DE2722508C2 - Kernreaktoranlage mit einem gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktor - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Bisher wurde für derartige Anlagen vorwiegend eine vollintegrierte Ausführung in Betracht gezogen, bei welcher der Hochtemperaturreaktor, die Hauptgebläse und die Primärkreislaufkomponenten, wie z. B. Dampferzeuger, in einem vorgespannten Betondruckbehälter angeordnet sind. Ein solcher Kernreaktor ist aus der DE-OS 16 14 936 bekanntgeworden, der einen zylindrischen Druckbehälter aus Spannbeton ausweist, in dessen Innenraum der Reaktorkern und darunter die zugehörigen Primärkreiskomponenten angeordnet sind.
• Sollen Kernreaktoranlagen mit Primärkreislaufkomponenten größerer Abmessungen gebaut werden, so wird die Herstellung des benötigten Druckbehälters immer unwirtschaftlicher. Es ist daher vorgeschlagen worden, den Hochtemperaturreaktor und die Primärkreislaufkomponenten in getrennten Druckbehältern zu installieren. Hierbei sind die Druckbehälter für die Komponenten auf einem Teilkreis um den Reaktordruckbehälter angeordnet. Durch zwei horizontale Gasführungen ist der Hochtemperaturreaktor jeweils mit einer Komponente verbunden. Diese Gasführungen setzen eine Anzahl von großen Durchbrüchen in der Zylinderwandung der vorgespannten Druckbehälter voraus, wodurch die Festigkeit besonders des Reaktordruckbehälters stark geschwächt wird. Eine derartige aufgelöste Bauweise ist daher nur mit erhöhtem Aufwand zu realisieren.
• So ist aus der DE-PS 14 64 939 eine Kernreaktoranlage bekannt, bei der sowohl für den Reaktor selbst als auch für die seitlich um ihn herum angeordneten Wärmetauscher je eine Druckschale aus Spannbeton vorgesehen ist. Die durch horizontale Durchbrüche für Verbindungsleitungen verschwächten Druckschalen nehmen jedoch lediglich den Notkühldruck auf. Der Kernreaktor selbst ist in einem innerhalb der Spannbeton- Druckschale befindlichen Hochdruckbehälter installiert, während die Wärmetauscher von weiteren Druckbehältern umgeben sind, die von den betreffenden Spannbeton-Druckschalen umschlossen sind.
• Zum Stand der Technik gehört ferner ein Spannbetondruckbehälter für Kernkraftwerke, bei dem das benötigte Behältervolumen auf zwei oder mehrere Behälter aufgeteilt ist, wobei jeder Behälter für sich vorgespannt ist, und alle Behälter durch Verlegung weiterer Spannkabel gemeinsam vorgespannt und zu einer Einheit verbunden sind.
• Wie in der DE-OS 16 84 594 dargestellt, ist ein zentral angeordneter größerer Behälter zur Aufnahme des Reaktorkerns bestimmt, während in vier kleineren, um den zentralen Behälter gruppierten Behältern die Primärkreislaufkomponenten wie Wärmetauscher und Kühlmittelumwälzeinrichtungen installiert sein können. In dem zentralen Behälter und den äußeren Behältern sind horizontale Durchbrüche durch die zylindrische Wandung für die Kühlgasführung vorgesehen.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kernreaktoranlage mit reduzierten radialen Abmessungen zu schaffen, um aufgrund der verringerten Durchmesser sowohl des Reaktordruckbehälters als auch der Komponentenbehälter kleinere Wandstärken der Seitenwände zu erhalten, welche durch keine Leitungsverbindungen verschwächt sind. Dabei sollen die dem Reaktordruckbehälter zugeordneten Komponenten ohne große Stillstandszeiten ausgewechselt werden können.
• Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
• Danach ist vorgesehen, den ersten vorgespannten, im folgenden auch als Reaktorbehälter bezeichneten Druckbehälter, der den Reaktorkern aufnimmt, auf einer Stützkonstruktion im Abstand zur Oberfläche des Bodens anzuordnen und die zweiten vorgenannten Druckbehälter, welche als Komponentenbehälter die Primärkreiskomponenten aufnehmen, unmittelbar unterhalb am Reaktorbehälter aufzuhängen. Die Komponentenbehälter sind hierbei so angeordnet, daß der Durchmesser eines sie umfassenden Hüllkreises höchstens den Durchmesser des ersten Druckbehälters erreicht, d. h., gleich oder kleiner ist als dessen Durchmesser.
• Mittels einer lösbaren Verspannvorrichtung sind die Komponentenbehälter am Reaktorbehälter angekoppelt. Die Heißgasleitungen sind vertikal angeordnet und sind als kürzeste Verbindung zwischen dem Reaktorbehälter und den Komponentenbehältern ausgeführt.
• Alle vorgesehenen Druckbehälter, d. h., sowohl die ersten Druckbehälter als auch die zweiten Druckbehälter, können aus Spannbeton oder vorgespannten Gußoder Stahlwerkstoffen hergestellt sein. Es kann aber auch eine gemischte Bauweise angewandt werden; z. B. kann der Reaktorbehälter als vorgespannter Betondruckbehälter ausgeführt sein, während die Komponenten in vorgespannten Guß- oder Stahldruckbehältern untergebracht sind.
• Zwischen den Komponentenbehältern und dem Reaktorbehälter sind keine zusätzlichen Verbindungsleitungen erforderlich, da die Deckel der Komponentenbehälter unmittelbar an den Boden des Reaktorbehälters stoßen. Dies ermöglicht auch eine ungestörte Spannkabelführung bei allen Druckbehältern.
• Das von dem Hochtemperaturreaktor kommende heiße Gas wird auf kürzestem Weg ohne Umlenkung zu den Komponenten geleitet, in denen eine ideale Gasführung verwirklicht werden kann. Dies bedeutet eine Verringerung des Bauvolumens der erfindungsgemäßen Kernreaktoranlage gegenüber einer Anlage mit seitlich angeordneten Komponentenbehältern. Durch den Wegfall von horizontalen Durchbrüchen in den Druckbehältern ergeben sich zudem niedrige Höhen für die in den Druckbehältern befindlichen Kavernen, die zur Aufnahme des Hochtemperaturreaktors bzw. der Komponenten bestimmt sind, so daß auch die Höhen der Druckbehälter niedriger gehalten sein können.
• Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kernreaktoranlage ist noch darin zu erblicken, daß ein Reißen der Gasführungen zwischen den einzelnen Druckbehältern ausgeschlossen werden kann.
• Vorteilhafterweise sind die Heißgasleitungen als koaxiale Gasführungen ausgebildet, wobei das kalte Gas als äußeren Gasstrom von den Komponenten zu dem Hochtemperaturreaktor zurückgeleitet wird. Um die Komponentenbehälter von dem Reaktorbehälter abkoppeln zu können, weisen alle Heißgasleitungen eine Trennstelle auf und sind ausbaubar ausgebildet.
• Es ist zweckmäßig, die Komponentenbehälter auf einem Teilkreis um die nach unten verlängerte Achse des Reaktorbehälters anzuordnen. Der ReaktorbehäIter kann auf einer Anzahl von Betonpfeilern abgestützt sein, die sich ebenfalls auf einem Teilkreis um die nach unten verlängerte Achse des Reaktorbehälters befinden. Die Betonpfeiler sind dabei jeweils auf Lücke zwischen die Komponentenbehälter gesetzt. Die Form der Betonpfeiler kann den Platzverhältnissen weitgehend angepaßt werden.
• Vorteilhafterweise sind die Komponentenbehälter oben mit einem vorgespannten Deckel abgeschlossen, der als Kupplungsring ausgebildet ist, durch den jeweils die Heißgasleitung verlegt ist. Außerdem sind in jedem Deckel die Versorgungs- und Entsorgungsleitungen für die zugehörige Komponente untergebracht.
• Die oberen Deckel können zusätzlich als Aufhängungspunkte für die in den Komponentenbehälter zu installierenden Komponenten verwendet werden. Sollen diese Komponenten ausgebaut werden, so brauchen damit nur die äußeren Verbindungsleitungen gelöst werden.
• Um einen Ausbau vornehmen zu können, ist es vorteilhaft, für jeden Komponentenbehälter eine Hydraulik vorzusehen, mit deren Hilfe der Komponentenbehälter abgesenkt und seitlich verfahren werden kann. Beim Ausbauvorgang wird zunächst die Verspannvorrichtung zwischen dem Reaktorbehälter und dem betreffenden Komponentenbehälter gelöst. Darauf wird der Komponentenbehälter mittels seiner Hydraulik abgesenkt und seitlich verfahren, und nunmehr kann die auszubauende Komponente zusammen mit dem oberen Deckel oder Kupplungsring, an dem die Komponente aufgehängt ist, nach oben aus dem Komponentenbehälter gezogen werden.
• Zweckmäßigerweise ist am Boden unterhalb jedes Komponentenbehälters ein Ausbauschacht vorgesehen, mit dessen Hilfe der Ausbau kleinerer Einbauten, wie z. B. der Hauptgebläse, nach unten aus dem Komponentenbehälter vorgenommen werden kann.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, wobei es sich um eine Zweikreis-Stromerzeugungsanlage mit drei Dampferzeugern handelt. Das gleiche Behälterkonzept läßt sich jedoch auch bei anderen, mit einem Hochtemperaturreaktor als Wärmequelle ausgerüsteten Anlagen anwenden. So können z. B. die Primärkreislaufkomponenten einer Anlage zur Erzeugung von Prozeßwärme (Röhrenspaltöfen oder He/He- Wärmetauscher) in gemäß der Erfindung unterhalb des Reaktorbehälters angeordneten Komponentenbehältern installiert sein. Die figuren zeigen im einzelnen:
• Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Kernreaktoranlage nach der Linie C-D der Fig. 2,
• Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Anlage nach der Linie A-B der Fig. 1.
• In der Fig. 1 ist ein zylindrischer erster Druckbehälter aus Spannbeton zu erkennen, der einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor 2 umgibt, dessen Kern 3 z. B. von blockförmigen Brennelementen gebildet wird. Um den Kern 3 ist ein ringförmiger Seitenreflektor 4 angeordnet, und am Boden des Kerns befindet sich ein Bodenreflektor 5, unter dem ein Heißgassammelraum 6 vorgesehen ist. Der Seitenreflektor 4 und die Wand des ersten Druckbehälters 1 begrenzen einen Ringraum 7, der der Rückführung des kalten Kühlgases zu einem oberhalb des Kerns 3 befindlichen Kaltgassammelraum 8 dient.
• An den Heißgassammelraum 6 schließen sich drei Heißgasleitungen 9 an, die vertikal durch den Boden 11des ersten Druckbehälters 1 verlegt sind. Sie sind auf dem gleichen Teilkreis um die Druckbehälterachse 12 angeordnet wie die zweiten Druckbehälter, die später noch beschrieben werden. Die Heißgasleitungen 9 sind als koaxiale Gasführungen ausgebildet; d. h. der innere Leitungsteil 9, in dem das von dem Hochtemperaturreaktor 2 kommende heiße Gas geführt wird, ist von einem äußeren ringartigen Leitungsteil 10 umgeben, in dem das kalte Gas zu dem Reaktor zurückgeleitet wird. Alle drei Heißgasleitungen 9 weisen eine Trennstelle 13 auf und sind ausbaubar ausgebildet. Die äußeren Leitungsteile 10 stehen mit dem Ringraum 7 in Verbindung.
• Der Spannbetondruckbehälter 1 ruht auf drei Betonpfeilern 14, die auf einem Teilkreis um die nach unten verlängerte Achse 12 des ersten Druckbehälters 1 angeordnet sind. Die Betonpfeiler besitzen einen trapezförmigen Querschnitt, wie aus Fig. 2 ersichtlich.
• Ebenfalls auf einem Teilkreis um die verlängerte Behälterachse 12 befinden sich drei aus Spannbeton hergestellte zweite Druckbehälter 15, die für die Aufnahme der Primärkreislaufkomponenten - im vorliegenden Fall Dampferzeuger 16 - bestimmt sind. Die zweiten Druckbehälter 15 sind jeweils auf Lücke zwischen die Betonpfeiler 14 gesetzt. Der Durchmesser ihres Teilkreises entspricht dem Durchmesser des Teilkreises, auf dem die Heißgasleitungen 9 angeordnet sind. Mittels einer lösbaren Verspannvorrichtung 17 sind die zweiten Druckbehälter 15 an dem ersten Druckbehälter 1 aufgehängt.
• Unterhalb jedes Druckbehälters 15 ist am Boden 21, dessen Oberfläche 22 als Fahrbahn ausgebildet ist, ein Ausbauschacht 18 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Ausbau von kleineren Einbauten aus dem Druckbehälter 15 erleichtert wird. Neben jedem der zweiten Druckbehälter 15 befindet sich eine Hydraulik 19, die das Absenken und seitliche Verfahren des Behälters auf der Fahrbahn gestattet. Die zweiten Druckbehälter 15 sind unten mit einem Deckel 20 abgeschlossen; ihren oberen Abschluß bildet ein vorgespannter oberer Deckel 23. In den zweiten Druckbehälter 15 ist jeweils ein Dampferzeuger 16 untergebracht. Jedem Dampferzeuger 16 ist ein Hauptgebläse 24 nachgeschaltet, das unter ihm in dem gleichen Komponentenbehälter installiert ist. Die Dampferzeuger 16 sind an den vorgespannten oberen Deckeln 23 aufgehängt, die gleichzeitig als Kupplungsringe ausgebildet sind. In den oberen Deckeln 23 sind für den entsprechenden Dampferzeuger 16 eine Zuführungsleitung 25 für das Medium des Sekundärkreislaufs, im vorliegenden Fall also Wasser, und eine Abführungsleitung 26 für dieses Medium verlegt. Diese Leitungen lassen sich leicht lösen, so daß die Demontage der zweiten Druckbehälter 15 keine Schwierigkeiten bereitet. Die Heißgasleitungen 9 sind ebenfalls durch die oberen Deckel 24 geführt, wobei auch hier ein Ringraum für die Rückleitung des von den Dampferzeugern kommenden abgekühlten Gases zum Hochtemperaturreaktor 2 vorgesehen ist. Die bereits erwähnten Trennstellen 13 in den Heißgasleitungen 9 befinden sich etwa auf gleichem Niveau wie die Stromflächen der vorgespannten oberen Deckel 23. Nach Lösen der Verspannvorrichtung 17 und Trennen der Heißgasleitungen 9 sowie Lösen der Zuund Abführungsleitung 25 und 26 läßt sich jeder der zweiten Druckbehälter 15 mittels einer Hydraulik 19 absenken und auf der Oberfläche 22 des Boden 21 seitlich verfahren. Darauf kann der obere Deckel 23 demontiert und der Dampferzeuger 16 aus dem zweiten Druckbehälter 15 ausgebaut werden.

Claims (8)

1. Kernreaktoranlage mit einem gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktor mit einem ersten Spannbetondruckbehälter, der den Reaktorkern aufnimmt, und mit zweiten Spannbetondruckbehältern zur Aufnahme von Primärkreislaufkomponenten, die mit dem ersten Spannbetondruckbehälter verbunden sind und aus mehreren Hauptgebläsen zur Umwälzung des Kühlgases sowie aus einer Anzahl von Primär-Dampferzeugern und Heißgasleitungen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der erste Spannbetondruckbehälter (1) auf einer Stützkonstruktion (14) im Abstand zur Oberfläche des Bodens (21) ruht und daß

b) die zweiten Spannbetondruckbehälter (15) unmittelbar unterhalb des ersten Spannbetondruckbehälters (1) angeordnet und an diesem aufgehängt als Komponentenbehälter dienen und

c) mittels einer lösbaren Verspannungsvorrichtung (17) daran angekoppelt sind und daß

d) der Durchmesser des die zweiten Spannbetondruckbehälter (15) umfassenden Hüllkreises höchstens den Durchmesser des ersten Spannbetondruckbehälters (1) erreicht und daß

e) die Heißgasleitungen (9) vertikal angeordnet jeweils als kürzeste Verbindung zwischen den zweiten Spannbetondruckbehältern (15) und dem Reaktorbehälter (1) vorgesehen sind.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasleitungen (9) als koaxiale Gasführungen (9, 10) ausgebildet sind und eine Trennstelle (13) aufweisen.

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Spannbetondruckbehälter (15) auf einem Teilkreis um die nach unten verlängerte Achse (12) des ersten Spannbetondruckbehälters (1) angeordnet sind.

4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannbetondruckbehälter (1) auf einer Stützkonstruktion (14), bestehend aus einer Anzahl von Betonpfeilern abgestützt ist, die auf einem Teilkreis um die nach unten verlängerte Achse (12) des ersten Spannbetondruckbehälters (1) angeordnet sind, wobei die Betonpfeiler jeweils auf Lücke zwischen den zweiten Spannbetondruckbehältern (15) stehen.

5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannbetondruckbehälter (15) mit einem vorgespannten oberen Deckel (23) abgeschlossen sind, der als Kupplungsring ausgebildet ist, und daß in jedem oberen Dekkel (23) außer der Heißgasleitung (9) die Versorgungs- und Entsorgungsleitungen (25, 26) für die zugehörige Komponente (16) untergebracht sind.

6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Deckel (23) der zweiten Spannbetondruckbehälter (15) jeweils als Aufhängepunkt für die zugehörige Komponente (16) ausgebildet sind.

7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden zweiten Spannbetondruckbehälter (15) eine Hydraulik (19) zum Absenken und seitlichen Verfahren dieser Behälter vorgesehenist.

8. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (21) unterhalb jedes zweiten Spannbetonbehälters (15) ein Ausbauschacht (18) vorgesehen ist.