DE2229287A1

DE2229287A1 - Kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE2229287A1
Application number: DE2229287A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1972-06-15
Publication date: 1974-01-03
Also published as: NL7307745A; GB1418359A; CH557074A; US3994776A; JPS4950392A; FR2189818B1; FR2189818A1; IT988973B; BE800834A

Description

Die Erfindung "betrifft eine Kernreaktoranlage, insbesondere mit Druckwasserreaktor, mit einem aus Stahl bestehenden Reaktordruckbehälter und einem diesen mit Abstand umgebenden biologischen Schild. Der Abstand zwischen Reaktordruckbehälter und biologischem Schild gestattet Wiederholungsuntersuchungen am Reaktordruckbehälter, z.B. mit Hilfe von Ultraschallköpfen. Solche Untersuchungen sollen auch bei der erfindungsgemäßen Kernreaktoranlage möglich sein, bei der andererseits bezweckt wird, die bei einem Bruch oder Leck des Reaktordruckbehälters auftretenden Auswirkungen zu verringern und damit die Sicherheit bei Unfällen zu vergrößern.

Gemäß der Erfindung sind im Spalt zwischen dem biologischen Schild und dem Reaktordruck Rippen oder Hocker angebracht, die den Abstand mindestens zur Hälfte überbrücken. Die Rippen oder Hocker bilden eine Abstützung für die Wand des Reaktordruckbehälters, wenn sich diese bei einem Bruch verformen sollte, so daß die Größe des Rißquerschnittes bei einem Riß des Druckbehälters begrenzt wird. Dadurch wird auch das Maß des aus dem Druckbehälter bei einem Unfall austretenden. Kühlmittels auf solche Werte verringert, die beherrscht werden können. Die Zugänglichkeit für Prüfungen bleibt jedoch erhalten.

Vorzugsweise ist der Abstand zum größten Teil, z.B. zu 9/10 überbrückt. Zwischen dem biologischen Schild bzw. dem Reaktordruckbehälter und den Rippen oder Höckern sollte lediglich ein Restspalt verbleiben, der Wärmedehnungen des Reaktordruekbehälters aufnimmt. Der nicht von den Rippen oder Höckern überbrückte Rest des Abstandes beträgt zweckmäßig l/lO bis 3/10 der Wandstärke des Reaktordruckbehälters. Der Restabstand kann so ausgebildet werden, daß er sich bei Betriebstemperatur des Reaktordruckbehälters schließt. Es ist dabei zweckmäßig, im Bereich

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der Rippen oder Hocker schlecht wärmeleitende Werkstoffe einzusetzen, um einerseits die Wärmebelastung des biologischen Schildes klein zu halten und andererseits den lokalen Wärmeabfluß aus der Druckbehälterwand auf einen tragbaren Wert zu begrenzen. Zu diesem Zweck kann man z.B. Platten aus Keramik dort vorsehen, wo die Rippen abgestützt sind, also am biologischen Schild oder/und am Reaktordruckbehälter.

Der Zwischenraum und insbesondere der Abstand zwischen Reaktordruckbehälter und biologischem Schild lassen sich so bemessen und gestalten, daß zwischen den Rippen oder Höckern ein Abströmquerschnitt zum Reaktorgebäude hin entsteht, der größer ist als der maximalmögliche Rißquerschnitt des Reaktordruckbehälters. Auf diese Weise kann der Druck im Zwischenraum auf einen Wert begrenzt werden, der nur wenig über dem Sättigungsdruck des Reaktorkühlwassers liegt. Es ist daher beim Druckwasserreaktor möglich, den biologischen Schild für einen Druck auszulegen, der wesentlich unter dem Auslegungsdruck des Reaktordruckgefäß es liegt.

Zur Verwirklichung der Erfindung ist somit der ohnehin vorhandene biologische Schild auf den beim Ausströmungsvorgang auftretenden Druck auszulegen. Dies geschieht zweckmäßigerweise durch eine entsprechende Bewehrung (in axialer und azimutaler Richtung) bzw. Vorspannung der topfförmigen Betonabschirmung. Die Rippen oder Hocker können mit wenigen zusätzlichen Trägern mit dem biologischen Schild oder dem Reaktordruckbehälter baulich vereinigt sein. Sie lassen sich aber auch mit Vorteil als getrennte Bauteile in den Spalt einsetzen. Sie können ohne nennenswerte Verankerung freistehend ausgebildet werden, da sie nur bei einem Unfall und dann praktisch nur auf Druck beansprucht sind. Man kann sie Jedoch durch eine Wärmeisolierschielit verbinden, die die Wärme beanspruchung des biologischen Schildes verringert. Z.B. kann man zwischen den Rippen bekannte Folien zur Reflektion und Abfuhr der Wärme durch Kühlluft unterbringen. Dabei ist es günstig, wenn die Wärmeisolierschicht sowohl vom Reaktordruckbehälter als auch vom biologi-

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sehen Schild mit soviel Abstand angeordnet ist, daß Kühlkanäle ausreichenden Querschnitts entstehen.

PUr die Begrenzung von Längsrissen genügen Rippen in Längsrichtung des zylindrischen Reaktordruckbehälters. Zusätzlich kann nan aber auch strahlenförmig verlaufende Rippen am Boden des Reaktordruckbehälters vorsehen, die bei einem Umfangsriß wirksam werden. Zwischen beiden Rippenformen kann ein Tragring liegen, mit dem der Reaktordruckbehälter im Normalbetrieb am biologischen Schild abgestützt ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt Pig. 1 eine Kernreaktoranlage nach der Erfindung in einem hälftigen Längsschnitt, Pig. 2 zugehörige Querschnitte in zwei verschiedenen Ebenen, die ober- und unterhalb der strichpunktierten Mittellinie dargestellt sind und Pig. 3 eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Rippen in vergrößertem Maßstab.

Der aus Stahl bestehende, im wesentlichen zylindrische Reaktordruckbehälter 1 eines Druckwaaser-Leistungsreaktors ist mit einem Stahldeckel 2 verschlossen. Unterhalb des Deckels sitzen die gleichmäßig um den Umfang verteilten Hauptkühlmittelstutzen 3. Der Druckbehälter ist an seinem als Kugelboden ausgeführten unteren Ende auf einem Tragring 5 abgestützt. Der Tragring 5 ruht auf einer Stahlplatte 6 in einem biologischen Schild 7 aus Stahlbeton, der den Reaktordruckbehälter 1 U-förmig umgibt und als Abschirmung gegen Strahlung sowie als Berstsicherung dient. Die ganze Kernreaktoranlage ist in einer, aus Stahl bestehenden Sicherheitshülle 8 eingeschlossen.

Zwischen dem Reaktordruckbehälter 1 und dem biologischen Schild 7 ist ein Spalt 10 vorhanden, der Wiederholungsprüfungen sowie eine Kühlung mit Luft oder ähnlichem ermöglicht, die die Temperaturbeanspruchung des Betons kleinhält. Die Spaltbreite ist etwa 1/6 des Außendurchmessers des Reaktordruckbehälters.

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Der Beton des biologischen Schildes 7 trägt an seinem oberen Rand Fanghaken 12, die mit gestrichelt angedeuteten Stahlträgern 13 im Beton verankert sind. Die Stahlhaken 12 greifen über einen Fangring 14 > der den Deckel 2 mindestens teilweise überdeckt, so daß eine Abstützung für den Fall gegeben ist, daß der Reaktordruckbehälter 1 unter der Einwirkung von verdampfendem Kühlmittel bei einem Unfall aus dem biologischen Schild 7 getrieben wird.

Wie die Fig. 2 deutlich zeigt, sind in dem Spalt 10 zwischen dem Reaktordruckbehälter 1 und dem biologischen Schild 7 um den Umfang des zylindrischen Druckbehälters 1 Rippen 16 gleichmäßig verteilt. Die Rippen 16 verlaufen parallel zueinander und zur Längsachse des Reaktordruckbehälters 1. Sie sind gleich ausgebildet und im einzelnen in der Fig. 3 dargestellt.

Aus der Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Rippen 16 den als Spalt 10 bezeichneten Abstand zwischen dem biologischen Schild 7 und dem Reaktordruckbehälter zu mehr als 9/10 überbrücken. Der verbleibende Rest 11 des Spaltes 10, der wie beim Ausführungsbeispiel zweckmäßig unmittelbar am Druckbehälter 1 liegt, ist nur etwa 15$ der Wandstärke des Reaktordruckbehälters dick. Dieser Restspalt 11 sorgt dafür, daß sich der Reaktordruckbehälter 1 bei Wärme ausdehnen kann. Größer macht man den verbleibenden Sest 11 das Spaltes 10 vorteilhafterweise nicht, um eine sichere Abstützung gegen Verlagerungen und Aufweitungen des Reaktordruckbeliälters zu haben.

Jede Hippe 16 besteht aus einer Profilachiene 20, die mit ihren? iuS 21 auf ei&e-ß snsaisaengesetsteri Träger 22 abgestützt ist, !Der träger 22 esstsht au3 einem im Querschnitt rechteckigen Stahlprofil 23 und awei gleichen U-Profileisen 24 und 25. Zwischen -lern Profil-aisen 23 und einer Platte 27, die in den biologischen Schild 7 eingelassen iat. ist ein Keramikkörper 28 als ϊ/äraieisolieruGg angeordnet»

Beiai Ausführungsbeispiel sind sechzehn Hippen um den Rand dea

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Reaktordruckbehälters 1 verteilt angeordnet. Sie erstrecken sich., wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, über praktisch die ganze Länge des Reaktordruckbehälters 1 zwischen den Hauptkühlmittelstutzen 3 und dem Kugelboden 4 am unteren Ende des Behälters 1. Entsprechende Rippen 32 verlaufen strahlenförmig zur Achse des Behälters 1 unterhalb des Kugelbodens 4· Dadurch ist die Bewegung des Behälters 1 als G-anzes und auch von Behälterbruchstücken, wie sie beim Sau entstehen können, auf Werte begrenzt, die beherrschbar sind.

Zwischen dem Behälter 1 und dem Schild 7 ist eine Wärmeisolierung 33 aus Aluminiumfolien angeordnet, die die Rippen 16 miteinander verbindet. Die Wärmeisolierung ist im Bereich der Rippen 16 verdickt, wie Pig. 3 zeigt. Sie begrenzt im Spalt 10 zwei getrennte Bereiche 35 und 36, die z.B. mit unterschiedlicher Kühlluft durchströmt werden können. Unter Umständen kann man die Kühlluft auch durch den Spalt 35 einführen und umlenken, damit sie am Ende des Spaltes 36 austritt.

Bei der Erfindung bleibt die Zugänglichkeit des Druckbehälters "1 für Wiederholungsprüfungen von außen weitgehend erhalten. Ebenso ist ein so großer Auslaß-Querschnitt vorhanden, daß beim Gau austretendes Kühlmittel keinen hohen Druck im biologischen Schild 7 aufbauen kann. Trotzdem sind Verlagerungen des Druckbehälters 1 begrenzt. Vor allem verhindern die Rippen 16 bei einem Längsriß des Druckbehälters, daß sich der Druckbehälter unzulässig weit aufweitet. Sie beschränken also den Austrittsquerschnitt aus dem Reaktordruckbehälter und damit die Ausströmrate, die die Reaktionskräfte auf Druckbehälter, Kerneinbauten und andere Komponenten bestimmt.

Beim Ausführungsbeispiel sind die Rippen 16 am Umfang des Reaktordruckbehälters 1 nur in Längsrichtung des Druckbehälters angeordnet. Sie können aber zur Vergleichmäßigung der Abstützung auch schräg angeordnet sein. Die Rippen werden areckmäßigerweise so angeordnet, daß im Bereich der wärmebeeinflußten Zone des Druckbehälter entlang von Schweißnähten,

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z.B. an den Hauptkülilmittelstutzen 3, ein für den Einsatz von Inspektionsgeräten ausreichend großer Spalt freibleibt. Aus diesem Grund und zur Schaffung größerer Abströmquerschnitte kann es zweckmäßig sein, die Rippen 16 in Längsrichtung zu unterbrechen und sie somit als eine nur abschnittsverlaufende Abstützung auszubilden. Man kommt so zu höckerförmigen Elemen ten. Diese lassen sich bei flächiger Ausbildung auch schachbrettartig im Bößelsprung versetzt anordnen, so daß sich bei einer netzförmigen Abstützung zwischen den Höckern ausreichende große Abströmquerschnitte nach allen Richtungen ergeben.

15 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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f1.J Kernreaktoranlage, insbesondere mit Druckwasserreaktor, mit einem aus Stahl "bestehenden Reaktordruckbehälter und einem diesen mit Abstand umgebenden biologischen Schild, dadurch gekennzeichnet, daß im Spalt (10) zwischen dem biologischen Schild (7) und dem Reaktordruckbehälter (l) Rippen (16) oder Hocker angebracht sind, die den Abstand mindestens zur Hälfte überbrücken.
2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zu 9/10 oder mehr überbrückt ist.
3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht von den Rippen (16) oder Höckera überbrückte Rest des Abstandes l/lO bis 3/10 der Wandstärke des Reaktordruckbehälters (l) beträgt.
4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge->. kennzeichnet, daß die Rippen (16) in Längsrichtung des zylindrischen Reaktordruckbehälters verlaufen°
5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzsisiinet, daß die Rippen (16) oder Hocker dem biologischen Schild (7) zugeordnet sind, so daß der festliche Abstand zwischen den Rippen (16) und dem Ileaktoi'druckbehälter (I) liegt.
6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) oder Hocker als getrennte Bauteile in den Spalt (10) zwischen Rsaktorclruekbehälter (l) und biologischem Schild (7) einsetzbar sind.
7. Kernreaktoranlaga nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekeziazeichnet, daß im Bereich der Rippen (16) oder Höcker schlecht wärmeleitende Werkstoffe (28) vorgesehen sind.

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8. Kernreaktoranlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch keramische Körper (28),die Rippen (16) oder Höcker tragen.
9· Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) oder Höcker durch eine Wärmeisolierschicht (33) verbunden sind.
10. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen oder Höcker (16) im Bereich der wärmebeeinflußten Zonen der Schweißnähte des Reaktordruckbehälters (1) zum Einsatz von Inspektionsgeräten ausreichenden Raum frei lassen.
11. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höcker schachbrettförmig und im Rösselsprung versetzt angeordnet sind.
12. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmquerschnitte zwischen den Rippen oder Höckern (16) größer sind als der maximalmögliche Rißquerschnitt des Reaktordruckbehälters.
13. Kernreaktoranlage nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierschicht (33) sowohl von dem Reaktordruckbehälter (l) als auch von dem biologischen Schild (7) mit Abstand angeordnet sind.
14. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13., gekennzeichnet durch strahlenförmig angeordnete Rippen (32) oder Höcker am Boden (4) des Reaktordruckbehälters (1).
15. Kernraaktoranlage nach Anspruch 4 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den strahlenförmig angeordneten Rippen (32) und den Rippen (16) in Längsrichtung des Reaktordruckbehälters ein Tragring (5) angeordnet ist, mit dem der Reaktordruckbehälter (l) am biologischen Schild (7) abgestützt ist,

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