DE2828153C3 - Kernreaktor mit einem flüssigen Kühlmittel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem flüssigen, wasserstoffhaltigen Kühlmittel in einem Kühlkreis, mit einem Voiumenausgleichsbehälter für das Kühlmittel und mit einer Pumpe im Kühlkreis, auf deren Saugseite Wasserstoff in das Kühlmittel eingespeist so wird.

In dem Buch »VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970«, insbesondere Seite 41, ist für einen Druckwasserreaktor ein Volumenregelsystem beschrieben, das u. a. auch zum Einspeisen von Chemikalien verwendet wird. Zu diesem System, das ständig von einem Teil des Primärkühlwassers durchströmt wird, gehört auch eine Begasung mit Wasserstoff. Damit soll der radiolytischen Zersetzung des Kühlmittels im Kernbereich entgegengewirkt werden.

Beim Bekannten wird der Wasserstoff in den zum Volumenregelsystem gehörenden Volumenausgleiehsbehälter eingegeben, in dem er über dem Flüssigkeitsspiegel als Gaspolster vorhanden ist. Der H2-Partialdruck im Gaspolster wird entsprechend der gewünschten Wasserstoffkonzentration im Kühlwasser eingestellt.

Das Volumenregelsystem enthält, wie die genannte Literaturstelle zeigt, Hochdruckpumpen, weil das im Volumenregelsystem auf relativ niedrigem Druck befindliche Kühlwasser wieder in den Primärkreis des Druckwasserreaktors zurückgespeist werden muß, in dem bekanntlich Drücke von zum Beispiel 160 bar herrschen.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 27 48 160 ist ein Kernreaktor der eingangs genannten Art angegeben, bei dem die Einspeisung von Wasserstoff im zu begasenden Flüssigkeitsstrom auf der Saugseitt einer Förderpumpe vorgenommen wird. Das Pumpengehäuse dient dabei als Mischstrecke, während die zur Einspeisung vorgesehenen Düsen im Ansaugstutzen des Pumpengehäuses, aber auch im Pumpenlaufrad selbst, vorgesehen sind. Dabei ist jedoch nicht gesagt, um welche der vielen Pumpen im Kühlkreis des Kernreaktors es sich handelt Mit der in der DE-OS 27 48 160 beschriebenen Anordnung soll ein vorgebbarer Gasgehalt in der zu begasenden Flüssigkeit erzielt werden, ohne daß eine Freisetzung von Wasserstoff aus dem Volumenausgleichsbehälter erfolgen kann.

In der ebenfalls nicht vorveröffentlichten DE-OS 27 48 159 ist auch noch die Begasung mit Hilfe einer sogenannten Blasensäule angegeben, die von der zu begasenden Flüssigkeit durchströmt wird. Die Blasensäule ist ein gegenüber der Rohrleitung stark erweiterter Behälter, der statische Mischer enthält. Über seine Anordnung im Kühlkreis &■=« Reaktors sind ebenfalls keine Angaben gemacht.

Die Erfindung geht ebenfalls von der Aufgabe aus, eine sichere, d. h. nicht durch Knallgasexplosionen gefährdete Begasung zu ermöglichen. Dies soll ohne großen Aufwand, also ohne besondere Behälter und ohne daß eine Beeinträchtigung des normalen Betriebes befürchtet werden muß, möglich sein.

Der erfindungsgemäße Kernreaktor der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Hochdruckpumpe ist, die aus dem Kühlkreis des Kernreaktors entnommenes Kühlmittel nach einer Reinigung wieder in den Kühlkreis zurü.ckspeist daß dem Voiumenausgleichsbehälter eine Umgehungsleitung zugeordnet ist, die mit der Saugseite de; Hochdruckpumpe in Verbindung steht, und daß die Einspeisestelle für den Wasserstoff in der flüssigkeitsgefüllten Umgehungsleitungliegt.

Bei der Erfindung erfolgt die Einspeisung also in einer bestimmten, bisher nicht vorhandenen Leitung, nämlich der Umgehungsleitung zu dem Voiumenausgleichsbehälter. Daraus und aus der Verwendung der Hochdruckpumpe ergeben sich folgende wichtige Vorteile:

Da dieZudosierungvor der Hochdruckpumpe erfolgt, kann der Wasserstoff mit relativ geringem Druck zugegeben werden. Die Wasserstoffzugabe ist dabei auch unabhängig von den für die Volumenregelung notwendigen Arbeiten der Pumpe, weil die Zudosierung in einer Umgehungsleitung zum Voiumenausgleichsbehälter angeordnet ist. Andererseits kann die Volumenregelung unabhängig von der Wasserstoffdosierung betrieben werden.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform, bei der eine zur Mischung von Kühlflüssigkeit und Wasserstoff bekannte Mischstrecke zwischen der Einspeisestelle und der Hochdruckpumpe in der Umgehungsleitung angeordnet ist. Hiermit ist es nämlich möglich, die Mischstrecke auf den allein für die Wasserstoffeinspeisung erforderlichen Durchsatz auszurichten, nicht aber für die zum Ausregdn von Volumenschwankungen erforderliche und unter Umständen wesentlich größere Flüs-

sigkeitsmenge.

Die vorgeschlagene Wasserstoffeinspeisung nach der DE-OS 27 48 160 mit der Mischung des Wasserstoffes innerhalb des Pumpengehäuses erhöht dagegen die Kavitationsgefahr. Sie erfordert außerdem Anschlußleitungen mit Wasserstoff zu den wegen der mechanisch bewegten Teile störanfälligen und gefährdeten Pumpen. Diese Leitungen behindern auch die Prüfung und gegebenenfalls Auswechslung der Pumpen im Fall einer Reparatur.

Der Mischstrecke kann ein Gasabscheider nachgeschaltet sein. Damit wird vermieden, daß größere Gasblasen auf der Saugseite der Hochdruckpumpe durch WasserstoffOberschuß auftreten. Außerdem kann der Gasabscheider in vorteilhafter Weise mit einer Regeleinrichtung verbunden sein, die die Liefermenge einer Wasserstoffquelle steuert Als Wasserstoffquelle kommen handelsübliche Gasflaschen mit einer geeigneten Regelvorrichtung, zum Beispiel einem Reduzierventil, in Frage.

Zusätzlich kann man den Gasauslaß des Gasabscheiders über einen Kompressor, vorzugsweise einen Membrankompressor, mit der Einspeisesfille verbinden. Hier wird der im Gasabscheider aufgefangene Wasserstoff über die Einspeisestelle erneut in den flüssigkeitsgefüliten Leitungsteil mit der Einspeisestelle zurückgefördert Ein weiterer Zusatz von Wasserstoff kann dann unterbleiben, bis die mit dem Gasabscheider in Verbindung stehende Regeleinrichtung einen Bedarf an zuzuspeisendem Wasserstoff feststellt Dabei wird vorausgesetzt, daß im Gasabscheider hinter der Wasserstoffeinspeisung praktisch nur Wasserstoff als Gas abgeschieden wird.

Die Feststellung des Wasserstoffgehalts kann mit Meßeinrichtungen, zum Beispiel mit einem Prozeß-Chromatographen, erfolgen. Des weiteren kann man auch mit anderen Gasanalysatoren arbeiten, wobei die Feststellung des Wasserstoffgehalts nicht unbedingt kontinuierlich erfolgen muß, sondern auch in gewissen Zeitabständen durchgeführt werden kann.

Die Einspeisesteile für den Wasserstoff kann in vorteilhafter Weise als Keramik-Filterkerzen ausgeführt sein. Man erreicht dadurch eine feine Verteilung, die die Lösung des Wasserstoffes im Kühlmittel begünstigt

Der Gasraum des Volumenausgleichsbehälters, der bei der Erfindung nicht mehr zur Wasserstoffanreicherung benötigt wird, sollte so mit einem Abgassystem verbunden sein, daß im Gegensatz zum Bekannten der Wasserstoffgehalt im Gasraum mit Sicherheit unter 4% bleibt Da nur oberhalb von 4% die Gefahr von Knallgasexplosionen besteht, wird hier die Verbindung mit dem Abgassystem drjzu benutzt, die Wasserstoffmenge klein zu halten, während beim Bekannten zum Zwecke der Begasung ein reines Wasserstoffpolster vorhanden ist

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben, die jeweils anhand eines Ausschnitts aus einem Rohrlaufplan des Volumenregelsystems eines Druckwasserreaktors dargestellt sind.

In F i g. 1 ist mit 1 ein von dem nicht dargestellten Primärkühlkreis des Druckwasserreaktors kommender Leitungsstrang bezeichnet, der in einen Volumenausgleichsbehälter 2 führt. Der Volumenausgleichsbehälter ist in seii'em unteren Bereich 3 mit Kühlwasser gefüllt. Der Flüssigkeitsspiegel wird mit einer Meßeinrichtung 4 erfaßt, die eine Regeleinrichtung 5 beaufschlagt. Von dieser wird ein Abgabeventü 6 im Leitungsstrang 1 bzw. eine Nachspeisung über eine Leitung 7 mit einem Ventil 8 gesteuert Das Ende 9 des Leitungsstranges 1 liegt unterhalb des Rüssigkeitsspiegels.

Im Volumenausgleichsbehälter ist der Gasraum 10 oberhalb des Flüssigkeitsvolumens in ein nicht weiter dargestelltes Abgassystem eingefügt. Zu diesem Zweck führt ein Leitungsstrang 12 vom Abgassystem über ein Ventil 13, dessen Öffnung durch eine Regeleinrichtung 14 in Abhängigkeit von einer Meßstelle 15 zum Beispiel auf einen konstanten Durchsatz geregelt wird, zum Volumenausgleichsbehälter 2.

Ein anderer Leitungszweig 18, der ebenfalls ein Regelventil 19 besitzt führt vom Gasraum 10 zum Abgassystem. Seine Regeleinrichtung 20 wird jedoch von einer Meßstelle 21 auf konstantem Druck eingestellt Mithin wird der Gasraum 10 ständig gespült und zugleich auf einen bestimmten Druck von zum Beispiel 3 bar gebracht Der Druck sollte über dem Wasserstoff-Partialdruck für den gewünschten Wasserstoffgehait liegen.

Der Volumenausgleichsbehältfcv 2 ist durch eine Saugleitung 25 mit drei Hochdruckpumpen 26,27 und 28 verbunden. Die Hochdruckpumpen sind über Mischstrecken 30,31 und 32 und diesen vorgeschalte te. Ventile 35, 36 und 37 parallelgeschaltet. Sie fördern das Kühlwasser in den Primärkühlkreis zurück, von dem der Leitungsstrang 1 abzweigt.

Parallel zum Volumenausgleichsbehälter 2 ist eine Umgehungsleitung 40 angeordnet, die von dem Leitungsstrang 1 zur Saugleitung 25 führt und mit einem handbetätigten Ventil 41 absperrbar ist. An der Umgehungsleitung 40 ist eine Einspeisestelle 43 für Wasserstoff (H2) vorgesehen, die eine Rückschlagklappe 44 und ein Regelventil 45 umfaßt. Das Regelventil 45 wird von einer Kegeleinrichtung 46 gesteuert, die in nicht weiter dargestellter Weise mit den Werten des Wasserstoffgehalts im Kühlwasser und dem Betriebszustand eines Entgasungssystems gespeist wird. Die Meßleitungen dafür sind bei 47 und 48 angedeutet.

Zwischen der Einspeisestelle 43 und der Verbindungsstelle 50 der Saugleitung 25 mit den drei Hochdruckpumpen 26, 27 und 28 ist eine Mischstrecke 51 angeordnet die zum Beispiel vier einzelne Glieder 52, 53,54 und 55 umfaßt. Mit dieser Mischstrecke wird der eingespeiste Wasserstoff innig mit dem Kühlwasser vermischt, so daß eine möglichst vollständige Lösung des Wasserstoffs im Wasser erreicht wird.

Beim AusfüEirungsbeispiel nach Fig.2 ist der Mischstrecke 51 ein Gasabscheider 58 nachgeschaltet, dessen Gasabzug 59 über ein Regelventil 60 mit einem Abgassystem verbunden ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daiß hinter der Mischstrecke 51 kein freier Wasserstoff vorhanden ist, der im Bereich der I lociidruckpumpen 26, 27 und 28 etwa zu Gasblasen oder zu Kavitationen führen könnte. Das Regelventil 60 kann von seinem Regelsystem 61 geöffnet werden, wenn im Gasabscheider 58 Gas auftritt Die Regeleinrichtung 46 speist dagegen Wasserstoff aus einer zentralen Queue -wischen 2 pum und 4 ppm Wasserstoffgehalt im Kühlmittel ein. wobei der Durchsatz als Fördermenge der Pumpen 26 bis 28 berücksichtigt wird.

Der Druck im Volumenausgleichsbehä'tet 2 wird auf den Wasserstoffpartialdruck bei 4 ppm eingestellt. Damit ist eine Überschreitung des Wasserstoffgehalts von 4 ppm hinter dem Abscheider 58 nicht mehr möglich, und es müssen daher auch keine hohen Anforderungen an die Überwachung der Wasserstoff-

konzentration gestellt werden. So kann eine diskontinuierliche Überwachung durchaus genügen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Einspeisestelle 43 ein Gasabscheider 58' nachgeschaltet, an dessen Dom 64 in Parallelschaltung zwei Membrankompressoren 65 und 66 angeschlossen sind. Die Membrankompressoren fördern über eine Leitung 68 in die Einspeisestelle 43. Mithin wird überschüssiger Wasserstoff, der im Abscheider 58' anfällt, in die Leitung 40 zurückgespeist. Gleichzeitig wird mit einer Regeleinrichtung 70 der Gasgehalt im Abscheider 58' über eine Meßeinrichtung 71 erfaßt. Damit wird das Regelventil 45 betätigt, wie durch die Wirkungslinie 72 angedeutet ist. Hier wird also die Wasserstoffeinspeisung von einer nicht weiter dargestellten Wasserstoffquelle unmittelbar vom Wasserstoffgehalt im Kühlmittel abhängig gemacht, der hinter der Mischstrecke 51 ermittelt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

JO

40

5ö

55

60

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem flüssigen, wasserstoffhaltigen Kühlmittel in einem Kühlkreis, mit einem Voiumenausgleichsbehälter für das Kühlmittel und mit einer Pumpe im Kühlkreis, auf deren Saugseite Wasserstoff in das Kühlmittel eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Hochdruckpumpe (26 bis 28) ist die aus dem Kühlkreis des Kernreaktors entnommenes Kühlmittel nach einer Reinigung wieder in den Kühlkreis zurückspeist, daß dem Voiumenausgleichsbehälter (2) eine Umgehungsleitung (40) zugeordnet ist, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe (26 bis 28) in Verbindung steht, und daß die Einspeisestelle (43) für den Wasserstoff in der flüssigkeitsgefüllten Umgehungsleitung (40) liegt

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Mischung von Kühlmittel und Wasserstoff bekannte Mischstrecke (51) in der Umgehungsleitung^) zwischen der Einspeisestelle (43) und der Hochdruckpumpe (26 bis 28) angeordnet ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischstrecke (51) ein Gasabscheider (58) nachgeschaltet ist

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheider (58') mit einer Regeleinrichtung (70) verbunden ist, die die Liefermenge einer Wasserstoffquelle steuert

5. Kernreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (64) des Gasabscheiders (58') über einen Kompressor (65,66) mit der Einspeisestelle (43) verbu-iden ist.

6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die t iispeisestelle eine Keramik-Filterkerze ist.

7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum (10) des Volumenausgleichsbehälters (2) in an sich bekannter Weise mit einem Abgassystem verbunden ist.