DE2059975C3 - Bruchsicherung für Druckbehälter von Kernreaktoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bruchsicherung für Druckbehälter von Kernreaktoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die zunehmende Größe der Druckbehälter von Atomkernreaktoren und durch das Bestreben, Kernkraftwerke in der Nähe oder in Gebieten hoher Bevölkerungsdichte aufzustellen, ist bei der Sicherheitsauslegung des Reaktors in zunehmendem Maße einem Unfall durch plötzlichen Bruch des Reaktordruckbehälters Rechnung zu tragen.

In diesem Zusammenhang sind schon mehrere Maßnahmen vorgeschlagen worden, um beispielsweise den Reaktordeckel much beim Bruch sämtlicher Deckelschrauben mit Hilfe einer Fangkonstruktion oder ho eines zweiten Fangdeckels niederzuhalten. Derartige Konstruktionen bieten jedoch nur Sicherheit gegen den Bruch des Reaktordeckels, nicht aber gegen den Bruch des eigentlichen Druckbehälters. Außerdem sind solche Niederhalteeinrichtungen derart groß und schwer, daß < >s ihre Herstellung und ihr Transport außerordentliche Schwierigkeiten bereitet.

Dabei ist besonders ein älterer Vorschlag von Bedeutung, nach dem ein zumindest den oberen Bereich des Druckbehälters im Abstand umgebender Schutzzylinder und ein die Druckbehälterdeckelschrauben und die Oberkante des Schutzzyiitiders überdeckender Fangring vorgesehen sind. Bei einem Bruch des oberen Teils des Druckbehälters kann dabei die Beschleunigungsstrecke für wegfliegende Teile bis zum Auftreffen auf den Schutzzylinder durch Einsatz von Fullstücken begrenzt werden.

Schwierigkeiten ergeben sich jedoch beim Schutz des Druckbehälterteils unterhalb der Kühlmittelstutzen, insbesondere bei einem vollständigen Umfangriß im Unterteil des Druckbehälters und einer Beschleunigung der wegfliegenden Teile nach unten.

Aus der Patentschrift 42 722 der DDR ist auch ein Kernreaktor bekannt, dessen Reaktordruckbehälter an einem ihn umgebenden Mantel über eine Schüttung aus Stahlkugeln abgestützt ist, die als Wärme- und Strahlenschutz dienen sollen. Der Mantel ist jedoch nach der zeichnerischen Darstellung zu dünn, als daß er bei einem Bruch des Reaktordruckbehälters die Funktion einer Bruchsicherung ausüben könnte.

Aus der GB-PS 9 60 789 kennt man ferner eine zusätzliche Umhüllung für die Unterseite eines aus Metall bestehenden Reaktordruckbehäiters, die als äußerer Kühlmitteltank für eine Veiringerung der Wärmebeanspruchung des Reaktordruckbehälters dienen soll. Auch hier kann man aber aus den Abmessungen schließen, daß an einen Schutz der Umgebung des Reaktordruckbehälters gegen die bei einem Bersten bestehende Gefahr umhergeschleuderter Bruchstücke offensichtlich nicht gedacht ist. Gerade diese Aufgabe liegt aber der Erfindung zugrunde.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bruchsicherung für zylindrische Druckbehälter von Kernreaktoren mit Kühlmittelein- und -austrittsstutzen zu schaffen, bei der beim Bersten wegfliegende Teile sicher abgefangen werden, ohne daß die Bruchsicherung durchschlagen werden kann. Dabei soll mit geringen Wandstärken auszukommen sein, damit der Aufwand für die Bruchsicherung in wirtschaftlich tragbaren Grenzen bleibt, denn schließlich ist der Druckbehälter ja so ausgelegt, daß er nicht bersten wird.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Bruchsicherung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Druckbehälter unterhalb der Druckbehälterstutzen von einem topfförmigen Schutzbehälter umgeben ist, der im zylindrischen Teil mindestens in zwei Lagen ausgeführt i'nd so dimensioniert ist, daß er die bei Bruch des Druckbehälters wegfliegenden Teile, ohne durchschlagen zu werden, abfängt.

Durch diese mehrlagige Ausgestaltung des Schutzbehälters werden schlagartige Beanspruchungen besser aufgenommen und außerdem wird die Durchschlagsfestigkeit bei scharfkantigen Bruchstücken erhöht. Gleichzeitig werden durch Wegfall eines speziellen Schlagschutzes Fertigung, Transport und Montage der Bruchsicherung erhöht.

Um eine gleichmäßige Beanspruchung der Schutzbehälterwandung zu gewährleisten, kann die innerste Lage des zylindrischen Teils des Schutzbehälters vorteilhaft im gleicher Wanddicke wie die untere Schutzbehälterkailotte ausgeführt sein. Die mehrlagige Ausführung des zylindrischen Teils des Schutzbehälters kann dadurch erreicht werden, daß die innere Lage von einem weiteren Schutzring umgeben oder daß die innere Lage des Schutzbehälters mehrlagig mit einem Blechband umwickelt ist.

Schutzbehälter selbst sollte im Betrieb bis auf

durch Differenzwärmedehnungen und Ferti-

^eine"\ kränzen bedingten Spalt am Druckbehälter

^f η Man vermeidet dadurch, daß größere Wege

-f_ne Beschleunigung von Bruchstücken zur Verfü- ^c>

^.^Vereinfachung der Herstellung und zur Erleichte- r des Transportes ist es zweckmäßig, wenn der ""^flansch _am oberen Ende des Schutzbehälters als ^Tran ncrh ausgeführt und der Fianschbund m.t der :o ^lSschen Innenlage des Schutzbehälters ver-

^sch _F ^we' 'pfiehlt sich, bei einem Bruch des Druckbehälinen unzulässigen Druckaufbau im Schutzbehälter ^teni rmeiden Dazu kann man nach einer Weiterbildung ■ 5 ¹A Erfindung so vorgehen, daß einerseits die Fugen und % uneen des Schutzbehälters innerhalb des biologi-

\ pn Schildes soweit abgedichtet sind und andererseits 'T Schutzbehälter mit Ausströmspalten in außerhalb Z biologischen Schildes liegende Räu,.ie versehen ist, 20 a R ich bei einem Bruch des Druckbehälters innerhalb 5ς vom biologischen Schild umschlossenen Raumes höchstens ein Druck von 6 atü aufbaut An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau

_nd Wirkungsweise nach der Erfindung näher erläutert. ^.

p[leinen Längsschnitt durch den gesamten Qrhlaeschutz für einen Druckbehälter,

Fe 2 einen Querschnitt durch den Druckbehälter

■t dem entsprechenden Schlagschutz entsprechend JerSchnittHnieH-HnachFig.lund

Fig· 3 einen Ausschnitt a der Querschnittszeichnung

Nach F1R 1 ist der eigentliche Reaktordruckbehälter , dS aus dem sphärisch gewölbten Decke! 2, dem ?: .'vlindrischen Unterteil 3 und der Bodenkalotte 4 Seht und der mit den Kühlmitteln- und -austr.tts^ Säen 5 versehen ist, von einem Betonzylinder 6 umgeben der als biologischer Schild wirkt Der Druckbehälter 1 ist entsprechend einem alteren ^schlag im oberen Bereich im vorgegebenen Abstand voTemem Schutzzylinder 7 umgeben, der im,Oberteil JL einem lose aufgesetzten zylindrischen Schuß 11 hergestellt ist. Ferner ist oberhalb der Druckbehälter-HPckelschraube 8 ein Fangring 9 angeordnet, der die , SSe schrauben 8 und die Oberkante des Schutzzyhn- £ ₇ übeideckt. Der Fangring 9 ist über Schrauben 10. Hie innerhalb des Schutzzylinders 7 verlaufen, mit einem int Tab der Druckbehälterstutzen 5 angeordneten Tragring 2t lösbar verbunden. Ferner kann es IwSU sein, wenn oberhalb des ?™ckbehaherdeckels 2 noch ein sogenannter Hangdeckel angeordnet ist, der dabei ebenfalls vom Fangring

Um den Ausgleichsdruck nach Bruch des Reaktordruckbehälters 1 aufzunehmen, ist im zylindrischen Teil 15 des Schutzbehälters 14 die doppelte Wandstärke wie in der Kalotte 17 erforderlich. Im Falle eines vollständigen Umfangsrisses im Unterteil des ReajCtordruckbehälters 1 werden die abgerissenen Teile in axialer Richtung beschleunigt und schlagen auf die Kalotte 17 des Schulzbehälters 14 auf. Ware ein Wanddickensprung zwischen Kaloite 17 und zylindrischem Teil 15 vorhanden, so würde nur dieser Übergangsbereich plastisch verformt und eventuell örtlich überbeansprucht werden, der zylindrische . eil lb jedoch nur elastisch beansprucht. Um die Schlagenergie jedoch weitgehend durch plastische Längung des langen zylindrischen Schutzbehälterteils 15 aufnehmen zu können, wird dieser Zylinderteil 15 erfindungsgemaß mindestens in zwei Lagen ausgeführt Dabei hat die innerste Lage 18 die Wandstärke der Behalterkalotte 17 und nimmt die Schlagenergie durch geringfügige plastische Dehnung auf. Gegen eine Beanspruchung durch Innendruck wird diese innere Lage 18 in radialer Richtung durch beispielsweise einen äußeren Ring ^ abgestützt, der einteilig sein kann, zweckmäßigerweise jedoch mehrlagig ausgeführt ist. Bei einer mehrlagigen Bauweise wird dabei auf den inneren Schutz 18 eventuell nach kompletter Fertigung und Prüfung en Blechband 19 aufgewickelt und außen durch eine axale Naht gehalten. Dadurch fallen die schwer herstell- und prüfbaren Umfangsnähte in einem Mehrlagennng und alle Anpassungsprobleme weg. so daß Hertigung und Prüfung wesentlich erleichtert werden.

Infolge dieser konstruktiven Gestaltung wird der Schutzbehälter 14 auch dann nicht und.cht .wenbei , Längsrissen im Reaktordruckbehälterunterte, 3 oder scharfkantige Bruchstücke die mnere Wand 18 durch schlagen sollten, sondern der Schutzbehälter _ wird - dank der Dämpfung und Verformungsfahigkeit der Blechlagen - nur örtlich ausgebeult. ,

Um die Fertigung und den Transport des Schutzbe

häkers 14 zu errichten,, ist es -eckmä ig wenn de

Traeflansch 16 als Losfiansch ausgeführt wrd, wobei

J nn der Flanschbund 20 als Schmiedeteil gefertigt und

mit der zylindrischen Innenlage 18 des Schutzbehaliers

14 verschweißt werden kann. Auf diese Weise »«der

eigentliche Tragflansch 21 als emte.l.ges Gußstuck

herstellbar, was von besonderem Vorteil »s,da die

erforderlichen Wanddicken fur einen «™™β^β"

ohnehin nicht mehr stark durchgeschmiedet

auch

des Flansches Schwierigkeiten, die durch

Zum Schutz des Druckbehälters 1 unterhalb der --" Druckbehälterstutzen 5 ist erfindungsgemäß der zylindrische Teil 3 und die Bodenkalotte 4 des Druckbehälters 1 von einem topfförmigen Schutzbehälter umgeben. Dieser Schutzbehälter 14 besteht, wie

aus Fig. 3 zu ersehen ist, aus dem ⁽>^rzylindrischen Teil 15. einem oberen 5 sowie der Bodenkalotte 17. Dieser Schutzbehälter 14 soll den eigentlichen Druckbehälter möglichst dicht anliegend umgeben. Wegen Fertigungstoleranzen und der Differenzwärmedehnung zwischen ''^{; 1} ' "■--'—-',lirr.ale A.usgleichsspalte

BmcScke im Fail eines Behalterbruches darstel-

men. Dadurch kann sich jedoch zwischen der Bruchsicherung 14 und dem biologischen Schild 6 ein einseitig nach oben wirkender Druck aufbauen. Um ein Hochsteigen der Bruchsicherung 14 und des Reaktordruckbehälters 1 jedoch zu vermeiden, werden deshalb an die äußeren Enden der Verstärkungsstutzen 22 konzentrische Ausströmrohre 25 angeschweißt, durch die das Dampf-Wassergemisch in die zum biologischen Schild 6 benachbarten Räume 26 ausströmt. Die Ausströmquerschnitte der Spalte 23 lassen sich dabei mit Hilfe von Kolbenringen 27 unabhängig von Verschiebungen zwischen Reaktordruckbehälter 1 und Schutzbehälter 14 definiert einstellen.

Um die restlichen Leckagen aus den Behälterfugen zu verkleinern oder zu unterbinden, werden außerdem in die Ecken zwischen Tragflansch 21 und Schutzzylinder 7 sowie den übrigen Behälterfugen Winkelprofile 28 eingelegt, die für die Druckprobe zusätzlich durch Gummileisten abgedichtet werden können. Die noch vorhandenen Restleckagen im Falle des Kesselbruchs werden durch einen Ringspalt 29 an der Oberkante des über die Primärrohrleitungen 24 hochgezogenen biologischen Schildes 6 abgeführt, der durch einen leicht berstenden Metallbalg 30 abgedichtet sein kann.

Durch die mehrlagige Ausführung des Schutzbehälters bleibt dieser Behälter auch ohne zusätzlichen Schlagschutz nach Aufprall der denkbar größten Bruchstücke aus dem Reaktordruckbehälter dicht. Darüber hinaus ist der Schutzbehälter so dimensioniert,

ίο daß die Verlagerung des Kerns bei vollständigem spröden Abreißen der Reaktordruckbehälterkalotte minimal klein bleibt, so daß die Integrität des Kerns und damit seine Nachkühlbarkeit gewährleistet sind. Ferner ergibt sich keine Veränderung der Kerngeometrie durch Strömungskräfte, da die Ausströmraten aus dei Bruchsicherung definiert klein gehalten werden. Außei diesen beträchtlichen sicherheitstechnischen Vorteiler ermöglicht die beschriebene Konstruktion auch be trächtliche Vereinfachung bei der Fertigung, den Transport und der Montage ihrer Einzelteile.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bruchsicherung für zylindrische Druckbehälter von Kernreaktoren mit Kühlmittelein- und -austrittsstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (1) unterhalb der Druckbehälterstutzen (5) von einem topfförmigen Schutzbehälter (14) umgeben ist, der im zylindrischen Teil (15) mindestens in zwei Lagen (18,19) ausgeführt und so dimensioniert ist, daß er die bei Bruch des Druckbehälters wegfliegenden Teile, ohne durchschlagen zu werden, abfängt.

2. Bruchsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Lage (18) des zylindrischen Teils (15) des Schutzbehälter (14) die gleiche Wanddicke wie die untere Schutzbehätterkalotte (17) aufweist.

3. Bruchsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzbehälter (14) bis auf einen durch Differenzwärmedehnungen und Fertigungstoleranzen bedingten Spalt am Druckbehälter (1) anliegt.

4. Bruchsicherung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragflansch (16) am oberen Ende des Schutzbehälters (14) als Losflansch (20,21) ausgeführt und der Flanschbund (20) mit der zylindrischen Innenlage (18) des Schutzbehälters (14) verschweißt ist.

5. Bruchsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage (18) des Schutzbehälters (14) mehrlagig von einem Blechband (19) umwickelt ist.

6. Bruchsicherung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Fugen und öffnungen des Schutzbehälters (14) innerhalb des biologischen Schildes (6) soweit abgedichtet sind und andererseits der Schutzbehälter (14) mit. Ausströmspalten (23) in außerhalb des biologischen Schildes (6) liegende Räume (26) versehen ist, daß sich bei einem Bruch des Druckbehälters (1) innerhall) des vom biologischen Schild (6) umschlossenen Raumes (31) höchstens ein Druck von 6 atü aufbaut.