DE2713463A1

DE2713463A1 - Kernenergieanlage mit gasgekuehltem reaktorcore

Info

Publication number: DE2713463A1
Application number: DE19772713463
Authority: DE
Inventors: Heiko Dr Barnert; Manfred Schaefer
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-03-26
Filing date: 1977-03-26
Publication date: 1978-10-05
Also published as: FR2385183A1; JPS53120085A; FR2385183B1; US4235671A; GB1551801A; JPS6125110B2; DE2713463C2

Description

Kernforschunri'nnlare ·· u J je-Ii Jese] J »chart mit beschränkter I al'l nur

KernenerRionnlarre nut rrasrekOhlt«-;n Hoaktorcore

Die brfindunp: bezieht sich auf eine hernenorrioanlare mit ^asrrekühltem Keaktorcore und mit weni pistons r.vini am Neaktorcore anrrcßchJoGisenen. naraJJo] roJ'fihrton r Uliliraskreislaui'en rr.it honponontoii zur Abr^bo :i(?r hnorrie des Kül)]f:ases, wobei vor I¹JHt ritt dc?s im i.ühl- ^askreislauf abgekühlten Kiitil^ases;. dem sorrenarinten i, altras, in das Heaktorcorn und/oder na el) Austritt des im Heaktorcore erl)itzt(;n i;ülil;:as(?s, den; sorenannt(?ii neiftrras, aus dom Weaktorcon? zuiiiiiitJost jeweils ein Gassammelraum vorgesehen dfst , in nen (Jfis.loi tu.iren un.i/oder Gasführunrren der KUIilraskn.'i si ^?iuf'i;

l^;ei frasfrekühltcn Kcrnenerri ennl η ran ist. *?« or (Ό·* :u?r-Ii ch, oicherheits Vorkehrungen, i nsbeson-inrn l'fir den Fall eines Gaslei tutirsb ruches, zu treffen, i.ije Auswirkungen eines solclien liruches und die FoJresohüden sind auf ein Mindestmaß zu berrenzen. Die l'ernenernieanlapren umgeben Heaktordruckbehälter aus iStali] oder aus Spannbeton, die unter Berllcksichtirunr, dor nyximal zu erwartenden Drücke innerhalb des von ihnen umschlossenen Haumes aus^elerct werden. Zusätzlich ist es erforderlich, eine Zerstörung von Gasleitungen un(i Komponenten, die der berstenden Gasleitung benachbart sind, durch Splitterwirkung zu vermeiden (DT-PS 2 135 3!3Ö).

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\is muß jedoch vor allem auch dafür Sorge K warden. daß infolge der plötzlichen Druckverminderunr in; KiIh J rnskrcis .1 auf die Funktionstilchti ^keit νυη Künleinriihtunron, die der Nachwärmeabfuhr dienen, ^rhnlten bleibt, dnmit als Folrewi rkunrr eine mörliche Zerstörung der Heaktorccres verhindert wird.

Um die Geschwindirkeit des Druckabfalles in den Kühlpaskreis1 aufen beim Bersten einer der Gasleitungen 7, u verlangsamen, ist es bekannt, in den Gaslei tunp-en Durchf 1 upbeprrenzer einzusetzen. Hei Siedewasserreaktoren werden zum Beispiel Venturidüsen verwendet. Nachtei Ii r. ist jedoch der durch den Einsatz dieser Düsen im Normalbetrieb verursachte Druckverlust. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es aus der DT-OS 2 ^'19 b9o bekannt, eine Sollbruchstelle in der drucktrajrenden Wandung der Gasleitung vorzugeben und an dieser otelüe innerhalb der Gasleitung einen Körner rerin^eren Querschnitts einzusetzen, der beim Bruch der Gasleitung den Austrittsquerschnitt für das Kühlgas vermindert. Die vorgenannten Maßnahmen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig. Bei Reaktoranlagen mit mehreren, am Reaktorcore angeschlossenen parallel geführten Kühlgaskreislä'ufen, die unter der Bezeichnung Kernreaktoranlage in Mehr-Loop-Bauweise bekannt sind, vergleiche Jül-Bericht, JUlS¹U RG, April 1973, geht man davon aus, daß wegen der Aufteilung des Kühlgasstromes in mehrere Kilhlgaskreislaufe nine Begrenzung der Folgewirkung beim Bruch einer Gas-

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leitung schon deshalb erreicht wird, weil die einzelnen Gasleitungen gerinrere Hassenströme führen und geringer bemessen sind und infolgedessen mit geringeren Geschwindigkeiten für den Druckabfall im Gesamtsystem zu rechnen ist. Nachteilig ist jedoch, daß beim Bruch einer Gasleitunr die dabei entf>tehen>1e Expansionswelle in den Bereichen der Kernenergieanlage, in denen die Gasleitungen der einzelnen Kühlgaskreisläufe zusammengeführt oder verzweigt sind, in noch intakte Bereiche der Kernenergieanlage eindrinrt und durch Zerstörung weiterer Anlagenteile deren Funktionstüchtigkeit, insbesondere die Kunktionstüchtigkeit des Naohwärmeabfuhrsystems, gefährdet. Aber auch dann, wenn das Nachwärmeabfuhrsystem unversehrt bleibt, lassen sich nach Inbetriebnahme des Nachwärmeabfuhrsystems Kurzschlußströme des Kilhlp-ases nicht vermeiden, so daß die sich im Keaktorcore entwickelnde Nachwärme nicht in gewünschter Weise abführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei gasgekühlten Kernenergieanlagen mit mehreren parallel geführten Kühlgaskreisläufen im Störfall des Versagens von drucktragenden Wandungen oder Gasleitungen in einem der Kühlgaskreisläufe Folgeschäden in noch nicht betroffenen KUhlgasloops zu vermeiden und das Nachwärmeabfuhrsystem funktionstüchtig zu erhalten. Darüber hinaus soll der durch die öffnung eines Kühlgaskreislaufes infolge des Bruchs entstehende Kurz-

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schlußstrom des Kühlrases, der das Abführen der Nachwärme behindert, weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgrabe wird Eremäß der Erfindung bei einer Kernenergieanlage der oben genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest einer der Gassamme1räume mit Zwischenwänden so unterteilt ist, daß die Gasleitungen und/oder Gasführungen jedes Kühlgaskreislaufes in einer gesonderten Gaskammer münden, die über einen oder mehrere Druckausgleichsöffnungen mit insgesamt hohem Strömungs-widerstand gegenüber dem Strömungswiderstand der übrigen Gasleitungen und Gasführungen mit zumindest einer weiteren Gaskammer desselben Gassammelraumes verbunden ist, wobei die Zwischenwände eine den Druckdifferenzen, die zwischen den Gaskammern beim Bruch einer drucktragenden Wandung oder Gasleitung entstehen, standhaltende Festigkeit aufweisen. In vorteilhafter Weise wird hierdurch erreicht, daß bei einer Kernenergieanlage in Mehr-Loop-Dauweise der Verzweigungspunkt der parallel geführten Kühlgaskreisläufe und/oder deren Zusammenfünrungspunkt näher an den vom gesamten Kühlgas gemeinsam durchströmten Reaktorcorebereich herangeführt wird. Die Kühlgaskreisläufe sind im Hinblick auf Strömungsvorgänge beim Auftreten eines Störfalls weitgehend entkoppelt, wobei die nach Bruch einer Gasleitung auftretende Expansionswelle von den Zwischenwänden am übergreifen auf noch intakte Kühlgasloops gehindert wird. Ein Druckausgleich zwischen zerstörten und intaktgebliebenen Kühlgaskreisläufen über die Druck-

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ausrleichsöffnungen in den Zwischenwänden ist. infolre des hohen Strömungswi derstandes der Druckaus"·] ei chr,-öffnungen vernachlässirrbar gerinr.

Um auch den Austausch von Kühlgas zwischen den verschiedenen Kühlnaskreisläufen während des normalen Betriebes der Kernenergieanlage zu unterstützen, besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Gasführungen eines Kühlgaskreislaul'es zur Führung von Kaltgas zwischen zwei hintereinander geschalteten Gassammeiräumen in mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, von denen jede Gruppe im nachceschalteten Gassammeiraum in einer anderen Gaskammer mündet.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Figur 1 Prinzipskizze einer Reaktoranlage mit zwei Arbeitsgaskreisläufen.

F'igur 2 Reaktoranlage mit zwei Arbeitsgaskreisläufen im Längsschnitt gemäß Schnittlinie 11/11 nach Figur 3·

Figur 3 Querschnitt durch eine Reaktoranlage nach Figur 2 gemäß Schnittlinie 111/111.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind im Ausführungsbeispiel an einem gasgekühlten Reaktorcore 1 zwei parallel geführte Kühlgaskreisläufe (Kühlgasloops) angeschlossen (vergleiche Figur 1). Die Erfindung ist

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nicht auf Reaktoranlagen in Zwei-Loop-Bauweise beschränkt, sie ist auch von Bedeutung für heaktoranlagen mit einer größeren Anzahl von Kühlgasloops. im Ausführungsbeispiel wird das im Keaktorcore 1 erhitzte Kühlgas, das heißgas, über Gasleitungen 2, 3 der beiden Kühlgaskreis laufe zunächst Komponenten 4, 5 zur Abgabe der Energie des Kühlgases zugeleitet. Für diese Komponenten können in einfachster Weise Wärmetauscher zur Erhitzung von Sekundärenergieträgern aber auch Gasturbinen eingesetzt sein. Das in den Komponenten 4, 5 abgekühlte Kühlgas, das Kaltgas, wird über üasführungen 6, 7 Förderaggregaten ö, 9 zugeführt und strömt über Kaitgasleitungen Io, Il erneut dem Keaktorcore zur Aufheizung zu. üie Strömungsrichtung des Kühlgases ist in Figur 1 durch eingezeichnete Pfeile kenntlich gemacht.

Sowohl vor Eintritt des Kaltgases in das Keaktorcore als auch nach Austritt des Heißgases aus dem Reaktorcore sind Gassammeiräume 12, 13, 14 vorgesehen. Aus dem Gassammeiraum 12 strömt das Kaltgas über Gasführungen 15, Ib in den Gassamme1raum 13 und von dort über Ausnehmungen 17 im Deckenreflektor lö in das Keaktorcore 1 ein. Durch Ausnehmungen 19 im Bodenreflektor 2o gelangt das Heißgas in den Gassammeiraum in unterhalb des Bodenreflektors 2o.

Jeder Gassammeiraum 12, 13, 14 ist durch Zwischenwände 21, 22, 23 jeweils so unterteilt, daß sowohl die Heißgas führenden Gasleitungen 2, 3 als auch die KaItgas führenden Gasleitungen Io, 11 sowie die Gasführungen 15, 16 jeweils in einer gesonderten Gaskammer 14a,

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14b; 12a, 12b; 13a, 13b münden. Die Zwischenwände 21, 22, 23 weisen Druckausgleichsöffnungen 24, 25, 26
auf. In den Zwischenwänden können mehrere Druckausgleichsöffnungen vorgesehen sein, wobei die Druckausgleichsöffnungen so ausgelegt sind, daß ihr Strömungswiderstand insgesamt hoch ist gegenüber dem Strömungswiderstand der übrigen Gasleitungen und Gas führungen. Die Zwischenwände 21, 22, 23 weisen eine den Druckdifferenzen, die zwischen denGaskammern beim
Bruch einer drucktragendenWandung oder Gasleitung
entstehen, standhaltende Festigkeit auf.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 sind die
Gasleitungen 2, Io und 3, 11 als Koaxialleitungen
ausgeführt, wobei jeweils die das Heißgas führende
Gasleitung 2, 3 im Inneren der Kaltgasleitung Io, 11 verlegt ist. Der Gassammeiraum 12 umgibt als Rinp;raum den Gassammelraum 14 für das Heißgas (Figur 3). Die Zwischenwand 21 des Gassammelraume3 12 besteht daher aus zwei Teilstücken 21a, 21b mit je einer Druckausgleichsöffnung 24a, 24b.

Ereignet sich bei dieser Ausbildung der Reaktoranlage ein Störfall durch Bruch einer der Gasleitungen, zum Beispiel ein Bruch der die Koaxialleitungen bildenden Gasleitungen 2, lo, so wird sich in der ersten Phase des Störfalls die Expansionswelle auf der Heißgasseite in die Gaskammer 14a, auf der Kaltgasseite in die Kaltgaskammern 12a und 13a ausbreiten. Die Expansions-

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welle wird an den Zwischenwänden 23 sowie 21a, 21b und 22 abgefangen, so daß eine unmittelbare Beeinträchtigung des noch intakten zweiten Kühlgaskreislaufes verhindert wird. Die Zwischenwände 21, 22 und 23 entkoppeln den intaktgebliebenen Kühlgaskreislauf vom gestörten Kühlgaskreislauf weitgehend und vermindern so die Ausströmrate des Kühlgases aus dem intakten Kühlgaskreislauf. Nach Einsetzen des Nachwärmeabfuhrbetriebes wird infolge der Zwischenwände in den Gassammei räume η sowohl der Anteil der aus dem Containment vom Förderaggregat 9 des intakten Kühlgaskreislaufes über die Bruchstelle der Gasleitung 2 für das Heißgas angesaugten Atmosphäre als auch der Anteil des aus dem intakten Kühlgaskreislaufes in das Containment über die Bruchstelle in der Kaltgasleitung Io entweichenden Kühlgases vermindert.

Während des Betriebes der Kernenergieanlage findet zwischen einzelnen Gaskammern der Gassammeiräume 12, 13, I¹J über die Druckausgleichsöffnungen 24a, 24b, 25, 26 ein Austausch von Kühlp-as zwischen den Kühlgasloops statt. Zur Unterstützung dieses Austausches sind die Gasführungen 15, 16 zwischen den Gassammeiräumen 12 und 13 in mehrere Gasführungen kleineren Querschnitts aufgeteilt, die jedoch in Figur 2 nicht gesondert dargestellt sind. Ein Teil dieser Gasführungen ist so geführt, daß einerseits ein Teil des Kaltgases aus der Gaskammer 12a in die Gaskammer 13b und andererseits ein Teil des Kaltgases von der Gaskammer 12b in die Gaskammer 13a überführt wird.

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Im Ausführunpsbeispiel ist die Unterteilunr des r\nr— formieren Gassamtnelraums 12 für den Fall eines Bruches einer der Koaxialleitunr;en am wirkungsvollsten. Die Zwischenwände 22, 25 in den Gassammelräuiren 13, 1*1 sind demgegenüber von reringerer Bedeutung.

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Leerseite

Claims

E' a t e η t π η s η r (i c h e

Kernenergieanlage mit gasreKühltem I'.onktorrorp un^r! mit wenigstens zwei am Keaktoro.ore anrench Lor.r.f-nen, parallel geführten KühlrnskreisL'iufen mit !-onnonenten zur Abgabe der Knerr.ie (ies Kühl pases. νκιΐιοι vor Eintritt des im Kühlfaskreislauf abgekühlten Kühlgases, dem sogenannten Kaltras, in aas Reaktorcnre una/xler nach Austritt des in Keaktorcore erhitzten Kühlgases, dem sogenannten heißgas, aus dem Ke;iktorcore zumindest jeweils ein Gassammeiraum vorgesehen ist, in den Gasleitungen und/oder (Jasführungen eier Kühlgaskreisläufe münden, dadurch g e kennzeichnet , daß zumindest einer der Gassammelräume (12, 13 ^ I¹O mit Zwischenw:inden (21, 21a, 21b, 22, 23) so unterteilt ist, daß die Gasleitungen und/oder Uasführunpen (lo, 15; 2, 11, 16, 2) jedes Kühlgaskreislaufes in einer gesonderten Gaskammer (12a, 13a, IMa; 12b, 13b, 14b) münden, die über einen oder mehrere Druckauspleichsöffnungen (2¹I, 2Ma, 2Mb, 25, 26) mit insgesamt hohem strömungswiderstand gegenüber dem Strömungswiderstand der übrigen Gasleitungen und Gasführunpen (Io, 15, 2, 11, 16, 3) mit zumindest einer weiteren Gaskammer (12b, 13b, 14b; 12a, 13a, 14a) desselben Gassammelraums (12, 13, IM) verbunden ist, wobei die Zwischenwände (21, 21a, 21b, 22, 23) eine den Druckdifferenzen, die zwischen den Gaskammern (12a,

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liib; 15a, 15»; l'la, l'lb) beim r.ruch einer drucktraf.-enden .ianduriK oder GaslnLturi" entstehen. standhaL-tencte Fer.t i rkei t aufwnLnon.
2. Kernenerr lean La^;re nach Anspruch 1. d a d u r π h (-'(^kennzeichnet , daß die Gasfflhrunren (1Ί) einen Kiihlrnskrein lau t'er. zur Kührunr von Kalt ras zwischen zwei hintereinander reschalteten Gassanims Lräumen (12, 1.5) in zumindest zwei Gruppen unterteilt sind, von denen jede Gruppe im nachreschalteten Gassainmelraum (15) in einer anderen Gaskammer (lja, 1.5b) mündet.

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