DE2236026C3

DE2236026C3 - Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten und Verfahren zur Errichtung eines Druckbehälters

Info

Publication number: DE2236026C3
Application number: DE2236026A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Baden Wien Nemet (Oesterreich)
Original assignee: Reaktorbau Forschungs- und Baugesellschaft Mbh & Co Seibersdorf (oesterreich)
Current assignee: Reaktorbau Forschungs- und Baugesellschaft Mbh & Co Seibersdorf (oesterreich)
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-22
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2236026B2; SE385992B; BE786633A; IT963537B; AT325724B; US3893508A; ATA666171A; FR2148010A1; CH551071A; GB1370508A; DE2236026A1; FR2148010B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten, mit einem äußeren, tragenden Spannbetonmantel, einer an diesen kraftschlüssig anliegenden Wärmedämmschicht, z. B. aus Isolierbeton, und einer an der Innenseite der Wärmedämmschicht befestigten Dichthaut aus hochwarmfesten Material, insbesondere Stahl, sowie einem Kühlsystem. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Einrichtung eines Druckbehälters.

Ein derartiger Behälter ist z. B. aus der FR-PS 14 92 900 bekanntgeworden. Sämtliche bekannten Behälter mit einer sogenannten heißen Dichthaut, d. h. mit einer an der Innenseite des Behälters anliegenden Stahlhaut, vor der keine Wärmedämmschicht vorgesehen ist, entsprechen nicht der Forderung auf Zugspannungsfreiheit der Dichthaut in allen Betriebszuständen.

Bei diesen bekannten Konzepten treten bei der Inbetriebnahme des Behälters in der Dichthaut Zwängspannungen auf, die anfängliche elastische und darauffolgend plastische Verformungen der Dichthaut bewirken. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei der Inbetriebnahme der Spannbetonmantel kalt ist und sich somit nicht dehnt, wogegen die Dichthaut stark erwärmt wird, sich jedoch infolge des sie umschließenden Betonmantels nicht dehnen kann. Bei der Abkühlung der Dichthaut am Ende eines Lastzyklus werden vorerst die elastischen, durch Druck verursachten Deformationen wieder aufgehoben und treten nachfolgend in der Dichthaut aufgrund der plastischen Verformung Zugspannungen auf, die zu elastischen Deformationen führen. Somit erfolgt beim Abkühlen der Dichthaut ein Wechsel in den Spannungen, wobei sich vorerst die Deformation aufgrund der Zwängspannungen vermindert und darauffolgend eine elastische Deformation aufgrund von Zuspannungen eintritt. Dieser Wechsel von Druckdeformation zur Zugdeformation bedingt bei der geplanten Betriebszeit eines Behälters von 40 Jahren mit je nach Reaktortype etwa 120 bis 600 Voll-Lastzyklen die Gefahr von Beschädigungen, wie Brüchen aufgrund der Ermüdung des Materials.

Weiterhin tritt aufgrund der vorstehend erläuterten, durch Zwängspannungen hervorgerufenen plastischen, d. h. irreversiblen Stauchungen beim Abkühlen des Behälters beim Auftreten von Zugspannungen in denjenigen Bereichen, in denen die Dichthaut nicht verankert ist, ein Abheben der Dichthaut von der anliegenden Wandung auf. Somit werden an den Verankerungsstellen bei jedem Lastzyklus in der Dichthaut zudem Biegebelastungen verursacht die ebenfalls zu einer Beschädigung der Dichthaut führen

ίο können. Im Hinblick darauf, daß der Verlust bei Ausfall eines Kernkraftwerkes der heute üblichen Größe von 1300MWeI pro Tag in der Größenordnung von einer Million DM liegt, dürfte verständlich sein, daß es unbedingt erforderlich ist, jegliche Ursachen von möglichen Störungen von vorneherein auszuschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erläuterten nachteiligen Effekte zu vermeiden und zur Entlastung der Dichthaut Einrichtungen vorzusehen, die eine Regelung der Temperatur der Druckbehälterwandung gestatten, sowie insbesondere Vorkehrungen zu treffen, durch die der Spannbeton anfänglich, d.h. bei Inbetriebnahme, erwärmt werden kann. Hierfür ist erfindungsgemäß in oder an der Oberfläche der Wärmdämmschicht und/oder im Spannbetonmantel mindestens eine Einrichtung zum Heizen und Kühlen, z. B. ein flüssigkeitsgespeistes Rohrsystem, angeordnet

Da hierdurch bei Inbetriebnahme des im Behälter angeordneten Reaktors die Temperatuiunterschiede

JO zwischen der Dichthaut und dem Mantel vermindert werden können, können auch die auf die Dichthaut wirkenden Zwängspannungen so weit herabgesetzt werden, daß in dieser keine plastischen, sondern nur elastische Deformationen auftreten. Bei der Abkühlung des Behälters nehmen die Zwängspannungen ab und vermindern sich die durch diese bedingten elastischen Verformungen. Es tritt jedoch niemals ein Wechsel von Druckspannungen zu Zugspannungen auf. Hierdurch werden Ermüdungsbrüche weit sicherer, als dies bei bekannten Behältern möglich ist ausgeschlossen.

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

Vorzugsweise wird zwischen der V/ärmedämmschicht und dem Spannbeilonmantel vorerst ein Spalt offengelassen, der erst nachträglich, z. B. mit Mörtel, ausgefüllt sind.

Hierzu wird bemerkt, daß es zwar aus der FR-PS 15 21388 bekannt ist den Spalt zwischen einer Dichthaut und dem Betonmantel durch Sand auszufüllen. Da gemäß der Erfindung der Spalt zwischen der Isolierschicht und dem Spannbetonmantel zunächst offengelassen und erst nachträglich ausgefüllt wird, kann durch Verwendung der Temperaturregeleinrichtung noch vor der Inbetriebnahme des Reaktors eine beschleunigte Stabilisierung des Mantels erreicht werden.

Nachstehend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines Druckbehälters für Kernkraftwerks-Reaktoren mäher 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, welche aus einer hochwarmfesten Stahllegierung besteht, die den in Reaktor auftretenden Temperaturen gewachsen L»L Diese Stahlhaut besitzt nach außen hammerkopfartige Fortsätze Γ, mit denen die in der anschließenden Wärmedämmschicht 2 aus Isolierbeton verankert ist Dieser Isolierbeton, vorzugsweise mit keramischen Zuschlagen aus Blähbeton, besitzt eine 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 mit Bewehrungen 6 und 7 versehen ist, weiche teils aus axial verlaufenden Spannstählen und teils aus wendelförmig angeordneten Spannstählen bestehen. Im Inneren des Spannbetonmantels befinden sich zwei als Heiz- bzw. Kühlsysteme dienende Rohrsysteme 9, 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

ίο sich noch eine Ringspannbewehrung 8.

Vorzugsweise werden die Wärmedämmschicht 2 samt Dichthaut 1 und Kühlhaut 3 einerseits und der Spannbetonmantel 5 gesondert hergestellt und dann dadurch miteinander vereinigt, daß der Spalt zwischen diesen beiden Teilen durch einen injizierten Betonmörlel 4 ausgefüllt wird. Die Spannglieder 6, 7 können im Spannbetonmantel 5 beweglich geführt sein und somit nach Abklingen der Veränderungen des Betons oder nach ihrer Relaxation nachgespannt bzw. ausgetauscht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskoni ponenten, mit einem äußeren, tragenden Spannbetonmantel, einer an diese kraftschlüssig anliegenden Wärmedämmschicht, z. B. aus Isolierbeton, und einer an der Innenseite der Wärmedämmschicht befestigten Dichthaut aus hochwarmfesten Material, insbesondere Stahl, sowie einem Kühlsystem, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an der Oberfläche der Wärmedämmschicht (2) und/oder im Spannbetonmantel (5) mindestens eine Einrichtung zum Heizen und Kühlen, z. B. ein flüssigkeitsgespeistes Rohrsystem (6), angeordnet ist

2. Verfahren zur Errichtung eines Druckbehäi;ers nach /\nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wärmedämmschicht (2) und dem Spannbetonmantel (5) vorerst ein Spalt offengelassen wird, der erst nachträglich, z. B. mit Mörtel, ausgefüllt wird.