DE3113697C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Primärkühlmittels einer wassergekühlten Kernreaktoran­ lage bezüglich Sättigung, Unterkühlung oder Dampfbildung.

Das Erkennen der eingetretenen Sättigung, der Unterkühlung (Zustand des Wassers unterhalb der Sättigung) oder der Dampfbildung beim Primärkühlmittel ist für den Betriebs­ ablauf oder die Beherrschung von Störfällen einer wasser­ gekühlten Kernreaktoranlage von besonderer Wichtigkeit. Bisher bereitete es Schwierigkeiten, die gewünschten Werte exakt zu bestimmen. Ungenauigkeiten schlichen sich insbesondere deswegen ein, weil seither zwei unterschied­ liche Meßarten, nämlich Druck und Temperatur des Primär­ kühlmittels, ermittelt werden mußten um dann über den aus Tabellenwerten ersehbaren Sättigungsdruck bzw. der Sättigungstemperatur zu dem Sättigungszustand zu gelangen. Zum Erkennen einer Dampfbildung mußte eine gesonderte Messung herangezogen werden.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfah­ ren zur Überwachung der Sättigung, der Unterkühlung oder der Dampfbildung bei einer Kernreaktoranlage der ein­ gangs genannten Art anzugeben, das mit weniger Meßarten auskommt und den Umweg über eine Druckmessung zur Sätti­ gungstemperatur zu gelangen vermeidet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Je näher das Primärkühlmittel dem Sättigungszustand kommt, je mehr wird von der zugeführten Heizleistung zum Sieden der Flüssigkeit verbraucht, ohne daß dabei eine Erwärmung des Primärkühlmittels in der Umgebung der in der Nähe des Heizelements angeordneten Temperaturmeß­ stelle erfolgt. Da bei eingetretener Sättigung die Dif­ ferenz zwischen den beiden Temperaturmeßwerten nahezu Null ist, die Temperaturdifferenz mit zunehmendem Ab­ stand zur Sättigung wächst und bei Dampfbildung im Pri­ märkühlmittel am größten ist, läßt sich anhand von Dia­ grammen oder Kontrollschaltungen der Sättigungszustand des Primärkühlmittels bzw. eine Unterkühlung oder Dampf­ bildung auf einfache und zuverlässige Weise ermitteln und überwachen.

Aus der Zeitschrift "Kernenergie" 11. Jahrgang, Heft 3/1968, Seite 72 und 73 ist zwar eine Meßsonde zur Be­ stimmung von Kühlmittelverteilungen und Untersuchungen örtlicher Kühlverhältnisse bekannt. In der Meßsonde sind zwei Temperaturfühler und ein Heizelement integriert. Ein Temperaturfühler mißt die Temperatur der in der Nähe des Heizelements angeordneten Wand der Meßsonde, während der andere Temperaturfühler die Kühlmitteltemperatur ermittelt. Die Differenz der Meßwerte wird gebildet. Diese Sonde ist je­ doch nicht zur Zustandsbestimmung des Kühlmittels vorgesehen, da zwischen dem Heizelement und dem ihm nebengeordneten Temperaturfühler kein Primärkühlmittel angeordnet ist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und den schematischen Zeichnungen Fig. 1 und 2 wird das Verfahren beschrieben.

Gemäß Fig. 1 ragen die Fühler 1, 2 und das Heizelement 3 in das Primärkühlsystem 4 einer nicht weiter dargestellten wassergekühlten Kernreaktoranlage. Das Heizelement, das eine gleichbleibende Heizleistung aufweist, ist in der Nähe des Fühlers 1 angeordnet und gibt seine Wärme an die Umgebung dieses Fühlers ab. Von den Temperaturmeßwerten, die über die Meßleitungen 5, 6 an eine nicht dargestellte Auswerte­ station geleitet werden, wird die Differenz Δ T ge­ bildet. Bei eingetragener Sättigung des Primärkühlmittels ist die Differenz nahezu Null, da die über das Heizelement 3 zugeführte Wärmemenge fast vollständig zum Sieden der es umgebenden Flüssigkeit verbraucht wird, jedoch eine weitere Erwärmung des Primärkühlmittels an dieser Stelle nicht auf­ tritt. Ist die Differenz zwischen dem Meßwert des in der Nähe des Heizelements angeordneten Fühlers 1 und dem Fühler 2 größer als die Differenz beim Sättigungszustand, so strömt unterkühltes Wasser (Wasser unterhalb des Sättigungs­ punktes) im Primärkühlsystem. Die Wärmemenge des Heizele­ ments wird im Wasser nicht zum Sieden verbraucht und gelangt entsprechend der Wärmeleitfähigkeit von Wasser an den Fühler 1. Eine gegenüber der unterkühltem Wasser entsprechenden Differenz noch größere Differenz zwischen den Meßwerten der Fühler 1, 2 läßt darauf schließen, daß eine unerwünschte Dampfbildung im Primärkühlmittel stattfindet. Das Meßergebnis läßt sich darauf zurückführen, daß die vom Heizelement er­ zeugte Wärmemenge bei dem Medium Dampf wirkungsvoller an die Meßstelle herangeführt wird. Die Fig. 2 zeigt ein Schau­ bild zur Verdeutlichung des Überwachungsverfahrens. Der Bereich 8 auf dem die Differenz zwischen den Fühlern 1 und 2 symbolisierenden Balken stellt den Sättigungszustand des Primärkühlmittels dar. Der Differenzwert liegt dabei, wie schon erwähnt, nur wenig über Null. In dem Bereich 9 herrscht Unterkühlung des Primärkühlmittels und ein im Bereich 10 liegender Differenzwert läßt auf eine Dampf­ blase schließen. Entfernt sich der Differenzwert vom Be­ reich 9 und nähert sich dabei dem Bereich 8 so wird der Abstand zur Sättigung des Primärkühlmittels geringer. Von der Warte des Kernkraftwerkes können dann rechtzeitig korrigierende Maßnahmen eingeleitet werden, so daß eine gefährliche Dampfbildung nach dem Bereich 10 des Schau­ bilds rechtzeitig erkannt wird bzw. erst gar nicht aufkommt. Die Kurve 11 verdeutlicht den Verlauf vom unterkühlten zum gesättigten Zustand mit dem Δ T nahezu Null zum Dampf­ bereich 10. Der Kurvenast 12 zeigt den Verlauf der Unter­ kühlung und der Kurvenast 13 denselben der Dampfbildung. Da das Δ T des Bereichs 9 sowohl eine Unterkühlung als auch eine Dampfbildung bedeuten kann, ist ein eindeutig nur eine Dampfbildung im Bereich 10 und eine Sättigung im Be­ reich 8 zu detektieren. Die Leistung des Heizelements so­ wie der Abstand der Fühler 1, 2 zueinander bzw. des Fühlers 1 zum Heizelement sind der Strömungsgeschwindigkeit des Primärkühlmittels anpaßbar, da der Wärmeübergang von der Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt wird.

Claims (1)

1. Verfahren zur Überwachung des Primärkühlmittels einer wassergekühlten Kernreaktoranlage bezüglich Sättigung, Unterkühlung oder Dampfbildung, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Primärkühlmittels an zwei verschiedenen Stellen mit jeweils einem in das Primärkühlmittel ragenden Temperaturfühler (1, 2) gemessen wird, daß dem Primärkühlmittel in der Umgebung des einen Temperaturfühlers (1) über ein im Abstand zu ihm ange­ ordnetes Heizelement (3) mit konstanter Heizleistung Wärme zugeführt wird, daß der Abstand der Temperaturfühler (1, 2) zueinander bzw. des einen Temperaturfühlers (1) zum Heiz­ element (3) den Strömungsverhältnissen angepaßt wird und daß die Differenz aus den Temperaturmeßwerten beider Tempe­ raturfühler (1, 2) gebildet wird, wobei die Differenz der Meßwerte von nahezu Null auf Sättigung des Primärkühl­ mittels hinweist, mit zunehmendem Abstand zur Sättigung wächst und bei Dampfbildung ihren Höchstwert erreicht.