DE2533231A1 - Pressure wave damper for liquid metal reactor circuit - is gas-filled closed vessel containing liquid throttle - Google Patents

Pressure wave damper for liquid metal reactor circuit - is gas-filled closed vessel containing liquid throttle

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Abstract

A pressure wave damper for a liquid metal plant, esp. liq. metal cooled reactor, consists of vessels attached to a liq. metal line by a bursting disc, which normally prevents ingress of the liq. metal into the vessel. Each vessel is fully closed a throttle, esp. a vertical cylinder, which does not come into action until the liq. metal has partially filled the vessel. Preferably, an increasing throttling action is produced as the liq. level rises, esp. by additional holes, distributed through the height of the cylinder. Used for primary and secondary liq. metal circuits of a reactor. The vessel is filled with inert gas (not claimed) so that the initial shock wave which bursts the disc is damped. As the liq. rises and flows through the holes in the throttle, the reflected shock waves caused by re-expansion of the compressed inert gas are also damped. The inert gas pressure balances the normal operating pressure, so that the bursting disc is not heavily loaded. There is no venting to atmosphere.

Description

Druckwellendämpfer für Flüssigmetall-Anlagen Die Erfindung betrifft einen Druckwellendämpfer für Flüssigmetall-Anlagen zum Schutz vor dynamischen Druckwellen mittels Behältern, die durch Berstscheiben gegenüber der Flüssigmetall-Anlage verschlossen sind. Pressure wave damper for liquid metal systems The invention relates to a pressure wave damper for liquid metal systems to protect against dynamic pressure waves by means of containers that are closed by rupture discs against the liquid metal system are.

Diese Druckwellendämpfer dienen zum Schutz von Wärme auf schern und deren Rohrleitungen, beispielsweise an flüssigkeitsgekühlten Kernenergieanlagen, wobei entweder die im Reaktorkern erzeugte Wärme von einem Flüssigmetall-führenden Primärkreis auf einen ebenfalls Flüssigmetall-führenden Sekundärkreis oder aber von diesem Flüssigmetall-führenden Sekundärkreis auf einen zur Dampferzeugung dienenden wasser- bzw. dampfführenden Tertiärkreis übertragen wird.These pressure wave dampers are used to protect against heat and shear their pipelines, for example on liquid-cooled nuclear power plants, whereby either the heat generated in the reactor core is carried by a liquid metal Primary circuit to a secondary circuit that also carries liquid metal or else from this secondary circuit that carries liquid metal to one that is used to generate steam water or steam-carrying tertiary cycle is transferred.

Diese Wärmetauscher sind gefährdet einerseits durch eine im Schadensfall mögliche chemische Reaktion zwischem dem Flüssigmetall und dem Wasser und andererseits durch einen sogenannten Bethe-Tait-Störfall im Reaktorkern. In beiden Fällen sind kurzzeitig erhebliche dynamische Druckwellen zu erwarten, die sich mit Schallgeschwindigkeit in den Rohrleitungen fortpflanzen und deren Druckspitzen erheblich über dem normalen Betriebsdruck einer solchen Anlage liegen. Es wäre daher im höchsten Grade unwirtschaftlich, wenn man die Wärmetauscher und deren Rohrleitungen für diese nur kurzzeitig und nur bei besonderen Störfällen auftretenden Druckspitzen auslegen wollte.These heat exchangers are endangered on the one hand by an event of damage possible chemical reaction between the liquid metal and the water and on the other hand due to a so-called Bethe Tait accident in the reactor core. In both cases are Short-term significant dynamic pressure waves can be expected, which move at the speed of sound propagate in the pipelines and their pressure peaks significantly above normal Operating pressure of such a system. It would therefore be extremely uneconomical if you have the heat exchangers and their piping for this only Design briefly and only in the case of special malfunctions occurring pressure peaks wanted to.

Für diese erfindungsgemäen Druckwellendämpfer sind besonders geeignet die sogenannten Umkehrberstscheiben, wie sie in dem deutschen Patent 19 26 706 beschrieben sind.Pressure wave dampers according to the invention are particularly suitable the so-called reverse bursting disks, as described in German Patent 19 26 706 are.

Diese Umkehrberstscheiben haben eine dem Betriebsdruck entgegengerichtete Wölbung. Aufgrund einer besonderen Formgebung werden sie schon durch sehr kurzzeitige dynamische Druckwellen eingebeult und anschließend durch den Betriebsdruck zur Freigabe des Querschnitts veranlaßt.These reverse bursting disks are curved in the opposite direction to the operating pressure. Due to their special shape, they are already created by very brief dynamic pressure waves dented and then by the operating pressure caused the cross-section to be released.

In der deutschen Auslegeschrift 15 01 544.8 wird eine Wärmetauscheranlage für die Austauschmedien Flüssigmetall/Wasser vorgeschlagen, bei der in der Nähe der Wärmetauschereinheiten besondere Behälter vorgesehen sind, die durch Berstscheiben gegenüber dem Flüssigmetall verschlossen sind. Im Schadensfall, also bei einem Druckanstieg infolge einer chemischen Reaktion zwischem dem Flüssigmetall und dem Wasser geben diese Berstscheiben ihren Querschnitt frei und lassen das Gemisch aus Flüssigmetall, Wasser und deren Reaktionsprodukten über verschiedene Abscheider in Entlastungsräume entweichen. Mit dieser Anordnung soll ein längere Zeit anstehender zu hoher Druck abgebaut werden. Außerdem soll das Flüssigmetall mit seinen festen Reaktionsprodukten von den gasförmigen Reaktionsprodukten getrennt werden, die letztlich in die freie Atmosphäre entweichen sollen. Eine solche Anordnung ist daher für das Primärsystem eines Kernreaktors nicht geeignet.In the German Auslegeschrift 15 01 544.8 a heat exchanger system suggested for the exchange media liquid metal / water at the nearby The heat exchanger units are provided with special containers that are protected by rupture disks are closed to the liquid metal. In the event of damage, i.e. if the pressure rises as a result of a chemical reaction between the liquid metal and the water these rupture discs free their cross-section and let the mixture of liquid metal, Water and its reaction products through various separators into relief spaces escape. With this arrangement, an excessively high pressure is supposed to be present for a longer period of time be dismantled. In addition, the liquid metal with its solid reaction products should from the gaseous reaction products are separated, which ultimately in the free Atmosphere should escape. Such an arrangement is therefore for the primary system not suitable for a nuclear reactor.

Auch am Sekundärsystem ist es zweckmäßig, einen Druckwellendämpfer vorzusehen, der dieses System gegen die Folgen einer dynamischen Druckwelle schützt und der unabhängig ist von einer Abscheide- und Ableitungsmöglichkeit für die Reaktionsprodukte einer Flüssigmetall/Wasser-Reaktion.It is also useful to have a pressure wave damper on the secondary system provide that this system protects against the consequences of a dynamic pressure wave and which is independent of the possibility of separating and discharging the reaction products a liquid metal / water reaction.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Druckwellendämpfer für Flüssigmetall-Anlagen zum Schutz gegen dynamische Druckwellen, bei dem im Schadensfall keine Verbindung zwischen der Anlage und der umgebenden Atmosphäre geöffnet wird.The object of the present invention is a pressure wave damper for Liquid metal systems for protection against dynamic pressure waves in the event of damage no connection between the system and the surrounding atmosphere is opened.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß an der zu schützenden Anlage mindestens ein geschlossener und mit Gas gefüllter Behälter vorhanden ist, der gegen das Flüssigmetall mit einer auf dynamische Druckänderungen ansprechenden Berstscheibe verschlossen ist, und der eine Drosseleinrichtung für das Flüssigmetall aufweist, die erst wirksam wird, wenn ein Teil seines Volumens mit Flüssigmetall gefüllt ist. Bei dieser Anordnung wird durch eine unzulässig große Druckwelle die Berstscheibe zum Öffnen veranlaßt, bevor an der Anlage besondere Schäden auftreten können. Es hat sich herausgestellt, daß Rohrleitungen und Behälter infolge ihrer großen Massenträgheit innerhalb der sehr kurzen Ansprechzeit der Berstscheiben nicht gefährdet werden. Im Inneren des Druckwellendämpfers befindet sich erfindungsgemäß ein Gas, zweckmäßigerweise ein Inertgas, welches mit dem Flüssigmetall keine chemischen Reaktionen eingeht. Wenn dieses Gas etwa denselben Druck aufweist wie das Flüssigmetall in der Anlage, so ist die Berstscheibe im Normalbetrieb nahezu drucklos und ist also auch nach längerer Betriebszeit nahezu unverändert in ihren Materialeigenschaften. Wenn der Gasdruck im Druckwellendämpfer nicht dem Betriebsdruck oder dem im Schadensfall auftretenden Druck des Flüssigmetalles entspricht, so fließt im Schadensfall das Flüssigmetall in den Behälter des Druckwellendämpfers.To solve this problem it is proposed that the to be protected The system has at least one closed container filled with gas, the one against the liquid metal with a responsive to dynamic pressure changes Rupture disc is closed, and the one throttle device for the liquid metal has, which only becomes effective when part of its volume with liquid metal is filled. With this arrangement, an impermissibly large pressure wave causes the The bursting disc opens before any particular damage occurs to the system can. It has been found that pipelines and containers as a result of their large inertia within the very short response time of the rupture discs be endangered. In the interior of the pressure wave damper is located according to the invention a gas, expediently an inert gas, which does not have any chemical properties with the liquid metal Reactions received. When this gas has about the same pressure as the liquid metal in the system, the rupture disc is almost pressureless in normal operation and is thus almost unchanged in terms of their material properties even after a long period of operation. If the gas pressure in the pressure wave damper does not match the operating pressure or in the event of damage corresponds to the pressure of the liquid metal that occurs, it flows in the event of damage Liquid metal in the container of the pressure wave damper.

Dadurch wird zwar die dynamische Druckwelle einwandfrei gedämpft, durch die Massenträgheit des einströmenden Flüssigmetalls wird jedoch das Gas im Dämpfer kompimiert und bei der anschließenden Entspannung dieses Gases werden Druckwellen von hoher Amplitude in die Flüssigmetall- Anlage reflektiert. Um auch diese reflektierte Druckwelle zu dämpfen, ist die Drosseleinrichtung vorgesehen. Wichtig ist, daß diese Drosseleinrichtung erst wirksam wird, wenn ein Teil des Volumens mit Flüssigmetall gefüllt ist.As a result, the dynamic pressure wave is perfectly dampened, However, due to the inertia of the inflowing liquid metal, the gas is in the Dampers are compressed and when this gas is subsequently released, pressure waves are created of high amplitude in the liquid metal Plant reflects. Around To attenuate this reflected pressure wave as well, the throttle device is provided. It is important that this throttle device only becomes effective when part of the volume is filled with liquid metal.

Auf diese Weise wird die erste Druckwelle ohne Verzögerung abgebaut.In this way, the first pressure wave is reduced without delay.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Drosseleinrichtung eine mit dem weiteren Eindringen von Flüssigmetall in den Behälter ansteigende Drosse'lwirkung aufweist. Durch diese Anordnung, die beispielsweise durch in Strömungsrichtung abnehmende Anzahl oder Durchmesser der Drosselöffnungen erreicht werden kann, wird gewährleistet, daß die in den Druckwellendämpfer eindringende Flüssigmetallmenge allmählich abgebremst wird.In a further embodiment of the invention it is proposed that the Throttle device one with the further penetration of liquid metal into the container has increasing throttle effect. By this arrangement, the example by decreasing number or diameter of the throttle openings in the direction of flow can be achieved, it is ensured that the penetrating into the pressure wave damper Liquid metal amount is gradually slowed down.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß diese Drosseleinrichtung ein innerhalb des Druckwellendämpfers angeordneter länglicher stehender zylindrischer Behälter ist, der, über seine Höhe verteilt, zahlreiche Öffnungen mit in Strömungsrichtung abnehmender Anzahl und/oder Durchmesser aufweist. Dabei wird das Flüssigmetall sowohl bei der Kompression als auch bei der anschließenden Dekompression des Gases in den zahlreichen Öffnungen gedrosselt.In a special embodiment of the invention it is proposed that this throttle device is an elongated one arranged inside the pressure wave damper is a standing cylindrical container which, distributed over its height, is numerous Has openings with a decreasing number and / or diameter in the direction of flow. The liquid metal is used both during compression and during the subsequent Decompression of the gas throttled in the numerous openings.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Druckwellendämpfer an der Umlenkung einer Flüssigmetall-führenden Rohrleitung, und zwar in axialer Verlängerung der von einem möglichen Schadensort herführenden Leitung angeordnet ist. Die hier beschriebenen Druckwellen laufen zunächst gradlinig weiter, sie werden aber an den festen Wänden der Rohrleitungen und Behälter reflektiert und durchdringen auf diese Art auch mehrfach gekrümmte Rohrleitungen. Wenn sie aber, wie vorgeschlagen, an einer Umlenkung auf eine Grenzfläche zwischen Flüssigmetall und Gas auftreffen, so werden sie nicht mehr reflektiert und die anschließende Rohrleitung ist nicht mehr durch diese Druckwelle gefährdet.In a further embodiment of the invention it is proposed that the Pressure wave damper at the deflection of a pipeline carrying liquid metal, and in an axial extension of the line leading from a possible damage site is arranged. The pressure waves described here initially continue to run in a straight line, however, they are reflected on the solid walls of the pipes and containers and in this way also penetrate pipes with multiple bends. But if you as suggested, at a deflection on an interface between liquid metal and gas hit, they are no longer reflected and the the subsequent pipeline is no longer endangered by this pressure wave.

Figuren 1 bis 3 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung.Figures 1 to 3 show possible embodiments of the invention.

Figur 1 zeigt die schematische Anordnung mehrerer Druckwellendämpfer an einer natriumgekühlten Kernenergieanlage.Figure 1 shows the schematic arrangement of several pressure wave dampers on a sodium-cooled nuclear power plant.

Figur 2 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckwellendämpfer.Figure 2 shows a vertical longitudinal section through an inventive Pressure wave damper.

Figur 3 zeigt ebenfalls in einem senkrechten Längsschnitt die Anordnung eines Druckwellendämpfers an einer Rohrumlenkung.FIG. 3 also shows the arrangement in a vertical longitudinal section a pressure wave damper on a pipe deflection.

In Figur 1 ist der Reaktorkern 1 in einem Reaktortank 2 angeordnet und gibt seine Wärme über eine Flüssigmetallführende Rohrleitung 3 und über eine Umwälzpumpe 4 an einen Zwisrhenwärmetauscher 5 ab. In diesem Zwischenwärmetauscher 5 wird, beispielsweise über ein Zwischenmedium 6 die Wärme an einen Sekundärkreislauf 7 abgegeben, der wiederum in einem Dampferzeuger 8 seine Wärme an einen Dampfkreislauf abgibt. Von diesem Dampferzeuger 8 fließt das Sekundärmedium durch eine Umwälzpumpe 9 veranlaßt, wieder zum Zwischenwärmetauscher 6. In der Hin- bzw. Rückleitung 3 zwischen Reaktorkern 1 und Zwischenwärmetauscher 5 wie auch in der Hin- bzw. Rückleitung 7 vom Zwischenwärmetauscher 5 zum Verdampfer 8 ist jeweils ein Druckwellendämpfer 10 angeordnet, der in den Figuren 2 und 3 näher gezeigt ist.In FIG. 1, the reactor core 1 is arranged in a reactor tank 2 and gives its heat via a liquid metal-carrying pipe 3 and via a Circulation pump 4 to a Zwisrhenwärmetauscher 5 from. In this intermediate heat exchanger 5, for example via an intermediate medium 6, the heat is transferred to a secondary circuit 7 released, which in turn in a steam generator 8 transfers its heat to a steam circuit gives away. The secondary medium flows from this steam generator 8 through a circulation pump 9 causes it to return to the intermediate heat exchanger 6. In the outward and return line 3 between reactor core 1 and intermediate heat exchanger 5 as well as in the outward and return line 7 from the intermediate heat exchanger 5 to the evaporator 8 is in each case a pressure wave damper 10, which is shown in more detail in FIGS.

In Figur 2 ist der Behälter 20 über zwei Flanschen 21 und 23, zwischen denen eine Umkehrberstscheibe 22 angeordnet ist, an eine Rohrleitung 24 angeschlossen. Im Inneren des Behälters 20 ist ein Drosseleinbau 25 vorgesehen, der zahlreiche Drosselöffnungen 26 in unterschiedlichen Höhen enthält.In Figure 2, the container 20 is over two flanges 21 and 23, between which a reverse rupture disk 22 is arranged, connected to a pipeline 24. Inside the container 20, a throttle assembly 25 is provided, the numerous Contains throttle openings 26 at different heights.

In Figur 3 ist der Behälter 30 wie in Figur 2 über die Flanschen 31 und 33, zwischen denen eine Umkehrberstscheibe 32 angeordnet ist, an eine Rohrleitung 34 angeschlossen, die in diesem Falle in gradliniger Verlängerung der von einem eventuellen Schadens ort herführenden Rohrleitung angeordnet ist,In FIG. 3, the container 30 is, as in FIG. 2, via the flanges 31 and 33, between which a reverse rupture disc 32 is arranged, to a pipeline 34 connected, in this case in a straight line extension of the one any pipeline leading to the location of the damage is arranged,

Claims (4)

SCHUTZANSPRÜCHE 1. Druckwellendämpfer für Flüssigmetall-Anlagen zum Schutz vor dynamischen Druckwellen, wobei Behälter vorhanden sind, die durch Berstscheiben gegenüber der Flüssigmetall-Anlage verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anlage mindestens ein geschlossener und mit Gas gefüllter Behälter vorhanden ist, der gegen das Flüssigmetall mit einer auf dynamische Druckänderungen ansprechenden Berstscheibe verschlossen ist und der eine Drosseleinrichtung für das Flüssigmetall aufweist, die erst wirksam wird, wenn ein Teil seines Volumens mit Flüssigmetall gefüllt ist. PROTECTION CLAIMS 1. Pressure wave damper for liquid metal systems for Protection against dynamic pressure waves, whereby containers are present, which are caused by rupture discs are closed with respect to the liquid metal system, characterized in that There is at least one closed gas-filled container on the system is that against the liquid metal with a responsive to dynamic pressure changes Rupture disc is closed and the one throttle device for the liquid metal has, which only becomes effective when part of its volume with liquid metal is filled. 2. Druckwellendämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Drosseleinrichtung eine mit dem weiteren Eindringen von Flüssigmetall in den Behälter ansteigende Drosselwirkung aufweist.2. Pressure wave damper according to claim 1, characterized in that this throttle device one with the further penetration of liquid metal into the Container has increasing throttling effect. 3. Druckwellendämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Drosseleinrichtung ein in dem Behälter angeordneter innerer länglicher stehender zylindrischer Behälter ist, der, über seine Höhe verteilt, zahlreiche Uffnungen aufweist.3. Pressure wave damper according to claim 2, characterized in that this throttle device is an inner elongated upright arranged in the container is a cylindrical container which, distributed over its height, has numerous openings having. 4. Druckwellendämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Druckwellendämpfer an der Umlenkung einer Flüssigmetall-führenden Rohrleitung und zwar in axialer Verlängerung der von einem möglichen Schadens ort herführenden Leitung angeordnet ist.4. Pressure wave damper according to claim 1, characterized in that this pressure wave damper at the deflection of a pipeline carrying liquid metal namely in the axial extension of the site of a possible damage Line is arranged.
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