DE2947463C2

DE2947463C2 - Sicherheitsanordnung für eine flüssigkeitsgekühlte Kernkraftwerksanlage

Info

Publication number: DE2947463C2
Application number: DE2947463A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8871 Rettenbach Stang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-24
Filing date: 1979-11-24
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE2947463A1

Description

und bedarf daher in ultraschalltechnischer Hinsicht nicht der weiteren Beschreibung. Positive Erfahrungen wurden bisher mit einer Ultraschallfrequenz von 4 MHz erzielt Im allgemeinen wird mit einer Ultraschallfrequenz gearbeitet, die auf die Größe der zu erlassenden s Dampfblasen oder Gasblasen abgestimmt ist, während die Impulsfrequenz auch den Weg der Ulti aschallwellen im Kernreaktordruckbehälter berücksichtigt Die hauptsächliche Wellenlänge der Ultraschallwellen in den Ultraschallimpulsen sowie der mittlere Durchmesser der Dampfblasen oder Gasblasen liegen z. B. in der gleichen Größenordnung, wenn sehr große Empfindlichkeit angestrebt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Schema einer wassergekühlten Kernkraftwerksanlage mit Sicherheitsanordnung,

Fig.2 ein Meßbild des Ultraschallmeßgenites aus dem Gegenstand nach F i g. 1 bei normalem Betrieb des Kernreaktors, und

F i g. 3 den Gegenstand nach F i g. 2 bie Auftreten von Dampfblasen oder Gasblasen in der Kühlflüssigkeit

In F i g. 1 ist zunächst ein Siedewasserreaktor schematisch dargestellt Man erkennt den Kernreaktordruckbehälter 1, im Kernreaktordruckbehälter 1 den Kernbehälter 13,14, der aus Kernmantel 13 und Kerndeckel 14 besteht, und darin den Kern 15. Einige Brennelemente 16 sind angedeutet Der Kernbehälter 13, 14 ist von einem Rückströmraum 17 umgeben. Die Strömungsrichtung ist durch Pfeile 18 angedeutet. Auf den Rückströmraum 17 arbeiten die üblichen internen Umwälzpumpen 19. Verbunden mit dem Kernbehälter 13, 14 ist der übliche Dampf/Wasser-Separator 20, neben dem der Normalfüllstand 21 angedeutet ist Im Kopf 22 des Kernreatkordruckbehälters 1 befindet sich der Dampftrockner 23. Der erzeugte Dampf wird bei 24 abgezogen, Speisewasser wird bei 25 wieder eingeführt.

Diese Kernkraftwcrksanlage ist mit einer Sicherheitsanordnung ausgerüstet, die mit einem als Dampfblasendetektor ausgelegten bzw. eingesetzten Ultraschallmeßgerät 5 arbeitet. Das Ultraschallmeßgerät 5 weist mehrere, mittelbar an die Kühlflüssigkeit angekoppelte Schallköpfe 6, 6a und 6b auf. Der erste Schallkopf 6 befindet sich im Bereich der Kernoberkante 26, ein anderer 6a im Bereich der Kernunterkante 27 am Kernreaktordruckbehälter 1, ein weiterer Schallkopf 6b ist im Bereich der Umwälzpumpen 19 angeordnet. Alle diese Schallköpfe 6, 6a, 6b sind mit einem entsprechenden Ankopplungsmittel außen an den Kernreaktordruckbehälter 1 angesetzt und durchstrahlen folglich dessen Wand 7 sowie den Rückströmraum 17. Dabei werden über den oberen Schallkopf 6 Veränderungen der normalen Betriebsverhältnisse ermittelt, die dazu führen, daß die vom Dampf/Wasser-Separator 20 ausgehende Dampf blasenschleppe sich in den Rückströmraum 17 hineinverlagert. Der Schallkopf 6a im Bereich des unteren Randes des Reaktorkerns 15 dient der zusätzlichen Sicherheit. Der Schallkopf 6b im Bereich der Umwälzpumpe 19 kontrolliert, ob kavitationsauslösende Dampfblasen entstehen und dient damit dem Kavitationsschutz.

Das Ultraschallmeßgerät 5 weist weiterhin eine digital arbeitende Anzeige- und/oder Auslöseeinrichtung 8 auf. Diese erfaßt ein Ausgangssignal des jeweiligen Ultraschallimpulses und ein an der gegenüberliegenden Wand des Kernmantels 13 reflektiertes Signal und spricht bei Reduzierung bzw. Erlöschen des reflektierten Signals an. Man könnte aber auch eine Schallgeschwindigkeitsmessung durchführen.

Die ultraschallphysikalischen Zusammenhänge entnimmt man aus einer vergleichenden Betrachtung der F i g. 2 und 3. Der beispielsweise vom Schallkopf 6 ausgestrahlte Ultraschallimpuls durchdringt zunächst die Wand 7, durchläuft die im Rückströmraum 17 fließende Kühlflüssigkeit und wird an der gegenüberliegenden Wand des Kernmantels 13 reflektiert Die oszillografische Anzeigevorrichtung 8 zeigt dann ein Oszillogramm 10, wie es in der Fig.2 dargestellt ist Es zeigt den Ausgangsimpuls 11 und einen reflektierten Impuls 12. Dieses Oszillogramm 10 wird erheblich gestört wenn sich in der Kühlflüssigkeit auch nur einzelne Gas- und.' oder Dampfblasen befinden. Der reflektierte Impuls 12 wird dann in seiner Höhe reduziert oder ganz ausgelöscht Das zeigt die F i g. 3. Schon bei wenigen Dampfblasen tritt dieser Effekt ein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Bereich der oberen Enden der Brennstäbe nicht ohne Patentansprüche: Probleme. Es ist zwar auch schon bekannt (J. und H. Krautkrä-

1. Sicherheitsanordnung für eine flüssigkeitsge- mer »Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, 3. Auflage kühlte Kernkraftwerksanlage mit Kernreaktor- 5 1975, Springer-Verlag, Seiten 56 und 575), daß man bei druckbehälter, darin angeordnetem Kernbehälter flüssigkeitsgefüllten Rohrleitungen u.dgl. mit Ultra- und Umwälzeinrichtung mit Umwälzpumpen für die schall Luftblasen durch die Rohrwandung hindurch fest-Kühlflüssigkeit, wobei ein Ultraschallmeßgerät mit stellen kann, indem man einen Schallkopf auf die Rohran die Kühlflüssigkeit im Kernreaktordruckbehälter leitung aufsetzt und deren Wand durchstrahlen läßt, d. h. angekoppelten Schallköpfen als Dampfblasendetek- 10 mittelbar an die Flüssigkeit ankoppelt Das hat die oben tor vorgesehen ist, dadurch gekennzeich- geschilderten Probleme um Siedewasserreaktoren einer net, daß bei einem Siedewasserreaktor, dessen un- Lösung bisher nicht zugeführt

terhalb eines Dampf/Wasser-Separators (20) ange- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sieherheitsanord-

ordneter Kernbehälter (13, 14) von einem von den nung der eingangs beschriebenen Art so abzuwandeln,

Umwälzpumpen (19) beaufschlagten Rückström- 15 daß bei Siedewasserreaktoren frühzeitig eine mögli-

raum (17) umgeben ist, ein erster Schallkopf (6) im cherweise störende Veränderung der Kühlverhältnisse

Bereich der Kernoberkante (26) und ein zweiter erfaßt werden kann.

Schallkopf (6a) im Bereich der Kernunterkante (27) Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

für mittelbare Ankopplung an die Kühlflüssigkeit an gelöst, daß bei einem Siedewasserreaktor, dessen unter-

der äußeren Kernreaktordruckbehälterwandung (7) 20 halb eines Dampf/Wasser-Separators angeordneter

angeordnet sind und diese Wandung (7) sowie den Kernbehälter von einem von den Umwälzpumpen be-

Rückströmraum (17) durchstrahlen. aufschlagten Rückströmraum umgeben ist, ein erster

2. Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1, da- Schallkopf im Bereich der Kernoberfläche und ein zweidurch gekennzeichnet, daß ein dritter Schallkopf ter Schallkopf im Bereich der Kernunterkante für mit- (6b)im Bereich der Umwälzpumpen (19) angeordnet 25 telbare Ankopplung an die Kühlflüssigkeit an der äußeist. ren Kernreaktordruckbehälterwandung angeordnet

3. Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, sind und diese Wandung sowie den Rückströmraum dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallmeßge- durchstrahlen.

rät (5) mit einer digital arbeitenden Anzeige- und/ Die Erfindung geht zunächst davon aus, daß es bei oder Auslöseeinrichtung (8) ausgerüstet ist, die ein 30 Siedewasserreaktoren auch bei nahezu vollkommener Ausgangssignal und ein an der gegenüberliegenden Abscheidung des Dampfes im Dampf/Wasser-Separa-Wand des Kernbehälters (13,14) reflektiertes Signal tor unvermeidlich ist, daß das von dort in den Rückerfaßt und bei Reduzierung oder Erlöschen des re- Strömraum zurückgeführte Wasser Dampfbläschen mitflektierten Signals anspricht. reißt. Diese bilden gleichsam eine Dampfblasenschlep-

4. Sicherheitsanordnung nach einem der Ansprü- 35 pe, die bei normalen, ungestörten Betriebsverhältnissen ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultra- eine definierte Erstreckung aufweist. Die Schallköpfe Schallmeßgerät (5) mit einer digital arbeitenden An- sind so angeordnet, daß diese Dampfblasenschleppe bei zeige- und/oder Auslöseeinrichtung (8) ausgerüstet normalen Betriebsverhältnissen, einschließlich Teillastist, die auf die Schallgeschwindigkeit des Ultraschalls betrieb, nicht erfaßt wird. Die Erfindung nutzt aber die in der Kühlflüssigkeit bzw. im System Kühlflüssig- 40 Tatsache, daß störenden Änderungen der Kühlverhältkeit/Blasen anspricht nisse eine Veränderung und Verlagerung der Dampfblasenschleppe vorausgeht. Diese wird zumindest im Be-

reich der Kernoberkante erfaßt. Die Schallköpfe erfassen aber auch abrupte Dampfentnahmevorgänge ver-45 bunden mit Druckentlastung und ein Leck am Kernbe-

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsanordnung für hälter, weil auch diese Vorgänge zur Dampfblasenbileine flüssigkeitsgekühlte Kernkraftwerksanlage mit dung führen. Der Schallkopf im Bereich der Kernunter-Kernreaktordruckbehälter, darin angeordnetem Kern- kante dient der zusätzlichen Sicherung. Mit Hilfe eines behälter und Umwälzeinrichtung für die Kühlflüssigkeit, dritten Schallkopfes im Bereich der Umwälzpumpen wobei ein Ultraschallmeßgerät mit an die Kühlflüssig- 50 kann auch noch kontrolliert werden, ob kavitationsauskeit im Kernreaktordruckbehälter angekoppelten lösende Dampfblasen entstehen, dieser Schallkopf dient Schallköpfen als Dampfblasendetektor vorgesehen ist. folglich dem Kavitationsschutz der Umwälzpumpen.

Bei einer bekannten Sicherheitsanordnung der ge- In meßtechnischer Hinsicht bestehen im Rahmen der nannten Art (DE-OS 25 47 266) wird die Kühlflüssigkeit, Erfindung verschiedene Möglichkeiten. Im einfachsten insbesondere flüssiges Natrium, im Bereich der oberen 55 Fall ist die Anordnung so getroffen, daß das Ultraschall-Enden der Brennstäbe überwacht, um auch Brennstab- meßgerät mit einer digital arbeitenden Anzeige- und/ defekte ohne zeitliche Verzögerung zu erfassen. Zu die- oder Auslöseeinrichtung ausgerüstet ist, die ein Aussem Zweck sind die Schallköpfe über Schallwellenleiter, gangssignal und ein an der gegenüberliegenden Wand die durch den Deckel des Kernreaktordruckbehälters des Kernbehälters reflektiertes Signal erfaßt und bei hindurch bis zu den Brennstäben geführt sind, an die 60 Reduzierung oder Erlöschen des reflektierten Signals Kühlflüssigkeit unmittelbar angekoppelt. Das ist auf- anspricht. Dabei kann für das Ansprechen eine begrund des Eingriffes in den Kernreaktordruckbehälter stimmte Schwelle vorgesehen werden. Es besteht aber aufwendig und bei Siedewasserreaktoren, bei denen der auch die Möglichkeit, eine digital arbeitende Anzeige-Kernbehälter regelmäßig unterhalb eines Dampf/Was- und/oder Auslöseeinrichtung vorzusehen, die auf die ser-Separators angeordnet und von einem von den Um- 65 Schallgeschwindigkeit des Ultraschalls in der Kühlflüswälzpumpen beaufschlagten Rückströmraum umgeben sigkeit bzw. im System Kühlflüssigkeit/Blasen anspricht, ist (VGB-Kernkraftwerks-Seminar, 1970, Seiten 73 bis Das alles läßt sich mit den üblichen bewährten Hilfsmit-79), wegen des variierenden Dampfblasengehaltes im teln der Ultraschalltechnik ohne weiteres verwirklichen