DE2809076C2

DE2809076C2 - Abzug für das wieder umgewälzte Wasser der Sicherheitseinspritz- und Sprühkreise eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE2809076C2
Application number: DE2809076A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FRANCO-AMERICAINE DE CONSTRUCTIONS ATOMIQUES (FRAMATOME) COURBEVOIE HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Current assignee: FRANCO-AMERICAINE DE CONSTRUCTIONS ATOMIQUES (FRAMATOME) COURBEVOIE HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE2809076A1; FR2384324B1; ES467415A1; BE864978A; PT67681A; JPS53147194A; US4243485A; IE46666B1; ZA781200B; FR2384324A1; JPS5740478B2; IE780425L; PT67681B

Description

Die Erfindung betrifft einen Abzug für das wieder umgewälzte Wasser der Sicherheits-Einspritz- und *o Sprühkreise eines Kernreaktors, bei dem sich das zur Umwälzung zurückzuführende Wasser in einem Ringraum zwischen zwei vertikalen Wänden unter Filterung sammelt.

Ein Druckwasserreaktor weist üblicherweise einen 4S oder mehrere Primärwälzkreise für Druckwasser auf, das von einer Primärwälzpumpe gefördert im geschlossenen Kreislauf dem Reaktorbehälter und einem Dampferzeugungs-Wärmetauscher strömt. Das Primärwasser heizt sich im Kernreaktor in Berührung mit dem Kernbrennstoff auf und gibt seine Wärme im Wärmelauscher an ein Sekundärfluid ab, das verdampft, um in Gblicher Weise in Turbogeneratoren zur Elektrizitätserzeugung verwendet /u werden. Das den Reaktor umschließende Gebäude bildet einen dichten Absperr· behälter aus Beton, der mit einer Innenbedeckung versehen ist. die eine Abdichthaut bildet. Der eigentliche Reaktorbehälter und die Primärkreise sind innerhalb des Absperrbehälters in einem zweiten Betonbehälter eingeschlossen, der Geschoßschutzwand genannt ist, wodurch so ein Ringraum mit der Innenwand des Absperrbehälters gebildet ist. Die Geschoßschutzwand schützt die im Ringraum angeordneten Einrichtungen sowie die Dichtheit des Absperrbehälters gegenüber möglichen zufälligen Bruchstücken, die vom Kern oder den Primärkreisen kommen.

Darüber hinaus mündet der Oberteil des Reaktorbehälters, wenn dessen Deckel angehoben ist, am Boden

65 eines tiefen Raums, der Reaktorbecken genannt ist. Dieses Becken ist mit Wasser während der Wiederbeschickungen des Behälters gefüllt, derart, daß die Handhabungen der herausgeführten, der eingeführten oder der ausgetauschten Brennelementbündel im Behälter unter Schutz einer sehr starken Wasserschicht erfolgen. Während des Betriebs des Reaktors ist das Becken geleert und das Wasser in einem Wartespeicher aufbewahrt

Die Integrität oder Einstückigkeit des Druck-Primärkreises des Reaktors ist eine wesentliche Bedingung für die Sicherheit des Betriebs. Eine offene Stelle in diesem Kreis hat nämlich einen Verlust des Primärkühlwassers sowie eine Druckverringerung zur Folge. Daraus kann folgen, daß der Kern des Reaktors nicht mehr von dem Kühlwasser bespült wird, was in kurzer Zeil zu einer zu großen Temperaturerhöhung und zur Fusion des Kerns führen wird. Weiter hat die Entweichung des Druckwassers hoher Temperatur in dem Absperrbehälter eine Verdampfung zur Folge und damit eine Druckerhöhung im Behälter mit der Gefahr, daß dieser brechen und radioaktive Stoffe nach außen abgeben kann. Es ist daher für einen derartigen Fehler oder Unfall vorgesehen, unmittelbar eine Sicherheitseinspritzung im Kern durchzuführen, um ihn von neuem mit Wasser zu füllen und dessen Abkühlung sicherzustellen. Es ist andererseits vorgesehen, sofort Wasser in das Reaktorgebäude einzusprechen, um den durch die Druckverringerung des Primärwassers erzeugten Dampf zu kondensieren und um die Wände des Absperrbehälters auf einer Temperatur zu halten, die ausreichend niedrig ist, um dessen Absperrwirkung bezüglich radioaktiver Stoffe im Inneren des Reaktorgebäudes aufrechtzuerhalten.

Daraus folgt, daß die Sicherheitseinspritzung von Wasser in den Kern des Reaktors und das Besprühen der Anordnung des Gebäudes wesentliche Sicherheitsfunktionen im Fall eines Fehlers oder Unfalls am Primärkreis sind.

In diesem Fall ist vorgesehen, ζυπι sowohl Sicherstellen der Umwälzen von Kühlwasser im Kern des Reaktors, als auch zum Zerstäuben von Wasser im Gebäude, zumindest in einer ersten Phase Wasser zu verwenden, das im Versorgungsspeicher des Reaktorbeckens aufbewahrt ist. Folglich wird üblicherweise abhängig von der Erfassung eines Überdrucks im Behälter und einer gleichzeitigen Druckabsenkung des Primärwassers das Einschalten von Pumpen für das Sprühen des Behälters zum Zerstäuben von Wasser irn Reaktorgebäude und Pumpen zum Sicherheitseinspritzen vorgesehen, um einen ausreichenden Kühlwasserdurchsatz im Reaktorbehälter aufrechtzuerhalten, trotz eines Lecks im Primärkreis. Selbstverständlich ist die Gesamtheit dieser Kreise doppelt oder auch dreifach ausgeführt, abhängig von den verschiedenen Bauplänen, um jedem Ausfall der einen oder der anderen Pumpe oder jedes anderen Gliedes dieser Sicherheitskreise zu begegnen.

Nach Verstreichen einer mehr oder weniger langen Zeit, abhängig von der Größe des Lecks im Primärkreis wird der Füll-Speicher des Beckens geleert sein, und es wird nun zur Sicherheitseinspritzung und zum Besprühen des Behälters Rieselwasser verwendet, das sich nun am Unterteil des Reaktorspeichers, insbesondere im Ringraum zwischen dem Absperrbehälter und der Geschoßschutzwand sammelt. Nun wird die Saugseite der Spül- und der Einspritz-Pumpen gekippt oder umgeschaltet, um sie ausgehend von Abzügen zur

Wiederaufnahme zw^-ks Wiederiimwälzung zu versorgen, um das pm Boden des Reaktorgehäuses gesammelte Wasser wieder umzuwälzen. Diese zweite Schutzphase nach dem Unfall kann sehr lange dauern, abhängig von der Ernsthaftigkeit des Unfalls, und derzeitige s Sicherheitsvorschriften fordern, daß diese Wiederumwälzkreise beispielsweise während eines lahrcs bei Durchsätzen der Größenordnung von 2000 bis 2500 mVh abhängig vom Reaktor-Typ arbeiten können. Daraus folgt die Bedeutung, die bezüglich der Sicherheit der Wiederumwälz-Abzug besitzt, der beim Unfall erzeugte Bruchstücke jeglicher Art filtern muß, um lediglich diejenigen hindurchtreten zu lassen, die mit der Ausführung der Pumpen, der Sprühdüsen und der öffnungen für den Wasserdurchtritt im Kern kompatibei oder verträglich sind, was eine ziemlich feine Filterung erfordert. Andererseits kann diese Anforderung an die Filterung ein Verstopfen der Gitter oder Maschen ^ur Folge haben und damit die Arbeitsweise der Schmuizkreise in Frage stellen mit allen sich dadurch ergebenden Folgerungen bezüglich der Sicherheit.

Bei den derzeit üblichen Anordnungen ist der Abzug im allgemeinen als Parallelepiped ausgebildei mit vier Flächen, die Filtergitter oder -maschen aufweisen. Es ist in der Mitte des Ringraumes mit einer Saugleitung angeordnet, die unter dem Boden des Ringraumes und im wesentlichen in der Mitte des Rechtecks mündet, das die Grundfläche des Parallelepipeds bildet. Jede Seitenfläche des Parallelepipeds weist drei aufeinander- » folgende Filterabstufungen auf. beispielsweise eine erste Grobstufe aus einfachen Stäben, dann ein Gitter mit Maschen der Größenordnung 10-10 mm und dann ein Feingitter mit Maschen oder Durchlässen der Größenordnung 3 ■ 3 mm. Bei dieser Anordnung wird das Quergitter, das ⁷/₎₀ des Querschnitts des Ringraums aufweisen kann, senkrecht vom größten Teil des Durchflusses angeströmt und unterliegt einer wesentlichen und vorzugweisen Verschmutzung, derart, daß nach Verstreichen einer bestimmten Zeit diese Fläche *o oder Seite vollständig verschmutzt sein wird. Der Gesamtdurchlluß kann dann nun mehr in einem Strömungsquerschnitt fließen, der etwa Vi₀ des Gesamtquerschnitts des Ringraums entspricht, wodurch in Höhe der Gitter erhebliche Geschwindigkeiten auftreten. Diese Erscheinung begünstigt insbesondere die Verstopfung, die jedoch auf jeden Fall vermieden werden muß.

Bei einer derartigen Anordnung erfolgt das Ansaugen praktisch vertikal in Höhe oder in Verlängerung der Saugleitung, wodurch die Gefahr der Wirbelbildiing besteht, was für einen störungsfreien Betrieb der Pumpen schädlich ist. Schließlich bildet ein derartiger Abzug ein Hindernis in der Mitte des Umwälzraumes im Ringraum, was die Bewegung des Personals und die Förderung der Materialien während des allgemeinen Unterhalts des Reaktorgebäudes erschwert.

Man hat auch schon mehrere Öffnungen an der Basis des Abzugs vorgesehen, wobei diese öffnungen über einen Sammler mit der allgemeinen Abführleitung verbunden sind. In diesem Fall werden auch feine Gitter vertikal um jede der Abführöffnungen angeordnet.

Eine derartige Lösung, die möglicherweise eine bessere Verteilung der Durchflüsse erlaubt, hat jedoch einen erheblichen Lastverlust zur Folge, was es erforderlich macht, die Pumpen doch tiefer unter dem unteren Pegel des Re^ktorgebäudes anzuordnen. Wenn schließlich der Abzug einer starken Saugkraft am Unterteil und einer schwachen Saugkraft am Oberteil ausgesetzt ist, ist es möglich, daß ein Teilchen mehrere feine Gitter vollständig durchsetzt hat, wodurch die Gefahr der Verschmutzung erhöht wird. Es gibt auch in Höhe jeder Abführöffnung eine praktisch vertikale Ansaugung, die eine erhebliche Wirbelbildungsgefahr zur Folge hat Darüber hinaus sind die Hinterseiten der feinen Gitter meist unwirksam und sehr verstopfungsanfällig.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Abzug der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei geringster Verschmutzung der filternden Flächen zufriedenstellend arbeitet, wobei zur Erfüllung der Sicherheitsbedingungen außerdem geringe Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers in Höhe der Gitter oder Maschen erzielt werden sowie Anordnungen geschaffen werden, die die Wirbelbildung in der Saugleitung des Abzugs verhindern.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Abzug erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Ansprüche.« 1 genannten Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind zwe< mäßige Weiterbildungen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 2 schematisch einen Sicherheitseinspritzkreis und einen Sprühkreis eines Kernreaktors, der einen erfindungsgemäßen Abzug verwendet, wobei F i g. 1 einen Längsschnitt und F i g. 2 einen Querschnitt des Reaktorgehäuses zeigen;

F i g. 3 vergrößert einen Doppel-Abzug von oben im Ringraum zwischen dem Absperrbehälter und der Geschoßschutzwand;

Fig.4 einen Schnitt längs der Mittellinie des Ringraums der Hälfte des Doppel-Abzugs gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3;

F i g. 5 den Schnitt V-V in F i g. 4.

Die F i g. 1 und 2 zeigen in schematischer Skizze einen Hauptbehälter 1 des Reaktors mit hier drei Primi rumwälzkreisen zwischen dem Hauptbehälter 1 und Wärmetauschern 2 mit jeweils einer Primärumwälzpum^e 3. Die Anordnung des Hauptbehälters 1 und der Primärumwälzkreise ist im Inneren einer Geschoßschutzwand 5 angeordnet, die ihrerseits konzentrisch zu einer Absperrwand 6 des Reaktorgebäudes ist, um so einen Ringraum 7 zu bilden.

Ein Speicher 9, der üblicherweise zur Aufnahme eines Wasservorrats des (nicht dargestellten) Reaktorbeckens vorgesehen ist, ist ebenso über ein schematisch dargestelltes Ventil 10 mit zwei Pumpen 11, 12 verbunden. Die Pumpe 11 fördert zu Sprührampen 14 die im Reaktorgebäuds vorgesehen sind, um Wasser in das Innere des Gebäudes zu zerstäuben. Die Pumpe 12 förder¹ zu einer Wiedereinsprit»leitung, die an einem der Elemente des Primärteils jedes Primärkreises ab/weigt. Selbst verständlich sind, auch wem. das in de^r sehr schematischen Zeichnung nicht dargestellt ist, die Pumpen 12 doppelt, gegebenenfalls auch dreifach ausgeführt, ebenso wie die Leitungen, in denen sie angeordnet sind. DuS gleiche trifft für die Pumpe 11 zu sowie für die Sprührampen 14 oder -leitungen, die ebenfalls durch mehrere unabhängige Kreise gpbildet sind, abhängig von der Grundkonzeption der Sicherheitsleitungen oder -kreise. Das kann davon abhängen, ob Sichcheitskreise mit zwei oder mehr Zügen vorgesehesi sind.

Im Fall eines Fehlers oder Unfalls an einem der

Primärkreise des Reaktors, der sich durch einen Druckanstieg im Reaktorbehälter zeigt, werden Sicherheitsfühler verwendet, die hier nicht dargestellt sind, da sie üblicher Bauart sind, um die Pumpen 11 und 12 mit Öffnung des Ventils 10 sofort in Betrieb zu setzen, und im Speicher 9 enthaltenes Wasser wird einerseits in den sich abschwächenden oder ausfallenden Primärkreis so eingespritzt, daß die Abkühlung des Kerns des Reaktors aufrechterhalten bleibt, während andererseits ein Einsprühen von Wasser in die Gesamtanordnung des Gebäudes den Dampf kondensiert und den Druck im Inneren herabsetzt. Wenn das gesamte im Speicher 9 enthaltene Wasser verwendet worden ist, hat sich eine ausreichende Menge an Rieselwasser im Ringraum 7 angesammelt, und die Pumpen Il und 12 können zur Wiederumwälzung betrieben werden durch Sammeln des Wassers in einem Abzug 16 nach öffnung eines Ventils 13.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Abzugs 16 wird im folgenden anhand der Fig. 3, 4 und 5 näher erläutert. Es handelt sich um einen Doppel-Abzug, dessen beide Teile symmetrisch einer Zwischenwand angeordnet sind, die den Ringraum 7 in Querrichtung versperrt. Die Zwischenwand 20 weist außerdem eine in ihrem Mittelteil angeordnete Tür 21 auf.

Jeder eigentliche Abzug weist eine Folge von vertikalen Filtern 23 puf, die jeweils aufeinanderfolgend drei Gitter besitzen mit immer feiner werdenden Durchtrittsöffnungen. Die Folge der Filter 23 bildet so zwei vertikale Mauern, die einen mittigen Kanal 24 abgrenzen, der sich in Strömungsrichtung des Wassers verengt, wie das in Vollinien in der Zeichnung dargestellt ist. Der Kanal 24 ist an seiner Unterseite einerseits an der Eintrittsseite durch den Betonboden des Ringraums 7 und andererseits weiter hinten durch eine Abdeckplatte 25 begrenzt, die in gleicher Höhe wie der Betonboden den Ringraum 7 verlängert und die über eine Reihe von Längs- und Querträgern 26, 27 auf Betonpfosten oder -führungen 28 ruht.

Aus Blech bestehende horizontale seitliche Stahlblechplatten 30, 31 trennen einerseits an der Seite des Absperrbehälters 6 und andererseits an der Seite der Geschoßschutzwand 5, zwei Seitenkammern 32, 33 ab. Unter der aus Blech bestehenden Abdeckplatte 25 ist der Boden des Ringraums 7 vertieft durch eine ⁴ Sammelkammer 35, in der die Haupt-Saugleitung 36 des Wiederumwälzkreises mündet. Die Seitenkammern 32, 33 stehen über ihr Unterteil mit der Sammelkammer 35 über im wesentlichen horizontale Durchtritte in Verbindung, die zwischen den Auflagepfosten 28 hindurchtreten.

Bei einem derart ausgebildeten Abzug kommt der im Ringraum 7 strömende Wasserstrahl tangential an den durch die Filter 23 gebildeten Gittern an. Die Durchsetzgeschwindigkeit durch die Filter 23 ist unabhängig von der Tangentialgeschwindigkeit des Wassers längs der Filter 23. Die Durchsetzgeschwindigkeit durch die Gitter wird dadurch erhalten, daß sie gewollt oder beliebig abhängig von der festgestellten Geschwindigkeit bestimmt wird und daß e^;n Nutzkoeffizient berücksichtigt wird von beispielsweise 0.5, der der

■ Annahme entspringt, daß die Hälfte des Gitters verschmutzt ist. Die Tangentialgeschwindigkeit des Wasserstrahls geht im übrigen entgegen der Verschmutzung des Gitters. Darüber hinaus ist die Bedeutung des Durchtrittsquerschnitts zwischen den Seitenkammern 32,33 und der mittigen Sammelkammer 35 festzustellen, der keine erhebliche Geschwindigkeitserhöhung nahe den Gittern, im Inneren des Filters zur Folge hat. In gleicher Weise verhindert die horizontale Führung des Wassers am Eingang in die Sammelkammer 35 die Wirbelbildung.

Um die Durchsätze durch die verschiedenen Filter 23 auszugleichen, sind sie hier derart angeordnet, daß der mittigf! Kanal 24 flügeiförmig ausgebildet ist. dadurch, daß er sich vom Eingang mit Vollquerschnitt zu einem verringerten Querschnitt nahe der Zwischenwand 20 verengt. Es können auch im wesentlichen radiale Platten im Inneren der Filter-Kammern 32, 33 vorgesehen werden zur besseren Ausrichtung der Wasserstrahlen im Inneren der Kammern 32,33.

Ein so ausgebildeter Abzug zerstört nicht die Kontinuität des Durchtritts im Inneren des Ringraums 7, er weist lediglich eine bestimmte Verengung in der Zone des Abzugs auf, wobei er stets auf der gleichen Höhe des Bodens des Ringraums 7 verbleibt.

Selbstverständlich sind noch Weiterbildungen der Erfindung möglich, beispielsweise die Verwendung von Einfach-, Doppel- oder auch Dreifach-Abzügen sowie bezüglich der Wahl deren Einsetzung in den Ringraum, abhängig von der Gesamtkonzeption des Sicherheitssystems und insbesondere bezüglich der Anzahl der für die Sicherheitsspritzung und für das Sprühen verwendeten Züge oder Wege.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abzug für das wieder umgewälzte Wasser der Sicherheits-Einspritz- und Sprühkreise eines Kernreaktors, bei dem sich das zur Umwälzung s zurückzuführende Wasser in einem Ringraum zwischen zwei vertikalen Wänden unter Filterung sammelt, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Abzugs (16) angeordneten Riter (23) vertikal beiderseits einer unteren Abdeckplatte (25) aus Stahlblech angeordnet sind, die in der Ebene des Bodens des Ringraumes (7) eine vertiefte Sammelkammer (35) abdeckt, und daß die auf der Abdeckplatte (25) aufsitzenden Filter (23) an ihrem oberen Rand seitlich an horizontale Stahlblech-Platten (30,31) derart anschließen, daß zwei Seitenkammern (32, 33) beiderseits eines mittigen Kanals (24) entstehen, wobei die beiden Seitenkammern (32,33) über im wesentlichen horizontale Durchtritte mit der Sammelkammer (35) in Verbindung stehen, in der die Hoipt-Saugleitung (36) des Kreises mündet

2. Abzug nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanals (24) in Strömungsrichtung des Fluids abnimmt

3. Abzug nach Anspruch 1, dadurch gekerinzeichnet, daß in dem Ringraum (7) eine ortsfeste Zwischenwand (20) mit einer Tür (21) zur Abtrennung der beiden Seitenkammern (32,33) angeordnet ist. und daß beiderseits dieser Zwischenwand (20) je ein Abzug (16) vorgesehen ist. ω

4. Abzug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß r!ie beiden Abzüge (16) am Ende ihrer mittigen Kanäle (24) mit geringem Querschnitt miteinander verbunßen sind.

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