen, was zu einer weiteren Reaktion und zu einem weiteren Druckanstieg führt und es kann schließlich zu einer Explosion kommen. Zusätzlich zum Nachlassen des Druckes ist es wünschenswert, die Strömung zumindest einer der Substanzen unterbrechen zu können.

Bei einem Natrium/Wasser-Wärmeaustauschsystem des Tauchrohrtyps mit U-förmigen Rohren, bei welchem, um Schweißnähte zwischen den Rohrböden und zwischen Rohr- und Rohrboden in einer Natriumumgebung zu vermeiden, ein Inertgasraum oberhalb des Natriums an jedem Ende der Rohre vorgesehen ist, wurde bisher eine Druckfreigabe bzw. Druckmindervorrichtung des Bruch- oder Berstscheibentyps verwendet, um einen hohen Druck in solchen Gasräumen herabzusetzen, wenn er durch den Wasserstoff hervorgerufen wird, der bei der Natrium/Wasser-Reaktion beim Bruch eines oder mehrerer Rohre entwickelt wird. Sicherheitsvorrichtungen dieser Art sind aus der FR-PS 14 65 004 sowie aus der Zeitschrift »The Engineer«, May 1966 (Fig. 3 auf Seite 811) bekannt. Die Druckminderung wird durch eine separat gesteuerte Anordnung unter- h^r, stützt, durch welche das Dampf-Wasser-Gemisch aus den Rohren dadurch entfernt werden kann, daß man den Dampf verpuffen läßt, und durch welche die Wasserzufuhr nach den Rohren unterbrochen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Natrium/Wasser-Reaktionsproblem durch Anwendung einer neuen Konzeption beizukommen, nämlich dadurch, daß der auf eine solche Reaktion folgende Druckanstieg zusammen mit der Schwerkraft dazu verwendet wird, das Natrium aus der Reaktionszone zu entfernen, um auf diese Weise die Explosionsgefahr zu vermeiden, die bei dem bisherigen Notbehelf auftreten könnte, wo die Anordnung für das Entfernen des Dampf-Wasser-Gemisches aus den Rohren versagte oder die Betätigung derselben nicht rechtzeitig erfolgte.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgeinäß vorgeschlagen, daß die Sicherheitsleitung am unteren Ende des Behälters angeschlossen ist und in ein unterhalb des Behälters angeordnetes Auffanggefäß mündet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der schematischen Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine Druckmindervorrichtung 1 in einer Leitung 2 für flüssiges Metall, wie beispielsweise Natrium, bei einer erhöhten Temperatur (z. B. 350⁰C), wobei die Berstscheibe 1 einen Teil einer Sicherheitsvorrichtung für einen mit Flüssigmetall beheizten Dampferzeuger oder Überhitzer bildet, wie diese beispielsweise für einen energieerzeugenden, mit Flüssigmetall gekühlten Schnellbrüter-Kernreaktor erforderlich sind. Ein typischer natriumbeheizter Dampferzeuger oder -überhitzer vom sogenannten Tauchrohrtyp ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und allgemein mit 3 bezeichnet Er besteht aus einem durch einen Druckbehälter 4 gebildeten Mantel, der Heizflächenrohre enthält die schematisch durch strichpunktierte Linien 5 dargestellt, U-förmig verlaufen und an ihren Enden in Wasser- oder Dampf-Sammelkammern 6, 7 enden. Die Schweißnähte zwischen Rohr und Rohrboden sind vom flüssigen Metall durch Inertgasräume 8, 9 (z.B. mit Argon gefüllt) oberhalb der Flüssigmetallpegel 10, U getrennt, und eine Trennwand 12 trennt die Gasräume 8,9 voneinander. Ein Einlaß 13 zum Druckbehälter 4 ist für das Natrium in einem Sekundärkreislauf vorgesehen, wobei das Natrium erst abwärts, dann aufwärts über die Rohre 5 strömt und den Druckbehälter 4 an einem Auslaß 14 verläßt Jeder Sekundärkreislauf schließt die eine Seite von Wärmetauschern im Primär-Natriumkreislauf des Reaktors, eine Umwälzpumpe und einen Dampf-Erzeuger, -Überhitzer und -Zwischen-Überhitzer ein.

Ein weiterer Auslaß 15 am unteren Ende des Druckbehälters 4 steht mit der Sicherheitsleitung 2 in Verbindung, wobei letztere normalerweise durch die Berstscheibe 1 geschlossen ist Der Auslaß 15 kann auch vorteilhaft an der untersten Stelle des Behälters 4 angeordnet werden, vorausgesetzt, daß genügend Raum für einen Auffangbehälter 16 unterhalb des Behälters 4 vorhanden ist Die Vorrichtung soll in Tätigkeit treten, wenn ein Heizflächenrohr 5 während des Betriebs zu Bruch geht, wodurch Wasser oder Dampf in Berührung mit dem strömenden Natrium kommen kann. Bei einem solchen Vorgang ergibt sich eine schnelle Reaktion, und es wird Wasserstoff erzeugt, der den Druck innerhalb des Druckbehälters 4 rapide ansteigen l&ßt und zusammen mit der Kraft, die sich durch das Druckgefälle im Natrium und durch die Natriumsäule selbst ergibt die Berstscheibe 1 zerreißt, und das Natrium, unterstützt durch die Schwerkraft, aus dem Druckbehälter 4 in die Leitung 2 strömen läßt, damit es über die Leitung 2 in den Auffangbehälter 16 gelangt, der so ausgelegt ist, daß

er mehr als die volle Menge Natrium in dem betreffenden Wärmetauscher oder Dampferzeuger aufnimmt Der Auffangbehälter 16 und derjenige Teil der Leitung 2, der in Strömungsrichtung hinter der Berstscheibe 1 liegt, befinden sich normalerweise auf atmosphärischem Druck. Es ist durch herkömmliche Fehlerschaltung dafür gesorgt, daß beim Zerreißen der Berstscheibe 1 oder dann, wenn die Entwicklung von Wasserstoff im Behälter 4 durch eine entsprechende Überwachungseinrichtung festgestellt ist, der Kernre- ι ο aktor abgeschaltet und der defekte Wärmetauscher oder Dampferzeuger vom Natrium getrennt wird. Es kann zusätzlich dafür gesorgt werden, daß der Dampf aus dem Dampfkreislauf des defekten Wärmetauschers verpufft und, wenn der Wärmetuauscher ein Dampfer- zeuger ist, dieser vom Wasser getrennt wird. Solche zusätzlichen Maßnahmen bilden eine Sicherheit, welche die Hauptsicherheit unterstatzt, die durch Entfernen des Natriums aus dem Behälter 4 und durch das Verhindern des Eintritts weiteren Natriums in den Behälter 4 aus dem Sekundärkreislauf durch diese Abtrennung geschaffen wird.

An einer Stelle in der Leitung 2 ist eine zweite Berstscheibe 41 vorgesehen. Eine Balgverbindung 46 ist als !Compensator in der Leitung 2 in Strömungsrichtung hinter der Berstscheibe 1 vorgesehen, und bei einer Abänderungsform kann die zweite Berstscheibe 41 auch zwischen Flanschen eingebaut werden, die einen Teil des !Compensators bildet.

Die zweite Berstscheibe 41 ist vorgesehen, um das Ablassen des ganzen Natriumgehaltes des Wärmetauscherkreislaufes zu verzögern, wenn etwa infolge einer Fehlfunktion oder eines unbeabsichtigten Bruchs die durch die Berstscheibe 1 gebildete Barriere vorzeitig, ohne durch einen Rohrbuch im Wärmetauscher oder Dampferzeuger verursacht zu sein, beseitigt wird. Die zweite Berstscheibe 41 kann außerdem dazu dienen, einen Zwischenraum vorzusehen, so daß bei einem unabsichtlichen Auslecken von Natrium über die erste Berstscheibe hinaus dieses innerhalb des Zwischenraumes durch herkömmliche Mittel (nicht dargestellt) ermittelt werden kann und Abhilfsmaßnahmen zur Vermeidung des Ausleckens ergriffen werden können, ohne Natrium in den Auffangbehälter 16 zu verlieren.

Der Auffangbehälter 16 ist vorzugsweise mit einer normalerweise geschlossenen hochliegenden Lüftungsleitung (nicht dargestellt) versehen, so daß Wasserstoff, welcher im Natrium eingefangen ist oder den Behälter 16 erreicht, nachdem das Natrium diesen erreicht hat, in die Atmosphäre abgeleitet werden kann. Das obere Ende der Lüftungsleitung weist eine einfache, durch Druck zerreißbare Membran auf, um das Entlüften zu ermöglichen, und es sind herkömmliche Mittel vorgesehen, um etwa mitgerissenes Natrium aus dem abzuleitenden Gas zu entfernen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Sicherheitsvorrichtung für einen durch Flüssigmetall beheizten Dampferzeuger, mit einem Behälter, durch den das Flüssigmetall strömt und der von zu verdampfendem Wasser durchflossene Heizflächenrohre aufweist, mit einer aus dem Behälter führenden Sicherheitsleitung, die durch eine bei Oberschreiten eines unzulässig hohen Druckes brechende Berstscheibe verschlossen ist, dadurch ι ο gekennzeichnet, daß die Sicherheitsleitung (2) am unteren Ende des Behälters (4) angeschlossen ist und in ein unterhalb des Behälters angeordnetes Auffanggefäß (16) mündet

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