DE2435358C3 - Kernenergie-Anlage mit geschlossenem Arbeitsgas-Kreislauf - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernenergie-Anlage mit geschlossenem Arbeitsgas-Kreislauf, bei der innerhalb eines äußeren Sicherheitsbehälters ein das Arbeitsgas erhitzender Reaktorkern, ein vom Arbeitsgas angetriebener Turbosatz mit Generator und andere Komponenten des Arbeitsgas-Kreislaufes, wie Wärmeübertrager und Gasspeicher, angeordnet sind, wobei der Reaktorkern vom Turbosatz und den übrigen Komponenten getrennt in einem gesonderten Reaktorraum mit Wänden aus Spannbeton untergebracht ist und wobei für die Komponenten einzelne Kammern vorgesehen sind.

Bei Kernenergie-Anlagen ist es erforderlich, die vom Arbeitsgas durchströmten Maschinen und Apparate der Anlage, wie Turbosatz und andere Komponenten des Arbeitsgas-Kreislaufes, in strahlungsgesicherten Räumen anzuordnen, um eine Gefährdung des Bedienunesnersonals durch radioaktive Strahlung zu verhindern. Es ist notwendig, Sicherheitsvorkehrungen auch für den Fall zu treffen, daß bei einem eventuellen Bruch der Arbeitsgasleitungen die Kammern, in denen die Komponenten des Arbeitsgas-Kreislaufes untergebracht sind, dem dann entstehenden Gasüberdruck innerhalb der Kammern standhalten und Reaktorabschalteinrichtung und Nachwärmeabfuhrsystem nicht gefährdet werden. Für den Bau von Behältern für Kernenergie-Anlagen mit unter hohem Druck stehendem Arbeitsgas wird daher — im Gegensatz zu Kernenergie-Anlagen mit Leichtwasserreaktoren (vgl. hierzu »Kerntechnik«, 1968, S. 462 bis 464) - als Baumaterial Spannbeton verwendet. Zusätzlich wird angestrebt, die Maschinen und Apparate in von außen leicht zugänglichen Kammern unterzubringen, damit die Maschinen und Apparate ohne Schwierigkeiten ausbaubar sind und notwendige Reparaturen an den Komponenten der Kernenergie-Anlage nicht unmittelbar im Strahlungsbereich benachbarter Maschinen und Apparate durchgeführt werden müssen.

Es ist bereits bekannt, Turbosatz und Wärmeübertrager in einem gesonderten Raum unterhalb des Reaktorraumes unterzubringen, wobei sowohl der Reaktorraum als auch der Maschinenraum Wände aus Spannbeton aufweisen (DT-AS 16 14 610). Bei dieser Kernenergie-Anlage wird das Arbeitsgas über Gasleitungen, die die Trennwände zwischen Reaktorraum und Maschinenraum durchdringen, aus dem Reaktorraum zum Turbosatz und von den Wärmeübertragern zurück in einen den Reaktorkern umgebenden Ringraum geführt. Eine derartige Anlage läßt sich nur mit großem technischen Aufwand verwirklichen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Komponenten der Kernenergie-Anlage nur schwer zugänglich sind.

Ferner ist aus der DT-OS 17 64 249 bekannt, mehrere Turbosätze und die dazugehörenden Wärmeübertrager getrennt vom Reaktorraum in einzelnen Kammern unterzubringen, wobei die Kammern innerhalb des den Reaktorkern umgebenden Spannbetonbehälters radial um die Achse des Reaktorkerns verteilt angeordnet sind. Zur Verringerung des bei dieser Anordnung benötigten Volumens des Spannbetonbehälters ist nach einem aus der DT-OS 22 41 426 und aus »Kerntechnik«, 1974, S. 323 bis 325 bekannten Vorschlag vorgesehen, bei achsparalleler Anordnung der Wärmeübertrager den Turbosatz unterhalb des Raumes für den Reaktorkern in einer gesonderten Kammer mit öffnungen, die mit Verschlüssen gesichert sind, in horizontaler Lage ausbaubar einzusetzen. Wenn auch hiermit die Abmessungen des Spannbetonbehälters verkleinert werden konnten, so bleibt bei einer derartigen Bauweise ein verhältnismäßig großer, von Spannbeton umbauter Raum bestehen, der die Kosten bei der Erstellung der Anlage erheblich beeinflußt. Außerdem ist bei Kernenergie-Anlagen dieser Art nachteilig, daß zwar der Turbosatz innerhalb des Spannbetonbehälters angeordnet ist, jedoch der mit dem Turbosatz verbundene Generator außerhalb des Spannbetonbehälters angeordnet ist, so daß eine Wellendurchführung durch die Wand des Spannbetonbehälters hindurch notwendig ist. Eine allen Sicherheitsbestimmungen für Kernenergie-Anlagen genügende Wellendurchführung ist nur mit großem technischen Aufwand erreichbar. Außerdem ist nachteilig, daß der außerhalb des Spannbetonbehälters angeordnete Generator eine separate Abstützung benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit geschlossenen· Arbeitsgaskreislauf arbeitende Kernenergie-Anlage zi

schaffen, bei der neben einer guten Zugänglichkeit zu den Komponenten der Kernenergie-Anlage im Falle eines Bruches der Gasleitungen Sicherheit in erhöhtem Maße gewährleistet ist und bei der dennoch eine Kostensenkung bei der Herstellung dor Anlage erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kernenergie-Anlage der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß sich der Reaktorkern in einem gesonderten Spannbetonbehälter befindet, der in eine entsprechende Aussparung eines die Kammern aufweisenden, mit seiner äußeren Wandung an die vertikale Innenwandung des äußeren Sicherheitsbehälteis angrenzenden Betonbehälters eingesetzt ist, und daß in einer der Kammern des Betonbehälters der Turbosatz zusammen mit dem Generator untergebracht ist

Vorteilhaft bei dieser Kernenergie-Anlage ist, daß alle über Gasführungen mit dem Reaktorkern in Verbindung stehende Komponenten der Anlage in Kammern eines gesonderten Betonbehälters untergebracht sind und daher räumlich gut zugänglich sind. Dabei dienen die Kammerwände sowohl als Splitterschutz im Falle von berstenden Maschinenteilen oder Gasführungsleitungen als auch als Abschirmung gegen radioaktive Strahlung. Der Betonbehälter ist in einfacher Bauweise und unter Verwendung billiger Baumaterialien herstellbar. Zugleich bilden die zur Aufnahme der Komponenten dienenden Kammern eine in sich geschlossene und erdbebensichere Baueinheit. Vorteilhaft ist ferner, daß der vom Turbosatz getriebene Generator innerhalb des Betonbehälters untergebracht ist.

In weiterer Ausgestaltung der Kernenergie-Anlage nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kammern des Betonbehälters für den Ein- und Ausbau der Komponenten bestimmte öffnungen mit gasdichten und gegen den Austritt radioaktiver Substanzen gesicherten Verschlüssen aufweisen. Hierdurch wird gewährleistet, daß schadhafte Komponenten für Reparaturarbeiten leicht ausgebaut werden können.

Zur Erhöhung der Sicherheit der Kernenergie-Anlage besteht eine weitere Ausgestaltung der Kernenergie-Anlage nach der Erfindung darin, daß die Kammern des Betonbehälters mit Gasüberdruck verhindernden Sicherheitsverschlüssen ausgerüstet sind. Mit der Unterbringung jeder einzelnen Komponente der Kernenergie-Anlage in einer besonderen Kammer werden bei einem Bruch eines der Aparate des Arbeitsgas-Kreislaufes oder einer Leitung die in benachbarten Kammern untergebrachten Komponenten und insbesondere die zur Sicherheit erforderlicher Einheiten der Anlage vor Beschädigungen geschützt. Zweckmäßig weisen die Trennwände zwischen den Kammern des Betonbehälters Überströmöffnungen auf, so daß zur Aufnahme der bei Brüchen ausströmenden heißen Arbeitsgase ein genügender Raum zur Verfügung steht und die Kammerwände nicht unzulässig belastet werden. Eine Überhitzung der Trennwände wird bevorzugt dadurch verhindert, daß die Kammern des Betonbehälters sämtlich oder zum Teil mit einer wärmedämmenden Isolation ausgestattet sind.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Kernenergie-Anlage nach der Erfindung in einem Längsschnitt,

F i g. 2 dieselbe Kernenergie-Anlage in einem Längsschnitt gemäß der Schnittlinie H-II nach F i g. 1,

F i κ. 3 dieselbe Kernenergie-Anlage im Querschnitt gemäß der Schnittlinie III-III nach F i g. 1.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besteht die Kernenergie-Anlage aus einem äußeren, aus Spannbeton gefertigten Sicherheitsbehälter 1 und aus einem mit seiner äußeren Wandung 2 an die vertikale Innenseite aes Sicherheitsbehälters 1 angrenzenden Betonbehälter 3, der eine Aussparung 4 für einen zur Aufnahme des Reaktorkerns 5 bestimmten inneren Spannbetonbehälters 6 aufweist Innerhalb des Betonbehälters 3 sind einzelne Kammern 7 bis 12 zur Aufnahme des horizontal angeordneten Turbosatzes t3 mit Generator 14 sowie für die übrigen Komponenten des Arbeitsgas-Kreislaufes, wie zum Beispiel einen rekuperativen Wärmeübertrager 15, Vorkühler 16, Zwischenkühler 17, Gasspeieher 18 und ein Nachwärmeabführsystem 19 vorgesehen. In zweckmäßiger Weise ist jede einzelne Kammer der in ihr aufzunehmenden Komponente angepaßt und gemäß der vorgegebenen Sicherheitsanforderungen ausgelegt, so daß nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimale Raumgestaltung ermöglicht ist. Die Wandstärken und der Aufbau der Wände entsprechen den auf die Wände zu übertragenden oder wirksam werdenden Kräften und der notwendigen radiologischen Abschirmfunktion sowie der Funktion der Wände als Splitterschutz bei einem eventuellen Bersten einer der in den Kammern untergebrachten Komponenten.

Oberhalb des Betonbehälters 3 weist die Kernenergie-Anlage einen von außen begehbaren Montageraum 20 auf. Der Montageraum 20 wird zweckmäßig seitlich durch eine von der äußeren Wandung 2 des Betonbehälters 3 nach oben verlängerte Wand 21 begrenzt, die ebenso wie die äußere Wandung 2 des Betonbehälters 3 an die Innenseite des äußeren Sicherheitsbehäiters 1 angrenzt. Die Wand 21 dient einerseits als Stützkonstruktion für die Laufbahn eines oberhalb der zur Aufnahme der Komponenten bestimmten Kammern verfahrbaren Kranes 22, andererseits als Montagehilfe bei der Errichtung des äußeren Sicherheitsbehälters 1, der auf seiner Innenseite mit einem Liner versehen ist. Bei dieser Ausbildung wird zusätzlich eine Verbesserung der Erdbebensicherheit der Kernenergie-Anlage erreicht.
Zum Ein- und Ausbau der in den Kammern 7 bis 12 angeordneten Komponenten weisen die Kammern öffnungen mit gasdichten und gegen den Austritt radioakt'ver Strahlen gesicherte Verschlüsse 23 auf. Bei den für die Wärmeübertrager bestimmten, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Kammern 8 bis 12 sind die Verschlüsse 23 in der Begrenzungiwand des Betonbehälters 3 zum Montageraum 20 hin angebracht. Nach Lösen der Verschlüsse 23 und nach Lösen der Rohranschlüsse an den jeweils zu demontierenden Wärmeübertrager läßt sich der Wärmeübertrager — wie in F i g. 1 schematisch für den rekuperativen Wärmeübertrager 15 dargestellt ist — in den Montageraum 20 heben und von hier aus aus der Kernenergie-Anlage heraustransportieren. Die Kammern 7 bis 12, in denen die Arbeitsgas führenden Maschinen und Apparate untergebracht sind, sind wegen der radioaktiven Strahlung der Maschinen und Apparate infolge des durch die Apparate geleiteten Arbeitsgases nicht oder nur mit beschränkter Aufenthaltsdauer zugänglich. In zweckmäßiger Weise sind deshalb im Betonbehälter — den

(15 Kammern 7 bis 12 benachbart — untereinander in Verbindung stehende, begehbare Räume 24 vorgesehen.

Die Räume 24 sind belüftet und sind über Zugänge 25, beziehungsweise durch Benutzung von Schleusen

26, die in den Wänden des Sicherheitsbehälters 1 eingesetzt sind, zugänglich. Die begehbaren Räume 24 stehen mit Kammern 27 bis 29 für die Belüftungsanlage 30 mit Aktivgasreinigung, die Regelanlage 31 und für sonstige Meßeinrichtungen 32 in Verbindung. Zwischen den begehbaren Räumen 24 und den Kammern 7 bis 12 sowie 27 bis 29 sind Sicherheitsverschlüsse 33 vorgesehen, die sich bei einem unzulässig hohen Gasüberdruck in einer der Kammern öffnen, so daß die bei Brüchen austretenden heißen Arbeitsgase ohne die Kammerwände zu überanspruchen abgeführt werden können. Innerhalb der Kammern 7 bis 12 ist ein Überströmen der austretenden Arbeitsgase in benachbarte Kammern auch über Überströmöffnungen 34, durch die hindurch auch Gasführungsleitungen verlegt werden oder die zur Aufnahme der Rohrverbindungen und Absperrorgane dienen, möglich.

In zweckmäßiger Weise ist im Betonbehälter 3 über der Kammer 7, in der der Turbosatz 13 mit Generator

14 installiert sind, ein durch eine die Kammer 7 nach oben abschließende Splitterschutzdecke 35 geschützter Armaturenraum 36 angeordnet. Die vom Reaktorkern

5 zum Turbosatz 13 führenden Heißgasleitungen 37 sind durch die Splitterschutzdecke 35 hindurchgeführt.

Der Spannbetonbehälter 6, der den Reaktorkern 5 aufnimmt, bildet eine von den übrigen Bauten der Kernenergie-Anlage getrennt zu errichtende Einheit. Für die Wartung oder Inspektion des Spannbetonbehälters 6, wie z. B. das Nachspannen von Spannkabeln oder die Kontrolle von die Reaktionen überprüfenden Meßinstrumenten ist ein zwischen Spannbetonbehälter

6 und Betonbehälter 3 freibleibender Raum innerhalb der Aussparung 4 vorgesehen.

Im Ausführungsbeispiel sind an den Wänden der Kammer 7 und im Armaturenraum 36 wärmedämmende Isolationen 38 angebracht. Diese Isolationen verhindern bei einem Bruch einer der Heißgasleitungen eine Überhitzung der Wände des Betonbehälters 3.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kernenergie-Anlage mit geschlossenem Arbeitsgas-Kreislauf, bei der innerhalb eines äußeren Sicherheitsbehälters ein das Arbeitsgas erhitzender Reaktorkern, ein vom Arbeitsgas angetriebener Turbosatz mit Generator und andere Komponenten des Arbeitsgas-Kreislaufes, wie Wärmeübertrager und Gasspeicher, angeordnet sind, wobei der Reaktorkern vom Turbosatz und den übrigen Komponenten getrennt in einem gesonderten Reaktorraum mit Wänden aus Spannbeton untergebracht ist und wobei für die Komponenten einzelne Kammern vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Reaktorkern (5) in einem gesonderten Spannbetonbehälter (6) befindet, der in eine entsprechende Aussparung (4) eines die Kammern (7 bis 12, 27 bis 29) aufweisenden, mit seiner äußeren Wandung (2) an die vertikale Innenwandung des äußeren Sicherheitsbehälters (1) angrenzenden Betonbehälters (3) eingesetzt ist, und daß in einer (7) der Kammern (7 bis 12) des Betonbehälters (3) der Turbosatz (13) zusammen mit dem Generator (14) untergebracht ist.

2. Kernenergie-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (7 bis 12) des Betonbehälters (3) für den Ein- und Ausbau der Komponenten (13 bis 19) bestimmte öffnungen mit gasdichten und gegen den Austritt radioaktiver Substanzen gesicherten Verschlüssen (23) aufweisen.

3. Kernenergie-Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (7 bis 12, 27 bis 29) des Betonbehälters (3) mit Gasüberdruck verhindernden Sicherheitsverschlüssen (33) ausgerüstet sind.

4. Kernenergie-Anlagen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände zwischen den Kammern (7 bis 12) des Betonbehälters (3) Überstromöffnungen (34) aufweisen.

5. Kernenergie-Anlagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (7 bis 12) des Betonbehälters (3) sämtlich oder zum Teil mit einer wärmedämmenden Isolation (38) ausgestattet sind.