DE2545758C2 - Reaktorgebäude - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Reaktorgebäude nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Aufnahme eines Kernreaktors und von Hilfseinrichtungen sowie von Be^ triebsmaterialien für den Reaktor.

Aus der Zeitschrift »Nuclear Engineering and Design« Vol. 21,1972, Nr. 3, Seiten 406 bis 420. ist ein Reaktorgebäude dieser Gattung bekannt Das Fundament dieses bekannten Reaktorgebäudes ist als starre Platte mit einer Dicke von etwa 9 Meter ausgebildet und weist innere Hohlräume in Form von zwei mit Flußstahlplatten ausgekleideten Ringkammern auf, welche die Speicherung von Wasser für Brennstofferneuerungsarbeiten sowie von Kondensatwasser ermöglichen. Der mittlere, den Kernreaktor aufnehmende Bauteil des Reaktorgebäudes ist von einem dreigeschossigen äußeren Ringteil umschlossen, der zusammen mit dem Hauptteil des Reaktorgebäudes auf der gemeinsamen Fundamentplatte ruht und zur Aufnahme von Hilfseinrichtungen für den Reaktor dient.

j 5 Die sehr massive Fundamentplatte des bekannten Reaktorgebäudes dient bekanntermaßen dazu, seismische Stöße aufzufangen und bei Bewegungen des Untergrundes, beispielsweise Setzungserscheinung, solchen Bewegungen als integrale Platte im wesentlichen ohne Verformung zu folgen, um Beschädigungen des Reaktorgebäudes auszuschließen. Dies muß bei dem bekannten Reakiorgebäude aber durch einen hohen Aufwand für die Herstellung der außerordentlich mächtigen Fundamentplatte erkauft werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Reaktorgebäude der eingangs genannten Gattung eine zwar den aus Sicherheitsgründen zu 'ordernden statischen Anforderungen entsprechende, aber nach Möglichkeit wirtschaftlichere Konstruktion zu finden.

Diese Aufgabe wird bei einem solchen Reaktorgebäude erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Fundamentkonstruktion gelöst
Die erfindungsgemäß vorgesehene Zellenkonstruktion des Fundaments ergibt bei gleichem Baustoffeinsatz eine größere Starrheit und Biegesteifigkeit als eine massive dicke Fundamentplatte herkömmlicher Bauart und bietet in den darin gebildeten Kammern gleichzeitig Raum zur Aufnahme der Hilfseinrichtungen und von Betriebsmaterialien für den Kernrto-'ior. Dadurch kann das übrige Reaktorgebäude insgesamt kleiner gehalten werden, als dies bei einem auf eine massive dicke Fundamentplatte aufgesetzten Reaktorgebäude der Fall ist, das alle Hilfseinrichtungen usw. aufnehmen muß. Auf diese Weise läßt sich mit der erfindungsgemäßen Konstruktion insgesamt eine kostengünstigere und, wie oben erwähnt, trotzdem statisch noch vorteilhaftere Bauweise erreichen. Außerdem sind die dem Reaktor zugeordneten Sicherheitssysteme, da sie in den Fundamentkammern untergebracht werden können, besser gegen äußere Einwirkungen w beispielsweise Erdstöße geschützt, was ihre Zuverlässigkeit erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es stellt dar

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Reaktorgebäude nach der Erfindung.

Fig. 2 einen Teilschnitt durch das Reaktorgebäude mit einem Sicherheitseinspritzsystem,

Fig.3A und 3B zusammen einen Vertikalschnitt durch das Reaktorgebäude entlang der Linie III-III in den Fig.5Aund5B,

Fig.4A und 4B zusammen einen Vertikalschnitt entlang der Linie IV-IV in den F i g. 5A und 5B,

F i g. 5A und 5B zusammen einen Querschnitt in der Ebene V-V in den F i g. 4A und 4B,

F i g. 6A und 6B zusammen einen Querschnitt in der Ebene VI-VI in den F i g. 4A und 4B,

F i g. 7A und 7B zusammen einen Querschnitt in der Ebene VIi-VII in den F i g. 4A und 4B,

F i g. 8A und 8B zusammen einen Querschnitt in der Ebene VIII-VIII in den F i g. 4A und 4B,

F i g. 9A und 9B zusammen einen Querschnitt in der Ebene IX-IX in den F i g. 4A und 4B,

Fig. 1OA und 1OB zusammen einen Querschnitt entlang der Ebene X-X in den F i g. 4A und 4B, und

Fig. 1IA und HB zusammen einen Querschnitt entlang der Ebene XI-XI in den F i g. 4A und 4B.

Die Zeichnungen zeigen das Reaktorgebäude eines Kernkraftwerks 21 mit einem Drückwasserreaktor 23.

Dem Reaktor 23 ist eine Anzahl von Primärkühlmittelleitungen 27 mit Dampferzeugern 25 zugeordnet Typischerweise sind vier derartige Leitungen 27 vorgesehen (Fig.9). Das Primärkühlmittel (Druckwasser) wird mit Hilfe von Kühlmittelpumpen 29 durch die Kühlmittelleitungen 27 gepumpt. Dampfleitungen 31 leiten das Sekundärströmungsmittel, nämlich Dampf, zu Turbinen, die in sinem Turbir.engebäude 33 untergebracht sind und elektrische Energie erzeugen.

Ein Manipulatorkran 35 (F i g. 3) dient zur Handhabung der Innenteile des Reaktors bei der Brennstofferneuerung oder einer Reparatur des Reaktors. Die gestrichelten Kreise 37 und 39 (F ig. 10) zeigen die Stellen, an welche die oberen und unteren Teile des Reaktors während solcher Vorgänge hinbewegt werden.

Die Anlage weist außerdem Rückstrom-Wärmetauscher 41 (F i g. 2,8 und 9) auf, von denen jeder mit einer Einzelanlage des Sicherheitseinspritzsystems verbunden ist und welche zur Kühlung des während eines Unfalls mit Kühlmittelverlust in den Reaktor zurückgeführten Kühlmittels (Wasser) dient Außerdem sind Sammler 43 (Fig.9 und 10), ein Druckwassererzeuger 45 (F i g. 3), Ventilatoren 47 (F i g. 11) und andere Hilfseinrichtungen vorgesehen.

Der Reaktor 23 und der Kran 35, die Dampferzeuger 25 und die Primärkühlmittelleitungen 27, die Pumpen 29, die Rückstrom-Wärmetauscher 41, die Sammler 43, der Druckerzeuger 45 und die Ventilatoren sind in einem Reaktorgebäude 51 untergebracht. Dieses Reaktorgebäude 51 besteht aus einem großen oberen, mit einer Kuppel versehenen Gebäudeteil 53 mit etwa zylindrischer Form und einem diesen tragenden hohlen Fundament 55 mit etwa kreisförmiger Ausbildung. Das Fundament 55 befindet sich in einem Erdschacht. Der Gebäudeteil 53 weist einen Durchmesser von etwa 42 m und eine Höhe von etwa 60 m auf. Das Fundament 55 weist einen Durchmesser von otwa 54 m und eine Tiefe von etwa 11 m auf.

Das Fundament 55 weist eine obere Platte 57, die einstückig mit der Wand des Gebäudeteils 53 ausgebildet ist. und eine untere Platte 59 auf. Die beiden Sockelplatten 57 und 59 sind durch Ringwände 61 und Radialwände 67, die innerhalb des Fundaments Kammern bilden, zu einer starren, steifen Konstruktion verbunden. Die Wand des Gebäudeteils 53 weist eine Dicke von etwa 60 cm. die obere Platte eine Dicke von etwa 1,50 m und die untere Platte etwa 1.20 m auf. Die vertikalen Wände sind, außer in der Mitte, etwa 45 cm und die Radialwände etwa 30 cm dick. Vom Gebäudeteil 53 verläuft ein Schacht 69 bis zur Platte 59. Dieser Schacht 69 ist von einer Wand 71 begrenzt, die nahe der Platte 59 einen keilnutförmigen Querschnitt aufweist, wobei der untere Teil ringförmig und etwa 1,50 m dick ist (F i g. 5) und sich nach oben bis avf 0,90 m (F i g. 6) verjüngt. Der gerade Keilnutabschnitt ist etwa 90 cm dick. Oberhalb dieses Teils geht die Wand 71 in einen geschlossenen ringförmigen Querschnitt (F i g. 7) über, der noch weiter oben in einen geschlossenen sechseckigen Querschnitt (F i g. 8) übergeht. Oberhalb davon (F i g. 9 und 10) dient diese Wand 71 als Zentrum für ein Gerippe von einstükkigen Ring-, Quer- und Radialwänden 73, 74 und 75, die Kammern begrenzen, welche die Dampferzeuger 25, die Pumpen 29, die Leitungen 31, die Wärmetauscher 41, die Sammler 43 und andere mit dem Reaktor 23 in Beziehung stehende Teile abschirmea Die Wände 73 und 75 und der obere Teil der Wand 71 sind etwa 60 cm dick.

Innerhalb des Reaktorgebäudes weist die Wand 71 einen Auflagerand auf, auf welchem der Reaktor 23 ruht Ein Flansch 77 des Reaktors 23 ruht auf diesem Auflagerand und der Flansch 77 ist an seinem Umfang abgedichtet In der Kammer oberhalb des Reaktors 23 befindet sich Wasser 79. Der Kran 35 ruht auf einer Schulter 81 nahe dem oberen Ende der Wand 71. Ein die Instrumentierungskabel führendes Kerninstrumentierungsrohr S3 verläuft vom Boden des Reaktors zum Boden des Fundaments 55, wo es dui*> eine abgedichtete Durchführung in der Wand 71 in eine kerninstrumentierungskammer 85 verläuft.

Die Platten 57 und 59 bestehen aus bewehrtem Beton. Die Wand des Gebäudeteils 53 ist durch Spanngheder 91 vorgespannt, welche die Gebäudewand rund um den Gebäudeumfang durchdringen. In einer ringförmigen Kammer 95 unter dem Rand der Platte 57 befinden sich Spannvorrichtungen 93 für die Spannglieder 91. Diese Kammer 95 dient auch als Zugangsmöglichkeit für Wartungspersonal und außerdem als Reinigungsluftkanal.

Eine keilnutförmige Kammer 101, die etwa ringförmig ist und unter den Kühlmittelleitungen 27 um den Schacht 69 herum verläuft, dient als Speicherbehälter für Reservekühlmittel. Diese Kammer 101 erstreckt sich zwischen der oberen Platte 57 und der unteren Platte 59 und ist mit einer korrosionsbeständigen Auskleidung 103 aus rostfreiem Stahl versehen. Diese Auskleidung 103 ist von gleicher Abmessung wie eine Stahlauskleidung 105, mit welcher die Wand des Gebäudeteils 53 auf gekleidet ist. Die beiden Auskleidungen 103 und 105 sind durch eine Schweißnaht 107 miteinander verbunden. Die Auskleidung 105 erstreckt sich unterhalb der Platte 57 in eine Tiefe von etwa 30 cm. Die Kammer 101 weist eine Entlüftung 102 zum Ablassen überschüssigen Dampfes auf. Die Kammer 101 weist einen Innendurchmesser von 10,20 m, einen Außendurchmesser von 24 m und eine Höhe von 8,10 m auf. Bei einer Reservekühlmitteltiefe von 6,90 m befinden sich in der Kammer 101 etwa 2,12 Millionen Liter Kühlmittel. Die Menge des im Reaktor befindlichen Kühlmittels ist im Vergleich zu dieser Kühlmittelmenge klein.

Über der Kammer 101 befindet sich eine Anzahl von Sümpfen 109. Schwerkraftabflußleitungen Ul leiten im Falle eines Unfalls mit Kühlmittelverlust Kühlmittel aus den Sümpfen 109 in die Kammer 101. Die Sümpfe 109 sind so ausgebildet, daß eine Strömung von, vom auslekkenden Reaktorkühlmittel aufgenommenem Schlamm in den Behälter Kl verhindert wird. Die Abflußleitungen 111 sind bis unterhalb des Kühlmittelspiegels nach unten geführt, um eine Rückströmung von radioaktivem Dampf in das Gebäude 53 auf ein Minimum zu verringern.

Eine Anzahl von voneinander unabhängigen Sicherheitseinspritzanlagei! 113 können Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 101 in den Reaktor einleiten. Jede Einspritzanlage 113 ist in einer Anzahl von getrennten

Kammern 115,117,119 angeordnet, die von der untersten Ebene des nach außen über den Gebäudeteil 53 überstehenden Ringteils des Fundaments 55 aus angeordnet sind. Diese Einspritzanlagen sind leicht durch einen Einstieg 121 in dem außerhalb des Gebäudeteils 53 liegenden Ringteil der Platte 57 zugänglich. Die Kammern 115,117 und 119 sind voneinander abgeteilt, um ein Oberschwemmen einer Sicherheitseinspritzanlage im Falle eines Bruches einer Kühlmittelleitung in einer anderen Einspritzanlage zu verhindern und um die Möglichkeit einer Beschädigung durch äußere oder innere Einwirkungen oder durch Sabotage zu verringern. Jede Einspritzanlage des Sicherheitseinspritzsystems (F i g. 2) weist eine Hochdruckpumpe 131, eine Niederdruckpumpe 133 und eine Gebäudesprühpumpe 135 auf. Diese Pumpen 131, 133 und 135 werden aus dem Kühlmittelspeicherbehälter 101 versorgt. Die Sprühpumpe 135 wird außerdem mit einem Zusatz aus einem Sümpfe 109 sind über den Reservekühlmittelspeicherbehälter 101 unmittelbar mit den Sicherheitsanlagen 113 verbunden, die ihrerseits im Falle eines Kühlmittelverlust-Unfalls Kühlmittel in den Reaktor zurückzubefördern. Die bei bekannten Anlagen erforderliche Umschaltung ist hier nicht notwendig. Die Kühlmittelleitungen 139 sind kurz im Vergleich zu denjenigen bei bekannten Anlagen, da sie nur von den um den Speichertank 101 herum angeordneten Sicherheitsanlagen 113 zu entsprechend nah gelegenen Durchführungen 171 (Fig.2) in den Tank 101 geführt sein müssen. Die Leitungen 145, 149 und 153 sind kurz, da die nur von den Sicherheitseinrichtungen 113 zu Teilen des Reaktors 23 geführt sein müssen, die mit Bezug auf die Reaktorachse die gleiche Winkelposition haben wie die zugehörigen Sicherheitsanlagen.

Ein chemisches und Volumensteuersystem befindet sich teilweise im Fundament 55 und teilweise in einem vereinfachten HUfS⁰CbSUdS. Die S^wstenierforderriisse,

Die Hochdruckpumpe 131 und die Niederdruckpumpe 133 sind mehrstufige Vertikalpumpen. Für Ausbau- und Ersatzzwecke ist ausreichend oberer Freiraum vorhanden. Diese Forderungen werden durch die Anordnung der Pumpen in einzelnen abgeschirmten Kammern 115, 117, 119 im äußeren Ringteil des Fundaments 55 erfüllt. Die Niederdruckseiten der Pumpen 131, 133 und 135 jeder Einspritzanlage sind über Saugleitungen 139 und ein in einem Wasserbehälter 138 eingeschlossenes Ventil 137 mit dem Reservekühlmittelspeichertank 101 verbunden. Die Sau leitungen 139 verlaufen in flachen Rinnen 141 der Platte 59, um einen unbehinderten Arbeitsund Wartungsgang zwischen den inneren und äußeren Kammern des Fundaments 55 herzustellen. Die Hochdruckförderleitung 145 der Hochdruckpumpe 131 ist über ein Ventil 147 mit dem Reaktorkühlmittelsystem verbunden. Die Hochdruckförderleitung 149 der Niederdruckpumpe 133 is' über ein Ventil 151 und den Wärmetauscher 41 an das Reaktorkühlmittelsystem angeschlossen. Die Druckleitung 153 der Sprühpumpe 155 ist über ein Ventil 157 mit dem Gebäudesprühsystem 155 verbunden.

Die Förderleitungen 145, 149, 153 verlaufen durch einen Rohrleitungsstollen 154 (Fig.3) zu den Ventilen 147, 151, 157 und treten dann durch die obere horizontale Betonplatte 57 des Fundaments 55 in das Reaktorgebäude ein. Die Hochenergieleitungen innerhalb und außerhalb des eigentlichen Reaktorgebäudes sind durch diese Anordnung verkürzt. Innerhalb des Gebäudeteils 53 sind die von den Pumpen 131,133 und 135 kommenden Leitungen über ein System von steuerbaren Ventilen und Rückschlagventilen mit dem Reaktor verbunden.

Jeder der Sicherheitsanlagen 113 wird Energie von einer Einrichtung zugeführt, die in einer neben der zugehörigen Sicherheitsanlage befindlichen Kammer 161 angeordnet ist Jede Kammer 161 enthält Transformatoren 163 und 165 und Schalt- und Sicherheitseinrichtungen 167 und 169. Jede Kammer wird von einem Dieselaggregat 170 mit Energie versorgt welches auch betriebsfähig ist, wenn die Energiezufuhr vom Reaktor 23 unterbrochen ist.

Im Betrieb wird der Reservekühimittelspeichertank mit Kühlmittet gefüllt gehalten, solange sich der Reaktor in Betrieb befindet. Wenn der Reaktor zum Zwecke der Brennstofferneuerung abgeschaltet ist so wird das Kühlmittel in diesem Speicherbehälter für seinen eigentlichen Zweck eingesetzt nämlich um den Transportkanal für verbrauchten Brennstoff zu füllen. Die die bei schneller Brennstofferneuerung strenger sind, machen es wünschenswert, den Volumensteuertank 81 (Fig. 7) an einer hochgelegenen Stelle (etwa 2.70 m über der Sockelplatte 57) und die Ladepumpen 183 (Fig. 5) auf der tiefsten Ebene anzuordnen, um eine große Saughöhe bei niedrigem Gasdruck im Volumensteuertank 181 zu erhalten. Die Druckhöhe über den Pumpen ist von etwa 4,50 m auf etwa 12 m vergrößert und di* Hochdruckleitungen von den Ladepumpen in das Reaktorkühlsystem sind infolge der Pumpen- und Steuertankanordnungen etwas verkürzt.

Der Rest der Steuer- und VcSumensteuereinrichtungen (außerhalb des Reaktorgebäudes) sind im mechanischen Hilfsgebäude (nicht im einzelnen dargestellt) untergebracht, um die Demineralisatoren 185 und die zugehörigen Filter 187 (Fig. 6) näher beieinander anordnen zu können und um die Kühlwasserleitungen zu den Wärmetauschern des Systems zu verkürzen.

Das gesamte Abgasbehandlungssystem befindet sich im Fundament 55, da es ein großvolumiges radioaktives System mit nur mäßigen Betriebs- und Wartungserfordernissen darstellt. Dieser Anordnungsort bietet eine Strahlenabschirmung und einen Schutz vor Geschossen sowie ausreichende Zugangsmöglichkeiten für Betrieb und Wartung. Das Abgasbehandlungssystem weist Zerfalltanks 189, Pumpen 191, Rekombinatoren und Verdichter (nicht dargestellt) auf.

Zur Unterbringung des gesamten Abwasserbehandlungssystems im Fundament 55 kann der Raum nicht ausreichen und die Erfordernisse des Systembetriebs und der Wartung machen es wünschenswert, Filter, Demineralisatoren. Verdampfer und Hilfsbehälter a., einer leicht zugänglichen Stelle nahe dem Brennstoffhandhabungsgebäude zu gruppieren. Es ist jedoch praktisch, die Hauptsammeitanks für radioaktives Material wegen des Vorteils der damit verbundenen Abschirmung und der niedrigen Höhe für Schwerkraftabfluß im Fundament 55 unterzubringen. Dementsprechend sind der Abfalltank 201, der Bodenentwässerungstank 203, der Wasch- und Heißduschtank 209 und der chemische Abflußtank 211 (jeweils zusammen mit den nicht dargestellten zugehörigen Förderpumpen) im Fundament angeordnet

Eine der übrigen Kammern 221 dient zur Aufnahme des möglicherweise radioaktiven Dampferzeugerabschaltsystems 223 (Fig. 5). Der Wärmetauscher 225, Pumpen 227 und der Wassertank 229 sind in dem Raum des Fundaments 55 untergebracht der dem den Rest des Systems aufnehmenden Hüfsgebäude gegenüberliegt

Das Fundament 55 enthält auch Einrichtungen für Wartungspersonal, beispielsweise einen Wartungsgang 231 zu den Spanngliedern 91 (Fi.g. 7). Außerdem ist ein ringförmiger Laufgang 233 für Wartungspersonal und ein Ventilwartungsgang 234 (Fig.5) vorgesehen. Über den Laufgang 233 befindet sich ein weiterer Ventilwartungsgang 234 und ein Heißrohrstollen 237(F i g, 6).

Hierzu 20 Blatt Zeichnungen

10

is

55

60

65

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Reaktorgebäude zur Aufnahme eines Kernreaktors und von Hilfseinrichtungen sowie von Betriebsmaterialien für den Reaktor, mit einem gemeinsamen Fundament zur Unterstützung des Reaktors und des Gebäudes, wobei das Fundament als Flüssigkeitsspeicher nutzbare innere Hohlräume aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fundament (55) als einstückige, durch eine obere, etwa horizontale Platte (57) und eine untere, etwa horizontale Platte (59) sowie diese miteinander verbindende vertikale Wände (z. B. 61, 67) gebildete starre Zellenlconstruktion ausgebildet ist und daß die zwischen den Wänden und Platten gebildeten Kammern (z.B. 101, 115, 117, 119) zur Aufnahme der Hilfseinrichtungen und der Betriebsmaterialien dienen.

2. Reak to--gebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kammern (Iöi) ais Reservekühimiiieispeieher ausgebildet ist und daß im Fundament (55) außerdem mit diesem Speicher und dem Reaktor (23) verbundene Einrichtungen (113) zum Fördern dieses Kühlmittels in den Reaktor hinein vorgesehen sind, die im Falle eines Reaktorunfalls mit Kühlmitte'verlust wirksam sind.

3. Reaktorgebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Fundamentplatte (57) mindestens ein Sumpf (109) angeordnet ist, der mit dem Reservekühlmittelspeicher in Verbindung steht und :ei einem Unfall mit Kühlmittelverlust Kühlmittel über Schwerkraftobflußleitungen (111) in diesen Speicher zurückleitet.

4. Reaktorgebäude nach eirsm der Ansprüche 1 bis 3, wobei Kühlmittelieitungen radial in verschiedenen Winkelpositionen innerhalb des Reaktorgebäudes vom Reaktor weg verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reservekühlmittelspeicher in dem unmittelbar unter diesen Kühlmittelleitungen (27) gelegenen Teil des Fundaments (55) angeordnet ist und daß der Sumpf (109) in dem zwischen diesen Kühlmittelleitungen und dem Speicher befindliche Teil der oberen Fundamentplatte (57) vorgesehen ist.

5. Reaktorgebäude nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reservekühlmittelspeicher eine Ringkammer ist. die um den Reaktor (23) herumläuft.

6. Reaktorgebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Wartungsgang, der um den Reaktor (23) herumverläuft und Zugangsöffnungen zu gewissen Kammern enthält.

7. Reaktorgebäude nach einem der Ansprüche I bis 6, wobei das Reaktorgebäude durch Spannglieder vorgespannt ist und wobei Mittel zum Spannen dieser Spanngliedi-r vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daiJ diese Spannmittel (93) in einer Ringkamnier (95) angeordnet sind, die unter der Gebäudewand verläuft.