DE2340548C2

DE2340548C2 - Vorrichtung zur Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in einer Kernenergieanlage nach Abschaltung des Reaktors

Info

Publication number: DE2340548C2
Application number: DE2340548A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 5060 Bensberg Bieniussa; Horst 4019 Monheim Kappauf
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1983-04-07
Also published as: FR2240503B1; JPS6022318B2; GB1480765A; DE2340548A1; FR2240503A1; JPS5044399A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in einer Kernenergieanlage nach Abschaltung des Reaktors, wobei die in diesem erzeugte Wärme über absperrbare Hauptkühlmittelleitungen vermittels Pumpen veränderbarer Leistung abgeführt wird, und parallel zur Absperrarmatur der Hauptkühlmittelleitung eine Umgehungsleitung vorhanden ist.

Eine aus der CH-A-4 85 297 bekannte Sicherheits-Kühlvorrichtung an einem Kernreaktor des Siedewassertyps weist eine den Reaktor unmittelbar (unter Umgehung einer in den Hauptkühlkreislauf einbezogenen Dampfturbine) mit dem Kondensator verbindende Nebenleitung auf, die während des Normalbetriebes ständig geschlossen bleibt und erst bei abgeschaltetem Reaktor geöffnet wird, während zugleich die Hauptdampfleitung geschlossen wird. Die mögliche Fehlfunktion des die Nebenleitung absperrenden Ventils zwingt hier zu umfangreichen zusätzlichen baulichen Maßnahmen, um auch in einem solchen Fall die Abfuhr der Nachzerfallswärme sicherzustellen. Hinweise auf eine bestimmte Dimensionierung der Nebenleitung oder ihres Absperrventils enthält diese Schrift nicht.

Die in der Spaltzone eines abgeschalteten Kernreaktors erzeugte und durch das Kühlmittel abzuführende Wärmemenge beträgt nur einen geringen Bruchteil (beispielsweise 3%) derjenigen, die bei Leistungsbetrieb erzeugt wird und für die die Strömungsquerschnitte der Kühlmitielleitungen und die Leistung der Pumpen ausgelegt sind. Würde bei abgeschaltetem Reaktor der Kühlmitteldurchsatz in unveränderter Größe aufrechterhalten, käme es zu einer erheblichen Absenkung der Temperatur des Kühlmittels, die zur Beschädigung der Anlage durch Thermoschock und zu instabilen Kühlverhältnissen führen könnte. Die naheliegende Maßnahme, den Kühlmitteldurchsatz durch in den Hauptkühlmittelleitungen eingebaute Regelarmaturen auf ein Maß herabzusetzen, das gerade zur Abfuhr der Nachwärme ausreicht ist wenig geeignet, da Armaturen

ίο der in Frage kommenden großen Nennweiten (z. B. 600 bis 1000 mm) schlechte Regelcharakteristiken im Bereich kleiner Durchflußmengen aufweisen. Die ebenfalls bestehende Möglichkeit den Kühlmitteldurchsatz durch Verminderung der Pumpenleistung verwen- deten Pumpen, beispielsweise jenen mit hydrostatischem Lager an einer zum Betrieb derselben erforderlichen Mindestdrehzahl ihre Grenze, die typischerweise etwa 10% der Drehzahl bei Vollast entspricht Erhöht werden diese Schwierigkeiten noch dann, wenn der Reaktor durch Schneüschluß abgeschaltet wird, da dann einem plötzlichen Abfall in der erzeugten

Wärmemenge ein nur langsam zu vermindernder Kühlmitteldurchsatz entgegensteht Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrich-

tung zur Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in einer Kernenergieanlage, die sicherstellt, daß bei Abschaltung, insbesondere Schnellabschaltung des Reaktors, der Kühlmitteldurchsatz schnell, sicher und ohne Notwendigkeit in ihrem Umfang genau einzuhaltender Rege'ungsmaßnahmen auf dasjenige Maß herabgesetzt wird, das gerade zur Abfuhr der in der Spaltzone des Reaktors erzeugten Nachwärme ausreichend ist

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Durchsatz der Umgehungsleitung auf die maximal zur Abfuhr der in der Spaltzone des Reaktors erzeugten Nachwärme erforderliche Kühlmittelmenge begrenzt und daß die Umgehungsleitung im Betrieb ständig geöffnet ist Durch die völlige Absperrung der Hauptkühlmittelleitung, die ohne besondere Feineinstellung eines Absperrschiebers erfolgen kann, und durch die Führung des Kühlmittels in einer Leitung verringerten Querschnitts und bekannten Strömungswiderstandes wird eine sichere Begrenzung des Kühlmitteldurch- satzes auf das erforderliche Maß erreicht Dabei fließt auch bei Leistungsbetrieb der Anlage ein geringer Bruchteil des Kühlmittelstromes durch die Umgehungsleitung, so daß diese im Bedarfsfalle nicht erst geöffnet werden muß. Der Strömungswiderstand der Umge hungsleitung ist dabei so zu bemessen, daß zu seiner

Überwindung eine Pumpenleistung erforderlich ist zu

deren Erzielung eine Pumpendrehzahl erforderlich ist, die über der mindestzulässigen liegt.

Zur Erzielung eines ausreichenden Strömungswider- Standes in der Umgehungsleitung und zu dessen genauer Einstellung ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung von Vorteil, in dieser eine feste Drossel

anzuordnen.

Die Menge der in der Spaltzone eines abgeschalteten

Reaktors erzeugten Nachwärme wird weitgehend von der Leistung bestimmt die vor der Abschaltung im Reaktor erzeugt wurde. Da diese entsprechend den Betriebserfordernissen unterschiedlich ist, ist es auch die abzuführende Nachwärmemenge und damit der nach Abschaltung aufrechtzuerhaltende Kühlmitteldurchsatz. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß die Umgehungsleitung mindestens eine Regelarmatur aufweist, vermittels derer der

Kühlmitteldurchsatz den Erfordernissen angepaßt werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Regelarmatur entsprechend der jeweiligen Leistung des Reaktors steuerbar, und zwar bereits während des Leistungsbetriebes der Anlage, so daß bei Schnellabschaltung des Reaktors die Umgehungsleitung bereits den richtigen Strömungsquerschnitt aufweist Dieser Vorgang kann unter Zuhilfenahme geeigneter Meß- und Regelgeräte selbsttätig ablaufen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Regeiarmatur nicht völlig schließbar ist, sondern eine Mindestdurchflußöffnung aufweist Dies dient dazu, ein versehentliches völliges Absperren der Umgehungsleitung zu verhindern, das den Kühlmittelumlauf unterbrechen und zur Überhitzung der Spaltzone des Reaktors führen würde.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Absperrung der Hauptkühlmitteiieitung, die Verringerung der Pumpenleistung und die Abschaltung des Reaktors gleichzeitig auslosbar sind, so daß die Anpassung der Pumpenieistung an den zur Verfügung stehenden geringeren Strömungsquerschnitt der Umgehungsleitung selbsttätig erfolgt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt

Diese zeigt einen Kernreaktor 1 mit einer Spaltzone 2, deren Aktivität durch das mehr oder minder tiefe Einfahren von Regelstäben 3 veränderbar ist, von denen hier nur einer dargestellt ist Eine nicht näher beschriebene Abschaltvorrichtung 4 kann durch ein Signal aus einer Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 5 ausgelöst werden, so daß die Regelstäbe 3 in die Spaltzone 2 fallen und der Reaktor 1 abgeschaltet wird. Die in der Spaltzone 2 erzeugte Wärme wird über eine Hauptkühlmittelleitung 6 mit Hilfe einer Pumpe 7 einer nicht näher beschriebenen Verbrauchsstelle 8, beispielsweise einem Wärmetauscher, zugeführt, worauf das abgekühlte Kühlmittel in den Reaktor 1 zurückzeitig ein Verringern der Drehzahl und damit der Leistung der Pumpe 7 sowie ein zur Schließung der Absperrarmatur 11 führendes Anlaufen des Motors 12. Nach erfolgter Abschaltung des Reaktors wird die Pumpe 7 mit ihrer mindestzulässigeii Drehzahl betrieben, wobei, da die Hauptkühlmit'.elleitung 6 abgesperrt ist, ein zur Abfuhr der Nachwärme aus der Spaltzone 2 ausreichender Kühlmittalstrom über die Umgehungsleitung 9 fließt Der durch die feste Drossel 10 eingestellte Strömungsquerschnitt entspricht einem Kühlmitteldurchsatz, wie er zur Abfuhr der höchsten zu erwartenden Nachwärmeabgabe der Spaltzone 2 entspricht Wurde der Reaktor 1 vor der Abschaltung mit geringerer Leistung betrieben, ist auch die in der Spaltzone 2 erzeugte Nachwärmemenge geringer und damit auch der erforderliche Kühlmitteldurchsatz durch die Umgehungsleitung 9. Diese weist eine weitere Absperrarmatur 13 auf, die durch einen weiteren Motor 14 so weit schließbar ist, daß der Kühlmitteldurchsatz um das gewünschte Maß verringert wird. Im Reaktor 1 befinden sich nicht näher beschriebene Meß- und Regelgeräte 15, die einerseits bei Überschreitung zulässiger Grenzwerte durch ein entsprechendes Signal an die Steuerungsvorrichtung 5 die Schnellabschaltung des Reaktors auslösen und andererseits in Abhängigkeit von der jeweils in der Spaltzone 2 erzeugten Leistung den Motor 14 derart steuern, daß die Absperrarmatur 13 zu jedem Zeitpunkt genau denjenigen Strömungsquerschnitt in der Umgehungsleitung 9 freigibt, der dem e.-forderlichen Kühlmitteldurchsatz nach der Abschaltung entspricht. Da die in der Spaltzone 2 erzeugte Nachwärmemenge nach Abschaltung des Reaktors allmählich abnimmt, kann über eine weitere Absperrarmatur 16 bei Bedarf der Strömungsquerschnitt der Umgehungsleitung 9 weiter vermindert werden, so daß er dem zu verringernden Kühlmitteldurchsatz entspricht. Die Absperrarmaturen 13 und 16 sind nicht völlig schließbar, sondern weisen eine Mindestdurchflußöffnung auf, um ein versehentliches Absperren der

fließt. Gemäß der Erfindung zweigt von der Hauptkühl- -to Umgehungsleitung 9 bei abgeschaltetem Reaktor zu mittelleitung 6 eine Umgehungsleitung 9 ab, die zur verhindern, die zum völligen Ausfall der Kühlung der Einstellung des gewünschten Strömungswiderstandes '

mit einer festen Drossel 10 versehen ist. Die Hauptkühlmittelleitung 6 ist mit einer Absperrarmatur 11 versehen, die durch einen Motor 12 betätigt wird. Das

von der Steuerungseinrichtung 5 ausgehende Signal zur Betätigung der Abschaltvorrichtung 4 bewirkt gleich-Spaltzone 2 führen würde. Ist eine völlige Absperrung der Kühlmittelleitungen notwendig, beispielsweise zu Reparaturzwecken, kann die Umgehungsleitung 9 durch eine weitere, diese völlig absperrende Armatur 17 geschlossen werden.

Hisrzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in einer Kernenergieanlage nach Abschaltung des Reaktors, wobei die in diesem erzeugte Wärme über absperrbare Hauptkühlmittelleitungen vermittels Pumpen veränderbarer Leistung abgeführt wird, wobei parallel zur Absperrarmatur der Hauptkühlmittelleitung eine Umgehungsleitung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz der Umgehungsleitung (9) auf die maximal zur Abfuhr der in der Spaltzone (2) des Reaktors (1) erzeugten Nachwärme erforderliche Kühlmittelmenge begrenzt ist und daß die Umgehungsleitung (9) im Betrieb ständig geöffnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (9) eine feste Drossel (10) aufweist

3. Verrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (9) mindestens eine Regelarmatur (13) aufweist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelarmatur (13) entsprechend der jeweiligen Leistung des Reaktors (1) steuerbar ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelarmatur (13) nicht völlig schließbar ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrung der Hauptkühlmittelleitung (6), die Verringerung der Pumpenleistung (7) und die Abschaltung des Reaktors (1) gleichzeitig auslösbar sind.