DE2236026A1

DE2236026A1 - Druckbehaelter fuer hohe innendruecke und hohe temperaturen, insbesondere zur aufnahme von kernkraftwerkskomponenten

Info

Publication number: DE2236026A1
Application number: DE2236026A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Nemet
Original assignee: Reaktorbau Forschungs & Bau
Current assignee: Reaktorbau Forschungs & Bau
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-22
Publication date: 1973-02-08
Also published as: DE2236026C3; DE2236026B2; SE385992B; BE786633A; IT963537B; AT325724B; US3893508A; ATA666171A; FR2148010A1; CH551071A; GB1370508A; FR2148010B1

Description

PATENTANWÄLTE
DR. RUDOLF BAUER

Dipl. Ing- HELMUT HUBBUCH O O O C f| 9 β

PFORZHEIM £ £ v* U V Λ V

Westliche 31 · Leopoldpl. - Tel (O723I) 242OO

²⁰· ^Juli

Reaktorbau Forschungs- und Baugesellschaft m b H & Co. OHG in Seibersdorf (Österreich)

Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperatüren ₃ insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten_s mit einem äußeren, tragenden Spannbetonmantel, einer das im Behälter befindliche Medium gegenüber dem Spannbetonmantel vollständig abdichtenden Dichthaut., vorzugsweise aus Stahl, einer Wärmedämmschiehte, z.B. aus Isolierbeton_s und mindestens einem Kühlsystem,

Es ist bekannt, Kernkraftwerkskomponenten, ζ.Β. Kernkraftwerksreaktorenj in Druckbehältern aus Spannbeton anzuordnen. Es ist auch bekannt, solche Spannbetonbehälter zur Abdichtung mit

209888/0891

einer Auskleidung aus Stahlblech zu versehen. Da der Spannbeton auf einer niedrigen Temperatur von etwa 50° bis 60⁰C gehalten v/erden muß, wird;, um den Beton vor der hohen Temperatur des.Reaktorkühlmittels zu schützen, innerhalb der Stahldichthaut (Liner) eine Wärmedämmung angeordnet. Gleichzeitig muß, um zu hohe Zwängspannungen zu vermeiden, auch die Stahldichthaut vor dieser Temperatur geschützt werden. Zu diesem Zwecke wird außer der auf der Innenseite der Stahldichthaut angebrachten Wärmedämmschicht auf der Außenseite der Stahldichthaut (betonseitig) ein Kühlsystem angeordnet, mit dessen Hilfe der erforderliche Temperaturabbau über die Wärmedämmung erfolgt und die Temperatur der Stahldichthaut, des Spannbetons sowie das Temperaturgefälle über den Spannbetonquerschnitt begrenzt werden. Bei dieser bisher üblichen Anordnung wird zwar die innen liegende Wärmedämmschicht vom Reaktorkühlmittel durchdrungen, bleibt jedoch die Stahldichthaut kalt (70° bis 90⁰C).

Ein typisches Beispiel einer solchen 3ehälterbauweis© in zylindrischer Form weist von innen nach außen folgende zylindrische Schichten auf :

1) Wärmedämmung, z.B. mittels Edelstahlelementen oder mittels Beton, vom Reaktorkühlmittel durchdrungen ;

2) Stahldichthaut₄ kalt,

3) Kühlsystem an der Außenseite der Stahldichthaut angebrachti

4) vorgespannter Stahlbetonmantel.

209886/0891

Bei anderen bekannt gewordenen Lösungsvorschlägen wird die Wärmedämmung zwischen zwei dichten Stahlschichten angeordnet. Zwischen der Wärmedämmung und der Stahldiehthaut des Spannbetonbehälters wird ein mit einem hydraulischen Medium ausgefüllter Spalt angeordnet,, der mit dem druckführenden Reaktorkühlmittel unter Druckausgleich steht. Bei diesem Vorschlag bleiben Dichthaut und Spannbetonumhüllung ebenfalls kalt_s da die Kühlung im hydraulischen Zwischenmedium erfolgt. Bei diesem Vorschlag ist die Wärmedämmung nicht vom Reaktorkühlmittel durchdrungen, sondern steht unter allseitigem hydraulischen Druck.

Ein solcher Behälter besteht von innen nach außen aus folgenden Schichten : -

t) Dichthaut I (innere Hülle des thermischen Schildes und der Wärmedämmung)_s

2) thermisches Schild ₃ z.B. aus Spezialbeton_s

3) Wärmedämmstoffs

H) Dichthaut II (äußere Hülle des thermischen Schildes und der Wärmedämmung),

5) hydraulisches Medium als Kühlung,

6) Dichthaut III (eigentliche Stahldiehthaut des Spannbetonmantels) ₃

7) vorgespannter Stahlbetonmantel.

Beide Bauweisen weisen eine Reihe von Nachteilen auf : So ist die eigentliche Dichthaut durch die innen liegende Wärmedämmung

209886/0891

verdeckt und somit einer Inspektion unzugänglich.

Es besteht weiters die Gefahr _s daß durch Fehlstellen in der Wärmedämmung sogenannte heiße Stellen Und damit Zwängspannungen in der dahinter liegenden Dichthaut bzw. im Spannbeton entstehen » durch welche dieee für eine solche Belastung nicht ausgelegten Teile überbeansprucht werden.

Schließlich sind bei der zweiten Bauweise eigentlich drei Dichthäute erforderlich, wobei sich die beiden inneren Dienthäute infolge von Wärmedehnungen gegenüber der äußeren Dichtver
haut in ihrer Lage schieben können, was eine radiale Rohrdurchführung äußerst erschwert bzw. unmöglich macht. Dies führt bei Reaktoren zum ungünstigen Zwang, sämtliche Leitungen durch den Deckel bzw. den Boden des Behälters hindurchzuführen. Darüber hinaus sind die innerhalb des Druckraumes liegenden Wärmedämmungen sehr teuer.

Die angeführten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Dichthaut aus hochwarmfestern Material gefertigt ist und an der Innenseite der Behälterwandung angeordnet ist und daß die Wärmedämmschicht zwischen der Dichthaut und dem Spannbetonmantel angeordnet ist und an diesen kraft·· schlüssig anliegt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbehälters ist im wesentlichen durch folgende Merkmale gekennzeichnet :

209886/0891

1) An der Innenseite der eigentlichen Dichthaut ist keine Wärmedämmung angeordnet. Schon dieses Prinzip allein beseitigt die sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Nachteile«

2) Der Druekraum des Behälters wird durch eine Dichthaut ab geschlossenj die der hohen Innentemperatur des druckführenden Mediums₅ z.B. Gas oder Wasser₃ ausgesetzt ist und deshalb aus einem hochwarmfesten Material bestehen

*"muß (heiße Dichthaut)* Die Dichthaut stützt sich auf eine hochwarmfeste., druckübertragende Wärmedämmschicht_y in der sie auch verankert sein kann*

3) Im Bereich der Wärmedämmschicht oder an deren äußeren Rand ist ein Kühlsystem angeordnet., das die Temperatur auf diejenige Höhe absenkt _a die für den Spannbeton zulässig ist. Der Temperaturabfall erfolgt hauptsächlich in der Wärmedämmschicht.

4) Das am Außenrand der Wärmedämmschicht angeordnete Kühlsystem kann auch als Heizung verwendet werden. Es kann auf einem Blechmantel befestigt sein,, der für einen besseren Temperaturausgleich sorgt und gegebenenfalls als zweite Dichthaut ausgebildet sein kann.

5) Die Wärmedämmschicht stützt sich auf den sie umschließenden Spannbetonmantel, der den auf ihn übertragenen Innendruck aufnimmt.

209886/0891 BAD ORIGINAL*

6) Bei zylinder förmigesi Aufbau des Druckbehälters können die beiden Endabschlüsse des Behälters im Prinzip ähnlich wie der zylindrische Mantel aufgebaut sein.

7) Im Spannbetonmantel ist mindestens ein weiteres Kühlsystem,, das z.B. aus flüssigkeitsdurchströmten Rohren gebildet ist., eingebaut, das auch ala Heizsystem verwendet werden kann. Mit Hilfe dieses Systems kann die Temperatur im Spannbeton und das Temperaturgefälle über die Behälterwand geregelt und den Betriebserfordernissen angepaßt v/erden. Insbesondere können durch eine Erhöhung dex* Spann** betontemperatur über das bisher übliche Maß hinaus die in der Dichthaut auftretenden Zwängspannungen verringert werden.

8) Durch die erhöhte Betriebstemperatur des Spannbetons wird das Austrocknen des Betons beschleunigt, die plastischen Formänderungen klingen viel rascher ab und der Behälter erreicht sehr viel früher einen stabilen 2ustand.

Diese grundsätzlich andere Lösung der gestellten Aufgabe · Wegfall der innen liegenden Wärmedämmung und dadurch Ausschließung von Risken_;i Regelung der Spannbetontemperaturen und Stabilisierung der Betoneigenschaften · erbringt eine Reihe von technischen und wirtschaftlichen Vorteilen der Aufbau ist einfacher >

die Wärmedämmung ist vom Druckmedium getrennt. Da die Dämmwirkung der Dämmschichte bei flüssigkeitsgekühlten Reaktoren infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit den Kühlmediums viel ^u stark herabgesetzt würde und v/eitere die Dämmschichte aufgrund

209886/0891

BAD ORIGINAL

;·.--' . 223S026

der infolge der Porosität sehr großen Reaktionsfläche stark korrosionsgefährdet wäre., ist bei flüssigkeitsgekühlten Reaktoren eine Trennung des Kühlmediums von der Wärmedämmung urrb-edingt erforderlich,
die Dichthaut ist jederzeit inspizierbar-₃ sie ist keiner unvorhergesehenen und unzulässigen Erwärmung ausgesetzt _s

die Kühl- und Heizsysteme sind so angeordnet und ausgelegt, daß alle Betriebsfälle unter Kontrolle gehalten werden. Sowohl Temperatur als auch Temperaturgradient werden beherrscht j der Beton trocknet schneller aus_s wird in seinem Verhalten stabiler. Die Spannglieder können ohne Verbund bleiben, sodaß Spannungsverluste ausgeglichen und gegebenenfalls Spannglieder ausgewechselt werden können.

Nachstehend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines Druckbehälters für Kernkraftwerks-Reaktoren näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen Teil des Mantels des Druckbehälters.

Der Druckbehältermantel ist an der Innenseite gegen den Reaktor durch eine Dichthaut 1 begrenzt_s welche aus einer hochwarmfesten Stahllegierung besteht, die den im Reaktor auftretenden Temperaturen gewachsen ist. Diese Stahlhaut besitzt nach außen hammerkopfartige Portsätze I¹, mit denen sie in der anschließenden Isolierbetonschicht 2 verankert ist. Dieser Isolierbeton, vorzugsweise mit keramischen Zuschlägen aus Blähton, besitzt eine

209886/0891

ausreichende Festigkeit um druckübertragend wirken zu können. Nach außen anschließend folgt die Kühlzone 3> welche als sogenannte Kühlhaut ausgebildet ist, nämlich aus einem Rohrsystem besteht„ welches an einem zylindrischen Blechkörper befestigt ist* um die Temperatur über die ganze Fläche besser zu verteilen, An diese Kühlhaut schließt nach außen der Spannbetonmantel 5 an, der den Innendruck des Reaktors aufzunehmen imstande sein muß und zu diesem Zweck Bewehrungen 6 und J besitzt, welche teils aus axial verlaufenden Spannstählen und teils aus wendelförmig angeordneten Spannstählen bestehen. Im Inneren des Spannbetonmantels befinden sich zwei Heiz - bzw. Kühlsysteme 9, welche aus Rohren bestehen, die von einer Kühlflüssigkeit oder, wenn nötig, von einer Heizflüssigkeit durchströmt werden, was dazu dient, die Temperatur des Mantels den Betriebserfordernissen anzupassen bzw. die Steuerung des Temperaturgradienten zu ermöglichen und insbesondere durch Steuerung der mittleren Temperatur des Spannbetonmantels die Zwängspannung in der Dichthaut herabzusetzen. An der Außenseite befindet sich noch eine Ringspannbewehrung 8.

Da der Isolierbetonmantel 2 samt Dichthaut 1 und Kühlhaut 3 einerseits und der Spannbetonmantel 5 gesondert hergestellt und dann miteinander vereinigt werden _s wird der Spalt zwischen diesen beiden Teilen durch einen injizierten Betonmörtel Ü ausgefüllt. Die Spannglieder 6,7 können im Spannbetonmantel 5 beweglich geführt sein und somit nach Abklingen der Veränderungen des Betons oder nach Relaxation der Spann&lieder nachgespannt bcw ausgetauscht werden.

209886/0891

Claims

Patentansprüche

1.^Druckbehälter für hohe Innendrüeke und hohe Temperaturen., insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten, mit einem äußeren ₃ tragenden Spannbetonmantel_s einer das im Behälter befindliche Medium gegenüber dem Spannbetonmantel vollständig abdichtenden Dichthaut j vorzugsweise aus Stahl_a einer Wärmedämmschichte ₃ z.B. aus Isolierbeton,, und mindestens einem Kühlsystem* dadurch gekennzeichnet _t daß die Dichthaut (1) aus hochwarmfestem Material gefertigt ist und an der Innenseite der Behälterwandung angeordnet ist und daß die Wärmedämmschicht (2) zwischen der'Dichthaut (l)und dem Spannbetonmantel (5) angeordnet ist>.und an diesen kraft schlüssig anliegt.

2. Druckbehälter nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß in bzw. an der Oberfläche der Wärmedämmschicht (2) mindestens ein Kühl- bzw. Heizsystem (3) angeordnet ist.

3. Druckbehälter nach Anspruch 2„ dadurch gekennzeichnet, daß das an der Oberfläche der Wärmedämmschicht (2) angeordnete Kühlsystem (3) auf einer Kühlhaut_s z.B. aus Stahlblech, angeordnet ist, wobei diese Kühlhaut vorzugsweise als zweite Dichthaut ausgebildet ist.

209886/0891

H. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _s daß auch im Spannbetonmantel (5) mindestens ein Heiz- bzw.

(9)

Kühlsystem, z.B. ein flüssigkeitsgespeistes Rohrsystem, ein gebaut ist.

5. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbetonmantel (5) sowohl durch axial verlaufende als auch durch wendelförmig angeordnete Spannglieder (6j7) armiert ist.

6. Druckbehälter nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Spannglieder (6,7) im Spannbetonmantel (5) beweglich geführt ist,, sodaß nach Abklingen der plastischen und thermoplastischen Veränderungen des Betons sowie der Relaxation der Spannglieder (6_;7) diese nachgespannt bzw. ausgetauscht werden können.

7. Druckbehälter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Dichthaut (1) mittels hammerkopfförmiger Anker (I¹) in der Wärmedämmschicht (2) verankert ist.

8.Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet j daß die Wärmedämmschicht (2) druckfeato» poröse, keramische Zuschlagstoffe enthält.

9. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bia 8, gekennzeichnet durch die Aufeinanderfolge der nachstehend angeführten Schichten:

209886/0891

eine hochwarmfeste₃ abdichtende Stahlhaut ;(1)_Λ eine wärmeisolierende und druckübertragende Betonschicht (2)_s ein erstes Kühlsystem (3) ein Spannbetonmantel (5) zur Aufnahme des Innendruckes und mindestens ein im Spannbetonmantel (5) vorgesehenes weiteres Rohrsystem (9) zur Kühlung und Heizung.

10. Verfahren zur Errichtung eines Druekbehälters nach einem der Ansprüche 1 bis 9_a dadurch gekennzeichnet_s daß zwischen der Wärmedämmschicht (2) bzw. der Diehthaut (1) und dem Spannbetonmantel (5) vorerst ein Spalt offen gelassen wird j der erst nachträglich ^ z.B. mit Mörtel ~₃ ausgefüllt wird*

209 888/0891

Leerseite