DE2139495C3

DE2139495C3 - Einrichtung zur dichten Halterung von Wärmetauschern in Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2139495C3
Application number: DE2139495A
Authority: DE
Inventors: Michel La Celle-St.-Cloud Vercasson
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-08-07
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1981-05-27
Also published as: US3784443A; FR2101019B1; DE2139495A1; DE2139495B2; FR2101019A1; GB1333458A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dichten Halterung eines Wärmetauschermantels in einer öffnung in einer Wand eines Kernreaktor-Primärgefäßes. das in einen mit flüssigem Metall als Kühlmittel gefüllten Hauptbehälter eintaucht.

In Kernreaktoren mit schnellen Neutronen ist das Kühlmittel häufig flüssiges Natrium aufgrund dessen hohen Wärmeaustausch-Koeffizienten, des niedrigen Drucks im Kühlmittelkreis und der großen Kühlsicherheit für alle Reaktorbetriebszustiinde.

Dieses Kühlmittel wird in einem geschlossenen Kreis von einem Primärgefäß, das in seinem unteren Mittelteil den Reaktorkern enthält, zu einem äußeren Hauptgefäß umgewälzt, von dem es durch Pumpen zum Reaktorkern und zum Primärgefäß .zurückkehrt. Um den Reaktorkern sind im flüssigen Natrium die Einrichtungen, die zum Kühlen notwendig sind, insbesondere die Pumpen und die Zwischenwärmetauscher eingetaucht, die im Parallelbeirieb arbeiten. Die Gehäuse des aktiven Teils jedes dieser Wärmetauscher verlaufen vertikal in den beiden Gefäßen, wobei die Durchführungen durch die Wand des Primärgefäßes dicht sein müssen.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine einfache Einrichtung /ur dichten Montage jedes Wärmetau Sehers anzugeben, mit der man eine genaue Abdichtung cr/iell. die aber ein Spiel für radiale und axiale Verschiebungen des Wärmetauschers infolge Temperaturoder Druckänderungen hat. und die Montage oder Demontage des Wärmetauschers ohne Eingriff in das Reaktorinnere ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch

Wl gelöst, daß die Öffnung eine vertikale zylindrische Manschette aufweist, die von einer am Mantel des Wärmetauschers zwischen einem Einlaß und einem Auslaß für das flüssige Metall vorgesehenen ringförmigen Glocke überdeckt ist, wobei die Glocke und die Manschette einen ringförmigen Siphon bilden, der mit einer Druckgasquelle in Verbindung steht

Die erfindungsgemäße Einrichtung erzielt eine sorgfältige Dichtheit mittels pneumatischer Einrichtungen. Diese Lösung hat zahlreiche Vorteile im Vergleich mit mechanischen Einrichtungen, insbesondere: Wegfall von Balgkompensatoren, Wegfall von Kontakten oder Schaltern, d. h. Vermeidung von Verschleiß und Blockierungen, Wegfall von Verschiebungskräften, Verringerung der Wanddicken und damit auch der thermischen Spannungen, Unempfindlichkeit gegenüber geringen Deformationen und vollständige Beseitigung von Kühlmittelverlusten.

Vorzugsweise steht die Druckgasquelle gleichzeitig mit einem Raum, der sich oberhalb des freien Pegels des Flüssigen Metalls befindet, in Verbindung, in diesem Fall ist das Gas im Siphon dasselben wie das sogenannte Deckgas, das sich über dem flüssigen Metall unter dem Dach bzw. der Decke des Reaktors befindet. Dieses Gas ist im allgemeinen Argon.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindurg sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematise¹.! im Querschnitt einen Reaktor und

F i g. 2 eine genauere, aber trotzdem schematische Ansicht der rechten Hälfte von F i g. 1.

Gemäß F i g. 1 sind ein Primärgefäß 2 und ein Hauptbehälter 3 eines Kernreaktors beide mit flüssigem Natrium 1 gefüllt. Vertikale Zentrifugalpumpen 31 saugen über Fenster 34 das im Hauptbehälter 3 geschmolzene Natrium 1 an und spritzen es über eine Leitung 33 in einen Sammler 32. Vom Sammler 32 bewegt sich das flüssige Natrium 1 ς-jer durch einen durchbrochenen Abschnitt 35 in einen Reaktorkern 30. breitet sich im Primärgefäß 2 aus, strömt in Zwischenwärmetauscher 4 zur Rückkehr in den Hauptbehälter 3 und beginnt denselben Kreislauf von neuem. Oberhalb des geschmolzenen Natriums befindet sich im Raum 9 ein Deckgas in Fon von Argon.

Aus der rechten Hälfte von F i g. I ist erkennbar, daß der Mantel des aktiven Teils jedes Wärmetauschers 4 die Wand, die das Primärgefäß 2 vom Hauptbehälter 3 trennt, in der Stufe 5 durchsetzt. Die Einrichtung zur dichten Halterung des Wärmetauschers, die Gegenstand der Erfindung ist. ist in F i g. 1 nur ungefähr abgebildet, weshalb sie genauer mil ihren Zusat/orga nen in K 1 g. 2 gezeigt ist. die jetzt betrachtet werden soll.

Die Öffnung /um Durchtritt des Wärmetauschers 4 durch die Stufe 5 ist von einer vertikalen zylindrischen Manschette 7 begrenzt. Am Mantel des Wärmetauschers 4 ist eine ringförmige Glocke 8 befestigt, deren Höhe im wesentlichen gleich der der Manschette 7 ist. Die Ouerabmessungen der Manschette 7 bzw. der Glütke 8 smd so bemessen, daß nach der Montage die Glocke 8 die Manschette 7 in der abgebildeten Stellung bedeckt. Auf diese Weise wird ein Flüssigkeilsabschluß oder Siphon um den ganzen Wärmetauscher 4 herum gebildet. Um die Dichtheit zu gewährleisten, ist es notwendig, daß man den Siphon ständig nicht vollgelaufen hält, was man erreicht, indem man Argon unter ausreichend hohem Druck in den oberen Teil des Siphons einführt. Unter diesen Bedingungen erzeugen

der Natriumpegel im Innen- und im Außenzweig des Siphons den Pegel geschmolzenen Natriums im Hauptbehälter 3 bzw. im Primärgefäß 2 mit einem Höhenunterschied AH.

Wenn 4Pdie Druckdifferenz zwischen dem Argon im Siphon und dem Deckargon im Raum 9 bezeichnet, enthält man nach der grundlegenden Formel der Hydrostatik:

\H =

IO

l'g

mit ρ als Dichte des Natriums und g als Erdbeschleunigung.

Es ist möglich, die beiden Pegel in dem Siphon auf Werten zu halten, die in allen Fällen des Reaktorbetriebs zulässig sind, d. h. bei Normalbetrieb, aber auch bei einem Unfall und insbesondere, um jedes Volumen des Siphons zu vermeiden, was einen Teil des Durchsatzes von dem durch die Wärmetauscher 4 verlaufenden normalen Kreis ableiten würde.

Wenn man die Pegel im Siphon nicht direk: messen kann, kann man sie über die Pegel im Reaktor mittels der Messung von 4 P erfassen. Daher verwendet man letztere Größe für die Steuerung des ganzen Systems zur Kontrolle und zur Regelung der Pegel.

Um eine solche Funktionssteuerung über ΔΡ zu erzielen, wird die folgende Einrichtung verwendet:

Der Wert von 4P wird durch einen Durckdifferenzfühler 15 erfaßt, der an Druckleitungen 11 zum Siphon jo bzw. zum Deckargon 9 unter der Decke 22 des Reaktors angeschlossen ist. Eine Leitung 12 ist zur Zu- und Abfuhr von Argon in bzw. aus dem Siphon über Absperrorgane

19 bzw. 20 vorgesehen. Die Zu- oder Abfuhr von Argon zum bzw. vom Siphon wird dann durch eine Einrichtung 21 gesteuert, die durch den Druckdifferenzfühler 15 betätigt wird und die nach Bedarf das Öffnen oder Schließen des einen der beiden Absperrorgane 19 und

20 hervorruft.

Ferner sinj Natriumdampffallen 13, Trennschieber 14, ein Manometer 16 für das Deckargon 9 und ein Manometer 17 für den Syphon zu sehen.

Es sei darauf hingewiesen, wie auch weiter unten für bestimmte Bedingungen ersichtlich sein wird, daß das Abfuhrabsperrorgan 20 weggelassen oder durch eine Rückschlagklappe 18 stromaufwärts xjm Absperrorgan 19 in der Leitung 12 ersetzt sein kann.

Die Kontrolle mit Regelung der Pegel in dem Siphon kann mit einer Einrichtung durchgeführt werden, die gemäß den drei im folgenden beschriebenen Verfahren betrieben werden kann:

a) Verfahren der isolierten Glocke

Wenn der Reaktorbetrieb z.B. im Zustand der Handhabung der Elemente angehalten ist, wird die Glocke 8 mit Argon gefüllt, bis 4P einen Soll-Wert von APa annimmt Man isoliert dann die Glocke 8, indem das Absperrorgan 14 der Leitung 12 geschlossen wird, so daß eine konstante Argonmenge aufrechterhalten wird. 4Po kann so gewählt werden, daß die Entwicklung der Temperaturen, der Drücke und der Pegel im Reaktor während dessen Betriebs weder ein Vollaufen des Siphons noch ein Auftreten von Argon an der Unterseite der Glocke 8 verursacht Die Entwicklung der Pegel in dieser wird ständig durch Messung von AP und der Pegel im Reaktor überwacht

Für alle Wärmetauscher (sechs im allgemeinen) reicht eine einzige Einrichtung zur Messung und zur Versorgung (Druckfühler und Absperr-fgane) aus.

b) Verfahren zur Stabilisierung vo j A P

zwischen zwei Soll-Werten

Man stabilisiert den Wert von AP zwischen zwei Soll-Werten AP_x und APt, wobei das Oberschreiten dieser Schwellenwerte automatisch zur Zu- oder Abfuhr von Argon zu bzw. aus der Glocke 8 über die Absperrorgan 19 bzw. 20 führt

Auch hier kann eine einzige Einrichtung vorgesehen sein.

c) Verfahren zur Stabilisierung von A P unterhalb eines Mindestschwellenwerts

Dieses Verfahren wird angewendet wenn eine Argonumwälzung in nur einer Richtung in den äußeren Rohren stattfinden soll, um die Dichtprobleme und die durch die Aktivität des Argons geschaffenen Schwierigkeiten zu reduzieren. Die Versorgung der Glocke 8 erfolgt dann Ober die Rückschlagklappe 18.

Um jedes Vollaufen des Siphons zu vermeiden, ist der Wer· von 4P insoweit begrenzt als er nicht unter den Mindestschwellenwert 4 Pi fallen darf, der durch das vorhergehende Verfahren vorgegeben ist Im Gegenteil läßt man während des Temperaturanstiegs das überschüssige Argon in Form von Blasen ar.i unteren Teil der Glocke 8 entweichen.

Letzteres Verfahren hat allerdings den Nachteil, für jeden Wärmetauscher eine eigene Einrichtung zu benötigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur dichten Halterung eines Wärmetauschermantels in einer öffnung in einer , Wand eines Kernreaktor-Primärgefäßes, das in einen mit flüssigem Metall als Kühlmittel gefüllten Hauptbehälter eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung eine vertikale zylindrische Manschette (7) aufweist, die von einer ι ο am Mantel des Wärmetauschers (4) zwischen einem Einlaß und einem Auslaß für das flüssige Metall (1) vorgesehenen ringförmigen Glocke (8) überdeckt ist, wobei die Glocke (8) und die Manschette (7) einen ringförmigen Siphon bilden, der mit einer Druckgasquelle in Verbindung steht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle gleichzeitig mit einem Raum (9), der sich oberhalb des freien Pegels des flüssigen Metalls (1) befindet, in Verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in einer Stufe (5) der Wand des Primärgefäßes (2) ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Kontrolle und Regelung des Pegels des flüssigen Metalls (1) im Siphon vorgesehen ist, wobei diese Einrichtung einen Fühler (15) zur Erfassung der Druckdifferenz (ΔΡ) zwischen dem Gas im Sipho.i und dem Deckgas im Raum (9) aufweist.