DE2933899A1

DE2933899A1 - In einem reaktordruckbehaelter installierter gaskanalzur kuehlgasfuehrung.

Info

Publication number: DE2933899A1
Application number: DE19792933899
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Dr. Claus 6702 Bad Dürkheim Elter; Hans-Jürgen 6834 Ketsch Kolodzey; Hans-Georg 6834 Ketsch Schwiers; Dipl.-Ing. Josef 7521 Hambrücken Schöning; Wilfried 6836 Oftersheim Stracke
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH; Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1981-03-12
Also published as: JPS5633592A; US4381282A; DE2933899C2

Description

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HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Hansaring 53 - 57 5000 Köln

In einem Reaktordruckbehälter installierter Gaskanal

zur Kühlgasführung

Die Erfindung betrifft einen in einem Reaktordruckbehälter installierten Gaskanal zur Führung von Kernreaktor-Kühlgas zwischen den einzelnen Komponenten des Reaktor-Kühlgaskreislaufs, die ausbaubar innerhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet sind, wobei der Gaskanal als koaxiale Gasleitung für die Hin- und Rückführung von Kühlgas ausgebildet ist und eine Abschirmung gegen Strahlung aufweist.

Es gehört zum Stand der Technik, bei gasgekühlten Kernreaktoren, die mit den Komponenten des Kühlgaskreislaufs, wie z. B. Dampferzeugern und Gebläsen, gemeinsam in der Kaverne eines Druckbehälters untergebracht sind, den den Reaktorkern enthaltenden Teil der Anlage durch Abschirmeinrichtungen von dem Teil zu trennen, in dem die genannten Komponenten installiert sind. So wird verhindert, daß diese Komponenten durch direkte Neutronenbestrahlung aktiviert werden. Durch eine besondere Formgebung des Abschirmungsaufbaus muß dafür Sorge getragen werden, daß das Kühlgas ohne wesentlichen Druckabfall von dem Reaktorkern zu den Komponenten strömen kann, ohne daß schädliche Strahlung durch den freien Querschnitt der den Reaktorkern mit den Komponenten verbindenden Gaskanäle hindurchtritt.

Aus der Auslegeschrift 1 083 945 ist eine Kernreaktorabschir-

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mung bekannt, die ein zylindrisches Innenstück und einen äußeren Abschirmungsring aufweist, welche zusammen mit einem weiteren Abschirmungsring einen S-förmigen Strömungsweg für das Kühlgas bilden. Diese Abschirmung bedingt einen großen Materialaufwand.

Es ist auch üblich, die Gaskanäle nach dem Durchtritt durch eine Abschirmwand um 90° umzubiegen, also abgewinkelte Gaskanäle zu verwenden. Dies ist beispielsweise bei dem THTR-300 MWe der Fall, bei dem das in dem Reaktorkern aufgeheizte Gas in einem Heißgassammelraum gesammelt und durch je einen Gaskanal den Dampferzeugern zugeleitet wird. Die Gaskanäle treten zunächst horizontal durch den thermischen Schild hindurch und werden daraufhin um 90° nach oben umgebogen derart, daß sie mit dem Mantel eines der Dampferzeuger verbunden werden können.

Weiterhin ist in der Offenlegungsschrift 1 464 705 eine gegen Strahlung abgeschirmte Rohrleitung beschrieben, die gerade aus dem Kernreaktor herausgeführt wird. Im Bereich der Durchführung durch den Reaktordruckbehälter zeigt sie eine Erweiterung, in der ein Abschirmblock eingebaut ist. Dieser deckt den (nicht erweiterten) Leitungsquerschnitt ab, und die Gas- oder Flüssigkeitsströmung wird um den Abschirmblock herumgeführt. Diese Art der Abschirmung hat den Nachteil, daß die Rohrleitung im Bereich des Abschirmblockes einen größeren Durchmesser aufweisen muß.

Ist der Gaskanal Teil einer Kernreaktoranlage, deren Kühlgaskreislauf-Komponenten in Ausnehmungen eines Spannbetondruckbehälters angeordnet sind, so sind diese Komponenten, da sie für Inspektion, Wartung, Reparatur und Ausbau weitgehend zugänglich sein müssen, so gut wie möglich vor einer Aktivierung durch direkte Neutronenbestrahlung zu schützen. Dies trifft

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insbesondere auf die Heißgaskanäle zu, die den Heißgassammelraum mit den Kreislaufkomponenten, ζ. Β. Gasturbinen oder Wärmetauschern, verbinden. Um eine Aktivierung der metallischen Einbauten dieser Heißgaskanäle zu verhindern, wird in der Offenlegungsschrift 25 06 293 vorgeschlagen, in dem Heißgassammelraum über dessen ganze Höhe eine Abschirmung in Form einer Ringmauer vorzusehen, die koaxial zu der Reaktorkaverne angeordnet ist und mehrere Reihen von Schlitzen für den Kühlgasdurchtritt aufweist.

Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, den eingangs beschriebenen Gaskanal so auszugestalten, daß eine zu hohe Aktivierung von Komponenten des Kühlgaskreislaufs, die für Wartung, Reparatur und Austausch zugänglich sein müssen, vermieden wird, ohne daß in der Kühlgasströmung zu hohe Druckverluste auftreten.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abschirmung aus einem zentrisch in dem Gaskanal eingebauten Verdrängungskörper von rotationssymmetrischer Form besteht, dessen fiktive Rotationsachse mit der Längsachse des Gaskanals zusammenfällt, sowie aus einem an der Innenwand des Gaskanals abgestützten, den Verdrängungskörper umgebenden Abschirmungsring mit der Kontur des Verdrängungskörpers angepaßter Innenfläche, wobei zwischen Verdrängungskörper und Abschirmungsring ein erster ringartiger Strömungsweg für das Kühlgas gebildet wird, auf dem das Kühlgas eine Umlenkung erfährt, daß zwischen Abschirmungsring und Innenwand des Gaskanals ein zweiter ringartiger Strömungsweg für in entgegengesetzter Richtung strömendes Kühlgas vorgesehen ist und daß der Verdrängungskörper durch an dem Abschirmungsring abgestützte Halter in seiner Lage gehalten wird.

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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gaskanals werden die von dem Kühlgas angeströmten Komponenten, z. B. Kühlgasgebläse, gegen Neutronenstrahlung abgeschirmt, so daß eine Aktivierung und Versprödung ihres Materials vermieden wird. Außerdem ermöglicht die Abschirmung den Ausbau der Komponenten mit einem geringeren Strahlenschutzaufwand, als er ohne Anwendung der Erfindung erforderlich wäre.

Die besondere Formgebung des Verdrängungskörpers und des ihn umgebenden Abschirmungsringes ermöglicht es, die Strömungsverluste des Kühlgases so gering zu halten, daß sie vernachlässigt werden können.

Eine optimale Wirkung der Abschirmung läßt sich dann erzielen, wenn die verwendeten Materialien den vorliegenden Strahlungsverhältnissen angepaßt werden, um gleichzeitig eine wirtschaftliche Lösung zu erreichen, besteht der Verdrängungskörper vorteilhafterweise aus einem inneren Teil und einem den inneren Teil allseitig umschließenden äußeren Teil, wobei die beiden Teile aus verschiedenem Material gefertigt sind. So kann der innere Teil des Verdrängungskörpers aus Graphit und der äußere Teil aus Grauguß hergestellt sein. Durch den Einbau eines solcherart gestalteten Verdrängungskörpers läßt sich der thermische Neutronenfluß in dem Gaskanal erheblich reduzieren.

Um die Herstellung des Verdrängungskörpers zu erleichtern, ist der äußere, aus Grauguß bestehende Teil aus zwei lösbar miteinander verbundenen Bauelementen zusammengefügt. Die beiden Bauelemente können beispielsweise miteinander verschraubt sein.

Der innere, aus Graphit bestehende Teil des Verdrängungskörpers kann lösbar an einem der beiden Graugußteile befestigt sein. Auch hierzu kann eine Schraubverbindung verwendet werden .

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Vorteilhafterweise werden auch bei der Wahl des Materials für den Abschirmungsring die Strahlungsverhältnisse in dem Gaskanal berücksichtigt. So kann der Abschirmungsring ebenfalls aus Grauguß hergestellt sein. Um Material und damit auch Gewicht einzusparen, kann der Abschirmungsring so ausgebildet sein, daß der Bereich dieses Bauteils, der in Richtung des auf dem ersten Strömungsweg strömenden Kühlgases hinter der ümlenkungsstelle liegt, einen Hohlraum aufweist.

Erfindungsgemäß stützt sich der Abschirmungsring an der Innenwand des Gaskanals ab. Dies kann dadurch geschehen, daß der Abschirmungsring mittels einer Anzahl von Halteelementen an der Innenwand des Gaskanals befestigt ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, in die Innenwand des Gaskanals eine Hülse einzusetzen, die ebenfalls aus Grauguß gefertigt ist, und den Abschirmungsring mittels der Halteelemente an dieser Hülse anzubringen. Der zweite ringartige Strömungsweg ist dann zwischen der Hülse und dem Abschirmungsring vorgesehen.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Ausschnitt aus einem Gaskanal gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch diesen Ausschnitt, wobei nur der obere Teil des Gaskanals bis zu seiner Mittelachse zu sehen ist.

Die Zeichnung läßt einen Gaskanal 1 erkennen, der Teil einer Kernreaktoranlage in integrierter Bauweise ist; d. h. in dem Reaktordruckbehälter sind neben dem Kernreaktor auch die wärmetauschenden Apparate sowie Kühlgasgebläse angeordnet. Der Gaskanal 1 verbindet beispielsweise einzelne der Komponenten des Kühlgaskreislaufs miteinander. Die (nicht dargestellten) Komponenten sind ausbaubar in dem Reaktordruckbehälter installiert und dürfen, um den Strahlenschutzaufwand beim Auswechseln der

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Komponenten in wirtschaftlich sinnvollen Grenzen zu halten, nicht durch Strahlung aktiviert werden. In dem Gaskanal 1 ist daher eine Abschirmung 2 eingebaut.

Die Abschirmung 2 soll einerseits für einen ausreichenden Strahlenschutz sorgen, darf aber andererseits keine zu hohen Druckverluste in der Kühlgasströmung verursachen.

Der Gaskanal 1 ist als koaxiale Leitung ausgebildet, wobei in dem einen Leitungsteil die Zuführung von Kühlgas zu einer Komponente und in dem anderen Leitungsteil die Wegführung des Kühlgases von dieser Komponente erfolgt.

Die Abschirmung 2 besteht aus einem zentrisch in dem Gaskanal 1 eingebauten Verdrängungskörper 3 und einem Abschirmungsring 4, der den Verdrängungskörper 3 umgibt. Der Verdrängungskörper 3 besitzt eine rotationssymmetrische Form, wobei seine fiktive Rotationsachse mit der Längsachse 5 des Gaskanals 1 zusammenfällt. Die Innenfläche des Abschirmungsringes 4 ist der Kontur des Verdrängungskörpers 3 angepaßt, wobei zwischen den beiden Bauteilen ein ringartiger Strömungsweg 6 gebildet wird. Dieser weist eine Umlenkungsstelle 7 für das Kühlgas auf.

Der Verdrängungskörper 3 wird durch eine Reihe von Haltern 8, die sich an dem Abschirmungsring 4 abstützen, in seiner Lage gehalten. Der Abschirmungsring 4 stützt sich seinerseits Über eine Anzahl von Halteelementen 9 an einer Hülse 10 ab, die im Bereich des Abschirmungsringes 4 in die Innenwand des Gaskanals 1 eingesetzt ist. Zwischen dem Abschirmungsring 4 und der Hülse 10 ist ein weiterer ringartiger Strömungsweg 11 vorgesehen.

Hülse 10 und Abschirmungsring 4 sind aus Grauguß hergestellt. Zur Gewichtsersparnis weist der Abschirmungsring 4 einen Hohlraum 12 auf.

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Auf dem Strömungsweg 6 wird das Kühlgas, das beispielsweise von einem Dampferzeuger kommt, in der durch die Pfeile angegebenen Richtung zu einem Kühlgasgebläse geleitet. Nach Verdichtung in dem (nicht dargestellten) Kühlgasgebläse strömt das Kühlgas in entgegengesetzter Richtung - wie durch Pfeile angedeutet - auf dem Strömungsweg 12 zu dem Kernreaktor zurück.

Der Hohlraum 12 des Abschirmungsringes 4 befindet sich in dem Bereich, der - in Strömungsrichtung des Kühlgases gesehen - hinter der in dem Strömungsweg 6 vorhandenen Umlenkungsstelle 7 liegt.

Der Verdrängungskörper 3 besteht aus einem inneren Teil 13, der aus Graphit hergestellt ist, und aus einem äußeren, aus Grauguß gefertigten Teil 14, der den inneren Teil 13 allseitig umschließt. Der äußere Teil 14 ist aus zwei Bauelementen 14 a und 14 b zusammengefügt, die miteinander durch Schrauben 15 verbunden sind. An dem Bauelement 14 a ist der innere Teil 13 befestigt, wozu ebenfalls Schrauben 16 dienen.

Der Abschirmungsring 4 kann - der leichteren Herstellung wegen ebenfalls aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

ι 1. In einem Reaktordruckbehälter installierter Gaskanal zur Führung von Kernreaktor-Kühlgas zwischen den einzelnen Komponenten des Reaktor-Kühlgaskreislaufs, die ausbaubar innerhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet sind, wobei der Gaskanal als koaxiale Gasleitung für die Hin- und Rückführung von Kühlgas ausgebildet ist und eine Abschirmung gegen Strahlung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (2) aus einem zentrisch in dem Gaskanal (1) eingebauten Verdrängungskörper (3) von rotationssymmetrischer Form besteht, dessen fiktive Rotationsachse mit der Längsachse (5) des Gaskanals (1) zusammenfällt, sowie aus einem an der Innenwand des Gaskanals (1) abgestützten, den Verdrängungskörper (3) umgebenden Abschirmungsring (4) mit der Kontur des Verdrängungskörpers (3) angepaßter Innenfläche, wobei zwischen Verdrängungskörper (3) und Abschirmungsring (4) ein erster ringartiger Strömungsweg (6) für das Kühlgas gebildet wird, auf dem das Kühlgas eine Umlenkung erfährt, daß zwischen Abschirmungsring (4) und Innenwand des Gaskanals (1) ein zweiter ringartiger Strömungsweg (11) für in entgegengesetzter Richtung strömendes Kühlgas vorgesehen ist und daß der Verdrängungskörper (3) durch an dem Abschirmungsring (4) abgestützte Halter (8) in seiner Lage gehalten wird.

2. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) aus einem inneren Teil (13) und einem den inneren Teil (13) allseitig umschließenden äußeren Teil

(14) besteht und daß die beiden Teile (13, 14) aus verschiedenem Material gefertigt sind.

3. Gaskanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in-

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nere Teil (13) des Verdrängungskörpers (3) aus Graphit und der äußere Teil (14) aus Grauguß besteht.

4. Gaskanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (14) aus zwei lösbar miteinander verbundenen Bauelementen (14a, 14b) zusammengefügt ist.

5. Gaskanal nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (13) des Verdrängungskörpers (3) lösbar an einem der Bauelemente (14 a) des äußeren Teils (14) befestigt ist.

6. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmungsring (4) aus Grauguß besteht.

7. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung des auf dem ersten Strömungsweg (6) strömenden Kühlgases hinter der Umlenkungsstelle (7) liegende Bereich des Abschirmungsringes (4) einen Hohlraum (12) aufweist.

8. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmungsring (4) mittels einer Anzahl von Halteelementen (9) an der Innenwand des Gaskanals (1) befestigt ist.

9. Gaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmungsring (4) an einer in die Gaskanal-Innenwand eingesetzten Hülse (10) befestigt ist, die ebenfalls aus Grauguß besteht.

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