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Verfahren zum Aus- und Einbau des Seitenreflektors
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eines Hochtemperaturreaktors Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Aus- und Einbau des einer hohen Neutronendosis ausgesetzten Teils eines aus
quaderähnlichen Blöcken zusammengefügten Seitenref lektors für einen in der Kaverne
eines Druckbehälters angeordneten gasgekühlten Hochtemperaturreaktor mit einer Schüttung
kugelförmiger Brennelemente, die oben mit einem Deckenreflektor und unten mit einem
Bodenreflektor abgeschlossen ist, wobei eine Anzahl von Panzerrohren durch die Druckbehälterdecke
geführt ist, in denen Absorberstäbe bewegbar angeordnet sind.
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Es gehört zum Stand der Technik, bei Rernreaktoranlagen, die einen
mit einem Deckel abgeschlossenen Druckbehälter aufweisen, zur Inspektion des Druckbehälters
und zur Ausführung von Reparaturen an diesem Behälter einen Manipulator einzusetzen,
der sich allen Bereichen des Druckbehälters anpassen läßt. Ein derartiger Manipulator
ist z. B. in der Auslegeschrift 23 25 388 dargestellt. Bei dem dort beschriebenen
Kernreaktor handelt es sich um einen Druckwasserleistungsreaktor mit einem Reaktordruckbehälter
aus Stahl, der oben durch einen Deckel abgeschlossen und von einer Betonummantelung
umgeben ist. Um den Manipulator zum Einsatz zu bringen, ist es nur erforderlich,
den
Deckel des Reaktordruckbehälters zu entfernen und - nach Ausbau des Reaktorkerns
- den Manipulator als Ganzes in den Reaktorbehälter einzuführen. Der Ausbau des
Reaktorkerns gestaltet sich bei diesem Reaktortyp ebenfalls nicht schwierig; trotzdem
muß mit längeren Stillstandszeiten gerechent werden.
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Auch bei einem in der Kaverne eines Druckbehälters angeordneten gasgekühlten
Hochtemperaturreaktor mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente ist es erforderlich,
fest in die Reaktorkaverne eingebaute Komponenten einer Wiederholungsprüfung zu
unterziehen und gegebenenfalls reparaturbedürftige Teile auszubauen und durch artgleiche
neue Teile zu ersetzen. Auf diese Weise soll eine vorzeitige Stillegung des Hochtemperaturreaktors
aufgrund unvorhersehbarer Schäden an den keramischen Kerneinbauten vermieden werden.
Vor allem für die Bereiche, die einer hohen Neutronendosis ausgesetzt sind, besteht
die Forderung nach regelmäßig wiederkehrender Prüfbarkeit und Reparierbarkeit bzw.
Austauschbarkeit von Anlagenteilen. Besonders gefährdet erscheinen die Teile des
zylindrischen Seitenreflektors, die im Bereich einer hohen Leistungsdichte des Reaktorskerns
liegen, da mit dieser der schnelle Neutronenfluß gekoppelt ist. Bei Hochtemperaturreaktoren
mit einmaligen Durchlauf der kugelförmigen Brennelemente befindet sich dieser Bereich
im oberen Drittel des Reaktorkerns, und die Strahlenbelastung des Seitenreflektors
ist hier besonders groß.
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Aus der Offenlegungsschrift 25 09 250 ist es bekannt, den aus einzelnen
Blöcken bestehenden festen Seitenreflektor eines in einem Spannbetonbehälter installierten
Kernreaktors mittels eines Manipulators auszubauen. Bevor der Manipulator in die
Reaktorkaverne eingebracht und der Seitenreflektor ausgebaut werden kann, müssen
(mit Hilfe der Brennelementwechselmaschine)
sämtliche Brennelemente
demontiert werden, was zu einer längeren Stillstandszeit des Kernreaktors führt,
die mit hohen Ausfallkosten verbunden ist. Der Ausbau des Seitenreflektors erfolgt
zunächst durch die horizontale Warmgasleitung, die den oberhalb des Reaktorkerns
befindlichen Raltgassammelraum mit einem senkrechten Schacht (Pod) verbindet, in
dem ein Wärmetauscher, z. B. ein Dampferzeuger, angeordnet ist. Der weitere Abtransport
der Blöcke des Seitenref lektors erfolgt durch den genannten senkrechten Schacht.
Der Dampferzeuger und das zugehörige Gebläse sind vorher entfernt worden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aus-
und Einbau von Teilen des Seitenref lektors eines eingangs beschriebenen Hochtemperaturreaktors
anzugeben, bei dessen Durchführung die Brennelemente im Kern verbleiben können und
die Demontage von größeren Komponenten wie Wärmetauschern oder dgl. nicht erforderlich
ist, so daß sich wesentlich verkürzte Stillstandszeiten für den Hochtemperaturreaktor
ergeben.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
bei drucklos gemachtem Hochtemperaturreaktor die die Randpositionen einnehmenden
Absorberstäbe aus den Panzerrohren entfernt werden und durch eines der frei gewordenen
Panzerrohre ein Manipulator in die Reaktorkaverne eingebracht wird, mit dessen Hilfe
zunächst ein Teil des Deckenref lektors sowie alle den Ausbau behindernden metallischen
Einbauten durch die frei gewordenen Panzerrohre ausgebaut werden, daß darauf mittels
eines zweiten Manipulators eine aus einzelnen sich überlappenden Abschnitten bestehende
steife Spundwand durch die genannten Panzerrohre in die Reaktorkaverne eingebracht
und zwischen dem auszubauenden Teil des Seitenref lektors und der Brennelementschüttung
eingeschoben wird und daß sodann die einzelnen Blöcke des Seitenreflektors mittels
des ersten Manipulators aus dem
Verband gelöst und mit der einen
Schmalseite nach oben durch die genannten Panzerrohre aus dem Druckbehälter gezogen
werden.
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Bei einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor, der in die Brennelementschüttung
einfahrbare sowie in öffnungen des zylindrischen Seitenreflektors bewegbare Absorberstäbe
(Reflektorstäbe) aufweist, werden für den Aus- und Einbau des auszuwechselnden Teiles
des Seitenref lektors die für die Reflektorstäbe vorgesehenen Panzerrohrdurchführungen
benutzt.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels soll das erfindungsgemäße Verfahren
etwas näher erläutert werden.
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In der Fig. 1 ist ein gasgekühlter Hochtemperaturreaktor mit einer
Leistung von 3.000 MWth dargestellt, dessen Kern aus einer Schüttung 1 von kugelförmigen
Brennelementen 2 besteht.
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Der Kern ist von einem Deckenreflektor 3, einem zylindrischen Seitenreflektor
4 und einem Bodenreflektor 5 umgeben, der gleichzeitig die Tragvorrichtung für den
Kern bildet. In dem Bodenreflektor 5 sind sechs Abzugsrohre 6 für die Brennelemente
2 vorgesehen. Ein Heißgassammelraum 7, an den sich mehrere horizontale Heißgaskanäle
8 anschließen, befindet sich unterhalb des Bodenreflektors 5.
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Der Hochtemperaturreaktor wird nach einem Verfahren betrieben, bei
dem die Brennelementschüttung 1 von oben nach unten von dem Kühlgas durchströmt
wird und die Brennelemente 2 nach einmaligem Durchlaufen der Schüttung den gewünschten
Endabbrand erreicht haben. Ein solcher Kernreaktor hat eine axiale Leistungsverteilung,
die im oberen Drittel des Kernes das Maximum besitzt.
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Der Seitenreflektor 4 wird daher in diesem Bereich mit einer sehr
hohen Neutronendosis belastet, die geeignete Maßnahmen zum Schutze des besonders
gefährdeten Teils ( mit
9 bezeichnet) des Seitenref lektors 5 erfordert
und es zusätzlich als wünschenswert erscheinen läßt, die einzelnen Blöcke 10 dieses
Teils durch neue Blöcke zu ersetzen.
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Der Teil 9 erstreckt sich ca. 5 m von der Oberkante des Deckenreflektors
3 nach unten. Etwa 2 bis 2,5 m seiner Länge werden von Brennelementkugeln 2 überdeckt.
Die einzelnen Blöcke 10, die quaderähnliche Form haben, sind in horizontaler Lage
eingebaut. Sie weisen Abmessungen von maximal 230x200x850 mm auf.
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Wie sich aus der Fig. 2 erkennen läßt, ist der Hochtemperaturreaktor
in der Kaverne 12 eines Spannbetondruckbehälters 11 untergebracht, der eine Reihe
von Durchführungen besitzt. So können in senkrechten Schächten 13 (sogenannten Pods)
Wärmetauscher 14 und Teile 15 des Gasführungssystems zwischen dem Kernreaktor und
den wärmetauschenden Komponenten installiert sein. In horizontalen Durchbrüchen
16 sind weitere Teile des Gasführungssystems, die Kaltgasleitungen 17, untergebracht.
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Durch die Decke 18 des Spannbetondruckbehälters 11 ist eine Vielzahl
von Panzerrohren 19 geführt, durch die Absorberstäbe 20 in die Kaverne 12 eingefahren
werden können. Die Absorberstäbe 20 dienen der Regelung und Abschaltung des Hochtemperaturreaktors.
Ein Teil der Absorberstäbe 20, Kernstäbe genannt, wird unmittelbar in die Schüttung
1 der Brennelemente 2 eingefahren. Bei dem hier geschilderten Ausführungsbeispiel
sind 198 Kernstäbe vorhanden, deren Panzerrohrdurchführungen auf konzentrischen
Kreisen angeordnet sind. Um den äußersten dieser Kreise herum sind die Panzerrohrdurchführungen
21 der sogenannten Reflektorstäbe 22 vorgesehen, die in Öffnungen des Seitenref
lektors 4 bewegbar sind. Es sind 48 solcher Reflektorstäbe vorhanden. Die lichte
Weite der Panzerrohrdurchführungen 21 beträgt mindestens .310 mm.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geht der Ausbau der einzelnen
Blöcke 10 des gefährdeten Teiles 9 des Seitenreflektors 4 in folgender Weise vor
sich: Zunächst wird der Hochtemperaturreaktor drucklos gemacht, worauf die Reflektorstäbe
22 durch die Panzerrohre 21 aus dem Spannbetonbehälter 11 herausgefahren werden.
In der Fig. 2 wird gerade ein Reflektorstab 22 durch eins der Panzerrohre 21 nach
oben bewegt. Durch das frei gewordene Panzerrohr wird ein Manipulator 24 (siehe
Fig.3) in die Kaverne 12 eingebracht, mit dessen Hilfe alle zwischen der Oberkante
des Seitenreflektors 4 und eines thermischen Deckenschildes 23 liegenden metallischen
Einbauten, die den Reflektorausbau behindern, demontiert oder versetzt werden. Dies
trifft auch für die im Bereich des auszubauenden Reflektorteils 9 befindliche Region
des Deckenreflektors 3 zu. Sodann wird mit dem gleichen Manipulator der Ausbau der
einzelnen Reflektorblöcke 10 vorgenommen, wobei die Blöcke 10 jeweils aus dem Verband
zu heben sind und um 90 gedreht werden müssen. Mit der einen Schmalseite nach oben
werden die Blöcke 10 dann durch die Panzerrohre 21 nach oben gezogen, wie in der
Fig. 3 dargestellt ist.
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In der geschilderten Weise läßt sich die Demontage der Reflektorblöcke
10 nur bis zur Oberfläche der Brennelementschüttung 1 durchführen. Da gemäß der
Erfindung die Brennelemente 2 während des Auswechselvorganges im Kern verbleiben,
muß Vorsorge getroffen werden, daß ein Nachrollen der kugelförmigen Brennelemente
2 in die Freiräume der ausgebauten Reflektorblöcke 10 nicht möglich ist. Deshalb
wird mittels eines zweiten Manipulators, der durch die Panzerrohre 19 der am Rand
befindlichen Kernstäbe in die Kaverne 12 eingefahren wird, eine in sich steife Spundwand
in den Reaktorkern eingebracht und vor den auszubauenden Reflektorblöcken 10 vertikal
nach unten in die
Brennelementschüttung 1 eingeschoben. Sie besteht
aus einzelnen sich überlappenden Abschnitten und ist so dimensioniert, daß sie jeweils
zwei vertikale Blockreihen des Teils 9 des Seitenreflektors 4 bis in eine Tiefe
von 3 m ab der Unterkante des Deckenreflektors 3 überdeckt. Somit sind die auszubauenden
Reflektorblöcke 10 frei von anliegenden Brennelmenten 2. Sie werden da?-auf in der
gleichen Weise mit dem Manipulator 24 demontiert und aus dem Spannbetondruckbehälter
11 gebracht wie weiter oben beschrieben.
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Der Einbau neuer artgleicher Reflektorblöcke 10 erfolgt ebenfalls
mit Hilfe des Manipulators 24 durch die Panzerrohre 21 der Reflektorstäbe 22. Sobald
der neu eingesetzte Teil des Seitenreflektors 4 die Oberfläche der Brennelementschüttung
1 erreicht hat, wird die Spundwand wieder aus dem Reaktorkern herausgezogen. Darauf
wird der Aufbau des Teils 9 des Seitenreflektors 4 vollendet.
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Kann seitens der Corephysik zum Regeln bzw. Abschalten des Hochtemperaturreaktors
auf Reflektorstäbe verzichtet werden, so läßt sich der Aus- und Einbau der Blöcke
9 des besonders gefährdeten Seitenreflektorteils 9 durch die Panzerrohre 19 der
direkt in die Brennelementschüttung 1 einfahrbaren Absorberstäbe vornehmen, wobei
vorzugsweise die in Randpositionen befindlichen Panzerrohre benutzt werden.