DE2931140C2

DE2931140C2 - Druckentlastung für Kernreaktoren im Störfall

Info

Publication number: DE2931140C2
Application number: DE2931140A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. 5800 Hagen Schweiger
Original assignee: Hochtemperatur-Kernkraftwerk (hkg) Gemeinsames Europaeisches Unternehmen 4701 Uentrop De GmbH
Current assignee: Hochtemperatur-Kernkraftwerk (hkg) Gemeinsames Europaeisches Unternehmen 4701 Uentrop De GmbH
Priority date: 1979-08-01
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1984-06-07
Also published as: GB2055241A; IT1127509B; IT8049157A0; NL8004064A; JPS5622995A; NL185110B; FR2462763B1; DE2931140A1; BE884354A; FR2462763A1; GB2055241B; NL185110C; US4661312A

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckentlastung für Kernreaktoren im Störfall, insbesondere für Leichtwasserreaktoren und heliumgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren.

Für Leichtwasserreaktoren und in Zukunft auch für Hochtemperatur-Reaktoren sind geschlossene Schutzbehälter vorgeschrieben, die bei einem Defekt am Reaktordruckbehälter bzw. dessen Rohrleitungen zur Aufnahme des ausströmenden Kühlmittels, wie Wasserdampf oder Helium, bestimmt sind. Diese Kühlmittel können gasförmige oder feste, radioaktive Spaltprodukte oder auch sonstige aktivierte Substanzen enthalten. Im Störfall ist der Schutzbehälter demnach mit einem mehr oder weniger radioaktiven Kühlmittel gefüllt, das unter hohem Druck steht und eine relativ hohe Temperatur aufweist und somit den Zutritt für das Bedienungspersonal, selbst wenn dieses Schutzkleidung oder Atemgeräte trägt, unmöglich macht. Im Störfall ist die Zugänglichkeit des Schutzbehälters jedoch von Vorteil, um den Reaktor auch durch manuelle Bedienung vor Ort in einen sicheren Betriebszustand überführen zu können.

Weiterhin ist es notwendig, beispielsweise bei einem Ausfall aller Wärmesenken für das Kühlmittel, ein Abführen der Wärme aus dem Reaktordruckbehälter über eine Notkühlung zu ermöglichen, bevor der Primärkreislauf versagt oder die Brennelemente im Reaktor-

kern zerstört werden. Um eine Überhitzung der Brennelemente zu verhindern, kann dem Reaktordruckbehälter ein Kühlmittel in einem sogenannten offenen Kreislauf nachgespeist werden. Allerdings ist es nicht zulässig, das mit radioaktiven Bestandteilen verunreinigte Kühlmittel in die Atmosphäre abzugeben.

Druckentlastungen sind dazu bestimmt, bei einem Störfall den Druck im Reaktrodruckbehälter und/oder gegebenenfalls in einem den Reaktordruckbehälter aufnehmenden Schutzbehälter abzusenken.

Derzeit sind verschiedene Einrichtungen bekannt, die ihren unterschiedlichen Aufgaben, wie der Reinigung des Kühlmittels bzw. der Schutzbehälteratmosphäre oder auch der Druckentlastung von Schutzbehältern entsprechend zum Teil nur für den Betriebsfall vorgesehen sind.

Bekannt sind Abluftanlagen für Schutzbehälter im Betriebsfall, bei denen — um die Abluftanlage in kleinen Abmessungen zu halten — in einem sogenannten Umluftverfahren innerhalb des Schutzbehälters Luft abgesaugt, in Filtern gereinigt und repetiert wird. Deshalb durchströmt nur eine geringe, möglicherweise mit radioaktivem Gas oder Staub verunreinigte Menge Luft langsam einen Filter der Abluftanlage und wird lach der Reinigung der Atmosphäre zugeführt, um im Innern des Schutzbehälters einen geringen Unterdruck zu erzeugen. Die bekannten Filter besitzen jedoch für den Störfall eine zu geringe Kapazität und sind außerdem nicht zum Filtern der bei einem Störfall möglicherweise zusammen mit großen Dampfmengen austretenden Spaltprodukte wie z. B. Jod, Cäsium und Strontium geeignet.

Weiterhin sind Entgasungseinrichtungen für Siedewasser- und Druckwasserreaktoren bekannt, bei denen während des Betriebes im Wasser/Dampfkreislauf mit Hilfe einer Vakuumpumpe aus dem Kühlmittel in einem Turbinenkondensator Luft und Gas zur Vakuumverbesserung abgezogen und über Filter an die Atmosphäre abgegeben werden. Als Filter dienen sogenannte Filter-Absorber, in denen Edelgase, wie Krypton und Xenon bis zu ihrem natürlichen Zerfall zurückgehalten werden. Diese Filter sind gekühlt, um die Zerfallswärme abzuführen und aulgrund der geringen Temperatur eine bessere Absorption zu erreichen. Diese Filter sind ebenfalls nicht zum Filtern der bei einem Störfall in größeren Mengen austretenden Spaltprodukte geeignet. Bei bekannten Druckentlastungen für Kernreaktoren wird des weiteren im Störfall mit Hilfe von Sprühsystemen das aus einem Leck des Reaktordruckbeviälters oder der Rohrleitungen des Primärkreislaufes ausströmende Kühlmittel im Innern des Schutzbehälters niedergeschlagen. Das Sprühwasser wird von Pumpen aus einem Wasserbehälter und nach Erschöpfung seines Vorrats aus dem Schutzbehältersumpf angesaugt, in Kühlern abgekühlt unJ anschließend wieder in den Schutzbehälter eingesprüht, um den Kühlmitteldampf zu kondensieren und damil den Druck zu senken. Bei Druckwasserreaktoren dient aus kernphysikalischen Gründen boriertes Wasser, d. h. Wasser mit 2000 bis 3000 ppm Bor als Sprühmittel, das die mit dem Kühlmitte! in den Schutzbehälter gelangten Spaltprodukte auswaschen soll. Um eine bessere Wasserlöslichkeit von Jod zu erreichen, werden dem Wasser beispielsweise Natriumhydroxid oder Natriumthiosulfat beigegeben. Bei diesen Spaltprodukten sind die auswaschbaren, wie z. B. Cäsium. Strontium und Barium, sowie das aufgrund der relativ hohen Kühlmitteltemperatur bedingt auswaschbare gasförmige Iod, vor den nur schwer auswaschbaren Spaltproduktcn. wie den Edelgasen Xenon und Krypton, und gegebenenfalls Methyljodid zu unterscheiden. Die Edelgase und das Methyljodid gehen bei der Kondensation bzw. dem Verdampfen der Kühlflüssigkeit kaum in das Gas bzw. die Flüssigkeit über. Dabei bildet sich das Methyljodid erst nach einiger Zeit, wenn elementares Jod mit organischen Stoffen wie Ölen und Fetten im Schutzbehälter unter Temperatureinwirkung reagiert.
Das gasförmige Jod wird von dem Sprühsystem mit

to einem Wirkungsgrad von 99% in dem mit Zusätzen versehenen Sprühmittel gelöst und ausgewaschen. Der Jodanteil verringert sich im Laufe der Zeit aber auch infolge natürlicher Ablagerung auf den vom Jod benetzten Oberflächen. Dagegen läßt sich das Methyljodid erheb-5 lieh schlechter auswaschen als das elementare Jod.

Aus der DE-OS 22 52 574, der DE-AS 23 61 666 und der De-AS 25 25 119 sind Vorschläge zur Anwendung des sogenannten »Mischkühlerprinzips« bekannt, bei dem durch Undichtigkeit ausgetretener Dampf, der zur Druckerhöhung im Behälter führt, als Luft-Dampf-Gemisch durch bzw. in Mischkühler geführt wird, die wegen des in ihnen herrschenden Unterrocks das unter Überdruck stehende Medium ansauge« Bei diesen bekannten Vorschlägen sind keine Reinigungsmaßnahmen vorgesehen oder beabsichtigt, wobei zum Vorschlag gemäß der DE-AS 25 25 119 noch zu erwähnen wäre, daß darin eine sogenannte Sprinkler-Anlage offenbart wird, die bereits zuvor erläutert wurde.

Insgesamt gibt auch dieser Stand der Technik keine Hinweise, die zu Reinigungsmaßnahmen in Druckentlastungsstationen bei Kernreaktroen, insbesondere bei Leichtwasserreaktoren und heliumgekühlten Hochtemperatur-Reaktoren im Störfall anregen.
Die bekannten Druckentlastungssysteme weisen den Nachteil auf, daß die verwendeten Sprühmittel die feuchten Bauteile im Innern des Schutzbehälters korrodieren. Der Korrosionsgrad isv dabei abhängig von dem jeweiligen Sprühmittel und den darin enthaltenen chemischen Zusätzen. Eine Borlösung greift insbesondere Zink und Anstriche an. Durch Borax-Lösungen werden Aluminiumlegierungen, und durch Natriumthiosuifat-Lösungen insbesondere Aluminium und Kupfer stark angegriffen. Das Ausmaß der Korrosion wird durch das Besprühen der Bauteile im Vergleich zum Eintauchen noch verstärkt. In dem Fall können bei der Korrosion unlösliche Korrosionsprodukte entstehen, die durch Ablagerungen an wichtigen Bauteilen besonders nachteilig wirken können.

Bei dieser Druckentlastung liegt ein weiterer Nachteil darin, daß die durch das Besprühen bewirkte Korrosion, insbesondere von Aluminium und Zink, zu einer Wasserstoffbildung im Schutzbehälter führt, die die kritische Konzentration von 4 Vol.-% übersteigen kann. Dies erhöht die Gefahr im Störfall. Um die kritische Wasserstoff-Konzentration zu verhindern, müßte der Schutzbehälter belüftet und dabei ein wenngleich kontrolliertes Freisetzen von Soaltprodukten in Kauf rjenommjn werden.

Weiterhin bewirkt das Sprühmittel ein Kondensieren des im Störfall in den Schutzbehälter gelangenden Kühlmittels, insbesc.idere auch nach dem Abpumpen des bereits kondensierten Kühlmitteis. Infolgedessen kann im Schutzbehälter ein Unterdruck entstehen. Bekannte Schutzbehälter sind zwar so ausgelegt, daß sie

h-j Einwirkungen von Außen wie auch einem Überdruck im Innern widerstehen: sie können jedoch nicht für einen größeren Unterdruck .cn Innenraum ausgelegt werden. Des weiteren erweist es sich als nachteilig, daß das im

Schulzbehältersumpf befindliche Sprühmittel wieder dem Sprühsystem zugeführt wird. Dudurch gelangen die im Sprühmiltel gelösten Spaltprodukte, beispielsweise Jod, beim erneuten Versprühen wieder in die Atmosphäre des Schutzbehälters. Infolgessen wird der Wir- > kungsgrad des Auswaschens der radioaktiven Produkte verschlechtert.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Druckentlastungen besteht darin, daß im Störfall der mit einem unter Umständen radioaktiven Kühl- bzw. Sprühmittel gefüllte Schutzbehälter für das Bedienungspersonal nicht zugänglich ist.

Bei den heute bekannten mit Helium gekühlten Hochtemperatur-Reaktoren ist eine Kondensation des Heliums indiskutabel. Seine betrieblichen radioaktiven Verunreinigungen sind so gering, daß es ungereinigt an die Atmosphäre abgegeben werden darf. Die Verunreinigungen können allerdings im Störfall höher liegen, wenn beispielsweise ein Rohrreißer in einem der Dampferzeuger aüiiiiü üi'iii iiOChgcäpäimic:" Dämpf ifi /u den mit Helium gefüllten Primärkreislauf einströmt. Deshalb ist z. B. ein Hochtemperatur-Reaktor bekannt, bei dem den Überdruckventilen des Primärkreislaufes sogenannte Mischkühler nachgeschaltet sind, in deren Wasservorlage der Dampf kondensiert wird, während sich das Helium in diesem Behälter über der Wasservorlage sammelt.

Bei einem weiteren bekannten Hochtemperatur-Reaktor sind keine Überdruckventile vorhanden, weil nach dem Reißen eines Rohres in einem der Dampferzeuger jo der in den Primärkreis eintretende Dampf durch betriebliche Maßnahmen an den restlichen fünf Dampferzeugern kondensiert werden kann, so daß eine unzulässige Druckerhöhung vermieden wird. Von diesen Einrichtungen wird allerdings erwartet, daß sie unbedingt sicher funktionieren. Solche Einrichtungen sind daher technisch sehr aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe 7ugrunde, in einem den geschlossenen Schutzbehälter unter Druck setzenden Störfall eine andere Möglichkeit zur Druckentlastung und bei einem Reaktordruckbehälter gegebenenfalls eine andere Möglichkeit zur Notkühlung zu schaffen, wobei die oben beschriebenen Nachteile einer Entlastung eines Schutzbehälters durch Sprühsysteme oder gar einer freien Entlastung eines Reaktordruckbehälters sowie gegebenenfalls offener Kühlmittelnachspeisung mit der Abgabe radioaktiver Bestandteile des Kühlmittels an die Atmosphäre vermieden werden sollen.

Der Grundgedanke der Lösung dieser Aufgabe besteht darin, ein Druckentlastungssystem zu schaffen, das gleichzeitig die Wi.kung eines Filters entfaltet.

Im Falle des Druckanstiegs im Reaktordruckbehälter bzw. im Schutzbehälter soll demgemäß das Druckentlastungssystem eine Reinigung des Kühlmittels unter gleichzeitiger Druckentlastung bewirken. Die Druckentlastung muß dabei so ausgelegt sein, daß der Druckbehälter des Primärkreislaufes bzw. der diesen umgebende Schutzbehälter den Vorschriften entsprechend bezüglich der radioaktiven Spaltprodukte geschlossen bleibt, das von radioaktiven Produkten weitgehend gereinigte Kühlmittel aber an die Atmosphäre abströmen kann. Weiterhin sollte der Schutzbehälter von Kühlmitteln im wesentlichen frei bleiben. Darüber hinaus soll weitgehend der Kontakt des ungewaschenen, möglicherweise elementares iod enthaltenden Kühlmittels mit öl oder Fett von den Hilfseinrichtungen des Reaktors im Reaktorschutzbehälter vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß dem Reaktordruckbehälter und/oder dem Schutzbehälter eine Druckentlastungsstation nachgeschaltet ist, in der das Kühlmittel gewaschen wird.

Die erfindungsgemäße Druckentlastung kann eine Druckentlastungsstation aus zwei hintereinanderguschalteten Zyklonen aufweisen. Der dem Reaktordruck behälter und/oder Schutzbehälter nachgeordnete Zyklon kann beispielsweise als Waschzyklon ausgebildet sein, in dem das als Gas und/oder Dampf vorliegende Kühlmittel und in eine Rotationsbewegung versetzt wird, so daß unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft im Kühlmittel enthaltene Staubpartikel oder Wasserköpfen an die Zyklonenwandung geschleudert und nach unten abgeführt werden. In der Zyklonachse kann ein Düsensystem angeordnet sein, das radial, also in Richtung der Zentrifugalkräfte, eine Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser, einspritzt. Im Waschzyklon soll der Kühlmitteldampf im Gegensatz zu Sprühanlagen nicht kon-

geren Flüssigkeitsmenge nur die Überhitzungswärme entzogen werden, so daß Naßdampf mit einer Temperatur unter 100°C entsteht.

Hinter dem Waschzyklon ist ein Trocknerzykon angeordnet, in dem die Restfeuchte durch die Zentrifugalkräfte aus dem Kühlmittel ausgeschleudert wird.

Zwischen den Reakiordruckbehälter und/oder den Schutzbehälter und den Waschzyklon kann eine Flüssigkeitsvor',«ge geschaltet sein. Das vom Reaktordruckbehälter und/oder Schutzbehälter kommende Kühlmittel wird zur Verhinderung von sogenannten Wasserschlägen über ein tief unierhalb des Flüssigkeitsspiegels der Vorlage angeordnetes Düsensystom in die Vorlage eingeleitet. Die Vorlage kann aufgrund einer entsprechend gewählten Höhe der Flüssigkeitssäule über den Kühlmittel-Austrittsdüsen als Überdruckventil für den Schutzbehälter, insbesondere beim Hochtemperatur-Reaktor hpnni7t werden.

Die Vorlage ist von Vorteil, weil im ungestörten Betrieb ein unkontrolliertes Ausströmen der im Schutzbehälter enthaltenen Luft verhindert wird, so daß der übliche bekannte Unterdruck im Schutzbehälter nicht gestört wird. Die Wasservorlage hat den Vorteil, daß die Nachteile eines mechanischen Überdruckventils, wie z. B. Klemmen oder Undichtwerden, entfallen.

Vorzugsweise gewährleistet die Höhe der Flüssigkeitssäule in dem Vorlagebehälter in Verbindung mit dem Schutzbehälter-Volumen, daß eine in einen Kühlkreislauf für die Waschflüssigkeit des Waschzyklons geschaltete Umwälzpumpe anlaufen kann, bevor das Kühlmittel die Flüssigkeitsvorlage im Behälter durchbricht und in den Gassammeiraum des Vorlagebehaiters gelangt.

Bei einer Druckentlastung für Reaktordruckbehälter muß der Vorlage allerdings ein Überdruckventil vorgeschaltet sein. In diesem Fall kann ein Meldekontakt am Überdruckventil die Umwälzpumpe im Kühlkreislauf des Waschzyklons vor dem Ansprechen des Überdruckventils einschalten.

Die Vorlage bedeutet insbesondere bei gasgekühlten Hochtemperatur-Reaktoren eine optimale quasi homogene Wärmesenke für das Kühlmittel.

Bei einem heliumgekühlten, graphitmoderierten Hochtemperatur-Reaktor kann der Reinigungseffekt der Vorlage für die Spaltprodukte Jod, Xenon und Krypton vernachlässigt werden. In diesem Fall reichen die beiden hintereinandergeschalteten Zyklone zum Reinigen des Kühlmittels aus. Der Waschzyklon wird

dabei mit einer Waschflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, betrieben. Ein Zusatz von Chemikalien, um )od wasserlöslich und damit auswaschbar zu machen, ist möglich, aber nicht notwendig, weil bei Hochtempcratiir-Reaktoren bisher Jod im Kühlmittel nur in vernachlässigbaren Mengen nachgewiesen werden konnte.

Für die Reinigung des Kühlmittels von Kohlenstoff staub, an den in der Regel radioaktive Spaltprodukte angelagert sind, ist die Vorlage von besonderer Bedeutung.

Die als Kühler und Staubabscheider dienende Vorlage und der Waschzyklon sind mit getrennten Kühlkreisläufen versehen. In diesen Kühlkreisläufen wird die Vorlageflüssigkeit bzw. die Waschflüssigkeit über Gasabscheider, Kühler und Ionenaustauscher geleitet. Die Gasabscheider können mit betrieblich bereits vorhandenen Rückhalteanlagen für aus der Kühlflüssigkeit abgetrennte Edelgase verbunden sein. Vorzugsweise können die Ionenaustauscher als Anschwemmfilter mit angeschwemmten Pulverharzen ausgeführt sein.

Vorzugsweise handelt es sich insbesondere im Falle von Leichtwasserreaktoren bei der im Kühlkreislauf des Waschzyklons umlaufenden Flüssigkeit um Wasser, in dem Chemikalien zum Auswaschen des radioaktiven Spaltprodukts Jod gelöst sind. Als Chemikalien hierfür eignen sich neben den bereits genannten Verbindungen wie Natriumhydroxid und Natriumthiosulfat auch Natriumjodid und Kaliumiodid.

In den Kühlkreislauf des Waschzyklons kann aus einem Vorratsbehälter Waschflüssigkeit eingespeist werden, um einen Verlust von zusammen mit dem Kühlmittel aus dem Zyklon abströmender Waschflüssigkeit auszugleichen.

Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Druckenlastung kann das aus der Druckentlastungseinrichtung kommende Kühlmittel, insbesondere bei Hochtemperatur-Reaktoren, in die Atmosphäre ab-

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gVgtUCll WCIUCII. L/d3 UtII 11^/11 XJl 1 I NgC CVUIIIiI IUlC! VLIII Leichtwasserreaktoren kann ebenfalls der Atmosphäre zugeführt werden.

Bei einer weiteren Ausführung kann das gekühlte, gereinigte und getrocknete Kühlmittel Sprühteilchen zum Entfernen chemischer Zusätze wie Säuren, Laugen, Salze zugeführt werden.

Des weiteren ergibt sich, daß der Reaktordruckbehälter und/oder der Schutzbehälter aufgrund der erfindungsgemäßen Druckentlastung hinsichtlich des Kühlmittelabzugs offen, aber bezüglich der im Kühlmittel enthaltenen Spaltprodukte aufgrund der Abtrennvorrichtungen der Druckenlastung als geschlossen anzusehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert Die Zeichnung zeigt ein Funktionsschaubild einer Druckentlastung.

Eine mit dem Reaktordruckbehälter und/oder dem Schutzbehälter verbundene Kühlmittelzufuhr 1 ist mit einem Düsensystem 2 in einem Behälter 3 mit einer Flüssigkeits- bzw. Wasservorlage 4 tief unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 5 angeordnet. Der Vorlagebehäiter 3 weist oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 5 einen Gasbzw. Luftsammeiraum 6 mit einer Kühlmittelleitung 7 auf. Der Vorlagebehälter 3 ist mit einem Kühlkreislauf 8 aus einer Umwälzpumpe 9, einem Gasabscheider 10, einem Kühler 11 und einem Ionenaustauscher 12 für die VoriageHüssigkeii 4 versehen. Die Kflhlmittelleitung 7 ist mit einem Waschzyklon 13 verbunden. Eine Wasch-Düssigkeitsleitung 14 ist mit einem Düsensystem 15 in der Achse des über eine Abfliißleitung 16 mit einem Behälter 17 für die Waschflüssigkeit 18 verbundenen Waschzyklons 13 angeordnet. Der Waschflüssigkeitsbehälter 17 ist über einen Kühlkreislauf 19 aus einer Um-■> wälzpumpe 20, einem geschlossenen Gasabscheider 21, einem Kühler 22, einem Ionenaustauscher 23 und der Flüssigkeitsleitung 14 mit dem Düsensystem 15 im Waschzyklon 13 verbunden. Von dem Waschzyklon 13 führt eine Kühlmittelleitung 24 zu einem Trocknerzyklon 25. der einen Kühlmittelabzug 26 aufweist und über eine Abflußleitung 27 mit einem Behälter 28 zum Abscheiden der Restfeuchte 29 aus dem Kühlmittel verbunden ist.

Das vom Reakiuiuruckbchälter und/oder Schutzbehalter kommende Kühlmittel gelangt in den Vorlagebehälter 3 mit dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 5 angeordneten Gassammelraum 6 über die Kühlmittelzufuhr 1 mit einem tief unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 5 angeordneten Düscnsystem 2 in die Vorlageflüssigkeit 4. Die Vorlagefliissigkeit 4 kann bei einer dem Kühlmitteldruck entsprechenden Höhe der Flüssigkeitssäule über den Kühlmittel-Austrittsdüsen 2 als Überdruckventil für den Schutzbehälter fungieren. Wenn die Druckentlastung dem Reaktordruckbehälter nachgeordnet ist, muß der Vorlage ein Überdruckventil vorgeschaltet sein. In diesem Fall vermag die Vorlageflüssigkeit 4 den Reaktordruckbehälter nicht allein abzudichten.

Bei einer Druckentlastung für Hochtemperatur-Reaktoren lassen sich nahezu alle festen Spaltprodukte nach einem aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 01 460 bekannten Verfahren zum Abtrennen unerwünschter Verunreinigungen aus dem Kühlmittel Helium an Graphitstaub anlagern. Ausgenommen von dieser Anlagerung sind nur Jod und Quecksilber, die allerdings bei Hochtemperatur-Reaktoren nur in geringen, im Bereich der Atemluftqualität liegenden Konzentrationen anfüllen.
In der Vorlageflüssigkeit 4 werden wasserlösliche Spaltprodukte wie Cäsium und Strontium, und gegebenenfalls an Kohlenstoffstaub angelagerte radioaktive Isotope aus dem Kühlmittel entfernt. Die Vorlageflüssigkeit 4 wird mit den darin enthaltenen Verunreinigungen durch die Umwälzpumpe 9 in den Kühlkreislauf 8 abgezogen. In dem Gasabscheider 10 sammeln sich von der Vorlageflüssigkeit 4 mitgerissene Kühlmittelgase. Weiterhin werden die durch Hydratbildung der Vorlageflüssigkeit angelagerten Edelgase, wie Xenon und Krypton, abgetrennt. Diese Hydrate sind zwar extrem wasserlöslich, aber nicht stabil, so daß ein großer Teil der Edelgase ebenso wie das Kühlmittel durch die Vorlajeflüssigkeit 4 in den Gassammelraum 6 gelangt. Im Kühlkreislauf 8 wird die Vorlageflüssigkeit 4 nach dem Durchströmen des Gasabscheiders 10 in dem Kühler 11 abgekühlt und anschließend einem Ionenaustauscher 12 zugeführt. In diesem Ionenaustauscher 12 werden alle festen Spaltprodukte wie Cäsium und Strontium durch einen Anschwemmfilter mit angeschwemmten Pulverharzen aus der Vorlageflüssigkeit 4 abgetrennt. Die gereinigte und gekühlte Vorlageflüssigkeit 4 wird anschließend in den Behälter 3 zurückgeleitet.

Das vorgereinigte und vorgekühite, als Gas und/oder Dampf im Gassammelraum 6 vorliegende Kühlmittel wird über die Kühlmittelleitung 7 aus dem Behälter 3 abgezogen und dem Waschzyklon 13 zugeführt, in dem die im Kühlmittel noch enthaltenen Staubpartikel oder Wassertropfen abgeschieden werden.

Dem Kühlmitteldampf wird durch Einspritzen von

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Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser, Wärme entzogen, so daß Naßdampf mit einer Temperatur unter 100⁰C und starker Neigung zur Kondensationskernbildung entsteht. Bei der im Kühlkreislauf des Waschzyklons 13 umlaufenden Flüssigkeit handelt es sich um ϊ Wasser, in dem 7. B. Kaliumjodid gelöst ist. In dem dampfförmigen Kühlmittel ist das aufgrund der Kühlmitteltemperatur gasförmige, nicht wasserlösliche Spaltprodukt Jod enthalten. Der Kaliumjodidzusatz in

':':; der Waschflüssigkeit macht das Jod nach der Formel ι ο

; K] ■ /jfc» K* J ■ )i~ wasserlöslich. Demzufolge kann

;' das Jod im Waschzyklon 13 aus dem Kühlmittel ausge-

;' ι waschen werden.

'■' Die im Kühlmittel enthaltenen festen Spaltprodukt-

'; partikel wie Cäsium und Strontium bilden Kondensa-

: . tionskerne, an denen sich auch kleinste im Kühlmittel enthaltene Wassertropfen ebenso wie an Staub anla-

v; gern und aus dem Kühlmittel ausgewaschen werden

iä können.

V, Die radioaktiven Edelgase Xenon und Krypton kön-

·'? nen im Waschzyklon 13 mit der Waschflüssigkeit Hy-

'; drate bilden, die wasserlöslich sind und mit den Wasscr-

!■| tropfen aus dem Kühlmittel ausgeschleudert werden.

Nur ein Rest der radioaktiven Edelgase kann mit dem

„i gewaschenen Kühlmittel, in dem durch Sprühverlust

i; Waschflüssigkeit enthalten sein kann, aus dem Wasch-

IJ; zyklon 13 in die Kühlmittelleitung 24 abströmen.

Λ Um den Waschflüssigkeitsverlust im Waschzyklon

l'ß auszugleichen, wird dem Kühlkreislauf 19 des Waschzy-

·''{ klons 13 aus einem Vorratsbehälter Flüssigkeit züge-

φ führt.

'.}: Die Waschflüssigkeit gelangt aus dem Waschzyklon

':}i 13 über eine Abflußleitung 16 in den Behälter 17. Aus

\' dem Behälter 17 wird die Waschflüssigkeit über einen

; i Kühlkreislauf 19 durch eine Leitung 14 von einer Um-

'■; wälzpumpe 20 abgezogen. In einem geschlossenen Gas-

;j.^: abscheider 21 werden vorzugsweise radioaktive Edelga-

^;?j se, wie Xenon und Krypton, sowie Luft aus der Wasch- I

ijf flüssigkeit abgetrennt, die anschließend in dem ge B

ζί schlossenen Kühler 22 abgekühlt und danach dem lo-

Il nenaustauscher 23 mit dem Anschwemmfilter zum Ab-

s§ trennen der Spaltprodukte aus der Waschflüssigkeit zu-

'M geführt. Die gereinigte und gekühlte Waschflüssigkeit

j| gelangt durch die Leitung i4 über das Düsensystem 15

If wieder in den Waschzyklon 13.

Das gereinigte und gekühlte Kühlmittel wird durch die Kühlmittelleitung 24 dem Trocknerzyklon 25 zugeführt, in dem die Restfeuchte und die darin enthaltenen radioaktiven Produkte aus dem Kühlmittel ausgeschleudert werden. Dieses ausgeschleuderte Wasser wird über die Abflußleitung 27 aus dem Trocknerzyklon 25 in den Behälter 28 für die Restfeuchte 29 abgeführt.

Das gereinigte, gekühlte und getrocknete dampfförmige bzw, gasförmige Kühlmittel verläßt über den Kühlmittelabzug 26 den Trocknerzyklon 25 und kann Sprühteichen zugeführt werden, in denen aus dem Kühlmitte! gegebenenfalls noch chemische Zusätze wie Säuren, Laugen, Salze entfernt werden können, oder es kann, wenn es sich um einen Leichtwasserreaktor handelt, als Dampf oder im Falle eines Hochtemperatur-Reaktors als gekühltes, gereinigtes Gas, beispielsweise Helium, der Atmosphäre in bereits zulässiger Weise zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckentlastung für Kernreaktoren im Störfall, insbesondere für Leichtwasserreaktoren und heliumgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren, mit einer dem Reaktordruckbehälter und/oder dem Schutzbehälter nachgeschalteten, aus an sich bekannten Apparaten bestehende Druckentlastungsstation, gekennzeichnet durch Mittel zum Waschen des Kühlmittels in der Druckentlastungsstation (1 bis 26).

2. Druckentlastung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungsstation zwei hintereinander geschaltete Zyklonen (t3, 25) auf- !5 weist, von denen der dem Reaktordruckbehälter und/oder Schutzbehälter nachgeordnete als Waschzyklon (13) ausgebildet ist, während der andere ein Trocknerzyklon (25) ist.

3. Druckentlastung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zwischen den Reaktordruckbehälter und/oder den Schutzbehälter und den Waschzyklon (13) geschaltete Flüssigkeitsvorlage (3, 4,6).

4. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kühlkreislauf (19) für den Wasehzyklon (13).

5. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Kühlkreislauf (8) für die Vorlage (3,4,6).

6. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den über eine Abflußleitung (IG) einet·; Waschflüssigkeitsbehälter (17) mit dem Kühlkreislauf (19) verbundenen Waschzyklon (13).

7. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch je einen sowohl in den Kühlkreislauf (8) der Vorlage (3,4,6) als auch in den Kühlkreislauf (19) des Waschzyklons (13) geschalteten Gasabscheider (10,21).

8. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch je einen sowohl in den Kühlkreislauf (8) der Vorlage (3,4, b) als auch in den Kühlkreislauf (19) des Waschzyklons (13) in der Fließrichtung der Flüssigkeit des jeweiligen Kühlkreislaufes hinter den Gasabscheider (10, 21) geschalteten Kühler (11,22).

9. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch je einen sowohl in den Kühlkreislauf (8) der Vorlage (3,4,6) μ als auch in den Kühlkreislauf (19) des Waschzyklons (13) in der Fließiichtung der Flüssigkeit des jeweiligen Kühlkreislaufes hinter den Kühler (11, 12) geschalteten Ionenaustauscher (12,23).

10. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mit einer Edelgas-Rückhalteanlage verbundene Gasabscheider (10,21).

11. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Ansehwemmfilter mit angeschwemmten Pulverharzen als Ionenaustauscher (12,23).

12. Druckentlastung für Leichtwasserreaktoren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis II, gekennzeichnet durch einen Waschzyklon (13) mit b5 einer Waschflüssigkeit aus Wasser und einem die Jodlöslichkeit des Wassers fördernden chemischen Zusatz.

13. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf (19) des Waschzyklons (13) mit einem Vorratsbehälter für die Waschflüssigkeit verbunden ist.

14. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Vorlage (3,4,6) aus einem geschlossenen, die Trennflüssigkeit (4) enthaltenden und oberhalb ^es Flüssigkeitsspiegels (5) einen Gas- und Luftsammeiraum (6) aufweisenden Behälter (3) mit einem tief unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten, durch eine Kühlmittelzufuhr (1) mit dem Schutzbehälter oder einer Abblaselsitung des Reaktordruckbehälters verbundenen Düsensystem (2) für das Kühlmittelgas und/oder den Kühlmitteldampf.

15. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen über eine Kühlmittelleitung (7) mit dem Waschzyklon (13) verbundenen Gas- und Luftsammeiraum (6) des Vorlagebehälters (3).

16. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine mit einem Überdruckventil versehene Kühlmittelzufuhr (1) zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Düsensystem (2) der Vorlage (3,4,6).

17. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch einen über einen Kühlmittelabzug (26) mit Sprühteilchen in Verbindung stehenden Trocknerzyklon (25).

18. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch einen über den Kühlmittelabzug (26) mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Trocknerzyklon (25).

19. Druckentlastung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch einen über eine Abflußleitung (27) mit einem Restfeuchtebehälter (28) verbundenen Trocknerzyklon (25).