DE2717705C2

DE2717705C2 - Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen

Info

Publication number: DE2717705C2
Application number: DE2717705A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. 6834 Ketsch Mitterbacher; Hans Georg 6834 Ketsch Schwiers; Josef Dipl.-Ing. 7521 Hambrücken Schöning
Original assignee: Hochtemperatur-Reaktorbau 5000 Koeln De GmbH; Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1977-04-21
Filing date: 1977-04-21
Publication date: 1982-06-09
Also published as: US4223496A; JPS53134221A; DE2717705A1; GB1554548A; FR2388200B1; FR2388200A1

Description

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Tempei aturen, insbesondere Kernreaktordruckbehälter, mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Wand aus Beton oder Gußeisen, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des Druckbehälters 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 Wärmeisolierschicht anzuordnen, um den Beton vor hohen Temperaturen zu schützen. Auf der Außenseite des Liners, also betonseitig, ist zusätzlich noch ein Kühlsystem vorgesehen, und um die Wärmeisolierschicht gegen das Eindringen des in dem Behälter befindlichen Mediums, das z. B. ein Reaktorkühlmittel sein kann, zu schützen, ist der Wärmeisolierschicht eine weitere metallische Auskleidung vorgesetzt Ein derartiger Druckbehälter ist beispielsweise in der Auslegeschrift 23 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 Innendrücke und hohe Temperaturen ist aus der Offenlegungsschrift 22 36 026 bekannt Er weist ebenfalls einen den Spannbetonmantel 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 drucküberlragenden Wärmedämmschicht ab, in der er auch verankert sein kann.

In der Offenlegungsschrift 25 04 123 ist ein Kernreaktordruckbehälter beschrieben, dessen Liner aus verhältnismäßig dünnen Blechtafeln zusammengeschweißt und nicht mit dem Druckbehälter verankert ist. Die Wärmeisolierung wird durch eine aus Stahlprofilen

so mit offenen Profilkammern bestehende Stützkonstruktion realisiert, die auf der Innenseite vor dem Liner iingeordnet ist. Zwischen den Stahlprofilen befinden sich Isolationselemente, die von oben in die Profilkammern eingeschoben sind und dort gehalten werden. Der Kernreaktordruckbehälter kann z. B. aus Gußeisenoder Gußstahlelementen zusammengespannt sein. Eine Inspektion des Liners ist kaum möglich.

Stand der Technik ist ferner ein Reaktordruckbehäll.er aus Gußeisen mit einem aus zylindrischen Einzelüchüssen bestehenden druckdichten Liner, der in dem Druckbehälter verankert ist. Hierzu sind an den Außenflächen der Einzelschüsse des Liners parallel zu seiner Längsachse verlaufende T-förmige Anker angeordnet, die in entsprechend geformten Aussparungen der Druckbehältersegmente eingelassen sind. Ein solcher Reaktordruckbehälter ist in der Offenlegungsschrift 24 39 706 dargestellt. Eine Wärmeisolierung ist nicht vorgesehen.

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.

Dies wird bei einem Druckbehälter der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Wärmeisolierschicht an der Außenseite des Behälters angeordnet ist und daß zur Vorspannung des Behälters warmJeste ι ο Spannkalx;i verwendet werden.

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

Bei dem erfindungsgemäßen Druckbehälter liegt also die Wärmeisolierschicht an der Außenseite des Behälters und ist daher leicht zugänglich, inspizierbar und reparierbar, was insbesondere bei Kernreaktordruckbehaltern 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 warmfeste Spannkabel zur Behälterspannung verwendet, oder die (nicht warmfesten) 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 Behälterhülle 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 sogenannten 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 sin einfacher und kostengünstiger 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 de" 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 Übertragung der Vorspannkräfte in die Beton- oder Gußeisenwand gemäß des zweiten Lösungsvorschlages besteht vorteilhafterweise aus einer Vielzahl von über den Behälterumfang verteilt angeordneten metallischen Stützelementen, die die Wärmeisolierschicht des Druckbehälters durchringen. 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 einem 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 zeigt

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

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

F i g. 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 Fig. 1 und 2 lassen einen 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 Wärmeisolierschichi 8 auf.

Die Vorspannung des Druckbehälters 1 erfolgt in Achsenrichtung des Behälters durch (nicht warmfeste) vertikale Spannkabel 9 und in Umfangsrichtung durch (nicht warmfeste) horizontale Spannkabel 10, die außen um den Behälter 1 gewickelt sind. Die Bildung von Wärmebrücken zu den horizontalen Spannkabeln 10 wird durch die Wärmeisolierschicht 8 verhindert. Damit die Vorspannkräfte der horizontalen Spannkabel 10 in die Gußeisenwand 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 hohlzylindcrartig 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 Fig.3 und 4 ist ebenfalls ein zylindrischer Druckbehälter 15 dargestellt, der aus Spannbeton besteht. Auch er kann Hohlräume 2 aufweisen und ist

ίο 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 mitteis vertikaler Spannkabel 9 und in Umfangsrichtung mittels horizontaler Spannkabel 10 vorgespannt. Wie bei dem in den F i g. 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.

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 Spannkabcln 10 zu verhindern, ist jedes Stützelement 18 mit einer Kühleinrichtung 19 ausgerüstet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zylindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere Kernreaktordruckbehälter, mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Wand aus Beton oder Gußeisen, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des Druckbehälters 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) warmfeste Spannkabel verwendet werden.

2. Zyiindrischer Druckbehälter für hohe Innendrücke und hohe Temperaturen, insbesondere Kernreaktordruckbehälter, mit einer durch vertikale und um den Behälterumfang gewickelte Spannkabel vorgespannten Wand aus Beton oder Gußeisen, mit einem vorzugsweise aus Stahl gefertigten Liner zum Abdichten des Druckbehälters und mit einer Wärmeisolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierschicht (8 bzw. 17) an der Außenseite des Behälters (1 bzw. 15) angeordnet ist, daß zur Übertragung der Vorspannkräfte in die Beton- oder Gußwand eine wärmedämmende Stützkonstruktion für die außen am Behälterumfang verlaufenden Spannkabel (10) vorgesehen ist und daß die innerhalb der Beton- oder Gußwand 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 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.

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

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