DE2842875A1 - Verfahren und einrichtung zur abfuhr der nachwaerme einer wassergekuehlten kernreaktoranlage - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur abfuhr der nachwaerme einer wassergekuehlten kernreaktoranlage

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    • G—PHYSICS
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Description

Verfahren und Einrichtung zur Abfuhr der Nachvärme einer wassergekühlten Kernreaktoranlage.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfuhr der Nachwärme einer wassergekühlten Kernreaktoranlage im bestimmungsgemäßen Betrieb und bei Störfällen, insbesondere bei Ausfall der Dampferzeuger als Wärmesenke, wobei die Kernreaktoranlage einen Reaktordruckbehälter, wenigstens einen Dampferzeuger und diese Komponenten verbindende "heiße" und "kalte" Rohrlsitungsstränge umfaßt. ...
In der OS 24 59 150 wurde schon vorgeschlagen, die aus der Nachwärme entstehende Dampfmenge in Hilfswärmesenken zu kondensieren und das Kondensat den Dampferzeugern wieder zuzuführen.
Ein Nachteil dieses Nachkühlsystem besteht darin, daß ausreichend bemessene Hilfswärmesenken vorhanden sein müssen und zusätzliches Speisewasser zum Ausgleich von Kondensatverlusten zur Verfügung stehen muß. Außerdem wird bei sekundärseitigen Störfällen oder Frischdampfleitungsbruch innerhalb des Sicherheitsbehälters mit dem bekannten Notkühlsystem ein hoher Druck im Sicherheitsbehälter aufgebaut.
Die Erfindung geht einen anderen Weg und stellt sich daher die Aufgabe ein Verfahren zur Abfuhr der Nachwärme zu finden, mit dessen Hilfe dieselbe bereits vor Erreichen des Dampferzeugers und somit ohne Verdampfung abgeführt werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß das Primärkühlmittel über eine Verbindungsleitung von einem "heißen" zu einem "kalten" Rohrleitungsstrang geführt wird und daß die Wärme dieses Querstromes über geschlossene .Kühlkreisläufe an einen offenen Kühlkreislauf abgegrt^ jj^ 9 , „ „
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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung eine Hochdruckleitung ist, in die eine Umwälzpumpe, ein Drosselventil und ein Rückflußverhinderer eingebaut ist, wobei der geschlossene Kühlkreislauf ein Hochdruckkreislauf und der offene Kühlkreislauf ein Flußwasserkreislauf ist.
In die Verbindungsleitung zwischen "heißer" und "kalter" Leitung ist gemäß einer besonderen Ausgestaltung eine Bypaßleitung vorgesehen, die das Drosselventil der Verbindungsleitung umführt und ebenfalls ein Drosselventil sowie einen Rückflußverhinderer aufweist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, unterhalb des Wärmetauschers des geschlossenen Kühlkreislaufes in Durchflußrichtung gesehen zwei Entnahmeleitungen an der Verbindungsleitung vorzusehen.
Der geschlossene Kühlkreislauf ist auch während dos Normalbetriebs der Kernreaktoranlage auf dem erforderlichen Druck haltbar.
Vorzugsweise weist der geschlossene Kühlkreislauf eine Umwälzpumpe, ein Drosselventil und einen Rückflußverhinderer auf. Der geschlossene Kühlkreislauf ist weiterhin mit einer Bypassleitung versehen in die eine Umwälzpumpe und ein Rückflußverhinderer eingebaut ist.
Auch der Flußwasserkreislauf weist eine Bypaßleitung auf, die ebenso wie der Flußwasserkreislauf selbst mit einer Umwälzpumpe und einem Rückflußverhinderer versehen ist.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist die Verbindungsleitung eine Absperrarmatur auf, hinter der in Durchflußrichtung gesehen ein Bypaßstrom des "heißen" Rohrleitungsstranges einmündet. Mit dieser Maßnahme wird ein geringer aber ständiger Durchfluß der Verbindungsleitung aufrechterhalten.
Eine vorteilhafte Ausbildung zeichnet sich dadurch aus, daß die Verbindungsleitung eing ^^ch|ty3g^.^hkeit für den Sumpf des
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Sicherheitsbehälters oder den Borwasserbehälter des Notkühlsystems aufweist. Die Umwälzpumpe ist hierzu so ausgelegt, daß sie auf verschiedene Ansaugwege umschaltbar ist. Diese Variante hat den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Abfuhr der Nachwärme im Falle eines Kühlmittelverluststörfalles für verschiedene Notkühlsysteme verwendet werden kann.
Die vorzugsweise als Tauchpumpe ausgeführte Umwälzpumpe ist möglichst tief im Sicherheitsbehälter angeordnet, um Kavitationsprobleme zu verhindern.
Zur Sicherung der Funktionsfähigkeit des Systems wird vorgeschlagen, im Bypaßstrom des "heißen" Rohrleitungsstranges eine Rohrbruchsicherung für die Verbindungsleitung und der an sie angeschlossenen Abzweige vorzusehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird anhand von Ausführungsbeispielen und den schematiscnen Zeichnungen Fig. 1 und 2 beschrieben.
Die von einem nichtdargestellten Reaktorbehälter zu einem ebenfalls nicht dargestellten Dampferzeuger führende Rohrleitung wird in der weiteren Beschreibung als "heißer" Rohrleitungsstrang und die vom Dampferzeuger zum Reaktorbehälter führende Rohrleitung 2 als "kalter" Rohrleitungsstrang bezeichnet. Diese in der Reaktortechnik übliche Bezeichnung rührt daher, daß das in diesen Rohrleitungen fließende Primärkühlmittel beim Durchlaufen des Dampferzeugers eine Abkühlung von ca. 300C erfährt. Beim Normalbetrieb der Reaktoranlage strömt also das flüssige Primärkühlmittel in Pfeilrichtung 3 durch den "heißen" Rohrleitungsstrang 1, gibt im Dampferzeuger einen Teil seiner Wärme ab, und strömt in Pfeilrichtung k durch den "kalten" Rohrleitungsstrang 2 zum Reaktorbehälter zurück, um dort wieder erxvärmt zu werden. Besteht ein Anforderungsfall für die Nachwärmeabfuhr, so wird die Nachwärme erfindungsgemäß dadurch abgeführt, daß mit Unterstützung der Umwälzpumpe 5 das Priraärkühlraittel vom "heißen"
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Rohrleitungsstrang 1 über die Verbindungsleitung 6 zum "kalten" Rohrleitungsstrang 2 geleitet wird und dabei seine Wärme über den geschlossenen Kühlkreislauf 7 und den offenen Kühlkreislauf 8 an eine außerhalb der Kernreaktoranlage vorhandene Wasservorlage, wie z,B. das Wasser eines Flusses, abgibt.
Die Einrichtung zur Abfuhr der Nachwärme ist gemäß Fig. 1 weiterhin wie folgt aufgebaut:
Hinter der Umwälzpumpe 5 ist in der Verbindungsleitung 6 zur Einhaltung eines vorgegebenen Temperaturgradienten beim Abfahren in Durchflußrichtung gesehen ein Drosselventil 9 eingebaut und nach diesem ist ein Durchflußmeßgerät 10 vorgesehen. Ein Rückflußverhinderer 11 verhindert ein Einströmen des Primärkühlmittels, aus dem "kalten" Rohrleitungsstrang in die Verbindungsleitung Mit Hilfe des Bypaß-Stromes 32, in den ein Drosselventil 33 und ein Rückflußverhinderer 34 eingebaut ist, kann die Durchflußrate besser eingestellt werden. Eine Leitung 35 gestattet die Entnahme von Primärkülilmittel z.B. zur Kühlmittelreinigung und Kühlmittelkonditionierung aus der Verbindungsleitung 6.
Beim Durchströmen des Wärmetauschers 12 gibt das in der Verbindungsleitung fließende Primärkühlmittel seine Wärme an den als Hochdruckkreisleuf von ca. 100 bar ausgelegten geschlossenen Kühlkreislauf 7 ab. Der Druck des geschlossenen Kühlkreislaufes, der auch bei Normalbetrieb der Kernreaktorarilage aufrechterhalten bleibt, wird mit Hilfe eines beheizbaren Ausgleichbehälters 13 oder mit Hilfe der Zusatzpumpe 14, der ein Absperrventil 15 vorgeschaltet ist, auf der vorgebbaren Höhe gehalten. Der Umlauf innerhalb des geschlossenen Kühlkreislaufes erfolgt über die Umwälzpumpe 16 in Pfeilrichtung 17. In Reihe zur Umwälzpumpe 16 ist derselben ein Drosselventil 18 und ein Rückflußverhinderer 19 nachgeschaltet. Eine Bypaßleitung 20, in der ebenfalls eine Umwälzpumpe 21 und ein RÜGkflußverhinderer 22 in Reihe geschaltet sind, kann im Bedarfsfalle zur Leistungserhöhung zugeschaltet werden. Über den Wärmetauscher 23 gibt der geschlossene Kühlkreislauf 7 seine aus der Verbindungsleitung 6 aufgenommene Wärme an den als Flußwasserkreislauf ausgebildeten offenen Kühlkreislauf 8 ab.
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Der Umlauf innerhalb des offenen Kiihlkreislaufes 8 erfolgt über die Pumpe 24 in Pfeilrichtung 25. Die Pumpe 24 fördert an der Stelle 27 Kühlwasser aus einer Wasservorlage wie z.B. einem Fluß oder dgl. An der Stelle 28 gelangt das erwärmte Kühlwasser wieder in die Wasservorlage. Nach der Pumpe 24 ist in Durchflußrichtung gesehen ein Rücki'lußverhinderer 26 angeordnet. Eine Bypaßleitung 29, in der ebenfalls eine Pumpe 30 und ein Rückflußverhinderer 31 in Reihe geschaltet sind, kann im Bedarfsfall zur Leistungserhöhung zugeschaltet werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist in der Verbindungsleitung 6 vor der Umwälzpumpe 5 eine Absperrarmatur 39 auf, wodurch die Verbindungsleitung 6 gegenüber dem Rohrleitungsstrang 1 abgesperrt wird. Zur Aufrechterhaltung eines ständigen, geringen Durchflusses in der Verbindungsleitung δ ist ein Bypaßstrom 44 des Rohrleitungsstranges 1 vorgesehen, der zwischen Absperrarmatur 39 und Umwälzpumpe 5 in die Verbindungsleitung 6 mündet. In dem Bypaßstrcm ist eino Drossel- oder Regelarmatur 45 vorgesehen. Eine mit einer nicht dargestellten Leckageüberwachungseinrichtung verbundene Rohrbruchsicherung 46 sperrt den Bypaßstrom 44 ab, sobald an dem Leitungssystem zwischen den geschlossenen Absperrarmaturen 39,42,43 und 38 einschließlich der Leitung 35 eine Rohrbeschädigung auftritt. Zwischen dem Borwasserbehälter 50 sowie dem Sumpf 48 des Reaktorsicherheitsbehälters 49 und der Verbindungsleitung 6 sind Leitungen 40,41 vorgesehen die über Absperrarmaturen 42,43 offen oder geschlossen gehalten werden können. Bei geschlossener Absperrarmatur 39 und geöffneter Absperrarmatur 42 oder 43 kann somit das erfindungsgemäße Nachwärme-Abfuhrsystem im Falle eines Kühlmittelverluststörfalles zur Kühlung und Einspeisung von Kühlmittel aus dem Sumpf 48 oder dem Borwasserbehälter 50 in den nicht dargestellten Reaktorkern verwendet werden. Zur Druckabsenkung im Primärkreislauf kann über die Leitung 37 und die darin angeordnete Drosseloder Regelarmatur 38 in den nicht dargestellten Druckhalter gesprüht werden. Die dazu erforderliche Druckdifferenz wird durch die vorzugsv/eise als Tauchpumpe ausgeführte Umwälzpumpe 5 und die Drosselarmatur 47 erzeugt. Aus der Verbindungsleitung erfolgt die Wärmeabfuhr auf die gleiche V/eise, wie zu Fig. 1 beschrieben«
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Aufgrund der hohen Temperaturgefälle zwischen Primärkreislauf und geschlossenem Kühlkreislauf 7 bzw. zwischen geschlossenem Kühlkreislauf 7 und offenem Kühlkreislauf 8 sind hohe mittlere Temperaturdifferenzen vorhanden. Dadurch können die Wärmetaus eher flächen klein gehalten werden.
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Claims (16)

JLjrjr O&/ (θ Patentansprüche
1. Verfahren zur Abfuhr der Nachwärme einer wassergekühlten Kernreaktoranlage im bestimmungsgemäßen Betrieb und bei Störfällen, insbesondere bei Ausfall der Dampferzeuger als Wärmesenke, wobei die Kernreaktoranlage einen Reaktordruckbehälter, wenigstens einen Dampferzeuger und diese Komponenten.verbindende "heiße" und "kalte" Rohrleitungsstränge umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärkühlmittel über eine Verbindungsleitung (6) von einem "heißen" Rohrleitungsstrang (1) zu einem"kalten" Rohrleitungsstrang (2) geführt wird und daß die Wärme dieses Guerstromes über einen geschlossenen Kühlkreislauf (7) an einen offenen Kühlkreislauf (8) abgegeben wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (6) eine Hochdruckleitung ist, in die eine Umvälzpuvnpe (5), ein Drosselventil (9) und ein Rückflußverhinderer (11) eingsbnut ist, daß der geschlossene Kühlkreislauf (7) ein Hochdruckkreislauf und der offene Kühlkreislauf ein Flußwasserkreislauf ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (9) von einer Bypassleitung (32) umführt ist in die ein \ieiteres Drosselventil (33) und ein Rückflußverhinderer (34) eingebaut ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Wärmetauschers (12) des geschlossenen Kühlkreislauies (7) in Durchflußrichtung gesehen Entnahmeleitungen (35,37) an der Verbindungsleitung (6) vorgesehen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kühlkreislauf (7) auch während des Normalbetriebs der Kernreaktoranlage auf dem erforderlichen Betriebsdruck haltbar ist.
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6. Einrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kühlkreislauf (7) eine Umwälzpumpe (16), ein Drosselventil (18) und einen Rückflußverhinderer (19) aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kühlkreislauf (7) eine Bypassleitung (20) aufweist, in die eine Umwälzpumpe (21) und ein Rückflußverhinderer (22) eingebaut ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußwasserkreislauf (8) eine Bypaßleitung (29) aufweist, die ebenso wie der Flußwasserkreislauf selbst mit einer Umwälzpumpe (3O) und einem Rückflußverhinderer (31) versehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch .2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsbehälter (13) mit einer Heizung (36) ausgerüstet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (6) eine Absperrarmatur 39 aufweist iiinter der in Durchflußrichtung gesehen ein Bypaßstrom (44) des Rohrleitungsstranges (1) einmündet.
11. Einrichtlang nach Anspruch 2 und 10, dadurch gekennzeichnet« daß die Verbindungsleitung (6) bei geöffneten Absperrarmaturen (41) oder (42) mit dem Sumpf (48) des Sicherheitsbehälters (49) oder mit einem Borwasserbehälter (50) verbunder ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe auf verschiedene Ansaugwege schaltbar ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (fj) möglichst tief im Sicherheitsbehälter angeordnet ist.
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14. Einrichtung nach Anspruch 2, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (5) als Tauchpumpe ausgeführt ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bypaßstrom (44) eine Rohrbruchsicherung (46) für den Leitungsbereich zwischen den geschlossenen Armaturen (39,42,43,38) einschließlich der Leitung (35) vorgesehen ist.
16. Vervendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15 zur Kühlung und Einspeisung von Kühlmittel in den Reaktorkern bei Kühlmittelverluststörfallen.
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DE2842875A 1978-10-02 1978-10-02 Verfahren und Einrichtung zur Abfuhr der Nachwärme einer wassergekühlten Kernreaktoranlage Expired DE2842875C2 (de)

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