DE2717705A1

DE2717705A1 - Zylindrischer druckbehaelter fuer hohe innendruecke und hohe temperaturen

Info

Publication number: DE2717705A1
Application number: DE19772717705
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Mitterbacher; Josef Dipl Ing Schoening; Hans Georg Schwiers
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1977-04-21
Filing date: 1977-04-21
Publication date: 1978-10-26
Also published as: FR2388200A1; DE2717705C2; US4223496A; JPS53134221A; GB1554548A; FR2388200B1

Description

7 5 2 4

HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Hansaring 53 - 57

5000 Köln

Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten, mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Hülle aus Beton oder Gußmaterial zur Aufnahme des Innendruckes, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des Druckbehälters, wobei der Liner nicht mit dem Druckbehälter verankert ist, und mit einer Wärmeisolierschicht.

Es ist bekannt, Druckbehälter, beispielsweise aus Spannbeton, zur Abdichtung mit einer Auskleidung aus Stahlblech (Liner) zu versehen und auf der Innenseite des Liners eine Wärmeiso-

809843/0349

lierschicht anzuordnen, um den Beton vor hohen Temperaturen zu schützen. Auf der Außenseite des Liners, also betonsei, tig, ist zusätzlich noch ein Kühlsystem vorgesehen, und um die WärmeisoLierschicht gegen das Eindringen des in dem Behälter befindlichen Mediums, das z.B. ein lteak torkühlmi t tei sein kann, zu schützen, ist der Wärmeisol!erschient eine weitere metallische Auskleidung vorgesetzt. Hin derartiger Druckbehälter ist beispielsweise in der Auslegeschrift 2Λ 53 179 beschrieben. Er ist mit dem Nachteil behaftet, daß sich Liner und Wärmeisolierschicht nur schwer inspizieren lassen.

Ein weiterer Druckbehälter aus Spannbeton für hohe Innendrükke und hohe Temperaturen ist aus der Offenlegungsschrift 22 36 026 bekannt. Er weist ebenfalls einen den Spannbeto'.imantel vollständig gegen das im Behälterinneren befindliche Medium abdichtenden Liner auf, der hier jedoch nicht durch eine Wärmeisolierschicht geschützt wird und daher aus hochwarmfestem Material gefertigt ist. Zwischen dem Liner und dem Spannbetonmantel ist eine Wärmedämmschicht angeordnet, die kraftschlüssig an dem Spannbetonmantel anliegt. Hier ist die Wärmedämmschicht von dem Liner verdeckt und somit für eine Inspektion nicht zugänglich. Der Liner stützt sich auf der druckübertragenden Wärmedämmschicht ab, in der er auch verankert sein kann.

In der Offenlegungsschrift 25 Oi 123 ist ein Kernreaktordruckbehälter beschrieben, dessen Liner aus verhältnismäßig dünnen Blechtafeln zusammengeschweißt und nicht mit dem Druck behälter verankert ist. Die Wärmeisolierung wird durch eine aus Stahlprofilen mit offenen Profilkammern bestellende Stützkonstruktion realisiert, die auf der Innenseite vor dem Liner angeordnet ist. Zwischen den Stahlprofilen befinden sich Isolationselemente, die von oben in die Profilkammern einge-

809843/0349

schoben sind und dort gehalten werden. Der Kernreaktordruckbehälter kann z.B. aus Gußeisen- oder Gußstahlelementen zusammengespannt sein. Eine Inspektion des Liners ist kaum möglich.

Stand der Technik ist ferner ein Reaktordruckbehälter aus Gußeisen mit einem aus zylindrischen Einzelschüssen bestehenden druckdichten Liner, der in dem Druckbehälter verankert ist. Hierzu sind an den Außenflächen der Einzelschüsse des Liners parallel zu seiner Längsachse verlaufende I-förmige Anker angeordnet, die in entsprechend geformten Aussparungen der Druckbehältersegnente eingelassen sind. Ein soldier Reaktordruckbehälter ist in der Offenlegungsschrift 24 39 7OG dargestellt.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen zylindrischen Druckbehälter der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der sich wirtschaftlich herstellen läßt und dessen Liner und Wärmeisolierschicht jederzeit für Inspektionen zugänglich sind.

Dieser Druckbehälter ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierschicht an der Außenseite des Behälters angeordnet ist und daß zur Vorspannung des Behälters waringehende Spannkabel verwendet werden.

Eine zweite Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß die WärmeisoLierschicht an der Außenseite des Behälters angeordnet ist, daß zur Einleitung der Vorspannkräfte in die Beton- oder Gußmaterialhülle eine wärmedämmende Stützkonstruktion für die außen am Behälterumfang verLaufen- den Spannkabel vorgesehen ist und daß die innerhalb der Beton- oder Gußmaterialhülle liegenden vertikalen Spannkabel jeweils mit einer Wärmeisolierung, vorzugsweise in hohlzylindrischer Form, umgeben sind.

809843/0349

Hui dom erfindungsgemäßen Druckbehälter liegt also die Wärmeisolierschicht an der Außenseite des Behälters und ist daher leicht zugänglich, inspizierbar und reparierbar, was insbesondere bei Kernreaktordruckbehältern von großer Bedeutung ist. Die Wärmeisolierschicht läßt sich leicht demontieren, so daß die Außenseite des Druckbehälters bei Bedarf besichtigt werden kann. Überdies ist die Wärmeisolierschicht nicht den an der Behälterinnenwand herrschenden Bedingungen (hoher Druck, hohe Temperatur) ausgesetzt und kommt auch nicht mit dem in dem Behälter befindlichen Medium in Berührung. Sie kann daher einfach aufgebaut sein, was sich auf die Herstellungskosten günstig auswirkt.

Entweder werden bei dem erfindungsgemäßen Druckbehälter warmgehende Spannkabel zur Behälterspannung verwendet, oder die (nicht warmgehenden) Spannkabel werden durch geeignete Isolierung vor zu hohen Temperaturbelastungen geschützt. Dazu dient bei den außen am Behälterumfang verlaufenden Spannkabeln die Wärmeisolierschicht um den Behälter, während die innerhalb der Behnlterhülle liegenden vertikalen Spannkabel über ein eigenes Wärmeschutzsystem verfügen.

Der Liner ist unmittelbar der in dem Druckbehälter herrschenden Temperatur ausgesetzt; es handelt sich also um einen sogenannien heißen Liner. Seine Inspektion bietet keinerlei Schwierigkeiten. Der Liner und die Hülle des Druckbehälters dehnen sich infolge der hohen Temperaturen so aus, wie es den Steifigkeiten des Spannsystems und der Behälterwandung entspricht. Durch eine entsprechende Wahl dieser Steifigkeiten läßt es sich erreichen, daß bei allen Belastungszuständen die zulässigen Beanspruchungen des Liners, der Behälterwandung und des Spannsystems nicht überschritten werden. Dadurch kann auf die sonst nötige Verankerung des Liners in der Hülle des Druckbehälters verzichtet werden, und es ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger

809843/0349

-s-S

Aufbau für den Liner. Der Druckbehälter braucht nur auf jenen Druck vorgespannt zu werden, der dem Mediumdruck bei Raumtemperatur entspricht. Die weitere Vorspannung erfolgt durch die Wärmedehnungen der Behälterwandung entsprechend dem Auslegungsdruck und der Auslegungstemperatur.

Um bei den verschiedenen Belastungszuständen definierte Liner-Spannung zu erzielen, kann in an sich bekannter Weise bei der Montage des Liners vorerst ein definierter Spalt zwischen Liner und Druckbehälter offengelassen werden, der nach dem Vorspannen, z.B. mit Mörtel, ausgefüllt werden kann. Es ist auch möglich, den Liner erst nach dem (Teil-) Verspannen des Druckbehälters endgültig zusammenzuschweißen.

Die wärmedämmende Stützkonstruktion zur Einleitung der Vorspannkräfte in die Beton- oder Gußmaterialhülle gemäß des zweiten Lösungsvorschlages, besteht vorteilhafterweise aus einer Vielzahl von über den Behälterumfang verteilt angeordneten metallischen Stützelementen, die die Wärmeisolierschicht des Druckbehälters durchdringen. Sie sind gegebenenfalls mit einer Kühleinrichtung ausgestattet, um zu verhindern, daß Wärme aus der Behälterwandung in das Spannsystem eingeführt wird.

Auf die metallischen Stützelemente kann auch verzichtet werden, wenn eine Vielzahl von Abschnitten der Wärmeisolierschicht des Druckbehälters aus druckfestem Material hergestellt ist. Diese Abschnitte übernehmen dann zusätzlich zur Wärmeisolierung die Funktion der Stützkonstruktion, d.h. die Vorspannkräfte der am Behälterumfang verlaufenden Spannkabel werden über die druckfesten Abschnitte der Wärmeisolierschicht in den Druckbehälter eingeleitet.

Falls es erforderlich sein sollte, können die vertikalen Spannkabel zusätzlich zu der Wärmeisolierung jeweils mit ei-

809843/0349

nem Kühlsystem ausgerüstet sein.

Zweckmäßigerweise befindet sich zwischen den vertikalen Spannkabeln und der sie jeweils umgebenden Wärmeisolierung ein Ringspalt, der es gestattet, eine Inspizierung der Wärmeisolierung und der Spannkabel vorzunehmen.

Um den Liner vor unzulässigen Verformungen zu bewahren, ist es vorteilhaft, den Liner mit Versteifungen zu versehen. Diese können aus an dem Liner angeordneten Rippen bestehen, oder unmittelbar vor der Innenseite des Liners können in an sich bekannter Weise Stahlgerüste angeordnet sein, an denen sich der Liner abstützt. Beide Maßnahmen verhindern ein Ausbeulen des Liners. Ferner können Vorrichtungen vorgesehen sein, die ein Andrücken des Liners an die Behälterwand erlauben.

In manchen Anwendungsfällen der Erfindung kann es zweckmäßig sein, an der Außenseite des Druckbehälters ein Heiz- oder Kühlsystem vorzusehen, um die Temperatur des Druckbehälters an dieser Seite auf einer bestimmten Höhe zu halten. Dieses System ist leicht zugänglich und daher inspizierbar und reparierbar.

Falls erforderlich, ist auch an der Innenseite des Druckbehälters in an sich bekannter Weise vor oder hinter dem Liner ein Heiz- oder Kühlsystem angeordnet, das die Druckbehälterwandung und den Liner vor unerwünschten Temperaturgradienten und zu hohen Beanspruchungen schützt.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Druckbehälters gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Druckbehälterwandung gemäß der Erfindung,

809843/0349

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II - II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere

Druckbehälterwandung mit Stützelementen für die Wickelkabel,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV - IV der Fig. 3.

Die Figuren 1 und 2 lassen er'.nen Ausschnitt aus einem vorgespannten zylindrischen Druckbehälter 1 erkennen, der aus Gußmaterial hergestellt ist. Der Druckbehälter 1 ist für die Aufnahme eines Kernreaktors und seiner Primärkreislaufkomponenten vorgesehen. Er weist eine Anzahl von Hohlräumen 2 auf, die mit Abschirmmaterial 3 gefüllt sind, um die Umgebung des Druckbehälters 1 vor radioaktiver Strahlung zu schützen.

Gegen das Primärkreislaufmedium ist der Druckbehälter 1 durch einen Stahlliner 4 abgedichtet, der nicht mit der Wandung des Druckbehälters 1 verankert ist. Um ein Ausbeulen des Stahlliners 4 zu verhindern, ist an der Innenseite des StahLliners 4 eine Anzahl von Stahlgerüsten 5 angeordnet, die die nötige Steifigkeit besitzen. Zwischen dem Druckbehälter 1 und dem Stahlliner 4 befindet sich ein Heiz- und Kühlsystem 6. Ein weiteres Kühlsystem 7 ist an der Außenseite der Wandung des Druckbehälters 1 vorgesehen. Ebenfalls an dieser Außenseite weist der Druckbehälter 1 eine Wärmeisolierschicht 8 auf.

Die Vorspannung des Druckbehälters 1 erfolgt in Achsenrichtung des Behälters durch (picht warmgehende) vertikale Spannkabel 9 und in Umfangsrichtung durch (nicht warmgehende) horizontale Spannkabel 10, die außen um den Behälter 1 gewickelt sind. Die Bildung von Wärmebrücken zu den horizontalen Spann-

80984.3/03A9

kabeln 10 wird durch die Wärmeisolierschicht 8 verhindert. Damit die Vorspannkräfte der horizontalen Spannkabel 10 in die Gußmaterialhülle des Druckbehälters 1 eingeleitet werden können, weist die Wärmeisolierschicht 8 eine Anzahl von Abschnitten 14 auf, die aus druckfestem Material bestehen und über den Umfang des Behälters verteilt angeordnet sind.

Die vertikalen Spannkabel 9 werden jeweils durch eine hohlzylinderartig ausgebildete Wärmeisolierung 11 vor unzulässigen thermischen Belastungen geschützt. Zwischen der Wärmeisolierung 11 und dem von ihr umschlossenen Spannkabel 9 ist ein Ringspalt 12 vorgesehen, der es möglich macht, daß Inspektionen an dem Spannkabel 9 und an der Wärmeisolierung 11 vorgenommen werden können. Innerhalb des Ringspalts 12 ist an der Wärmeisolierung 11 eine Kühleinrichtung 13 angebracht.

In den Figuren 3 und 4 ist ebenfalls ein zylindrischer Druckbehälter 15 dargestellt, der aus Spannbeton besteht. Auch er kann Hohlräume 2 aufweisen und ist mit einem Stahlliner 4 ausgekleidet, der nicht in dem Druckkörper verankert ist. Zur Versteifung des Stahlliners 4 sind an diesem Rippen 16 angeschweißt, die ein Ausbeulen verhindern. Dies erlaubt auch ein Andrücken des Stahlliners 4 an die Behälterwand. An der Außenseite des Druckbehälters 15 ist eine Wärmeisolierschicht 17 vorgesehen.

Der Druckbehälter 15 ist in Achsenrichtung mittels vertikaler Spannkabel 9 und in Umfangsrichtung mittels horizontaler Spannkabel 10 vorgespannt. Wie bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Behälter, sind auch hier die vertikalen Spannkabel 9 jeweils von einer Wärmeisolierung 11 in hohlzylindrischer Form umgeben. Zwischen der Wärmeisolierung 11 und dem jeweiligen Spannkabel 9 ist wieder ein Ringspalt 12 für Inspektionszwecke freigelassen. In diesem Ringspalt befindet sich eine Kühleinrichtung 13.

809843/0349

Die Vorspannkräfte der horizontalen Spannkabel 10 werden hier nicht über Abschnitte der Wärmeisolierschicht 17 in den Druckkörper eingeleitet. Zu diesem Zweck ist vielmehr über den Behälterumfang verteilt eine Anzahl von metallischen Stützelementen 18 angeordnet, auf denen sich die horizontalen Spannkabel 10 abstützen. Um den Übergang von Wärme von der Druckbehälterwandung über die Stützelemente 18 zu den Spannkabeln 10 zu verhindern, ist jedes Stützelement 18 mit einer Kühleinrichtung 19 ausgerüstet.

...10/

809843/0349

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1))Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten, mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Hülle aus Beton oder Gußmaterial zur Aufnahme des Innendruckos, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des Druckbehälters, wobei der Liner nicht mit dem Druckbehälter verankert ist, und mit einer Wärmeisolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierschicht (8 bzw. 17) an der Außenseite des Behälters (1 bzw. 15) angeordnet ist und daß zur Vorspannung des Behälters (1 bzw. 15) warmgehende Spannkabel verwendet werden.

2) Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere zur Aufnahme von Kernkraftwerkskomponenten, mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Hülle aus Beton oder Gußmaterial zur Aufnahme des Innendruckes, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des Druckbehälters, wobei der Liner nicht mit dem Druckbehälter verankert ist, und mit einer Wärmeisolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierschicht (8 bzw.

17) an der Außenseite des Behälters (1 bzw. 15) angeordnet ist, daß zur Einleitung der Vorspannkräfte in die Betonoder Gußhülle eine wärmedämmende Stützkonstruktion (14 bzw.

18) für die außen am Behälterumfang verlaufenden Spannkabel

...11/

8098 4 3/0349

(10) vorgesehen ist und daß die innerhalb der Betonoder Gußhülle liegenden vertikalen Spannkabel (9) jeweils mit einer Wärmeisolierung (11), vorzugsweise in hohlzylindrischer Form, umgeben sind.

3) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die wärmedämmende Stützkonstruktion aus einer Vielzahl von über den Behälterumfang verteilt angeordneten metallischen Stützelementen (18) besteht, die die Wärmeisolierschicht (17) des Druckbehälters (15) durchdringen und gegebenenfalls mit einer Kühleinrichtung (19) versehen sind.

4) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die wärmedämmende Stützkonstruktion durch eine Vielzahl von Abschnitten (14) der Wärmeisolierschicht (8) gebildet wird, die aus druckfestem Isoliermaterial bestehen.

5) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vertikalen Spannkabel (9) jeweils mit einem Kühlsystem (13) versehen sind.

6) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den vertikalen Spannkabeln (9) und der sie jeweils umgebenden Wärmeisolierung

(11) ein Ringspalt (12) vorgesehen ist.

7) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Liner (4) des Druckbehälters (15) durch an dem Liner (4) angeschweißte Rippen (16) versteift ist.

...12/

809843/0349

- ie -

8) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Liner (4) in an sich bekannter Weise durch an der Innenseite angeordnete Stahlgerüste (5) abgestützt wird.

9) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum Anpressen des Liners (4) an die Druckbehälterwand vorgesehen sind.

10) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Druckbehälters (1) ein Heiz- oder Kühlsystem (7) vorgesehen ist.

11) Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1, 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Druckbehälters (1) in an sich bekannter Weise vor oder hinter dem Liner (4) ein Heiz- oder Kühlsystem (6) angeordnet ist.

609843/0349