DE2825657A1

DE2825657A1 - Sicherheitsbehaelter fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE2825657A1
Application number: DE19782825657
Authority: DE
Inventors: Felix S Jabsen
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1977-06-23
Filing date: 1978-06-12
Publication date: 1979-01-04
Also published as: CA1089121A; ATA206478A; JPS5853879B2; JPS5410887A; NL7801641A; GB1549967A; AT365844B; SE424779B; LU79240A1; ES468167A1; BE865130A; FR2395568A1; CH628175A5; IT7822327A0; IT1094145B; SE7803310L; IL54191A; FR2395568B1; US4213824A; DE2825657C2

Description

Anw.-Akte: 27.143

PATENTANMELDUNG

Anmelder: The Babcock & Wilcox Company 161 East 42nd Street, New York, N.Y. 1OO17-USA-

Titel: Sicherheitsbehälter für einen Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsbehälter und eine üruckvernichtungsanordnung für einen Kernreaktor.

Eine Kernreaktoranlage (Kerndampfsystem CNSS) umfaßt einen Reaktorkern, einen Dampferzeuger und Reaktorkühlmittelpumpen innerhalb eines einzigen Druckbehälters, wodurch eine kompakte Anordnung erreicht und die Verwendung von Hilfseinrichtungen auf ein Geringstmaß herabgesetzt wird. Das CNSS-System ist besonders für Schiffsantriebe vorteilhaft, bei denen eine verminderte Größe und ein vermindertes Gewicht die Kapitalkosten der Kraftanlage und des Schiffes verringern und den Raum vergrößern, der für Fracht und Passagierräume zur Verfügung steht.

Eine kompakte Druckvernichtungseinrichtung, die derjenigen ähnlich ist, die bei stationären Kernkraftanlagen zur Verwendung kommt, ergibt eine Sekundärsicherheitshülle für das CNSS-System.

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Die Hauptaufgabe eines CNSS-Sicherheitsbehälters ist es, die mögliche Freigabe von Radioaktivität aus der Reaktorkühleinrichtung nach einem vorausgesetzten Ereignis zu begrenzen und zu kontrollieren, das in der Technik mit Kühlmittelunfall (LOCA) bezeichnet wird.

Der Sicherheitsbehälter schließt oft zwei Abteile ein, die gewähnlich als Trockenschacht und als Naßschacht bezeichnet werden, wobei der letztgenannte so bezeichnet wird, weil er ein Flüssigkeitsdruckvernichtungsbecken enthält. Alle verfahrenstechnischen Eintritte in den Druckbehälter erfolgen innerhalb des Trockenschachts. Somit erhält der Trockenschacht das Reaktorkühlmittel, das bei einem Kühlmittelunfall (LOCA) entweicht. Das Reaktorkühlmittel in Form von Dampf und Wasser tritt während eines LOGA in den Trockenschacht aus, mischt sich mit der Luft darin und baut in diesem Abteil Druck auf. Entlüftungsrohre leiten dann das entwichene Medium aus dem Trockenschacht in das Flüssigkeit sdruckvernichtungsbecken des Naßschachts. Die Entlüftungsrohraustritte sind in das Naßschachtwasser eingetaucht, um das entwichene Medium zu kondensieren; somit dienen sie dazu, den Spitzendruck und die Spitzentemperatur zu begrenzen. Das Wasser im Druckvernichtungsbecken wirkt dabei auch als Strahlungsschirm·

Es sind zahlreiche Änderungen an den Druckvernichtungsund Sicherheitsbehältereinrichtungen bekannt, die die oben beschriebenen Grundsätze beinhalten. Bei einigen Anordnungen ist der Sicherheitsbehälter ein frei stehender Stahlzylinder, der unten unterstützt wird, wobei ein Hauptbetriebsboden etwa auf der halben Höhe den Sicherheitsbehälter in zwei Abteile unterteilt. Ein ringförmiger Naßschacht wird dadurch gebildet, daß ein zweiter zylindrischer Mantel, der unter-

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halb des Betriebsbodens so dicht wie möglich am Reaktor angeordnet ist, mit der Sicherheitsbehälterwand oder dem aussereη zylindrischen Mantel zusammenwirkt. Der untere Teil des Naßschachts ist mit Wasser gefüllt und !bildet das Dampfvernichtungsbecken. Der ringförmige Naßschacht ist in getrennte Kammern durch vertikale Trennplatten unterteilt, die nach oben vom Boden des Sicherheitsbehälters verlaufen, wobei ein Entlüftungsrohr in jede Kammer mündet. Die Kammern sind so angeordnet, daß die Austrittsstelle des Entlüftungsrohrs während der Schiffsbewegung untergetaucht bleibt. Ein Luftraum wird jedoch im allgemeinen oberhalb des Vernichtungsbeckens innerhalb des Naßschaehtes vorgesehen, um die volumetrische Verdichtung der Luft zu berücksichtigen, die in den Naßschacht von dem Trockenschacht mit dem aus dem Reaktor bei einem LOGA entwichenen Medium gedrückt wird. Im normalen Betrieb verlagert sich das Vernichtungsbeckenwasser durch das Schlingern und Stampfen des Schiffes. Niederdruck-Reißscheiben in den Entlüftungsrohren trennen normalerweise den Trocken- und Naßschacht, um zu verhindern, daß Vernichtungsbeckenwasser bei extremen Schiffslagen in den Trockenschacht strömt.

Ein Hauptzweck der CNSS-Sicherheitsbehälterkonstruktionen für Schiffsantriebe liegt darin, einen maximalen Schutz gegen die ionisierende Strahlung aus dem Reaktorkern bei minimalem Strahlungsschirmgewicht zu erzielen. Die Primärabschirmung schließt alle Materialien des Sicherheitsbehälters ein und, wie oben festgestellt, den ringförmigen Schirm, der durch das Wasser des Dampfvernichtungsbeckens gebildet wird. Somit ergibt die Verlagerung eines Teils des Wassers in dem Naßschacht in Verbindung mit dem Schlingern und Stampfen des Schiffs eine Unterbrechung der Abschirmung um den Kern herum. Beim Stand der Technik wird der Reaktor-

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sicherheitsbehälter von einem schweren aus Beton bestehenden biologischen .Schirm umgehen, der so konstruiert ist, daß er die Strahlungsdosismengen in den das Schiff umgehenden Bereichen begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Sicherheitsbehälter und eine Dampfvernichtungsanordnung für ein :Kerndampferzeugungssystem zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach dem Hauptanspruch gelöst. .

Ein neuartiger Naßschacht, der abgetrennte Kammern in seinem oberen Bereich aufweist, ergibt ein bedeutend vermindertes Luftvolumen oberhalb des DampfVernichtungsbeckens, um die Unterbrechung des Strahlungsschutzes, der durch Wasser im Becken erreicht wird, während der Schiffsbewegung auf ein Geringstmaß herabzusetzen. Es werden erfindungsgemäß Mittel vorgesehen., um die Auswirkungen des verminderten Luftvolumens oberhalb des Vernichtungsbeckens zu berücksichtigen.

Die Sicherheitsbehälterkonstruktion insgesamt ist so ausgebildet, daß die Anforderungen an die biologische Abschirmung durch mit Wasser gefüllte Doppelwand- und Oberboden-Anordnungen erfüllt werden.

Die .Erfindung.ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wir4 im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine Kerndampferzeugungsanlage 10, die eilten,.vertikal..angeordneten Druckbehälter 11 einschließt, der_;in einem Sicherheitsbehälter 12 kreisrunden Querschnitts ειμί gekommen;. wird. Der Druckbehälter 11 bildet eine Druck-

ORIGINAL INSPECTED

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hülle für eine nicht in Einzelheiten dargestellte integrierte Kerndampfanlage.

Der Sicherheitsbehälter 12 besteht aus einer äusseren zylindrischen Behälterwand 13, die von einem äusseren oberen Deckel 14 abgeschlossen wird, und einer inneren zylindrischen Behälterwand 15, die von einem inneren oberen Deckel 16 abgeschlossen wird. Eine ringförmige Kammer 20 wird durch die Begrenzung der Außen- und Innenwände 13 bzw. sowie des inneren oberen Deckels 16 gebildet, während eine obere Kammer 17 zwischen dem inneren und dem äußeren oberen Deckel 16 bzw. 14 und dem oberen Teil der Aussenwand 13 gebildet wird. Her äußere obere Deckel 14 und der innere obere Deckel 16 sind mit ausbaubaren Teilen 18 bzw. 19 versehen. ■

Ein vertikal angeordneter zylindrischer Mantel 21, radial mit Abstand in enger Nähe um den unteren Teil des Druckbehälters 11 herum angeordnet, wirkt mit einem horizontal angeordneten Boden 22 zusammen, um den Sicherheitsbehälter in zwei Abteile zu unterteilen, die als Trockenschacht und Naßschacht 24 bezeichnet werden. Ein zweiter zylindrischer Mantel 25 ist in dem Naßschacht 24 radial mit Abstand zwischen dem zylindrischen Mantel 21 und dem unteren Teil der inneren Sicherheitsbehälterwand angeordnet, wodurch der Naßschacht in einen innaren Ringraum 26 und einen äußeren Ringraum 27 unterteilt wird. Vernichtungsbeckenwasser ist nur in dem inneren Ringraum 26 bis zu einer Höhe 30 enthalten, die so liegt, daß der Raum im wesentlichen gefüllt ist. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform fällt die Mittellinie 51 des Druckbehälters nicht mit der Mittellinie 52 des Sicherheitsbehälters 12

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zusammen. Obwohl dies für die Anwendung der Erfindung nicht wesentlich ist, sind die Mittellinien 51, 52 in typischer Weise versetzt, um die Unterbringung von nicht gezeigten Hilfseinrichtungen in dem Trockenschacht 23 zu erleichtern,. Somit sollte man sich darüber im klaren sein, daß "bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der zylindrische Mantel 21 nicht konzentrisch von dem zylindrischen Mantel 25 umschrieben wird.

Eine Anzahl vertikal angeordneter, gebohrter Druckvernichtungsrohre 31> von denen der besseren Übersicht wegen nur zwei dargestellt sind (31 A, 31 B), befindet sich im wesentlichen innerhalb des Ringraumes 26 und verläuft durch den horizontalen Boden 22 hindurch, so daß das obere Rohrende in den Trockenschacht 23 hineinragt.

Das untere Ende eines jeden Druckvernichtungsrohrs 31 erstreckt sich in Längsrichtung teilweise in einen Ringkragen 32, der radial mit Abstand um das Rohr herum angeordnet ist, um eine Dehnung des Rohrs zu ermöglichen, jedoch übermässige Seitenbewegungen auszuschließen. Niederdruck-Reißscheiben 33 sperren das obere Ende der Druckvernichtungsrohre ab. Das obere Volumen des inneren Ringraums 26 ist in obere Umfangsbereiche durch Trennplatten 34 unterteilt, die unterhalb des Bodens 22 auf einer Höhe unterhalb des Flüssigkeitsstands 30 liegen. Die Trennplatten 34 sind am Umfang zwischen den DampfVernichtungsrohren 31 angeordnet, Reißscheiben 35 sind oberhalb des Wasserstands 30 in dem zylindrischen Mantel 25 vorgesehen. Eine Reißscheibe 35 ist im allgemeinen zwischen jedem Paar am Umfang angeordneter, benachbarter Trennplatten 34 vorgesehen.

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Vorlauf- 56 und Rücklauf-37-Kühlrohranschlüsse sind innerhalb des inneren Ringraums 26 vorgesehen und an einem nicht dargestellten Kühlsystem angeschlossen. Die Vorlauf-36 und Rücklauf-37-Kühlrohranschlüsse Tbilden ein Mittel, um das Vernichtungslieckenwasser umzuwälzen und zu kühlen, das durch Konvektion von dem Druckbehälter und von der Aufnahme der aus dem Kern entwichenen Gammastrahlen erwärmt wird.

Ein Spexsewasserexntrittsrohr 40 und ein Dampfaustrittsrohr 41 treten durch die äussere und die innere Sicherheitsbehälterwand 13 bzw. 15, verlaufen durch den Trockenschacht 23 und münden in dem Druckbehälter 11. Während nur ein Eintritts- und ein Austrittsrohr dargestellt sind, werden doch im allgemeinen zahlreiche dieser Rohre in Abständen um den -Druckbehälter herum und innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordnet.

Eine abgedichtete Rohrleitung 42 läuft durch den äusseren Ringraum 27 und geht in einem mediumdichten Kanal 43 über, der zu einem unteren Bereich 44 führt, welcher unterhalb des Druckbehälters liegt. Instrumentenleitungen 45 von ausserhalb (nicht dargestellt) des Sicherheitsbehälters werden durch den Trockenschacht zu dem unteren Bereich geführt und treten in den Boden des Reaktors über die Rohrleitung 42, den Kanal 43 und den unteren Bereich 44 ein.

Im Betrieb ist der Reaktorkern 50, der nur schematisch dargestellt ist, bedeutend unterhalb des Vernichtungsbecken-Wasserstands 30 in dem Ringraum 26 angeordnet, der direkt den unteren Teil des Druckbehälters umschreibt. Die Kammern 17 und 20 sind mit Wasser gefüllt, um eine biologische Abschirmung gegenüber der Strahlung zu bilden, die aus dem Reaktorkern stammt.

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Bei Schiffsantrieben schließt unter normalen Bedingungen die Höhe des Wasserstands 30 eine bedeutende Verminderung der Abschirmung aus, die erreicht wird, "wenn das Schiff extreme Lagen einnimmt. Die Trennplatten im oberen Bereich des Vernichtungsbeckens verhindern in wirksamer Weise, daß Luft von oberhalb des Wasserstands 30 in den höheren Bereich des inneren Ringraums während der Stampf- und Schlingerbewegung des Schiffs gelangt, in welchem sich die Reaktoranlage befindet. Alle verfahrenstechnischen Eingänge in den Druckbehälter 11 erfolgen durch den Trockenschacht. So erhält der Trockenschacht als erster das Medium bei einem Kühlmittelunfall. Wenn sich dabei der Druck im Trockenschacht aufbaut, dann reißen die Scheiben 33 und erlauben es dem Medium und der Luft, durch die Druckvernichtungsrohre 31 in das Vernichtungsbecken zu strömen, in welchem die vom Druckbehälter freigegebenen kondensierbaren Gase kondensieren. Im inneren Ringraum wird seinerseits Druck aufgebaut, wodurch die Scheiben 35 in den äusseren Ringraum hinein reißen und somit den Druckaufbau im inneren Ringraum abbauen.

Nicht dargestellte Mittel werden vorgesehen, um die obere Kammer 17 zu entwässern. Die mittleren Teile 18 und 19 des äußeren oberen Deckels lh. und des inneren Deckels 16 sind ausbaubar, um die Wartung, den Einbau und den Ausbau von größeren Teilen sowie dje Neubeschickung des Reaktors zu erlauben.

Die Verwendung des wassergefüllten Doppelwand-Sicherheitsbehälters erlaubt es, den nicht dargestellten, aus Beton bestehenden biologischen Schirm, der traditioneller Weise verwendet wird, in Fortfall kommen zu lassen oder mit einer wesentlich verminderten Stärke vorzusehen, wodurch sich

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beim .-.ioheiiiei f ^behälter eine liesamtgewichtseinsparimg ergibt. jJie Unterteilung des i>,^raiJ Schachtes und die Ver-

K des wasserlosen, aus Keren iti ng räume 27 ergeben eine Vemichtungsbeckenliöhe, die ihrerseits und in Verbindung mit den Iimenrauiutrennplatten 3^;i die zusätzliche ;jtraljlune"sub£i(iiiirnnuui durch das Veriiichtungsbeoken erJiöht.

ij-.i in\j klai-, daß Milderungen vorgenommen werden können, z.ii, aie Vervendun?. von üand i'ür biologische Absohirmzwecke in dvr xliiuiMor 20, oder daß Teile der ürlindung ohne andei^e hierin boHohrieüene l'eile verwendet werden können.

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Claims

PATENTANWALT

8. Juni 1978 Anw.-Akte: 27.143

PATENTANSPRÜCHE :

Sicherheitsbehälter für einen Kernreaktor der einen Trockenschacht besitzt, in welchem ein Druckbehälter ein integriertes Kerndampfsystem umschließt mit einem Naßschacht und Rohranschlüssen, die in den Naßschacht vom Trockenschacht verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß Wände (21, 25) um den Naßschacht (24) angeordnet sind, die ihn in einen inneren Ringraum (26) und einen äusseren Ringraum (27) unterteilen, sowie ein Flüssigkeitsbecken das so eingerichtet ist, daß es teilweise den inneren Ringraum (26) füllt, und eine Anzahl Trennplatten (34) unterhalb der Oberkante des inneren Ringraums horizontal in dem Flüssigkeitsbecken verlaufen und am Umfang den oberen Teil des inneren Ringraumes (26) in eine Anzahl oberer Umfangsbereiche unterteilen,,

2ο Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine äußere zylindrische Wand (13) einschließt, die durch einen oberen Deckel (14) abgeschlossen wird, eine innere zylindrische Wand (15), die durch einen inneren Deckel (l6) abgeschlossen wird, wobei die äussere zylindrische Wand (13) radial mit Abstand von der inneren zylindrischen Wand (15) angeordnet ist, und dazwischen eine ringförmige Kammer bildet, während der innere Deckel (l6) von dem äusseren Deckel (l6) mit Abstand angeordnet ist, und dazwischen eine obere Kammer (17) bildet, sowie ein innerhalb der ringförmigen Kammer und der oberen Kammer angeordnetes biologisches Abschirmmaterial.

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Anw.-Akbe: 27.1^33

3. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Ab sch immaterial Wasser ist.

^!t. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Rohranschluß (31) vertikal durch einen der oberen Unifangsbereiche in das Plüssigkeitsbecken hinein verläuft.

5. Sicherheitsbehälter nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet , daß der llohranschluß weiterhin ein gelochtes Rohr umfaßt.

6. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen Ringkragen umfaßt, wobei jeder der Rohranschlüsse in Längsrichtung teilweise in einen der Ringkragen hinein verläuft, die radial mit Abstand um die Rohre herum angeordnet sind, und eine Längsdehnung erlaubt,

7. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß er mindestens eine Reißscheibe (33) umfaßt, wobei das mit dem Trockenschacht in Verbindung stehende Ende des gelochten Rohrs (31) durch die Reißscheibe abgesperrt ist.

8. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Anzahl Reißscheiben umfaßt, von denen wenigstens eine in der Wand zur Abtrennung des Naßschachtes an einer Stelle innerhalb eines jeden der oberen Umfangsbereiche angeordnet ist.

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ο Sicherheitsbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Instrumentenmittel einschließt, eine Rohrleitung, einen mediumdichten Kanal, einen unteren Bereich unterhalt) des Druckbehälters, wobei die Rohrleitung durch den äusseren Ringraum verläuft, der mediumdichte Kanal so angeordnet ist, daß er durch den inneren Ringraum läuft sowie mit der Rohrleitung und dem unteren Bereich in Verbindung steht, so daß Instrumentenmittel von dem Trockenschacht durch die Rohrleitung und den mediumdichten Kanal zu dem unteren Bereich geleitet werden.

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