DE2346483A1

DE2346483A1 - Kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE2346483A1
Application number: DE19732346483
Authority: DE
Inventors: Erwin Laurer; Hans-Peter Dipl Ing Schabert; Erich Strickroth
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1973-09-14
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1975-03-27

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den

Werner-von-Siemens-Str.

VPA 73/9454 Sm/Hgr

Kernreaktoranlage

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einer oicherheitshülle für einen Kernreaktor, insbesondere einen Druckwasserreaktor, mit einem Kühlkreis, einem Sumpf und einer diesem zugeordneten Pumpe mit einem Antriebsmotor, die im Inneren der Sicherheitshülle angeordnet ist und sich dort ansammelndes Kühlmittel in den Kühlkreis des Reaktors zurückfördert.

Die Sicherheitshülle hat die Aufgabe, das Freisetzen von Radioaktivität zu verhindern. Sie umschließt deshalb alle Radioaktivität führenden Komponenten der Kernreaktoranlage und ist, so weit überhaupt, nur über Schleusen begehbar. Bei einer Störung wird die Sicherheitshülle jedenfalls unzugänglich verschlossen.

Die dem Sumpf zugeordnete Pumpe ermöglicht eine Notkühlung, weil bei einem Leck des Kernreaktors, bei dem Kühlmittel ausströmt und sich im Sumpf sammelt, das Kühlmittel aus dem Sumpf in den Reaktor zurückgefördert wird. Die Wirkung der Pumpe muß deshalb unter allen Umständen sichergestellt sein. Die Pumpe muß also auch dann arbeiten, wenn im Reaktorgebäude ein erhöhter Druck und hohe Temperaturen, vorliegen. Dies erfordert natürlich einen hohen Aufwand, zumal das Kühlmittel im Sumpf sieden kann.

Wenn man die Pumpe mit dem Motor in der Sicherheitshülle

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unterbringt, also in einer möglicherweise aggressiven Atmosphäre, müssen Motor und Pumpe besonders geschützt werden. Zugleich sind sie für Wartungen nur schlecht zugänglich. Ordnet man andererseits die Pumpe außerhalb der Sicherheitshülle an, so ist zwar jederzeit eine Wartung von Pumpe und Motor möglich. Hiermit ist aber zugleich die Tatsache verbunden, daß Leitungen, die die Pumpe mit dem Sumpf und dem Kühlkreis des Kernreaktors verbinden, aus der Sicherheitshülle herausgeführt werden müssen. Bricht eine solche Leitung, so ist das mit der Einschließung des Kernreaktors bezweckte Auffangen von radioaktiven Medien nicht mehr ohne weiteres gewährleistet.

Die Erfindung schlägt als neue Lösung für den genannten Problemkreis vor, daß der Antriebsmotor außerhalb der Sicherheitshülle angeordnet und über eine durch die Wand der Sicherheit shülle führende Kupplung mit der Pumpe verbunden ist. Hierbei können Rohrleitungen außerhalb der Sicherheitshülle entfallen, und dennoch ist der für das Arbeiten der Pumpe wesentliche Motor geschützt und ständig zugänglich. Außerdem bietet die Anordnung der Pumpe in der Wand weitere vorteilhafte Möglichkeiten, wie später noch näher erläutert wird. Die durch die Wand führende Kupplung, mit der jede geeignete kraftschlüssige Verbindung zwischen Pumpe und Motor gemeint ist, kann mit bewährten Maschinenelementen zuverlässig ausgeführt werden. Der dafür erforderliche Aufwand wird durch die billigere Ausführung des Motors wettgemacht.

Die gasdichte Sicherheitshülle, deren Wand die Pumpe zugeordnet ist, kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Häufig, verwendet man eine Stahlkugel. Es kann sich aber auch um ein Betongebäude gegebenenfalls mit einer metallischen Dichthaut handeln. In allen Fällen ist es empfehlenswert, wenn die Sicherheitshülle im Bereich der Pumpe als gasdichte Metallwand ausgeführt ist. In dieser läßt sich nämlich die Pumpe besonders

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günstig anordnen. Dort kann das Pumpengehäuse bei Bedarf angeschweißt werden. Außerdem sind dort auch Dichtungen mit Cchweiß- oder Schraubverbindungen leichter zu befestigen als bei V.'änden aus einem anderen Material.

Die Sicherheitshülle kann aber auch mit einer die Pumpe umschliei3enden Ausbuchtung versehen werden. In diesem Fall kann die Ausbuchtung, die gegebenenfalls unmittelbar als Gehäuse der Pumpe zu nutzen ist, unabhängig von der Sicherheitshülle, fertiggestellt und montiert werden. Wird die Ausbuchtung an der regulären Wand der Sicherheitshülle zum Beispiel mit einer Flanschverbindung befestigt, so kann man sogar daran denken, die Sumpfpumpe mit der Ausbuchtung für Reparatur- und vvartungszwecke auswechselbar auszubilden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Pumpe in eine Betonwand eingelassen ist. Die Betonwand muß dabei nicht die gasdichte Sicherheitshülle selbst sein. Es kann sich auch um die Auskleidung von einer Stahlhülle oder dergleichen handeln. Die Auskleidung schützt dann die Sumpfpumpe gegen mechanische Belastungen. Dies ist deshalb so wichtig, weil das Arbeiten der Pumpe praktisch immer eine Störung voraussetzt, bei der Bruchstücke umhergeschleudert werden können. Gegen solche Bruchstücke ist die Pumpe in der Ausnehmung weitgehend geschützt. Zusätzlich kann die Ausnehmung mit einem Abdeckkörper versehen werden, dessen Querschnittsfläche größer als der Ansaugstutzen der Pumpe ist. Dieser Abdeckkörper verhindert, daß Bruchstücke oder auch Kühlmittelstrahlen zu Schäden führen, weil eine unmittelbare Beaufschlagung der Pumpe ausgeschlossen ist. Weiterhin kann die Druckleitung der Pumpe innerhalb der Betonwand verlaufen. Auf diese Weise ist auch die für das Arbeiten der Pumpe wichtige Druckleitung von vornherein mechanisch geschützt untergebracht.

Die Pumpe selbst ist vorteilhaft eine Kreiselpumpe mit. einer Nenndrehzahl von 1000 U/min, oder weniger, weil solche Pumpen

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relativ einfach aufgebaut und auch für die Förderung heißer, unter Umständen auch siedender Flüssigkeiten geeignet sind. Während der Einbau der Pumpe von der Innenseite der Sicherheitshülle aus erfolgt, sollten Lager und Dichtung von außerhalb der Sicherheitshülle aus montierbar sein, denn die Abdichtung der Pumpe im Bereich der Sicherheitshülle muß bei Stillstand und beim Betrieb der Pumpe zuverlässig arbeiten. Zu diesem Zweck kann man zum Beispiel eine Wellendichtung mit Gleitringen mit Sperrwasserversorgung einsetzen, um das Austreten von Aktivität zu unterbinden. Solche Dichtungen haben sich zum Beispiel bei Hauptkühlmittelpumpen bewährt.

Ferner kann die Pumpe eine im Stillstand verschiebbare Welle aufweisen, wobei der einen Endstellung eine zusätzliche Axialdichtung zugeordnet ist. Durch die verschiebbare Vvelle kann ein sicherer Abschluß mit der zusätzlichen Dichtung für den Fall erhalten werden, daß an der normalen Dichtung der Pumpe Wartungsarbeiten vorgenommen werden. Ein gleichwirkender Abschluß der Sumpfpumpe läßt sich aber auch so erreichen, daß eine mit der Sicherheitshülle dicht verbundene Saugleitung der Pumpe eine Absperrarmatur aufweist. Die Armatur kann gegebenenfalls mit der Pumpe baulich vereinigt werden. Sie kann aber auch völlig getrennt angeordnet sein, um einen unabhängigen Ausbau der Pumpe zu ermöglichen.

Die Pumpe kann auch mit einem in der Sicherheitshülle angeordneten Nachkühler in Verbindung stehen. Damit ist ein Wärmetauscher gemeint, mit dem die beim Anfahren oder Abfahren des Reaktors entstehende v/ärme an Kühlwasser abgegeben wird, die nicht zur Energieerzeugung ausreicht. Durch die Verbindung wird es möglich, mit der nach der Erfindung angeordneten Pumpe nicht nur die für den Notfall vorgesehene Kühlung mit Kühlmittel aus dem Sumpf, sondern auch die genannte betriebsmäßige Kühlung durchzuführen, ohne daß Leitungen aus dem Einschluß herausführen müssen, die möglicherweise Aktivität enthalten.

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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei ist in den Fig. 1, 2 und 3 jeweils eine AusfUhrungsform der Erfindung schematisiert in Form eines Rohrplans gezeichnet. Die Fig. 4 und 5 zeigen die konstruktive Durchbildung zweier Ausführungsformen der neuen Pumpenanordnung. Für übereinstimmende Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden für die Anordnung bei einem Druckwasserreaktor von zum Beispiel 1000 MWe beschrieben. Sie kann aber auch bei anderen Kernreaktoren, zum Beispiel bei Siedewasserreaktoren, bei schwerwassergekühlten und/oder moderierten Kernreaktoren Anwendung finden.

Hit 1 ist der Reaktordruckbehälter bezeichnet, der mit einem Reaktordeckel 2 verschlossen ist und einen Primärkühlkreis 3 aufweist. Zu diesem gehört außer dem heißen Strang 5 und dem kalten Strang 6 der mit diesen angeschlossene Dampferzeuger 7, durch den das als Primärkühlmittel verwendete leichte Wasser mit einer Pumpe 8 gedrückt wird. Der Dampferzeuger 7 erhitzt in bekannter Weise Speisewasser, das über nicht weiter gezeichnete Leitungen zugeführt und in Form von Dampf zu einer Turbine abgeführt wird.

Alle aktivitätsführenden Teile des vorgenannten Primärkühlsystems sind in einer kugelförmigen, aus Stahl bestehenden Sicherheitshülle 10 eingeschlossen, die in nicht weiter gezeichneter Weise von einem aus Beton bestehenden Reaktorgebäude umschlossen wird. Im Inneren der Kugel 10 sind die Komponenten durch Betonwände festgelegt, die im einzelnen nicht gezeichnet sind. Dargestellt ist der Übersichtlichkeit halber nur eine den Boden bedeckende Betonwand 12, die einen Sumpf 13 bildet,und ein Trümmerschutzzylinder 14, der verhindern soll, daß im GaU-FaIl Bruchstücke die Stahlkugel 10 beschädigen.

Dem Sumpf 13 ist eine Sumpfpumpe 16 zugeordnet, die im Bereich der Stahlkugel 10 in einer Ausnehmung 17 der Betonwand 12 an-

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geordnet ist. Die Welle 18 der Pumpe ist durch die Stahlkugel 10 geführt, so daß ein zum Antrieb der Pumpe dienender Elektromotor 20 außerhalb der Sicherheitshülle 10 sitzt. Dabei ist der Saugleitung 21 der Pumpe 16 ein Absperrventil 22 zugeordnet,, das zum Ansaugstutzen 23 führt. Mithin kann die Pumpe 16 aus dem Primärkühlkreis 3 des Kernreaktors ausgetretenes Kühlmittel, das sich im Sumpf 13 gesammelt hat, über die Druckleitung 25 und eine Rückschlagklappe 26 in den Primärkühlkreis zurückdrücken, und zwar über eine weitere Rückschlagklappe in den heißen Strang 5 und über eine Rückschlagklappe 29 in den kalten Strang 6.

An den heißen Strang 5 ist über ein Ventil 30 eine Leitung angeschlossen, die zur Saugseite der Pumpe 16 führt. Deshalb kann die Pumpe 16 zugleich als Nachkühlpumpe benutzt werden. In diesem Fall drückt sie das nach dem Abschalten des Dampferzeugers 7 noch zu kühlende Primärmedium durch die Leitung 25, in der ein Nachkühler 35 angeordnet ist. Der Nachkühler wird von den Leitungen 36 eines nicht weiter dargestellten Zwischenkühlkreises versorgt. Hierbei kann keinerlei Aktivität aus der Stahlhülle 10 herausdringen, da alle möglicherweise aktivitätsführenden Leitungen im Inneren der Kugel angeordnet sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist an die mit den Rückschlagklappen 28 und 29 ausgeführten Not- und Nachkühlleitungen über eine Klappe 38 noch eine Niederdruckeinspeisepumpe 39 angeschlossen, die aus einem Flutbehälter 40 gegebenenfalls boriertes Kühlwasser für den Fall in den Primärkühlkreis 3 drücken kann, daß bei einem Leck Kühlmittel verloren geht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 mit den Rückschlagklappen 28 und 29 Rückschlagklappen 28' und 29' in Reihe geschaltet, um die Sicherheit zu erhöhen. Die Nachkühlung wird hier nicht von der Pumpe 16 vorgenommen, sondern mit Hilfe einer Nachkühlpumpe 42 außerhalb der Stahlhülle 10. Deshalb ist die für den Nachkühl-

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betrieb vorgesehene Leitung 31' mit dem Ventil 30' aus der Stahlhülle 10 herausgeführt und an die Leitung 25 mit dem Lachkühler 35 über eine Rückschlagklappe 44 angeschlossen. hie Nachkühlpumpe 42 dient hier zugleich als Niederdruck-Einspeisepumpe, da sie über eine weitere Klappe 45 mit dem Flutbehälter 40 in Verbindung steht.

Lach der Fig. 3 dient die Sumpfpumpe 16, die über das Venxil 22 mit dem Ansaugstutzen 23 im Sumpf 13 verbunden ist, •wiederum als Nachkühlpumpe. Ihre Druckleitung 25 führt über den Nachkühler 35 und die Rückschlagklappen 28' und 29' zum heißen Strang 5 und zum kalten Strang 6. Dabei kann durch Drosseln 47 und 48 die Strömung begrenzt werden, um eine Strömungsverteilung zu erhalten, die später näher erläutert wird.

In bezug auf den Zwischenkühlkreis 36 ist mit dem Nachkühler 35 ein Hilfskondensator 49 in Reihe geschaltet, mit dem bei einer Störung überschüssige Energie abgeführt werden kann. Der Hilfskondensator 49 ist über ein Ventil 50 mit dem Dampferzeuger 7 so verbunden, daß ein Naturumlauf auf der Dampfseite möglich ist. Der Vollständigkeit halber ist hier noch ein Sicherheitsventil 52 dargestellt, das eine aus der Kugel 10 führende Abblaseleitung 53 aufweist. Die vom Dampferzeuger kommende Frischdampfleitung 54 ist mit einer innerhalb der Kugel 10 liegenden Absperrarmatur 55 versehen.

Am Trümmerschutzzylinder 14 ist ein Hochbehälter 57 angebracht, aus dem gegebenenfalls boriertes Kühlwasser über Rückschlagklappen 59 und 60 in den heißen und kalten Strang 5, 6 eingespeist werden kann. Bei entsprechender Höhe des Behälters kann man auf eine Niederdruckeinspeisepumpe verzichten, weil der Flüssigkeitsdruck des Hochbehälters ausreicht.

Die Sumpfpumpe 16 wird bei diesem Ausführungsbeispiel auch noch zur Erzeugung eines Kühlmittelumlaufes durch ein Brennelement-Lage 'be„ken 62 verwendet, das über ein Absperrven-

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til 63 und eine Rückschlagklappe 64 an-die Nachkühlleitung angeschlossen ist. Die Druckleitung der Pumpe 16 führt zu diesem Zweck mit einem Leitungsabscimitt 66 über eine weitere Armatur 67 und eine Drossel 68 in das Brennelement-Lagerbecken zurück. Die Drossel 68 und die Drosseln 47 und 48 bestimmen dabei die Verteilung des von der Pumpe 16 geförderten Kühlmittels auf den heißen und kalten Strang 5, 6 und das Brennelement-Lagerbecken 62. Bei Bedarf kann das Wasser des Brennelement-Lagerbeckens 62 auch zur Notkühlung des Kernreaktors verwendet werden. Dabei wird es ebenfalls von der Pumpe 16 angesaugt.

In der Fig. 4 ist in größerem Maßstab zu sehen, daß die als langsam laufende Kreiselpumpe mit einer Nenndrehzahl von 950 U/min ausgeführte Sumpfpumpe 16 mit ihrem Gehäuse 69 in der Ausnehmung 17 der Betonwand 12 sitzt. Die Pumpe 16 ist möglichst tief angeordnet, damit der Sumpf 13» der mit Stahlträgern 70 und Blechplatten 71 abgedeckt ist, mit seinem Volumen vollständig zur Notkühlung zur Verfügung steht. Wie man sieht, ist das Gehäuse 69 mit einem die Pumpenwelle 18 umgebenden, rohrförmigen Stutzen 74 in die Stahlhülle 10 eingeschweißt, so daß ein völlig dichter Abschluß erreicht wird. Die Welle 18 ist unmittelbar am Pumpenrotor 73 mit einer Dichtung 75 versehen. Dieser sind noch weitere Dichtungselemente in Form von Gleitringdichtungen mit Sperrwasserbeaufschlagung im Bereich des Stutzens 76 nachgeordnet, der die Pumpenwelle 18 umgibt und aus einem äußeren Betonblock 78 herausführt, der zur Abschirmung vorgesehen ist. Außerhalb der Hülle 10 sitzt der Elektromotor 20, der, wie gezeichnet, gekapselt ausgeführt und über eine Kupplung 77 kraftschlüssig mit der Pumpenwelle 18 verbunden ist. Der Motor 20 ist auf einem schrägen Stahlträger 80 angeordnet. Die Druckleitung der Pumpe ist ebenfalls im Beton 12 geführt, so daß sie geschützt verläuft. Für die Pumpe 16 mit dem Pumpenrotor 73 wird die geschützte Anordnung durch eine Abdeckplatte 83 erreicht, die den Ansaugstutzen 84 des Pumpengehäuses 69 überdeckt und

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damit das Eindringen von Bruchstücken oder die Einwirkung von Strahlkräften auf den Pumpenrotor 73 unterbindet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die wiederum als Kreiselpumpe ausgeführte Sumpfpumpe 16 in einer Ausbuchtung 90 der Sicherheitshülle 10 untergebracht. Die Ausbuchtung ist ein kugelförmiges Stahlgehäuse mit einem Anschlußflansch 91» der einen Anschluß an die Kugel 10 ermöglicht. Das Gehäuse ist bei 92 mit einem längs des Äquators verlaufenden Montageflansch versehen. Ein der Ausbuchtung zugeordnetes Flanschrohr 89 ist in das Innere der Kugel 10 mit einem Rohrstutzen 93 verlängert, der als Saugleitung 23 benutzt wird. Die Saugleitung ist über ein Filter 94 und ein Gitter 95 an den nicht weiter gezeichneten Sumpf 13 angeschlossen. Die Druckleitung 25 der Pumpe 16 verläuft wiederum im Beton 12. Sie ist im Bereich der Ausbuchtung 90 und des Flanschrohres 89 mit dem Flansch 91 als konzentrische Anordnung geführt, um nur eine Öffnung in der Sicherheitshülle 10 zu erhalten. Der Motor 20 sitzt hier auf einem Sockel 96. Seine Kupplung 77 mit der Pumpe 16 verläuft in horizontaler Richtung.

12 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

Patentansprüche

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f Iy Kernreaktoranlage rait einer Sicherheitshülle für einen Kernreaktor, insbesondere einen Druckwasserreaktor, mit einem Kühlkreis, einem Sumpf und einer diesem zugeordneten Pumpe mit einem Antriebsmotor, die im Inneren der Sicherheitshülle angeordnet ist und sich dort ansammelndes Kühlmittel in den Kühlkreis des Reaktors zurückfördert, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (20) außerhalb der Sicherheitshülle (10) angeordnet und über eine durch die Wand der Sicherheitshülle führende Kupplung (77) mit der Pumpe (16) verbunden ist.
2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitshülle (10) im Bereich der Pumpe (16) als gasdichte Metallwand ausgeführt ist.
3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitshülle (10) eine die Pumpe (16) umschließende Ausbuchtung (90) aufweist (Fig. 5).
4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) in eine Betonwand (12) eingelassen ist.
5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung (17) in der Betonwand (12) mit einem Abdeckkörper (83) versehen ist, dessen Querschnittsfläche größer als der Ansaugstutzen (84) der Pumpe (16) ist (Fig. 4).
6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (25) der Pumpe (16) innerhalb der Betonwand (12) verläuft.
7. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) eine Kreiselpumpe mit

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8. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) eine Wellendichtung mit Gleitringen mit Sperrwasserversorgung aufweist.
9. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Lager und Dichtung der Pumpe (16) von außerhalb der Sicherheitshülle (10) montierbar sind.
10. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) eine im Stillstand verschiebbare ^eIIe aufweist, wobei der einen Endstellung eine zusätzliche Axialdichtung zugeordnet ist.
11. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,daß eine mit der Sicherheitshülle dicht verbundene Saugleitung der Pumpe eine Absperrarmatur aufweist.
12. Kemreaktorarilage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) mit einem in der Sicherheitshülle (10) angeordneten Nachkühler (35) in Verbindung steht.

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