DE19946286A1

DE19946286A1 - Reactor cell for high temperature reactor has device structured so that super pressure produced by fracture in reactor is quickly deviated

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Publication number: DE19946286A1
Application number: DE19946286A
Authority: DE
Inventors: Werner Froehling; Kurt Kugeler
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2001-04-19

Abstract

A reactor cell has devices for deviating a super pressure from the cell. At least one of the devices is structured so that the super pressure produced by a fracture in the reactor is quickly deviated and the super pressure for the cell is not exceeded. Preferred Features: The device is a shaft with a movable closing plate. The plate lies completely over the opening of the shaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reaktorzelle mit einer Vor richtung zur Druckentlastung, insbesondere für einen Hochtemperaturreaktor.The invention relates to a reactor cell with a front Direction for pressure relief, especially for one High temperature reactor.

Bei Hochtemperaturreaktoren in Modulbauweise werden die Druckbehälter des Primärkreises, d. h. der Reaktor druckbehälter und der Druckbehälter mit den wärmeaus koppelnden Komponenten, in einer geschlossenen Raum struktur innerhalb des Reaktorgebäudes aufgestellt. Diese geschlossene Raumstruktur heißt Reaktorzelle und hat die Hauptaufgabe, das Betriebspersonal im Reaktor gebäude vor Strahlung aus dem Reaktor zu schützen. Die Reaktorzelle umschließt ferner die Luftmenge, welche grundsätzlich in den Reaktor eindringen kann. Die Reak torzelle ist für die Druckbelastung ausgelegt, die sich beim Bruch einer bestimmten, an einen Druckbehälter angeschlossenen Leitung ergeben. Nach dem Bruch kommt es zu einer Druckentlastung, d. h. das in den Druckbe hältern unter einem Druck von 4-7 MPa stehende Kühl gas Helium strömt aus der Bruchstelle zunächst in die Reaktorzelle. Von dort wird es über einen Druckentla stungskanal zu einem Kamin geleitet und in die Umgebung abgegeben. Dies ist zulässig, da das Kühlgas eines Hochtemperaturreaktors im Normalbetrieb nur sehr gering radioaktiv belastet ist, was durch den Betrieb des AVR- Reaktors (AVR = "Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor" in Jülich) bestätigt wurde. In dem Kamin befindet sich eine Klappe, die bei Überdruck öffnet und nach Abschluß der Druckentlastung selbsttätig wieder schließt.In the case of high-temperature reactors in modular design, the Primary circuit pressure vessel, d. H. the reactor pressure vessel and the pressure vessel with the heat outputs coupling components, in a closed space structure set up inside the reactor building. This closed spatial structure is called the reactor cell and has the main task, the operating personnel in the reactor Protect buildings from radiation from the reactor. The The reactor cell also encloses the amount of air which can basically penetrate into the reactor. The Reak Torcell is designed for the pressure load that when a certain one breaks, to a pressure vessel connected line result. After the break comes it relieves pressure, d. H. that in the Druckbe keep cooling under a pressure of 4-7 MPa gas Helium initially flows from the breaking point into the Reactor cell. From there it is via a pressure outlet channel to a fireplace and into the surrounding area submitted. This is permissible because the cooling gas is one High temperature reactor in normal operation only very low is radioactive, which is caused by the operation of the AVR Reactor (AVR = "Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor" in Jülich) was confirmed. There is in the fireplace a flap that opens when overpressure and after completion the pressure relief closes automatically.

Als versagende Anschlußleitung wird üblicherweise eine Leitung mit einem Innendurchmesser von 65 mm angenom men. Der Querschnitt dieser Leitung bestimmt den aus dem Reaktor ausströmenden Gasmassenstrom und somit die Zeit des Entlastungsvorgangs, der unter diesen Voraus setzungen 5-6 min dauert. Die Reaktorzelle ist für einen bestimmten Überdruck ausgelegt, z. B. 0,05 MPa. Bei Erreichen dieses Überdrucks öffnet die Klappe im Druckentlastungskanal. Dieser ist hinsichtlich seines Querschnitts dem aus dem Reaktor ausströmenden Gas massenstrom angepaßt. So wird sichergestellt, daß der Gesamtdruck in der Reaktorzelle 0,15 MPa nicht über steigt. Die Reaktorzelle behält ihre Funktion auch hin sichtlich ihrer Eigenschaft, die für das Eindringen in den Reaktor zur Verfügung stehende Luftmenge zu begren zen.As a failing connecting line is usually a Cable with an inside diameter of 65 mm assumed men. The cross-section of this line determines the the gas mass flow flowing out of the reactor and thus the Time of the discharge process taking this advance settling takes 5-6 min. The reactor cell is for designed a certain pressure, e.g. B. 0.05 MPa. When this overpressure is reached, the flap in the Pressure relief duct. This is regarding his Cross section of the gas flowing out of the reactor mass flow adjusted. This ensures that the Total pressure in the reactor cell does not exceed 0.15 MPa increases. The reactor cell also remains inoperative visibly of their property, which is essential for penetrating into to limit the amount of air available to the reactor Zen.

Die Annahme, daß lediglich das Versagen einer Anschluß leitung zu unterstellen ist, wird dadurch begründet, daß ein massives Versagen der Druckbehälter des Primär kreises nicht zu erwarten ist, da diese nach kerntech nischen Regeln ausgelegt, gefertigt und geprüft sind. Ein massives Versagen der Druckbehälter des Primärkrei ses hat zwar eine sehr kleine Eintrittswahrscheinlich keit, auszuschließen ist es aber nicht. Bei einer kri tischen sicherheitstechnischen Sicht muß es deshalb in Betracht gezogen werden. Ein solches massives Versagen kann z. B. im vollständigen Bruch des Verbindungsbehäl ters zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Druckbe hälter mit den wärmeauskoppelnden Komponenten bestehen. The assumption that only one connection failed management is to be assumed, is justified by that a massive failure of the primary's pressure vessels circle is not to be expected, as this according to Kerntech are designed, manufactured and tested according to the national rules. A massive failure of the primary circuit's pressure vessels Although it has a very small probability of occurrence but it cannot be ruled out. With a kri tables safety-technical point of view it must therefore Be considered. Such a massive failure can e.g. B. in the complete breakage of the connection container ters between the reactor pressure vessel and the pressure vessel contain containers with the heat-coupling components.

In diesem Fall steht dem Helium zum Ausströmen aus dem Primärkreis eine Öffnung von 1-2 m² zur Verfügung, wodurch anfänglich sehr hohe Gasmassenströme fließen und der Zeitraum bis zum Druckausgleich mit der At mosphäre der Reaktorzelle nur ca. 1 sec. beträgt. Die Abströmung über den vorstehend geschilderten Druckent lastungskanal spielt in diesen Zeiträumen keine wesent liche Rolle. Bei üblichen Abmessungen für das freie Volumen in der Reaktorzelle sowie typischen Werten für die im Primärsystem gespeicherte Heliummenge ergibt sich in der Reaktorzelle ein Mischdruck aus den Gasen Luft und Helium von 0,7-1 MPa. Hierfür ist die Reak torzelle nicht ausgelegt, so daß ein Versagen unter stellt werden muß. Nachfolgend hat deshalb auch die Luft aus weiteren Bereichen des Reaktorgebäudes Zutritt zur Reaktorzelle, wodurch die möglichen Schäden im Reaktor wesentlich vergrößert werden.In this case, the helium has an opening of 1-2 m ² to flow out of the primary circuit, whereby initially very high gas mass flows flow and the time until pressure equalization with the atmosphere of the reactor cell is only about 1 sec. The outflow via the pressure relief duct described above does not play a significant role in these periods. With the usual dimensions for the free volume in the reactor cell and typical values for the amount of helium stored in the primary system, the mixed pressure of the gases air and helium in the reactor cell is 0.7-1 MPa. For this, the reactor cell is not designed so that failure must be put under. Subsequently, the air from other areas of the reactor building also has access to the reactor cell, which significantly increases the possible damage in the reactor.

Bei Hochtemperaturreaktoren besteht grundsätzlich die Möglichkeit eines Zutritts von Luft in den Reaktor. Hierbei kann es durch Einwirkung des Luftsauerstoffs zu schweren Schäden an den Brennelementen und den graphi tischen Kerneinbauten kommen. Aus Gründen der Sicher heit ist es daher vorteilhaft, durch geeignete Maßnah men die für das Eindringen in den Reaktor zur Verfügung stehenden Luftmengen möglichst klein zu halten.In the case of high-temperature reactors, there is basically Possibility of air in the reactor. This can be caused by the action of atmospheric oxygen serious damage to the fuel elements and the graphi core installations. For the sake of security It is therefore advantageous to take appropriate measures men for the entry into the reactor to keep standing air volumes as small as possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reaktorzelle zu schaffen, bei der ein massiver Bruch des Reaktorbehäl ters nicht zu einer Überschreitung des zulässigen Über drucks in der Reaktorzelle führt und gleichzeitig die für das Eindringen in den Reaktor zur Verfügung ste hende Luftmenge möglichst gering gehalten wird. The object of the invention is to provide a reactor cell create a massive break in the reactor vessel ters not to exceed the permissible over pressure in the reactor cell and at the same time the available for penetration into the reactor air volume is kept as low as possible.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Reaktorzelle gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den rückbezogenen Ansprüchen.The problem is solved by a reactor cell according to Main claim. Advantageous refinements result arising from the related claims.

Die erfindungsgemäße Reaktorzelle weist wenigstens einen Schacht auf. Dieser verbindet den Reaktorzellen innenraum mit der äußeren Atmosphäre. Der Schacht bzw. die Schächte sind so dimensioniert, daß bei einem Bruch des Reaktors oder einer der sich in der Reaktorzelle befindlichen Leitungen das ausströmende Gas so schnell aus der Reaktorzelle abgeleitet werden kann, daß der zulässige Überdruck für den die Reaktorzelle ausgelegt ist, nicht überschritten wird. Damit ist die Gesamt durchtrittsfläche eines erfindungsgemäßen Schachtes bzw. mehrerer Schächte deutlich größer als die der bis lang üblichen Druckentlastungskanäle. Die Gesamtdurch trittsfläche ist die Fläche, die für den Gasaustritt minimal zur Verfügung steht. Bei zylindrischen, sich nicht verjüngenden Schächten entspricht die Gesamt durchtrittsfläche der Summe der einzelnen Durchmesser dieser Schächte.The reactor cell according to the invention has at least a shaft. This connects the reactor cells interior with the outside atmosphere. The shaft or the shafts are dimensioned so that in the event of a break of the reactor or one of the ones in the reactor cell lines located the escaping gas so quickly can be derived from the reactor cell that the permissible overpressure for which the reactor cell is designed is not exceeded. So that's the total passage area of a shaft according to the invention or several shafts significantly larger than that of the long usual pressure relief channels. The total through tread area is the area for the gas outlet minimally available. With cylindrical, yourself the total corresponds to non-tapering shafts passage area of the sum of the individual diameters these shafts.

Der oder die erfindungsgemäßen Schächte werden zur Außenatmosphäre hin durch einen nach außen hin öffnen den Verschluß abgedichtet, so daß unter normalen Be triebsbedingungen des Reaktors keine Luft von außerhalb in die Reaktorzelle gelangt. Der Verschluß ist unter diesen Bedingungen geschlossen.The shaft or shafts according to the invention become Open the outside atmosphere towards the outside sealed the closure, so that under normal loading operating conditions of the reactor no air from outside gets into the reactor cell. The lock is under closed to these conditions.

Die erfindungsgemäßen Schächte weisen einen solchen Verschluß auf, der Gasaustritt aus der Reaktorzelle in die äußere Atmosphäre ermöglicht und dennoch die Reak torzelle gegenüber der Atmosphäre derart dicht ver schließt, daß ein Eindringen von Luft aus der Atmosphäre in die Reaktorzelle verhindert wird. The shafts according to the invention have one Lock on, the gas leak from the reactor cell in the outside atmosphere allows and yet the reak gate cell so close to the atmosphere concludes that air penetration from the Atmosphere in the reactor cell is prevented.

Dieser erfindungsgemäße Verschluß umfaßt vorteilhaft eine Platte, die auf wenigstens einer Öffnung eines Schachtes liegt und diese vollständig abdeckt. Die Schwerkraft drückt die Platte unter normalen Betriebs bedingungen derart auf die Öffnung, daß sie einen gas dichten Verschluß bildet. Vorteilhaft befinden sich Dichtungen zwischen dem Schacht und der Platte.This closure according to the invention advantageously comprises a plate on at least one opening of a Well lies and completely covers this. The Gravity pushes the plate under normal operation conditions on the opening so that they have a gas forms a tight seal. Are advantageous Seals between the shaft and the plate.

Die Masse der Platte ist so ausgelegt, daß bei Über schreiten des maximal erlaubten Überdrucks in der Reak torzelle die Platte derart anhebt, daß ein Entweichen des Gases aus der Reaktorzelle möglich wird. Vorteil haft wird die Platte schon bei einem Druck in der Reak torzelle angehoben, der ein wenig unterhalb des zuläs sigen Überdrucks liegt, z. B. 0,012 MPa oder sogar schon bei 0,01 MPa.The mass of the plate is designed so that at over exceed the maximum allowed overpressure in the reac Torzelle lifts the plate in such a way that escape of the gas from the reactor cell becomes possible. Advantage the plate becomes sticky even when it is pressed in the reak gate cell raised a little below the perm sigen overpressure, z. B. 0.012 MPa or even already at 0.01 MPa.

Der Schacht und die Öffnung bzw. Öffnungen sind derart dimensioniert, daß auch bei Entstehen einer großen Bruchöffnung im Reaktor der aus dem Reaktor entwei chende große Gasmassenstrom so schnell abgeleitet wer den kann, daß der resultierende Überdruck den für die Reaktorzelle zulässigen Wert nicht überschreitet. Dazu können beispielsweise Schächte mit Gesamtdurchtritts flächen und Öffnungen von 10-15 m² erforderlich sein.The shaft and the opening or openings are dimensioned such that even if a large break opening occurs in the reactor, the large gas mass flow escaping from the reactor can be drained off so quickly that the resulting excess pressure does not exceed the value permitted for the reactor cell. For example, shafts with total passage areas and openings of 10-15 m ² may be required.

Aus Stabilitätsgründen kann es vorteilhaft sein, an stelle eines einzigen zusätzlichen Schachtes mehrere Schächte vorzusehen.For reasons of stability, it can be advantageous to place a single additional shaft several To provide manholes.

Eine weitere Ausführungsform sieht eine Führung der Ab schlußplatte vor, die beispielsweise ein Verkanten der Platte während des Anhebens durch einen Gasstrom ver hindert und somit garantiert, daß nach einem eventuel len Gasdurchtritt die Platte wieder gasdicht auf der Öffnung aufliegt. Another embodiment provides guidance of the Ab end plate before, for example a tilting of the Plate lifted by gas flow during lifting prevents and thus guarantees that after a possible len gas passage the plate again gas-tight on the Opening rests.

Ferner befindet sich der oder die erfindungsgemäßen Verschlüsse möglichst nah an dem Reaktorzelleninnen raum, da somit die im Reaktorzelleninnenraum zur Verfü gung stehende Luftmenge gering gehalten werden kann.There is also the one or more according to the invention Closures as close as possible to the inside of the reactor cells space, since it is therefore available in the reactor cell interior supply air volume can be kept low.

Zum weiteren Verständnis wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert.For further understanding, the invention is based on a figure explained in more detail.

Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung, welche auch im Fall eines massiven Versagens eines Druckbehälters, die in kurzer Zeit aus dem Primärkreis ausströmenden Gas mengen aus der Primärzelle abführt, und nach Erreichen des zulässigen Überdrucks der Zelle den Abströmkanal wieder verschließt. Die Reaktorzelle wird somit nicht überlastet, bleibt verschlossen und behält ihre Funk tion, die für das Eindringen in den Reaktor zur Verfü gung stehende Luftmenge zu begrenzen.The aim of the invention is a device which also in Case of a massive failure of a pressure vessel, the gas flowing out of the primary circuit in a short time removes quantities from the primary cell, and after reaching of the permissible overpressure of the cell the outflow channel closes again. The reactor cell is therefore not overloaded, remains locked and keeps its radio tion, which is available for penetration into the reactor limit the amount of air available.

Eine solche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reak torzelle ist in Fig. 1 dargestellt. Das Reaktorgebäude 1 dient bei Hochtemperaturreaktoren dem Schutz vor Ein wirkungen von außen und ist nur für einen geringen Überdruck im Gebäude von etwa 0,05 MPa ausgelegt. Im Reaktorgebäude befindet sich die Reaktorzelle 2, die hier nur schematisch ohne Materialschleusen dargestellt ist. Innerhalb der Reaktorzelle befinden sich bauliche Strukturen, z. B. Stütz- oder Trennwände, durch die je doch keine Teilvolumina mit abgeschlossener Atmosphäre gebildet werden, so daß auf deren Darstellung verzich tet wurde. In der Reaktorzelle sind der Reaktordruckbe hälter sowie der Druckbehälter mit den wärmeauskoppeln den Komponenten 3 aufgestellt. Für die Begrenzung des Druckaufbaus bei Abriß einer Anschlußleitung DN 65 - in der Figur am unteren linken Teil des Reaktordruckbehäl ters angedeutet - ist ein entsprechend dimensionierter Druckentlastungskanal 4, wie er bislang zum Stand der Technik gehört, vorgesehen, der in einen Kamin 5 mün det. Im Kamin befindet sich eine Klappe 6, die bei einem bestimmten Überdruck öffnet und nach Abschluß der Druckentlastung selbsttätig wieder schließt. Nachteilig können sich solche Klappen leicht verklemmen und danach nicht mehr dicht schließen.Such an embodiment of the reactor cell according to the invention is shown in FIG. 1. The reactor building 1 is used in the case of high-temperature reactors to protect against external influences and is only designed for a slight excess pressure in the building of approximately 0.05 MPa. In the reactor building is the reactor cell 2 , which is only shown schematically here without material locks. There are structural structures within the reactor cell, e.g. B. support or partitions, through which no partial volumes are formed with a closed atmosphere, so that their representation was waived tet. In the reactor cell, the reactor pressure vessel and the pressure vessel with the heat extraction components 3 are set up. For limiting the pressure build-up when a DN 65 connecting line is torn - indicated in the figure at the lower left part of the reactor pressure vessel - a correspondingly dimensioned pressure relief duct 4 , as has hitherto belonged to the prior art, is provided, which mun det in a chimney 5 . In the chimney there is a flap 6 which opens at a certain excess pressure and closes again automatically after the pressure relief has been completed. Disadvantageously, such flaps can jam easily and then no longer close tightly.

Als ein Beispiel für ein massives Versagen der Druckbe hältereinheit ist in Fig. 1 ein vollständiger Bruch des Verbindungsbehälters zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Druckbehälter mit den wärmeauskoppelnden Kompo nenten angedeutet. Für diesen Fall wird erfindungsgemäß ein Abströmschacht 7 vorgesehen. Dieser kann zusätzlich zu einem bestehenden Druckentlastungskanal 4 vorsehen werden, oder diesen auch vorteilhaft ersetzen.As an example of a massive failure of the Druckbe container unit, a complete breakage of the connection container between the reactor pressure vessel and the pressure vessel with the heat-coupling components is indicated in FIG. 1. In this case, an outflow shaft 7 is provided according to the invention. This can be provided in addition to an existing pressure relief duct 4 , or can also advantageously replace it.

Er ist so dimensioniert, daß die bei diesem Störfall in sehr kurzer Zeit aus dem Primärsystem ausströmenden Gasmengen über einen Kamin 8 abgeführt werden können, ohne daß es zu einem unzulässigen Druck in der Reaktor zelle kommt. Zur Beherrschung des Störfalls mit den oben genannten Annahmen muß der Abströmschacht einen Querschnitt von ca. 12-15 m² aufweisen. Der Abström schacht ist kaminseitig durch eine Stahlplatte 9 ver schlossen, die lose auf einer geeigneten Lagerung auf liegt. Ihr Gewicht ist so bemessen, daß sie spätestens bei Erreichen des Auslegungsdruckes (zulässiger Über druck) der Reaktorzelle angehoben wird und die Verbin dung zum Kamin freigibt, so daß das Primärgas abströmen kann. Vorteilhaft hebt sich die Platte schon bei einem geringeren Überdruck, beispielsweise bei der Hälfte des zulässigen Überdrucks.It is dimensioned so that the gas quantities flowing out of the primary system in this accident in a very short time can be discharged through a chimney 8 without causing an inadmissible pressure in the reactor cell. To control the accident with the above assumptions, the outflow shaft must have a cross section of approximately 12-15 m ² . The outflow shaft is closed on the chimney side by a steel plate 9 , which lies loosely on a suitable storage. Its weight is such that it is raised at the latest when the design pressure (permissible excess pressure) of the reactor cell is reached and the connection to the chimney is released, so that the primary gas can flow off. The plate advantageously lifts even at a lower overpressure, for example at half the permissible overpressure.

Sobald der Druck in der Reaktorzelle wieder auf den Auslegungsdruck abgefallen ist, fällt die Platte wieder auf die Lagerung und verschließt die Primärzelle. Die freie Auflagerung wurde gewählt, um durch den einfachen Mechanismus des Herabfallens das Verschließen des Ab strömschachtes nach Abschluß der Druckentlastung sicherzustellen und zu vermeiden, daß das Verschließen z. B. durch Klemmen eines Scharniers behindert wird oder völlig versagt. Die Platte wird durch eine Vor richtung 10, die den Gasstrom nur unwesentlich behin dert, beim Hochheben in einer geeigneten Position ge halten.As soon as the pressure in the reactor cell has dropped back to the design pressure, the plate falls back onto the bearing and closes the primary cell. The free support was chosen in order to ensure the closure of the flow shaft after completion of the pressure relief by the simple mechanism of falling and to avoid that the closure z. B. is hindered by clamping a hinge or completely fails. The plate is held by a device 10 before, which only insignificantly impedes the gas flow, when it is raised in a suitable position.

Bei einer weiteren Ausführungsform könnte auch der er findungsgemäße Schacht mit zwei verschiedenen Öffnungen versehen sein. Eine Öffnung dient zum Druckausgleich bei kleineren Störungen (Leckage in einer Zu- oder Ab führung), während die zweite Öffnung derart dimensio niert ist, daß der Überdruck bei einem Reaktorbruch ge eignet schnell abgeführt werden kann.In a further embodiment, he could shaft according to the invention with two different openings be provided. An opening serves to equalize the pressure in the event of minor faults (leakage in an in or out leadership), while the second opening is so dimensio niert is that the overpressure ge in the event of a reactor failure suitable can be dissipated quickly.

Claims

1. reactor cell with means for deriving an overpressure from the reactor cell, characterized in that
that at least one such means is laid out in such a way that the excess pressure resulting from a breakage of the reactor is dissipated so quickly,
that the overpressure permissible for the reactor cell is not exceeded.

2. Reactor cell with a closable, outside towards the opening shaft which contains the reactor cells connects space with the outside atmosphere, characterized, that the reactor cell with at least one other tel to derive an overpressure from the reactor cell and to limit the amount of air inside the reactor cell.

3. reactor cell according to the preceding claim, characterized, that the means are designed such that a Overpressure in the reactor cell above that for the Re permissible overpressure prevented becomes.

4. Reactor cell according to one of the preceding claims che 1 to 3, characterized, that the medium consists of a shaft.

5. reactor cell according to the preceding claim, characterized, that the shaft opens one to the outside Has closure.

6. reactor cell according to the preceding claim, characterized, that the closure on a movable plate has.

7. reactor cell according to the preceding claim, characterized, that this plate completely on an opening in the Shaft rests and seals it.

8. Reactor cell according to the preceding claim, with Mit the plate after lifting it up Release of the opening back to the initial state to lead.

9. Reactor cell according to one of the preceding claims 4 to 8, characterized in that the total passage area of one or more shafts comprises at least 5 m ² .

10. Reactor cell according to one of the preceding claims che, marked by a globular reactor inside the reactor cell.