DE2459150A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur abfuhr der nachzerfalls-waerme eines druckwasser-reaktors im stoerfall - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur abfuhr der nachzerfalls-waerme eines druckwasser-reaktors im stoerfall

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DE2459150A1 DE19742459150 DE2459150A DE2459150A1 DE 2459150 A1 DE2459150 A1 DE 2459150A1 DE 19742459150 DE19742459150 DE 19742459150 DE 2459150 A DE2459150 A DE 2459150A DE 2459150 A1 DE2459150 A1 DE 2459150A1
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Abb Reaktor Asea Brown Boveri Ag 6800 Mannhe GmbH
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Description

Belegexemplar f '.'•iff nicht geändert werdtn ·
Mannheim, den 4.12.74 2453150 APL-13/74/Bä/svh
Mp.-Nr. 678/74 ZFE/P3-Pp/Hr
Gemeinsame Patentanmeldung der Firmen
BABCOCK - BROWN BOVERI BROWN, BOYERI & CIE
REAKTOR GmbH . AKTIENGESELLSCHAFT 68 Mannheim 41 68 Mannheim
Heppenheimerstr. 27-29 . Kallstadter Str. 1
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druckwasser-Reaktors im Störfall
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druckwasser-Reaktors bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder Frischdampfleitungsbruch.
Für eine Druckwasser-Reaktor-Anlage ist bei Ausfall der Hauptwärmesenke zur Kühlung des Reaktorkerns - d.h. der Brennelemente im Reaktordruckbehälter - die Nachzerfallswärme auf dem Wege über die Dampferzeuger über längere Zeit, ca. 6 bis 10 Stunden abzuführen. Es ist bisher üblich, in Störfallen den anfallenden sekundärseitigen Dampf in die Atmosphäre abzublasen (siehe z.B. Druckschrift Nr. GEA-9575 von General Electic "Developments in Nuclear Plant Effluent Management").
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei unterstellten
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Betriebsleckagen von der Primär- zur Sekundärseite im Dampferzeuger die Abgabe von radioaktiven Bestandteilen an die Atmosphäre während der Nachwärme-Abfuhr-Phase zu verhindern.
Die Lösung besteht darin, daß erfindungsgemäß ι die Nachwärme-Dampfmenge über Hilfswärmesenken unter Ausnutzung des nuklearen Zwischenkreislaufes kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise den Dampferzeugern wieder zugeführt wird.
1*
Zur Erfüllung dieser Funktion kann der bestehende nukleare Zwischenkreislauf eingesetzt sein. Vorzugsweise wird ein nuklearer Zwiscbenkreislauf mit erweiterter Form und Kapazität benutzt.
Unter Messung bestimmter Kriterien des Störfall-Ablaufes oder des Ausfalles der Hauptwärmesenke erfolgt zweckmäßig eine Regelung des Druckes im Dampferzeuger auf einen Wert, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes und unterhalb des Konzessionsdruckes liegt. Dabei werden als Stellglieder vorteilhaft vordruckgeregelte Reduzierventile in den Sekundär- Frischdampf leitungen benutzt.
Die Nachwärme-Abfuhr wird im weiteren durchgeführt, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist. Anschließend wird der Drucksollwert der Reduzierventile in den Sekundär-Frischdampfleitungen herabgesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt folgende Vorteile:
a) Die Hilfswärmesenke braucht nicht durch einen Turbogruppen-Kondensator dargestellt werden, der sich eigent-
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lieh zunächst als Hilfswärmesenke anbietet, der aber unter Vakuum, das durch die angebotene Kühlwassertemperatur bestimmt ist, den anfallenden Dampf niederschlägt.
Vielmehr wird diese Funktion durch einen Nachzerfalls-Wärmeaustauscher erfüllt, der bis zur höchstmöglichen Speisewassertemperatur arbeitet; Die Hilfswärmesenke kann folglich klein bemessen werden.
b) Da bei der Nachwärmeabfuhr kein Dampf an die Atmosphäre abgeblasen wird, tritt kein Wasserverlust ein.
c) Eine andernfalls mögliche stärker eintretende Kontamination der Hauptwärmesenke wird verhindert.
Die Erfindung bedient sich zur Durchführung des Verfahrens einer Schaltungsnaordnung, die in bekannter Weise mit einem Primärsystem aus dem Druckbehälter mit Reaktorkern, Primär-Druckwasser-Leitungen, Dampferzeugern und Kühlmittelpumpen und mit einem Sekundärsystem aus Frischdampf-Leitungen, Sicherheitsventilen, AbSchlußOrganen vor den Turbinenanschlüssen und einem nuklearen Zwischenkreislauf ausgerüstet ist. Das vorgenannte Problem wird dadurch gelöst, daß die •Frischdampf-Leitungen sich mindestens zweifach parallel an mindestens zwei Dampferzeuger anschließen, daß die Frischdampf-Leitungen regelbare Reduzierventile enthalten, sich jeweils an das Reduzierventil ein Nachwärmeabf uhr- Wärmetauscher anschließt, der über eine Notspeisewasserpumpe und ein Notspeisewasser-Regelventil an den Dampferzeuger angeschlossen ist.
In einer erweiterten Form kann der nukleare Zwischenkreis···
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lauf erweitert sein, indem der Nachwärmeabfuhr-Wärraetauscher mit einem zusätzlichen Kondensat-Kühler ausgerüstet ist.
Vorzugsweise wird das Reduzierventil mit den Sicherheitsventilen und den Abschlußorganen in einem wiederholungsprüfbaren Armaturenkörper zusammengefasst, der so an die Frischdampfleitung angeschlossen ist, daß er eine Verlängerung des Sicherheitsbehälters darstellt und der in einem gebunkerten Zwischengebäude untergebracht ist, in dem sich auch der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher mit Kondensatkühler, die Notspeisewasserpumpe und das Notspeisewasser-Regelventil befinden.
'in Abwandlung zu dieser Anordnung können der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher mit Kondensat-Kühler, die Notspeisewasserpumpe und das Notspeisewasser-Regelventil im Reaktorgebäude, aber außerhalb des Sicherheitsbehälters, instal-
. liert sein. Ferner können das Reduzierventil und der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher im Sicherheitsbehälter und die Sicherheitsventile und Abschlußorgane im gebunkerten Zwischengebäude angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Schaltunsanordnung stellt eine dreifache und sichere Schranke gegen Aktivitäts-Freisetzung zum Kühlwasser bzw. Vorfluter dar, weil Leckagen an drei Stellen, Dampferzeuger, Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher und nuklearen Zwischenkühler unwahrscheinlich sind.
Durch die Rückführung des entstandenen Kondensats zu den Dampferzeugern wird vermieden, daß ein großes Auffangbecken für das aus dem Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher anfallende Kondensat gebaut werden muß. Das dort aufzufangende Kondensat könnte kontaminiert sein und müßte dann dekontaminiert
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werden.
Die' Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1
Fig. 3 zeigen jeweils den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und unterscheiden sich im weiteren durch die Anordnung von Elementen der Sekundärseite.
Innerhalb eines Reaktorgebäudes 1 und eines Sicherheitsbehälters 2 befinden sich der Reaktor-Druck-Behälter 3, die Kühlmittelpumpen 4, die Dampferzeuger 5, die verbindenden Primär-Druckwasser-Leitungen 6 und die Frischdampf-Leitungen 7 (Fig. 1).
Mit den Sicherheitsventilen 8 und den Pfeilen 18 ist das seitherige Verfahren des Abblasens in die Atmosphäre angedeutet.
Sicherheitsventile 8, Abschlußorgane 9 und Reduzierventile 10 sind zu einem in Reaktorqualität hergestellten wiederholungsprüfbaren Armaturenkörper zusammengefasst, der so in die Frischdampfleitung 7 eingebaut wird, daß er eine Verlängerung des Sicherheitsbehälters 2 nach außen darstellt. Dieser integrierte Armaturenkörper ist gegen Einwirkungen von außen in einem gebunkerten Zwischengebäude 11 untergebracht. Mit den Pfeilen 12 sind die Anschlüsse zur Turbine angedeutet.
Im Zwischengebäude 11 befinden sich auch ein Nachwärme-
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abfuhr-Wärmetauscher 13 mit einem Kondensatkühler 17, eine Notspeisewasserpumpe 14, und ein Notspeisewasser-Regelventil 15, das seinerseits an einen im Sicherheitsbehälter liegenden Anschlußstutzen 16 des Dampferzeugers 5 angeschlossen ist.
Die Gruppe Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 15 mit Kondensatkühlung 17 kann ggf. durch ein Wasservorlage-Becken ersetzt werden. In diesem Falle kann zur Vereinfachung der Regelkonzeption das vordruckgeregelte Reduzierventil durch ein im Abblasedruck von Hand verstellbares Sicherheitsventil ersetzt werden.
Das kompakte System Nachwärrneabfuhr-Wärmetauscher/Kondensatkühler wird dann durch das in den Ausmaßen größere Wasservörlagebecken ersetzt, was wiederum eine vereinfachte Regelkonzeption bringt.
Der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher kann als Wasser/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und an ein Nebenkühlwasser-System angeschlossen sein. Ggf. sind zusätzliche Nebenkühlwasser-Pumpen in redundanten Nebenkühlwasser-Pumpenhäusern anzuordnen,
Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten lediglich durch die Anordnung des Nachwärmeabfuhr-Wärmetauschers 13, des Kondensatkühlers 17, der Notspeisewasserpumpe 14 und dem Notspeisewasser-Regelventil 15 im Reaktorgebäude 1, aber außerhalb des Sicherheitsbehälters 2. Lediglich der integrierte Armaturenkörper mit dem Reduzierventil 10 bleibt im gegen Einwirkungen von außen gebunkerten Zwischengebäude 11, das gegenüber der Ausführung in Fig. 1 wesentlich kleiner ausgeführt werden kann. Zur besseren Übersicht ist das Zwischengebäude 11 in die Zeichenebene geklappt.
Bei der Anordnungsvariante nach Fig. 3 befinden sich das
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Reduzierventil 10, der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit Kondensatkühler 17f die Notspeisewasserpumpe 14 und das Notspeisewasser-Regelventil 15 im Sicherheitsbehälter 2. Der integrierte Armaturenkörper besteht nur noch aus dem Sicherheitsventil 8 und den Abschlußorganen 9 und ist im gebunkerten Zwischengebäude 11, außerhalb des Sicherheitsbehälters 2 angeordnet. Gegenüber den Anordnung nach Fig. kann das gebunkerte Zwischengebäude wesentlich kleiner ausgeführt werden.
Die Erfindung schließt auch die Möglichkeiten von unterschiedlichen Elementen-Anordnungen. zwischen Sicherheitsbehälter 2, Reaktorgebäude 1 und Zwischengebäude 11. ein.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben:
Die Reaktor-Anlage "wird im Störfall in wenigen Sekunden von Vollast oder Teillast auf wenige Prozent Wärmeleistung zurückgefahren. Die Nachwärme-Abfuhr beginnt -je nach Anlagentyp mit einem bestimmten prozentualen Anteil der Nenndampfmenge im Störfall. Wegen der mindestens doppelt vorhandenen, parallel arbeitenden Frischdampfleitungen 7 und der mindestens vierfach vorhandenen Rückleitungen im nuklearen Zwischenkreislauf reagiert das System auch auf Störfall-Kombinationen des Ausfalles der Hauptwärmesenke und eines Frischdampfleitungsbruehe3 sicher.
Die KUhlsysteme für Nebenkühlwasser und nukleare Zwischenkühlwasser sind durchgeschaltet und aufnahmebereit.
Durch bestimmte Kriterien aus dem Störfall-Ablauf oder dem Ausfall der Hauptwärmesenke selbst werden die vordruckge-
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regelten Reduzierventile 10 zum Eingriff gebracht. Sie halten einen Druck, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes, jedoch unterhalb des Konzessionsdruckes der Dampferzeuger 5 liegt.
Der gedrosselte Nachwärmeabfuhr-Dampf wird dem Nachwärme-Abfuhr- Wärmetauscher (oder Wasservorlage-Behälter bzw. Wasservorlage-Becken) 13 zugeführt und dort unter Kühlung durch den nuklearen Zwischenkühlkreislauf zu Kondensat niedergeschlagen.
Das Kondensat läuft den Notspeisewasserpumpen 14 zu und wird von diesen über das Notspeisewasser-Regelventil 15, das für konstanten Wasserstand im Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher 13 sorgt, den Dampferzeugern 5 an den Notspeisestutzen 16 wieder zugeführt. Aus der zu schützenden Funktion ergibt sich, daß die Nachwärmeabfuhr zunächst solange durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist. Erst dann kann, um eine weitere Abkühlung im Primärsystem herzustellen, der Drucksollwert des Reduzierventiles 10 tiefergesetzt werden.
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Claims (12)

ι . alegexempiar j ! "nrf nidit geändert ward- ·' - 9 - APL-13/74 Mp.-Nr.678/74 Patentansprüche
1. Verfahren zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druckwasser-Reaktors bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder Frischdampfleitungsbruch, dadurch gekennzeichnet,' daß die Nachwärme-Dampfmenge über Hilfswärmesenken unter Ausnutzung des nuklearen Zwischenkreislaufes kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise den Dampferzeugern wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nuklearer Zwischenkreislauf mit erweiterter Form und Kapazität benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, • daß unter Messung bestimmter Kriterien des Störfall-Ablaufes oder des Ausfalls der Hauptwärmesenke eine Regelung des Druckes auf einen Wert erfolgt, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes und unterhalb des Konzessionsdruckes für den Dampferzeuger liegt und daß als Stellglieder vordruckgeregelte Reduzierventile in den •Frischdampfleitungen dienen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachwärme-Abfuhr durchgeführt wird bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist und anschließend der Drucksollwert der Reduzierventile in den Frischdampfleitungen herabgesetzt wird.
5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder folgenden mit einem Primärsystem aus dem Core, Primär-Druckwasser-Leitungen, Dampferzeugern und
. Kühlmittelpumpen und einem Sekundärsystem aus Frischdampf-Leitungen, Sicherheitsventilen, Abschlußorga-
- 10 - .
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nen vor den Turbinenabschlüssen und einem nuklearen Zwischenkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die •Frischdampfleitungen (7) sich mindenstens zweifach parallel an mindestens zwei Dampferzeugern (5) anschließen, daß die Frischdampfleitungen regelbare Reduzierventile (10) enthalten, daß sich jeweils an das Reduzierventil ein Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) anschließt, der über ein Notspeisev/asser-Regelventil (15) an den Dampferzeugern (5) angeschlossen ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13)
;· mit einem zusätzlichen Kondensat-Kühler (7) ausgerüstet ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) und den Dampferzeuger (5) eine Notspeisewasserpumpe (14) geschaltet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) als Wasser/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und an ein Nebenkühl-System angeschlossen ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachwärmeabfuhr ein Wasservorlagebecken eingesetzt wird.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierventil (10) mit den Sicherheitsventilen (8) und den Abschlußorganen (9)
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jeweils in einem wiederholungsprüfbaren Armaturenkörper integriert sind, der so an die Frischdampfleitung (7) angeschlossen ist, daß er eine Verlängerung des Sicher-• heitsbehälters (2) darstellt, und der in einem gebunkerten Zwischengebäude (11) untergebracht ist, in dem sich auch der·Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) mit Kondensatkühler (7), die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) befinden.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierventil (10) mit den Sicherheitsventilen (8) und den Abschlußorganen (9) jeweils in einem wiederholungsprüfbaren Armaturenkörper integriert sind,
·· der sich in dem gebunkerten Zwischengebäude (11) befindet, während sich der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) mit dem Kondensatkühler (17), die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) im Reaktorgebäude (1), aber außerhalb des Sicherheitsbehälters (2) befinden.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Reduzierventil (10), der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) mit Kondensatkühler (17), die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) im Sicherheitsbehälter (2) befinden und die Sicherheitsventile (8) und Abschlußorgane (9) in einem wiederholungsprüfbaren Armaturenkörper integriert sind, der sich im gebunkerten Zwischengebäude (11) befindet.
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