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Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer eines Druckbehälters,
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insbesondere eines Reaktordruckbehälters Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer eines Druckbehälters, insbesondere
eines Reaktordruckbehälters, dessen warmfesten Werkstoff durch Neutronenfluenz zeitabhingigen
Gefügeveränderungen unterworfen ist, mittels Wärmebehandlung, bestehend aus einer
Heizeinrichtung, die benachbart zu den zu behandelnden Wandpartien des Behälters
in Stellung bringbar ist, ferner bestehend aus einer Halterung für die Heizeinrichtung,
aus Versorgungsleitungen für den der Heizung dienenden Liergieträger sowie aus Isoliermitteln
zur Fernhaltung der Wärne von nicht der Behandlung ausgesetzten wärmesensitiven
Behälterteilen und zur Reduzierung der Wärieverluste während der Behandlung, wobei
zwischen dem Außenuifang des Druckbehälters und der Druckbehälter-Isolierung ein
Ringspalt vorgesehen ist.
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Eine solche Vorrichtung ist durch die DT-OS 2 322 118 bekannt.
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Dort wird die Heizeinrichtung im Innern des Reaktordruckbehälters,
der zu zinn Druck- oder Siedewasserreaktor gehören kann, in Stellung gebracht, wozu
es erforderlich ist, den Reaktordruckbehälter zu öffnen, das Primärwasser abzupumpen,
dann den Reaktordruckbehälter und den oberhalb desselben angeordneten Flutraui zu
fluten und anschließend die im Reaktordruckbehälter sich befindenden Einbauten zu
entfernen, damit anschließend nach Entleerung des Druokbehälters die Heizeinrichtung
mit ihrer Halterung und den Isoliermitteln in das Behälterinnere eingefugt werden
kann.
Die Beheizung erfolgt dann insbesondere durch Strahlung, die von Heizwiderständen
an die Wandung abgegeben wird. Bei diesem Behandlungsverfahren und der zugehörigen
Vorrichtung ist man an die Inspektionszyklen des Brennelementwechsels gebunden,
damit nicht zusätzliche Stillstandzeiten in Kauf genommen werden müssen.
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Durch die Erfindung soll demgegentiber eine Vorrichtung geschaffen
werden, mit welcher unabhängig von den sich auf das Druckbehälter-Innere beziehenden
Inspektionsvorgängen der Reaktordruckbehälter einer Wärmebehandlung bzw. dem sogenannten
Erholungstempern unterworfen werden kann. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis
aus, daß in aller Regel eine Wiederholungeprufung des Reaktordruckbehälters, die
ebenfalls in bestimmten Zeitabständen erforderlich und vorgeschrieben ist, mit einem
sogenannten Zentralmastmanipulator von innen heraus durchgeführt werden kann, so
daß mithin der zwischen dem Äußenumfang des Druckbehälters und dem biologischen
Schild bzw. der an dessen Innenseite angeordneten Isolierung verbleibende Ringspalt
fUr die WiederholungvprU£ung mit Ultraschall nicht benötigt wird.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung gekennzeichnet
durch eine im genannten Ringspalt fest installierte Heizeinrichtung solcher Heizleistung
und Anordnung, daß die dem Strahlungsbereich des Reaktorkerns im Betriebsfalle ausgesetzten
Wandpartien des Druckbehälters von außen auf das zum Erholungstempern erforderliche
Temperaturniveau aufheizbar sind. Die mit der Erwindung erzielbaren Vorteile sind
vor allem darin zu sehen, daß die Heizeinrichtung bereits bei der Montage der Komponenten
mit dei erforderlichen Zubehör installiert werden kann und bei 3eder betrieblich
bedingten Abschaltung filr die Durchführung des Erholungstemperns zur Verfuegung
steht. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist relativ billig herzustellen, funktionssicher,
leicht kontrollierbar, wartungsfrei und Jederzeit einsatzbereit, d.h. Vorbereitungszeiten
fttr die Montage und die Uberprufung der Heizeinrichtung entfallen.
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Gemäß einer bevorzugten Äusführungsform der Erfindung sind außen auf
den aufzuheizenden Wandpartien Uber deren Oberfläche verteilt Temperaturmeßelemente
angebracht, deren Meßleitungen
aus dem Ringspalt hinaus zu einem
Meßwert-Auswertegerät geführt sind, wobei das Meßwert-Auswertegerät an ein abhängig
von den Temperaturmeßwerten die Heizleistung dem Orte, der Größe und der Zeit nach
steuerndes Steuergerät angeschlossen ist. Das Meßwert-Auswert.gerät kann nach einem
Verfahren der analogen Abbildung arbeiten, d.h. ein dem wirklichen Aufheizzustand
der Druckbehälterwand entsprechendes elektrisches analoges Abbild erzeugen, wobei
von diesem Abbild entsprechend elektrische Korrektursignale abgeleitet und dem Steuergerät
zugeführt werden, welches dementsprechend Aufheizbefehle für Zonen erhält, die noch
nicht genügend erwärmt sind bzw. zur ZurUcknahme der Heizleistung in Zonen veranlaßt
wird, wo bereits die erforderliche Aufheizung vorliegt. Als besonders günstig haben
sich Induktionsspulen als Heizelemente erwiesen. Diese arbeiten wie eine Induktorwicklung.
Sie haben den Vorteil einer Tiefenwirkung bei der Aufheizung. Grundsätzlich ist
aber auch die Aufheizung von der Außenwand her mittels Heizwiderständen, Heizstrahlern
oder mittels Heißgasen möglich. Im letzteren Falle müssen entsprechende Gas-Zu-,-Ab-
und Verteil-Leitungen installiert werden. Die Gasheizung ist auf Jeden Fall der
Flüssig keitsheizung vorzuziehen, weil mit Gasheizung ein höheres Temperaturniveau
erzielbar ist und außerdem als Energieträger ein Inertgas verwendet werden kann,
so daß auch bei kleinen Leckagen etwaige Leckmengen einfach absaugbar sind und dementsprechend
keine Dichtungsprobleme auftreten.
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Im folgenden werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung, das erste im linken, das zweite ii rechten Teil der Figur dargestellt,
beschrieben.
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Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Reaktordruckbehälter
für eine Druckwasser-Kernreaktoranlage, der an seinem Außenumfang mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung versehen ist. Der als Ganzes mit 1 bezeichnete Reaktordruckbehälter,
im folgenden vereinfachend als Druckbehälter benannt, hat eine im wesentlichen zylindrische
Wand 1a, die auszugsweise im Schnitt dargestellt ist und im Betrieb des Druckbehllters
1 besonders der vom gestrichelt in seinen äußeren Umrissen dargestellten Reaktorkern
2 ausgehenden Neutronenstrahlung ausgesetzt ist,
so daß die punktiert
dargestellten Bereiche der Wand 1a, die wie auch die übrigen Behälterteile aus einem
legierten Stahl bestehen, einer zeitabhängig zunehmenden Versprödung durch Neutronenfluenz
unterliegen. Der Druckbehälter 1 weist außerdem eine Bodenkalotte Ib, einen Deckel
1c mit Deckelschrauben icl und Kühlaittelstutzen 1d auf. Der Deckel 1c ist mit seinem
Flansch 1c2 in der achsnormalen Teiltuge 3 dichtend am Gegenflansch 1e des Behälters
1 verspannt. Mittels Tragpratzen li, von denen nur eine ersichtlich ist, ist der
Druckbehälter 1 etwa im Bereich der achsnormalen Ebene 1d' seiner Hauptkühlmittelstutzen
1d an Konsolen 4a eines etwa ringförmigen Kastenträgers 4 aufgelagert unter Zwischenlage
von PaßstUcken 5 und Keilen 5a, wobei der Kastenträger 4 innerhalb eines Ringraumes
6a des biologischen Schildes 6 angeordnet und hier fixiert ist (Auflagekonsolen
60). Der hohle Ringkastenträger 4 ist seinerseits mit einem strahlenabschirmenden,
thermisch isolierenden Material 4b ausgefUllt. Durch den biologischen Schild 6 ist
eine Reaktorgrube 7 gebildet, von der, wie ersichtlich, der Druckbehälter 1 aufgenommen
ist. Am Innenumfang des biologischen Schildes 6 ist eine Schicht 8 aus thermisch
isolierendem Material angeordnet. Zwischen dieser Isolierschicht 8 und dem Druckbehälter
1 ist im Bereich der zylindrischen Wandpartie 1a des Druckbehälters 1 ein Ringspalt
9 freigelassen, während unterhalb dieses Ringspaltes 9 im Bereich der Bodenkalotte
Ib ein weiterer begehbarer Hohlraum 9a und oberhalb des Ringspaltes 9 weitere Hohlräume
9b vorhanden sind. Im biologischen Schild 6 befinden sich KUhIkanäle 6b, durch welche
im Betriebafalle Kühlgas, insbesondere Kühlluft, hindurchgeleitet wird. Der Druckbehälterdeckel
1c ist durch eine Isolierhaube 10 abgedeckt, durch welche die Steuerstabantriebe
11, Meßlanzen 12 u.dgl.
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hindurchgeführt sind.
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Im Ringspalt 9 ist nun die als Ganzes mit 13 bezeichnete Heizeinrichtung
mit Widerstandsheizkörpern 1 3a (linke Hälfte der Figur) installiert, wogegen in
der rechten Hilft. der Figur eine als Ganzes mit 13' bezeichnete Heizeinrichtung
installiert ist, welche Induktoren 13a' als Heizkörper verwendet. Die Darstellung
innerhalb einer Figur geschieht nur zur Vereinfachung; es versteht sich, daß entweder
nur die Heizeinrichtung 13 oder
die Heizeinrichtung 13' fUr ein
und denselben Reaktordruckbehälter Verwendung finden.
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Zunächst wird die Heizeinrichtung 13 beschrieben. Die Heizwiderstünde
13a sind in drei übereinander angeordneten Gruppen 13a1, 13a2 und 13a3 angeordnet.
Sie bestehen aus entsprechend der zylindrischen Fora der Wandung ii gewölbten Keramikkörpern
13b, in welche die Heizwendel oder Widerstandsdrähte eingebettet sind.
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Die Keramikkörper 13b mit den nicht näher ersichtlichen Heizdrähten
wiederum sind außen von einem temperaturbeständigen Isolierkörper 13c umgeben, d.h.,
dieser weist zur Einbettung der Heizelemente 13a mit Keramikkörpern 13b entsprechende
Aussparungen 13c1 auf. Die mit temperaturbeständigen Isoliermaterial umgebenen elektrischen
Leitungen 14 gehen von den Heizelementen 13a ab und sind zu Strängen 14a zusammengefaßt,
die innerhalb des Ringspaltes 9 nach oben geführt, durch eine Durchführung der Isolierwand
8a hindurchgeführt und anschließend durch den oberen Bereich des Kanals 6b und durch
den Kastenträger 4b nach oben geführt sind. Im oberen Bereich sind die Stränge 14a
nur strichpunktiert schematisch dargestellt und hier an das elektrisuche Heizversorgungsaggregat
H angeschlossen. AuBen auf den aufzuheizenden Wandpartien 1a über deren Oberfläche
verteilt sind Temperaturmeßelemente 15 angebracht, wobei von diesen nur eine vertikale
Reihe dargestellt ist. Die gleichfalls temperaturbeständig isolierten Meßleitungen
15a sind seitlich an der Behälteroberfläche und anschließend nach oben herausgeführt
und zu Strängen 15b vereinigt, die ebenfalls oberhalb des Wandbereiches 1a nur schematisch
als eine Linie dargestellt und ntsprechend den Leitungssträngen 14a herausgeführt
sind. Sie sind zunächst an ein Meßwert-auswertagerät MA angeschlossen, das seinerseits
mit Ausgangsleitung 15c an das Vorsorgungsaggregat H angeschlossen ist, derart,
daß dieses abhängig von den Temperaturmeßwerten die Heizleistung der Heizelemente
13a dem Orte, der Größe und/der Zeit nach steuert. Die Ringraum 9 ist noch oben
noch durch eine Isolieraanschette 9c abgedichtet und thermisch voi übrigen Raun
9b getrennt, wobei der Leitungsstrang 14a dichtend durch die Ringmanschette 9c hindurchgeführt
ist. Auf diese Weise wird während des Heizvorganges eine Abströmung von
Verlustwärme
und außerdem im Raum 9b eine Aufwärmung vermieden.
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Während beim Ausführungsbeispiel nach der linken Hälfte der Figur
die Heizelemente 13a unmittelbar auf der Behälteroberfläche sitzen, ist dies beim
Ausführungsbeispiel nach dem rechten Teil der Figur nicht erforderlich. Hier sind
Induktoren 13a' als Aufheizelemente verwendet, zwischen denen und der Behälterwand
1a eine Isolierschicht 16 eingefügt ist. Die elektromagnetischen Wechselfelder der
Induktoren 13a' induzieren in der Behälterwand 1a Wirbelströme, die zu einer gleichmäßigen
Aufheizung der Behälterwand führen, was im Vergleich zu den Heizelementen 13a, bei
denen die Aufheizung von außen nach innen fortschreitet, von Vorteil ist. Im übrigen
sind funktionsmäßig gleiche Teile der Heizeinrichtung 13', d.h. insbesondere die
elektrischen Leitungen, die Temperaturmeßelemente und zugehörigen Meßleitungen sowie
das Versorgungsaggregat und das Meßwert-Auswertegerät mit der gleichen Numerierung
wie beim ersten Ausführungabeispiel, Jedoch unter Hinzufügung eines Striches versehen.
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Die Heizelemente 13a, d.h. die Heizdrähte oder Heizspiralen, sind
bevorzugt mit einer Keramikisolierung versehen, so daß sie nicht direkt metallisch
auf der Behälterwand aufliegen. Diese leolierkörper wie auch die übrige Isolierung
13c sind so temperaturbeständig, daß die erforderliche Erholungstemperatur erreicht
und für den gewUnschten Zeitraum gehalten werden kann.
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Hierbei wird die Druckbehälterwand im Schweißnahtbereich auf ca. 500°C
aufgewärmt für eine Zeitdauer von 50 bis 100 Stunden, wobei die Temperatur- und
Zeitwerte im einzelnen vom Grad der zu behandelnden Versprödung abhängen. Entsprechendes
gilt für die Isolierung 16 des zweiten Ausführungsbeispiels.
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6 Patentansprüche 1 Figur