DE1936844A1

DE1936844A1 - Druckhalter fuer Druckwasserreaktoren

Info

Publication number: DE1936844A1
Application number: DE19691936844
Authority: DE
Inventors: Frei Dipl-Ing Gerhard; Hintergraeber Dipl- Maximilian
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-07-19
Filing date: 1969-07-19
Publication date: 1971-02-04
Also published as: FR2051868A1; DE1936844C3; DE1936844B2; FR2051868B1; US3722578A; CH522272A; JPS5113839B1; BE753561A

Description

Druckhalter für Druckwasserreaktoren

Die Erfindung betrifft ein· Verfahren zur selbstregelnden D"ruckhalt ung im Druckhalter eines Druckwasserreaktors und Einrich- . tungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, mit Hilfe eines.Druckhalters den Druck im Primärkreislauf eines Reaktors innerhalb bestimmter Grenzen zu regeln. Wenn eine Änderung in der Reaktivität des Reaktors eintritt oder eine Kühlmittelpumpe ausfällt, ändert sich die Kühlmitteltemperatur im Primärkreislauf und dadurch die Dichte des Kühlmittels. Die damit verbundenen Volumen- und Druckschwankungen müssen vom Druckhalter aufgefangen und ausgeglichen werden. Üblicherweise sind dazu noch im unteren Teil des Druckhalters elektrische Heizelemente angeordnet.

Wenn die Dichte des Kühlmittels im Primärkreislauf größer wird, entsteht eine Druckminderung, die eine selbsttätige Einschaltung der Heizung auslöst. Die durch die Beheizung erzeugte Dampfmenge verhindert einen weiteren Druckabfall.

Wenn die Kühlmitteldichte im Primärkreislauf abnimmt, entsteht im Druckhalter ein Überdruck, der durch Einschalten der Sprühdüsen kurzfristig abgebaut wird.

Nach den bisher bekannten Verfahren ist die Sprühleitung an die Kühlwasserleitung vom Dampferzeuger zum eigentlichen Reaktor

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hinter der Speisepumpe, also an die kalte Leitung angeschlossen. Da über diese Sprühleitung relativ kaltes Wasser beim Druckanstieg in den Druckhalter eingesprüht wird, wird die Temperatur des. Wassers im Druckhalter zu sehr abgesenkt, so daß bei einem später auftretenden Druckabfall vor dem Beginn des Ausdampfens des Wassers im Druckhalter eine zu starke Druckabsenkung des gesamten Systems erfolgt. Darüber hinaus weist diese Sprühleitung aufwendige und anfällige Hegeleinrichtungen und -armaturen auf. Ferner ist im allgemeinen noch ein Abblasetank erforderlich, in den ein ,Teil des Dampfes bei Druckanstieg abgeblasen wird. Dieses Abblasen bedingt jedoch einen zusätzlichen Energieverlust.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckhalter zu schaffen, der weitgehend selbsttätig arbeitet und ohne aufwendige Ventile und Regeleinrichtungen auskommt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur selbstregelnden Druckhaltung besteht dabei darin, daß zusätzlich zur Einsprühung zumindest eines Teilstromes des dem Druckhalter aus der vom Reaktor zum Dampferzeuger führenden Druckwasserleitung zuströmenden Wassers in den Dampf raum des Druckhalters, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck oder von der Reaktorleistung erfolgt, noch eine konstante Dauersprühung geringeren Umfanges mit Wasser aus der vom Dampferzeuger zum Reaktor führenden Leitung vorgenommen wird.

Durch Verwendung eines Teils des aus der "heißen" Kühlmittelleitung vom Reaktor zum Dampferzeuger zur Einsprühung in den Dampfraum des Druckhalters wird die Temperatur des Mediums im Druckhalter nicht so stark abgesenkt wie bei den bisher bekannten Verfahren, so daß bei einem Druckabfall bis zur Neuein-

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regelung des Druckes keine zu großen Druckschwankungen auftreten. Darüber hinaus wird durch die zusätzliche Dauersprühung etwa auftretende unterschiedliche Borkonzentration im Kreislauf und im Druckhalter ausgeglichen sowie bei zu starkem Druckanstieg eine stärkere Druckabsenkung erreicht.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindung'sgemäß darin, daß in der Ausgleichsleitung vom Primärkreislauf zum Druckhalter vor Einmündung in denselben eine Drosselblende und eine Rückschlagklappe parallel zueinander eingebaut sind und daß vor der Drosselblende eine mit einer Rückschlagklappe versehene und in den Dampfraum des Druckhalters einmündende Sprühleitung abzweigt.

Durch entsprechende Einstellung des Drosselventils kann dabei das Druckgefälle zwischen Kreislauf und Druckhalter ausgenutzt werden, um eine dosierte Einsprühung in der Sprühdüsenanortmung zu erreichen. .

Eine weitere Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Ausgleichsleitung in den Druckhalter hineinragt und sich über die gesamte axiale Länge des Druckhalters erstreckt und daß sie im Bereich des Dampfraumes mit Sprühöffnungen oder Sprühdüsen und im Bereich des Wasserraumes mit mindestens einer bei Druckanstieg selbsttätig verschließbaren Wasseraustrittsöffnung versehen ist. Zur Verringerung der Sprühwirkung kann es dabei vorteilhaft sein, daß der Druckhalter im Bereich des Wasserraumes und des unteren Bereichs des Dampfraumes einen geringeren Durchmesser als-im oberen Dampfraum aufweist.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Druckhalter mit von der Ausgleichsleitung abzweigenden Sprühleitung und ·

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Fig. 2 einen Druckhalter mit einer bis zum oberen Ende desselben reichenden Ausgleiehsleitung.

Der im allgemeinen als zylindrischer Druckbehälter ausgebildete Druckhalter 1 ist über eine Ausgleiehsleitung 2 mit der "heißen"' Leitung 3 des Primärkreislaufes vom Reaktor 4 zum eigentlichen Dampferzeuger 5 verbunden. Nach dem Ausführungsbeispiel in Pig. 1 zweigt von der Ausgleiehsleitung 2 eine Sprühleitung 6 ab, die mit einer Rückschlagklappe 7 versehen ist und in eine Sprühvorrichtung 8 im oberen Dampfraum 9 des Druckhalters 1 einmündet. Zwischen dem Abzweig der Sprühleitung 6 und dem Druckhalter 1 sind in der Ausgleiehsleitung 2 in Parallelschaltung zueinander eine Drossel 10 sowie zwei Rückschlagarmaturen 11 angeordnet.

Bei einer Volumendehnung im Primärkreislauf tritt ein Teil des durch die Ausgleiehsleitung 2 von der heißen Leitung 3 zum Druckhalter 1 strömenden Wassers über die Drosselstrecke 10 direkt in den Wasserraum 12 des Druckhalters ein. Der andere Teil des zuströmenden Wassers wird über die Sprühleitung 6 in den Dampfraum 9 eingesprüht. Durch die Ausnutzung des Druckgefälles, das bei einer Volumendehnung zwischen Kreislauf und Druckhalter entsteht, kann bei richtiger Bemessung der Drosselwiderstände 10 eine selbsttätige Einsprühung erreicht werden, die eine Kondensierung eines Teils des Dampfes im-Dampfraum 9 und damit eine Druckabsenkung bewirkt.

.Bei einer Volumenkontraktion im Primärkreislauf öffnen dagegen die Rückschlagklappen 11 in der Äusgleichsleitung 2,so daß das Niveau im Druckhalter 1 wieder absinken kann. Die Feinregelung des Druckes erfolgt durch eine Dauersprühung 13 von der "kalten" Leitung her sowie durch eine Beheizung 14 im Wasserraum 12 des Druckhalters.· Die geringe Dauersprühung ist auch erforderlich, um einen Ausgleich etwa unterschiedlicher Borkonzentrationen des Wassers im Druckhalter und im Primärkreislauf auszugleichen.

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Anstelle eines Drosselventils 10 ist es auch möglich, nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1b die Ruckschlagklappen 11 mit einer Drosselbohrung 15 zu versehen, so daß das Wasser beim Einströmen in Richtung des ausgezogenen Pfeils entsprechend gedrosselt wird. Bei einer Volumenkontraktion, d.h. beim Ausströmen des Wassers aus dem Druckhalter in Richtung der gestrichelten Pfeile öffnen die Rückschlagklappen 11, so daß das Wasser ungehindert abströmen kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 geht die Ausgleichsleitung 2 ebenfalls von der hier nicht näher dargestellten "heißen" Leitung des Primärkreislaufes aus,-endet jedoch nicht am unteren Ende des Druckhaltekessels 1, sondern ist durch die gesamte Höhe des Druckhalters nach innen verlängert. Dabei weist diese Verlängerung 16 im oberen Teil, also im Bereich des Dampfraumes 9₅ Sprühöffnungen 17 oder einge- ' setzte Sprühdüsen auf, während im unteren wasserführenden Bereich 12 des Druckhalters einige Ausflußöffnungen 18 vorgesehen sind, die über bekannte Kugelventile verschlossen werden. Zusätzlich sind bei diesem Ausführungsbeispiel auch herkömmliche Heizstäbe 14 sowie eine Dauerrieselleitung 19 mit Dampferzeugeraustrittstemperatur vorgesehen.

Steigt nun der Druck im Innenraum des Druckhalters infolge einer Volumendehnung des Primärkreislaufwassers an, so wird die Kugel des Kugelventils durch die Druckdifferenz zwischen Außenraum und Innenraum vor die ·Verschlußöffnung 18 gedrückt, so daß das einströmende Wasser über die Sprühdüsen 17 in den Dampfraum 9 des Druckhalters ausgesprüht wird.

Ist jedoch bei Einsprühen der gesamten einströmenden Wassermenge die Sprühwirkung etwas zu groß (abhängig von der Auslegung der Anlage), um eine Konstanthaltung des Druckes zu gewährleisten, genügt es, daß z.B. nur ein Teil der Austrittsöffnungen 18 durch Kugeln gesperrt werden, so daß ein Teil des Wassers direkt in

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den Wasserraum 12 geleitet wird. Eine Verschlechterung der Sprühwirkung kann man z.B. auch durch Staffelung der Sprühdüsen 17 im Innenrohr 16 erreichen. Dabei wird bei längerem Teillastfahren der Wasserspiegel im Druckhalter so hoch angehoben, daß die im unteren Seil des Innenrohres 16 liegenden Sprühdüsen 17 keine Wirkung mehr haben.

Um eine Beschleunigung dieses Wasseranstieges zu erreichen, ist es auch möglich, den wasserführenden Unterteil des Druckhalters mit einem geringeren Durchmesser auszubilden als den dampfführend en Raum.

Die wesentlichsten Vorteile der beschriebenen Druckhalter gegenüber den bisherigen Verfahren bestehen darin, daß einerseits keine regelbaren Sprühventile und Abblasschieber mit hoher Störanfälligkeit verwendet werden müssen und daß darüber hinaus der Abblasetank zur Aufnahme überschüssiger Dampfmengen entfallen kann. Dadurch tritt kein unnötiger Energieverlust im Gesamtkreislauf auf. Dieser Energieverlust ist bei Druckhaltern herkömmlicher Bauart durch folgende Vorgänge bedingtί Beim Einströmen von kälterem Wasser mischt sich dieses mit dem sich auf Sättigungstemperatur befindlichen Wasser im Druckhalter, was zu einem Absinken des Energieinhaltes führt. Außerdem tritt dadurch eine unnötige Komprimierung des Dampfes im Dampfraum und damit eine Druckerhöhung desselben auf. Diese Energiezunahme muß durch Einsprühen von möglichst kaltem Wasser mit Dampferzeugeraustrittstemperatur wieder vernichtet werden, um den Druck möglichst rasch abzusenken.

Durch die Verwendung des dem als Druckhalter aus der heißen Leitung zuströmenden Wassers zur Einsprühung treten im Druckhalter selbst keine großen Temperaturschwankungen auf. Das bedeutet, daß auch bei einer Drückabsenkung durch ein sehr schnelles Ausdämpfen des Wassers der Druck schneller als bei den bis-

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herigen Verfahren auf den alten Wert eingeregelt wird, ohne daß eine" zu große Druckabsenkung eintritt. Damit bleibt ein Maximum an Energie im Druckhalter erhalten, so daß auch die erforderliche Heizleistung bei einer Druckabsenkung erheblich verringert werden kann.

Mit dem beschriebenen Verfahren und den einzelnen Ausführungsformen ist also eine feihdosierte und vollkommen selbsttätige Regelung des Druckes möglich, die ein ausgezeichnetes dynamisches Verhalten des Druckhalters ergibt. Dabei ist die Funktion des* Systems völlig unabhängig von den Hauptkühlmittelpumpen. .. ^

6 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

- 8 - PLA 69/1106 Patentansprüche

1./ Verfahren zur selbstregelnden Druckhaltung im Druckhalter eines Druckwasserreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Einsprühung zumindest eines Teilstromes des dem Druckhalter aus der vom Reaktor zum Dampferzeuger führenden Druckwasserleitung zuströmenden Wassers in den Dampfraum des Druckhalters, die in Abhängigkeit vom jeweiligen . Druck oder von der Leistung erfolgt, noch eine konstante Dauersprühung geringeren Umfanges mit Wasser aus der vom Dampferzeuger zum Reaktor führenden Leitung vorgenommen wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgleichsleitung (2) vom Primärkreislauf (3) zum Druckhalter (1) vor Einmündung in .denselben eine Drosselblende (10) und eine Rückschlagklappe (11) parallel zueinander eingebaut sind und daß vor der Drosselblende (10) eine mit einer Rückschlagklappe (7) versehene und in den Dampfraum (9) des Druckhalters (1) einmündende Sprühleitung (6) abzweigt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgleichsleitung (2) vor Eintritt in den Druckhalter (1) mindestens eine Rückschlagklappe (11) mit einer Drosselöffnung (15) innerhalb der Rückschlagklappe (11) zum gedrosselten Durchtritt des Druckwassers bei Druckanstieg vorgesehen ist.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsleitung (2) in den Druckhalter (1) hineinragt und sich über die gesamte axiale Länge des Druckhalters erstreckt und daß sie im Bereich des

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Dampfräumes (9) mit Sprühöffnungen (17) oder Sprühdüsen und im Bereich des Wasserraumes (12) mit mindestens einer bei Druckanstieg selbsttätig verschließbaren Wasseraustrittsöffnung (18) versehen ist. .

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckhalter (1) im Bereich des Wasserraumes (12) und des unteren Bereichs des Dampfraumes (9) einen geringeren Durchmesser als im oberen Dampfraum aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,^ daß die Dauersprühleitung (19) in den Wasserraum (12) des Druckhalters (1) einmündet.

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