DE2249690C3 - - Google Patents
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Description
weisenden Wülsten (4) versehen sind, die den freien Querschnitt zwischen der Außenfläche der Abdeckwand
und der Innenfläche der den Bereich (1) mit der verminderten Wandstärke enthaltenden Anlagenwandung
verengen.
2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wülsten (4) den
Durchflußquerschnitt für das unter Druck stehende Medium vergrößernde Nuten (7) vorgesehen sind.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitseinrichtung für unter Druck stehendes Medium enthaltende
Anlagen, bei der die Stärke der Wandung der Anlage in einem vorgegebenen Bereich gegenüber dem übrigen
Bereich vermindert ist und auf der Innenseite eine diesen Bereich mit der verminderten Wandstärke
überdeckende, im Abstand davon angeordnete Abdeckwand vorgesehen ist. Solche Sicherheitseinrichtungen
finden in der Technik vielfache Anwendung. Sie werden beispielsweise in der Hochdrucktechnik, in der Behältertechnik,
in der chemischen Technologie und auch in der Reaktortechnik verwendet. In der Reaktortechnik
werden sie insbesondere für gasgekühlte Reaktoren. Hochtemperaturreaktoren, flüssigkeitsgekühlte Reaktoren
und auch für Reaktordruckleitungen und Reaktordruckbehälter gebraucht.
Durch diese Sicherheitseinrichtungen sollen die unmittelbaren Auswirkungen von Schäden, die beim
Bersten drucktragender Wandungen auftreten können, verringert und auf einen vorgegebenen Bereich
begrenzt werden.
Sicherheitseinrichtungen der vorbezeichneten Art, durch die gewährleistet werden soll, daß die infolge des
Austretens des unter Druck stehenden Mediums hervorgerufene Strömung auf ein Mindestmaß herabgesetzt
wird, sind in verschiedenen Ausführungen vorgeschlagen worden. So ist aus W. Braun, K.
Traube, Safety of German Designed Light Water-Reactors, 4. Atomkonferenz Genf 6.— 16.9.71,
A/CONF. 49/P/365, April 1971, Abschn. 1II/2 eine unter der Bezeichnung »Durchflußbegrenzer« beispielsweise
für die Frischdampfleitungen von Siedewasserreaktoren verwendete Sicherheitseinrichtung bekannt, die als
Düse, insbesondere als Venturidüse, ausgebildet ist und in einem Dampfstutzen des Reaktordruckgefäßes
angeordnet wird. Dadurch soll erreicht werden, daß bei Leitungsbrüchen außerhalb des Reaktors die Druckabsenkungsgeschwindigkeit
im Kernreaktor herabgesetzt wird. Um die Druckabsenkungsgeschwindigkeit im
Reaktor weiterhin zu verlangsamen, hat man außerdem vorgeschlagen, in den Leitungen schnell schließende
Rückschlagklappen vorzusehen. Durch die Anordnung unter der
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durch den begrenzenden Strömungsquerschnitt hindurchtreten kann. Außerdem entstehen infolge der bei
der Verwendung von Durchflußbegrenzern notwendi-
gen Verzögerung des unter Druck stehenden Mediums, das bis zum begrenzenden Strömungsquerschnitt
beschleunigt wird, unvermeidlich Verluste. Eine Verringerung des begrenzenden Strömungsquerschnitts wie
sie zur Erhöhung der Wirkung erstrebenswert wäre
— ist daher nicht oder jedenfalls nicht in dem gewünschten Muße möglich. Der durch den Durchflußbegrenzer
hindurchtretende Strom kann daher bei Verwendung dieser Sicherheitseinrichtung im Störungsfall nur unter Inkaufnahme erheblicher Energieverluste
auf die Größe des in der unter Druck stehenden Rohrleitung fließenden Normalstroms verkleinert werden.
Diesen Strom unter die Größe des Normalstromes zu verringern, ist nicht möglich.
Bei einer anderen, aus S. F ö r s t e r, Anlagenkonzepte
für Kernkraftwerke mit Hochtemperaturreaktor und Heliumturbinenkreislauf (HTR-GT), Jül-803-RG, Okt.
1971 bekannten Sicherheitseinrichtung, die insbesondere bei Rohrleitungen verwendet wird, ist vorgesehen,
daß auf einer vorbestimmten Strecke zwei koaxial zueinander angeordnete Rohrleitungen vorgesehen
sind, wobei die Wandungen beider Rohre auf den vollen Druckunterschied ausgelegt sind. Der Zwischenraum
zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr dieser Doppelrohrleitung wird dabei von einem Medium
ausgefüllt, das unter einem solchen Druck steht, daß das innere Rohr bei Normalbetrieb druckentlastet ist,
während das äußere Rohr die Drucklast trägt. Bei einem Bruch des äußeren Rohres wird, um Verluste auszuschließen,
der volle Druck von dem inneren Rohr
aufgenommen. Die Auslegung ist dabei so, daß der Druck über eine vorbestimmte Dauer aufrechterhalten
bleibt. Nachteilig ist bei der Verwendung dieser Sicherheitseinrichtung, daß es erforderlich ist, zwischen
dem inneren und dem äußeren Rohr Verbindungsstücke vorzusehen. Dadurch werden Verspannungen zwischen
beiden Leitungen hervorgerufen; sie entstehen entweder bereits bei der Herstellung oder auch infolge von
Montagearbeiten; sie werden auch bei Veränderungen der äußeren Lagerbedingungen, beispielsweise durch
Langzeitkriechen oder Bauteilsetzung verursacht, oder auch durch Temperaturschwankungen. Hinzu kommt,
daß durch Belastungen, beispielsweise infolge von Druck, der auf eine Leitung ausgeübt wird, auch
Belastungen der anderen Leitung entstehen. Auch das Druckpolster, das bei einem Ausfall der Druckregelung
sich belastend auf die innere Leitung auswirkt, kann Verspannungen zwischen beiden Leitungen verursachen.
Wird diese bekannte Sicherheitseinrichtung in
Heißgasleitungen verwendet, so kommen als weitere Beeinträchtig die dadurch verursachten Eigenspan-
?,;mgen hinzu. Bei der Auslegung der inneren Leitung jnter Berücksichtigung aller möglichen Belastungen im
Störfalle ergeben sich ferner Schwierigkeiten wegen der im allgemeinen vorzusehenden Armaturen und
Kondensatoren. Notwendige Prüfungen der inneren Leitung sind außerdem - wenn überhaupt - nur unter
erheblichem Aufwand durchführbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheilseinrichlung
zu schaffen, durch die die unmittelbaren Auswirkungen
von Schaden, die beim Bersten drucktragender Wandungen auftreten können, verringert und auf einen
vorgegebenen Bereich begrenzt werden und durch die außerdem der DurchfluBquerschnitt für die durch die
Schadensstelle hindurchtretende Strömung auf ein praktisch beliebig kleines Maß begrenzt wird.
Diese Aufgabe wird bei der Einrichtung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Abdeckwand
schwimmend gelagert ist, und daO die Randbereiche der 20
Abdeckwand mit nach außen weisenden Wulsten versehen sind, die den freien Querschnitt zwischen der
Außenfläche der Abdeckwand und der Innenfläche der den Bereich mit der verminderten Wandstärke enthaltenden
Anlagenwandung verengen. Bei ungestörtem 25 gleichen Voraussetzungen verwendeten Durchflußbe-
werden so bemessen, daß bei allen vorhersehbaren Lageänderungen der schadenssicheren Bereiche der
drucktragenden Wand der Anlage auch im Schadensfalle keine Verspartnungen zwischen der den potentiellen
Schadensbereich überdeckenden Wandung und der drucktragenden Wand entstehen können. Die Festigkeit
der den potentiellen Schadensbereich überdeckenden Wandung ist unter Berücksichtigung des zu verwendenden
Werkstoffes durch entsprechende Dimensionier.:ng im voraus auf einfache Weise bestimmbar, da die
Belastung im Störungsfall sich aus dem innerhalb der Anlage bestehenden Druck auf der einen Seite und in
der Verminderung des Drucks innerhalb des von den Randwülsten des einen verminderten Querschnitt
aufweisenden Bereichs der Wandung der Anlage und der diesen Bereich überdeckenden Wandung gebildeten
Zwischenraum ergibt. Wird die vorhersehbare Belastung auf die überdeckende Wandung so groß, daß
Verformungen unvermeidbar wären, werden mehrere Einrichtungen gemäß der Erfindung hintereinander
oder nebeneinander angeordnet.
Es hat sich gezeigt, daß die Druckabsenkungsgeschwindigkeit bei Verwendung der Sicherheitseinrichtung
gemäß der Erfindung gegenüber den unter
Betrieb ist dabei der in dem Zwischenraum zwischen der Abdeckwand und der Innenfläche der Wandung des
Bereiches mit der verminderten Wandstärke herrschende Druck gleich dem in der Anlage herrschenden Druck.
Die Wandung des unter Druck stehenden Behälters und die die potentielle Schadensstelle überdeckende Wandung
stehen im normalen Betrieb nicht miteinander in Berührung, daher können von der einen Wandung auf
die andere Wandung auch keine Kräfte übertragen werden. Vorteilhaft ist ferner, daß die die Schadensstelle
überdeckende Wandung - abgesehen vom Schadensfall — nicht unter äußerer Belastung steht.
Im Schadensfall wird dadurch, daß das Medium nur durch den zwischen den Wülsten und der drucktragenden
Wandung gebildeten Durchflußquerschnitt austritt, der Druck des Mediums im Zwischenraum zwischen der
Außenfläche der Abdeckwand und der Innenfläche der drucktragenden Wandung sehr schnell abgebaut.
Infolge der Begrenzungsmöglichkeit des Durchflußquerschnittes isit es — unter Berücksichtigung der
jeweils vorgegebenen Bedingungen — somit möglich, die Schadensstelle auf ein Mindestmaß zu begrenzen.
Auch ist der zwischen den Wülsten und der drucktragenden Wandung gebildete Durchflußquerschnitt maßgebend
für die Größe der beim Austritt des unter Druck stehenden Mediums entstehenden Verluste.
Zweckmäßig kann es sein, daß in den Wulsten den Durchflußquerschnitt für das unter Druck stehende
Medium vergrößernde Nuten vorgesehen sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß in den Fällen, in denen
eine Überwachung der Anlage auf Schadensstellen erforderlich ist, eine genügende Menge an Medium aus
der Schadensstelle austritt.
Die Dimensionierung der Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung erfolgt so, daß die infolge
Belastungen entstehenden Verformungen keine Einflüsse auf Einbauten ausüben können. Das kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß zwischen zwei oder mehreren in geringem Abstand zueinander angeordneten
Sicherheitseinrichtungen schadenssichere Bereiche vorgesehen sind. Die Randwülste und das von den
Randwülsten und der Wandung der Anlage sowie von der überdeckenden Wandung eingeschlossene Volumen
grenzern um einen Faktor bis zu 1000 verringert wird. Ein weiterer großer Vorzug bei der Verwendung der
Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Schadensstelle im potentiellen Schadensbereich
gegenüber den Fällen, in denen die Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung nicht verwendet
worden war, um einige Zehnerpotenzen kleiner war. Weitere Vorteile bestehen darin, daß die Sicherheitseinrichtung
gemäß der Erfindung auf sehr einfache Weise mittels optischer Hilfsmittel, durch Röntgenstrahlen
oder durch Ultraschall, prüfbar ist. Ihre einfache Gestaltung ist vorteilhaft, weil der Nachweis von
Spannungen und von Verformungen im Schadensfall auf einfache Weise überschaubar ist.
In der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Aufbau der Sicherheitseinrichtung,
teilweise im Schnitt.
Fig. 2 die Anordnung der Sicherheitseinrichtung in einer Koaxialleitung,
Fi g. 3 die Hintereinanderschaltung mehrerer Sicherheitseinrichtungen
in einer Druckleitung, Fig.4 die Anordnung von Sicherheitseinrichtungen
in einem Krümmer,
Fig. 5 die Anordnung mehrerer Sicherheitseinrichtungen in einem Druckbehälter.
Wie aus der Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, wird
die Sicherheilseinrichtung gemäß der Erfindung dadurch gebildet, daß ein Bereich 1 der drucktragender
Wandung 2 einer unter Druck stehenden Anlage einer verminderten Querschnitt aufweist, so daß in einen
Schadensfalle die Schadensstelle im Bereich 1 dei Wandung 2 auftritt. Die Wandung 2 ist somit, abgesehei
von dem Bereich 1, berstsicher ausgelegt. Auf de
Innenseite der Anlage ist eine den einen vermindertei Querschnitt aufweisenden Bereich 1 der Wandung
überdeckende Abdeckwand 3, Platte od. dgl. vorgese hen, an deren Rändern Wülste 4 vorgesehen sind. Da di
Abdeckwand 3 nicht mit der drucktragenden Wandun 2 in Berührung steht, wird von der Wandung 2 und de
Wüisien 4 ein Durchflußquerschnitt gebildet, der bi normaler Betriebsweise so bemessen ist, daß der für d
Größe des im Schadensfall austretenden Stromes des in
der Anlage enthaltenen Mediums maßgebliche Strömungsquerschnitt 5 möglichst klein ist und daß bei
normalem Betrieb in dem von der Wandung 2 und der den einen verminderten Querschnitt aufweisenden
Bereich 1 der Wandung 2 überdeckenden Abdeckwand 3 gebildeten Zwischenraum 6 der gleiche Druck
herrscht wie innerhalb der Anlage. Um eine möglichst weitgehende Anpassung der Strömungsquerschnitte an
die jeweiligen Gegebenheiten zu gewährleisten, beispielsweise um die Wirksamkeit der Strömungsquerschnittc
auch dann sicherzustellen, wenn Wärmedehnungen aufgenommen werden müssen, sind in den
Randwüisten 4 der Abdeckwand 3 Nuten 7 vorgesehen.
In dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung in
einer, beispielsweise für einen Kaltgasstrom 8 und einen Heißgasstrom 9 vorgesehenen, aus dem Bereich 1 mit
verminderter Wandstärke und dem Trennrohr 2«·! gebildeten, über den Stutzen 10 mit einem Druckbehälter
11 und über ein Panzerrohr 12 mit einem Spannbetonbehälter 13 verbundenen Koaxialleitung
vorgesehen. Falls — wie in der Zeichnung dargestellt — die Rohrleitung verhältnismäßig kurz ist, kann die
Wandung des Druckrohrcs über die ganze Länge einen Querschnitt aufweisen, der so gering ist, daß im
Störungsfall die Wandung des Bereichs 1 birst. Dabei ist — wie im allgemeinen üblich — im Bereich 1 ein
Kompensator 14 vorgesehen. Die den potentiellen Schadensbereich überdeckende Abdeckwand 3 ist in
diesem Fall rohrförmig so ausgebildet, daß die Wülste 4 dem Stutzen 10 und dem Panzerrohr 12 gegenüberliegen.
Die rohrförmig ausgebildete Wandung 3 liegt frei innerhalb des Bereichs 1 des Druckrohrcs und wird
durch Positionsclemcntc 15 in axialer Richtung mit geringem Spielraum verschiebbar gehalten. Über den
Zugang 16 sind — wie aus der Zeichnung erkennbar — Inspektion und Prüfung ohne weiteres möglich.
Wie aus I·' i g. 3 erkennbar, ist es bei langen Rohrleitungen zweckmäßig, die Bereiche 1 mit verminderter
Wandstärke bildende Druckleitung durch bcrstsichcrc Zwischcnstellcn 17 zu unterbrechen, die zur
Erhöhung der Berstsichcrhcit mit einer Vielzahl von Spannelcmcntcn 18 verspannt sind. Zur Aufnahme von
Axialkräftcn sind zwischen den berstsicheren Zwischenstcllcn
17 in der Druckleitung 1 außerdem in axialer Richtung wirkende Verspannungen 19 vorgesehen. Die
rohrförmigen, die potentiellen Schadensstellen übcrdekkenden
Abdeckwändc 3 sind so dimensioniert, daß die Randwülste 4 jeweils in dem Bereich der berstsicheren
Zwischenstücke 17 liegen.
1st — wie in Fig. 4 dargestellt — in den Rohrleitungen ein Krümmer 20 vorgesehen, so wird der
Krümmer 20 so ausgebildet, daß er berstsicher ist, während die Wandungen der geradlinig verlaufenden
Teile der Rohrleitung ganz oder zum Teil eine solche Wandstärke aufweisen, daß im Schadensfalle an ihnen
die Schadensstclle auftritt. Die die potentiellen Schadensstellen
überdeckenden Abdeckwände 3 sind daher in diesem Bereich der Rohrleitung angeordnet.
In dem in Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiel
werden zwischen einem Teil der Bchälterwandung zylindrische Bunde 21 vorgesehen und die einen
Ϊ5 verminderten Querschnitt aufweisenden Bereiche 1
eines zylindrischen Druckbehälters von einer rohrförmig ausgebildeten Abdeckwand 3 so überdeckt, daß die
in der Abdeckwand 3 vorgesehenen Randwülste 4 in dem Bereich der zylindrischen Bunde 21 liegen. Deckel
und Boden weisen ebenfalls zwischen Ringbunden 22 angeordnete Bereiche 1 mit vermindertem Querschnitt
auf. In diesem Falle sind die die potentielle Schadensstelle überdeckenden Wandungen 3a als Platten so
ausgebildet, daß die an ihrem Rand angeordneten Wülste 4 im Bereich der Ringbunde 22 liegen. Die
berstsicheren Bereiche sind zur Erhöhung der Sicherheit — wie gleichfalls aus F i g. 5 hervorgeht — mittels
Spannelcmcntcn 18 und mittels in axialer Richtung angeordneter Verspannungen 19 verspannt.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Sicherheitseinrichtung für unter Druck stehendes
Medium enthaltende Anlagen, bei der die Stärke der Wandung der Anlage in einem vorgegebenen
Bereich gegenüber dem übrigen Bereich vermindert ist und auf der Innenseite eine diesen Bereich mit der
verminderten Wandstärke überdeckende, im Absolcher Durchflußbegrenzer konnte die Dauer des
Druckabfalls im Schadensfalle von 70 at auf 15 at auf etwa 150 see verlängert werden. Dadurch wurde zwar
erreicht, daß Schäden an den Brennelementen vermie-
den wurden. Doch wird bei der Verwendung für Siedewasserreaktoren durch die aus der Anordnung
solcher Durchflußbegrenzer sich ergebende Querschnittsverengung zugleich auch der Kühlmittelmassenstrom
aus dem Reaktordruckbehälter begrenzt. Das hat
die Folge, daß es nicht möglich ist, die Wirkung eines Durchflußbegrenzers durch Verkleinerung des begren-
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