DE3129289A1

DE3129289A1 - Verfahren und vorrichtung zur sicherheitskuehlung eines kernreaktors

Info

Publication number: DE3129289A1
Application number: DE19813129289
Authority: DE
Inventors: Alain 78570 Andresy Vienne
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1982-04-15
Also published as: US4457889A; DE3129289C2; EG16102A; MA19220A1; ZA814522B; FR2487563B1; FR2487563A1

Description

-A-

FRAMATOME
9 24oo Courbevoie, Frankreich

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherheitskühlung eines Kernreaktors und findet insbesondere Anwendung bei Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktoren.

Bei einem Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, tauscht ein geschlossener Kühlkreis des Reaktorkerns die Wärmeenergie unmittelbar oder über einen weiteren Kreis mit einem Sekundärfluid, im allgemeinen Wasser, aus, das in den Dampfgeneratoren zirkuliert. Bei einem Notstillstand infolge eines unabhängigen Ausfalls des Dampfkessels muss die Energieentnahme des Reaktorkerns aufrechterhalten werden. Dies erfolgt durch Speisung von Dampfgeneratoren mit Sekundärfluid, ausgehend von einem Sicherheitsvorrat an Wasser und i .ittels SicherheitsSpeisepumpen. Der den Notstillstand rechtfertigende Ausfall kann aber gemeinsam mit einem vollständigen Ausfall der inneren und äusseren elektrischen Energiequellen zusammenfallen. Aus diesem Grund kann die Pumpe des Sicherheitsspeisekreises im allgemeinen von einer Turbine angetrieben werden, die von dem Dampf betrieben wird, der über eine Abzweigleitung entnommen wird, die am Hauptentleerungskreis des Dampfgenerators abgezweigt ist.

Im allgemeinen wird der aus dem Dampfgenerator austretende Dampf über die Dampfumgehung oder am Hauptkondensator zur Atmosphäre freigegeben. Der Hauptkondensator ist aber infolge des Ausfalls der elektrischen Energiequelle nicht verfügbar.

Zur Verbesserung der Sicherheitskühlung wurden bereits verschiedene Systeme vorgeschlagen.

Es wurde ein selbständiger Kreis zur Entnahme der Energie des Generators für den Fall eines Notstillstands vorgesehen, bei dem ein Teil des erzeugten Dampf zu einem Umformer geleitet wird, der einen Niederdruckdampf erzeugt, ausgehend von einem Wasserspeisekreis, der das gespeicherte Volumen des Sicherheitswasservorrats verwendet. Dieser Niederdruckdampf wird in die einen Wechselstromgenerator antreibende Turbine geleitet zur Lieferung der elektrischen Energie für die Pumpen des Systems.

Ein derartiges System verwendet nicht den gesamten durch den Dampfgenerator erzeugten Dampf. Man ist daher gezwungen, den Rest des Dampfs in die Atmosphäre freizugeben. Somit geht das den Dampfgenerator speisende Wasser des Sicherheitsvorrats grössenteils verloren. Da die Notkühlung mehrere Stunden dauern kann, muss der Vorrat ein grosses Volumen haben. Zur Beseitigung dieses Nachteils wurde die Verwendung des Wasservolumens einer phreatischen Schicht vorgeschlagen, was aber offensichlich nur möglich ist, wenn eine derartige Schicht zur Verfügung steht. Diese Wasser ist aber nicht behandelt und es ist nicht erwünscht, den Sekundärkreis während mehrerer Stunden mit unbehandeltem Wasser zu speisen.

Ebenfalls vorgesehen wurde zur Entnahme der Energie des Reaktors ein geschlossener Kreis mit einem Sicherheitsspeisewasserbehälter einschliesslich einer mittels Durchblasens arbeitenden Kondensationsvorrichtung, und eine Hilfsspeisepumpe. Der durch die Dampfgeneratoren erzeugte Dampf wird zu einem Sicherheitsbehälter

geleitet, wo er mittels Durchblasens kondensiert. Dieser Behälter muss daher sehr grosse Abmessungen haben. Selbst in diesem Fall muss der Behälter mit einer Entlüftung versehen werden, die den Ausstoss des Dampfs zur Atmosphäre gestattet, sobald dieser einen erhöhten Druck hat.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Sicherheitskühlsystems, das die Nachteile der bisherigen Systeme nicht aufweist und insbesondere den selbständigen und im geschlossenen Kreislauf erfolgenden Betrieb wenigstens während des grössten Teils der Kühlung gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch das Verfahren und die Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 3.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass vom Beginn des Sicherheitskühlvorgangs an ein Teil des erzeugten Dampfs zu einer Hilfsturbine abgezweigt wird zur Steuerung des Anfahrens des Luftkondensators, dass der Rest des Dampfs zunächst zur Atmosphäre hin entleert und dann teilweise zum Luftkondensator nach dessen Anlaufen abgezweigt wird, dass die zur Atmosphäre entleerte Durchsatzmenge dann bis auf Null abnimmt, wenn die Köndensationskapazität des Luftkondensators der Dampfproduktion entspricht, und dass das System dann bis zur völligen Abkühlung des Reaktors im geschlossenen Kreislauf arbeitet«:.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Luftkondensator mit einem Ventilator und einer Vakuumpumpe verbunden ist, dass der Rezirkulationskreis eine motorbetriebene Pumpe aufweist und dass diese Organe durch Elektromotoren angetrieben werden, die von einem durch die Hilfsturbine angetriebenen Wechselstromgenerator mit Strom gespeist werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die verschiedenen Organe des Lunftkondensators und des Rezirkulationskreises von Turbomaschinen angetrieben oder gespeist werden, die mit dem am Hauptentleerungskreis entnommenen Dampf gespeist werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur zeigt schematisch ein Sicherheitskühlsystem nach der Erfindung.

Die linke Seite der Figur zeigt symbolisch einen Kernreaktor 1, der durch einen Primärkreis 10 gekühlt wird, der eine Primärpumpe 11 und einen Druckhalter 12 aufweist und sich durch ein Rohrbündel 13.innerhalb eines Dampfgenerators 2 erstreckt. Der Sekundärkreis des Dampfgenerators enthält eine Leitung 3 zur Speisung mit Wasser und eine Leitung 4 zur Entleerung des im Dampfgenerator erzeugten Dampfs.

Die Leitung 3 ist mit einem Kreis 30 zur normalen Speisung mit Speisewasser verbunden, während die Leitung 4 mit einem Kreis 40 zur normalen Verwendung des Dampfs bei den Turbinen verbunden ist, sofern es sich um ein Elektrizitätswerk handelt.

Die Kreise 30 und 40 können von jeder normalerweise verwendeten Bauart sein und brauchen hier nicht beschrieben zu werden.

Im Fall eines Notstillstands gestatten Ventile 31 und 41 die Abtrennung der normalen Kreise für die Speisung und Entleerung des Dampfs. In diesem Fall kann der Dampf zur Atmosphäre über ein Entlastungsventil 42 freigegeben werden, das im Speisekreis 4 stromauf des Ventils 41 angeordnet ist.

Selbstverständlich wird im Fall eines Notstillstands der Kernreaktor sofort durch das Absenken der Steuerstäbe stillgesetzt. Jedoch müssen die Brennelemente des Kernreaktors noch während mehrerer Stunden durch den Primärkreis gekühlt werden, der sich seinerseits im Dampfgenerator abkühlt. Dieser muss daher weiter arbeiten, weshalb er ausgehend von einem Vorratsbehälter 5 für behandeltes Speisewasser über einen Speisekreis 50 gespeist werden, der stromab des Ventils 31 des normalen Kreises an der Speiseleitung 3 mündet. In bekannter Weise erfolgt die Umwälzung des Sicherheitsspeisewassers mittels einer Turbopumpe 51, die von einer Hilfsturbine 52 angetrieben wird. Diese Hilfsturbine kann über einen Kreis 53 mit Dampf gespeist werden, der am Hauptentleerungskreis 4 stromauf des Ventils 41 abgezweigt und seinerseits mit einem Trennorgan 54 versehen ist.

Wenn der Kernreaktor infolge eines Ausfalls der elektrischen Energiequelle stillgesetzt wird, schliessen die Ventile 31 und 41 automatisch derart, dass sie die Kreise 30 und 40 für die normale Speisung mit Wasser bzw. mit Dampf automatisch abtrennen. Gleichzeitig öffnet das Trennorgan 54, wobei die Hilfsturbine 52 in Betrieb gesetzt wird und die Pumpe 51 antreibt, die die Förderung des im Vorratsbehälter 5 enthaltenen Wassers zum Dampfgenerator 2 bewirkt. Beim normalen System wird der erzeugte Dampf über das Entlastungsventil 52 zur Atmorphäre freigegeben.

Das System nach der Erfindung enthält zwei weitere Kreise 60 und 70 zur Verwendung des Dampfs, die am Kreis 53 stromab des Trennorgans 54 abgezweigt sind und an den im rechten Teil der Figur dargestellten Vorrichtungen nach der Erfindung münden.

Der über ein Entspannungsventil· 61 gespeiste Kreis 60 mündet in einem Luftkondensator 60, der durch ein Bündel aus ver-

rippten Rohren 62 gebildet ist, die mit einem Sammelkanal verbunden sind und durch eine durch einen Ventilator 64 erzeugte Luftzirkulation gekühlt werden. Zur Verbesserung des Betriebs kann der Luftkondensator 6 durch eine von einem Motor 66 angetriebene Vakuumpumpe 65 unter Unterdruck gesetzt werden.

Das in den Rohren 62 kondensierte und im Sammelkanal 63 gesammelte Wasser wird zu einem Vorratsbehälter 8 geleitet, der mit dem Sicherheitsvorrat 5 über einen Rezirkulationskreis 80 verbunden ist, der mit einer von einem Motor 82 angetriebenen Pumpe 81 versehen ist.

Eines der Merkmale des Systems besteht darin, dass es ausser der herkömmlichen Turbopumpe 51, 52 des Sicherheitswasserspeisekreises eine zusätzliche Hilfsturbine 7 verwendet, die mit Dampf durch den Kreis 70 gespeist wird, der am Kreis 53 zur Entleerung des Dampfs abgezweigt ist, und zwar zum Beispiel stromab des Trennorgans (Trennventils) 54. Die Hilfsturbine 7 treibt einen Wechselstromgenerator 75 an, der den für den Betrieb der verschiedenen Organe des Systems erforderlichen Strom liefert, und zwar insbesondere zum Motor 82 der Entnahmepumpe des Rezirkulationskreises für das Wasser, zum Motor des Ventilators 64 des Luftkondensators und zum Motor 66 der Vakuumpumpe 65.

Im Augenblick des Anfahrens der Notkühlung wird nach der Abtrennung der Kreise 30 und 40 durch das Schliessen der Ventile 31 und 41 die Hilfsturbine 7 gleichzeitig mit der Turbopumpe 51, 52 gespeist und bewirkt die allmähliche Inbetriebsetzung des Luftkondensators 6, den sie insbesondere unter Unterdruck setzt. Während dieser Zeit wird der Dampf, der nicht zum Antrieb der Turbinen 7 und 52 dient, in herkömmlicher Weise über das Ventil 52 zur Atmosphäre, freigegeben .

Wenn der Luftkondensator in. Betrieb ist, reicht seine Kapazität normalerweise aus_# um den gesamten zu Beginn des Notstillstandes erzeugten Dampf aufzunehmen. Aus diesem Grund enthält der Kreis 60 für die Speisung des Luftkondensators ein zur Atmosphäre hin entlastendes Ventil 67. Der Rest des Dampfs wird, falls erforderlich, über das Ventil 42 zur Atmosphäre freigesetzt. Während der Kernreaktor allmählich abkühlt und am Ende einer Zeit, die von der Restenergie des Kernreaktors abhängt, die aber einige Stunden dauern kann, ist das System stabilisiert und arbeitet dann vollständig im geschlossenen Kreislauf. Die Entlastungsventil 42 und 67 bleiben dann geschlossen, wobei die über den Kreis 53 aus dem Dampfgenerator austretende Energie gleich der über den Luftkondensator 6 in die Luft abgegebenen Energie ist. In diesem Fall wird ein Te'il des Dampfs ständig mechanisch in den Turbinen 7 und 52 verwendet, während der gesamte Restdampf im Luftkondensator 6 nach der Entspannung in einem Umgehungsorgan 61 kondensiert, stromab dessen die Entleerung sleitungen für den in den Turbinen 7 und 52 entspannten Dampf münden, der ebenfalls im Luftkondensator 6 kondensiert.

Alle Kondensate werden von der motorbetriebenen Pumpe 81 zum Vorratsbehälter 5 rezirkuliert. Auf diese Weise wird Dampf nur zu Beginn der Kühlung zur Atmosphäre in dem Mass freigegeben, in dem eine Überdimensionierung des Luftkondensators nicht gewünscht wurde.Dadurch, dass diese Freisetzung zur Atmosphäre nur während eines Bruchteils der Gesamtkühlzeit stattfindet, kann der Vorratsbehälter 5, der während des gesamten Rests der Kühlung durch den Rezirkulationskrexs 80 gespeist wird, keine übermässigen Abmessungen haben.

Ausserdem besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dass der Dampfgenerator ständig durch das behandelte Wasser gespeist wird. Ist das System einmal stabilisiert, so kann der Kernreaktor ohne Nachteil in einem Zwischenstillstandszustand während einer sehr langen Zeitdauer gekühlt werden, in derer auf die Inbetriebsetzung der Kühlung beim Stillstand oder

auf die Reparatur des Fehlers, wartet, der den Notstillstand herbeigeführt hat.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, die Gegenstand von Varianten, insbesondere unter Verwendung äquivalenter Mittel sein könnte.

So scheint es sinnvoll zu sein, die Anordnung der verschiedenen Organe des Systems durch Elektromotoren zu steuern, die durch einen turbinengetriebenen Wechselstromgenerator gespeist werden. In Betracht zu ziehen wäre auch ein Antrieb dieser verschiedenen Organe unmittelbar oder mittelbar durch eine oder mehrere am Entleerungskreis des Dampfs abgezweigten Turbomaschinen.

Da das System völlig unabhängig von der elektrischen Energie von Notstromdieselaggregaten ist, kann es offensichtlich den bis heute verwendeten herkömmlichen Systemen hinzugefügt werden, die Notstromdieselaggregate verwenden, die überdies die Speisung für gleichzeitige Sicherheitsfunktionen übernehmen können.

Für die Beschreibung wurde Bezug auf den Fall eines Druckwasserreaktors genommen. Die Erfindung ist aber offensichtlich jedes Mal dann anwendbar, wenn zwischen dem Reaktorkern und dem Sekundärkreis des Dampfgenerators wenigstens ein Pufferkreis vorhanden ist. Insbesondere für den Fall von schnellen, durch Flüssigmetall gekühlten Kernreaktoren, bei denen das Primärfluid für die Kühlung des Reaktorkerns die Energie auf einen Gas- oder Flüssigmetallpufferkreis mit einem Dampfgenerator überträgt, kann der Sicherheitskreis nach der Erfindung bei dieser Dampfproduktion angewendet werden.

Leerseite

Claims

Patentanwälte BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ 8QQ0 München 22 - Steinsdorfstr. 10 31o-32.67oP(32.671H) 24. Juli 1981 Verfahren und Vorrichtung zur Sicherheitskühlung eines Kernreaktors Ansprüche

1./ Verfahren zur Sicherheitskühlung eines Kernreaktors,

- mit wenigstens einem Primärkreis zum Heizen eines Dampfgenerators und

- mit einem Sekundärkreis zum Speisen mit Wasser und zum Entleeren des im Dampfgenerator in Berührung mit dem Primärkreis erzeugten Dampfs,

- wobei der Sekundärkreis einen Wasservorrat aufweist, der mit einer Wasserspeiseleitung über einen Sicherheitsspeisekreis mit einer Hilfspumpe verbunden ist, die von einer Turbine angetrieben wird, die von dem Dampf angetrieben werden kann, der über eine Zweigleitung entnommen wird, die am Kreis für die Entleerung des Dampfs des Generators abgezeigt ist,

gekennzeichnet

- durch Kondensieren wenigstens eines Teils des Dampfs, deaf in einem Luftkondensator erzeugt wird, dessen Betriebsenergie von einem anderen Teil des Dampfs geliefert wird, und

310- (80/101)

- durch Rezirkulieren des kondensierten Wassers zum Sicherheitsvorrat.

2. Verfahren nach Anspruch T,
dadurch gekennzeichnet,

- dass vom Beginn des Sicherheitskühlvorgangs an ein Teil des erzeugten Dampfs zu einer Hilfsturbine abgezweigt wird zur Steuerung des Anlaufens des Luftkondensators ,

- dass der Rest des Dampfs zunächst zur Atmosphäre hin entleert und dann teilweise zum Luftkondensator nach dessen Anlaufen abgezweigt wird,

- dass die zur Atmosphäre entleerte Durchsatzmenge dann bis auf Null abnimmt, wenn die Kondensationskapazität des Luftkondensators der Dampfproduktion entspricht, und

- dass das System dann bis zur völligen Abkühlung des Dampfgenerators im geschlossenen Kreislauf arbeitet.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet

- durch einen am Kreis (53) zur Entleerung des Dampfs abgezweigten Kreis (60) zur Speisung des Luftkondensators (6) mit Dampf,

- durch einen Kreis (80) zur Rezirkulation des kondensierten Wassers zum Sicherheitsvorrat (5) und

- durch wenigstens eine Hilfsturbine (7), die über einen Zweigkreis (70) mit einem Teil des entleerten Dampfs gespeist wird und die für den Betrieb des Luftkondensators (6) und für die Rezirkulation des kondensierten Wassers erforderliche Energie liefert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Luftkondensator (6) mit einem Ventilator (64) und einer Vakuumpumpe (65) verbunden ist,

- dass der Rezirkulationskreis (80) eine motorbetriebene Pumpe (81) aufweist, und

- dass diese Organe durch Elektromotoren angetrieben werden, die von einem durch die Hilfsturbine (7) angetriebenen Wechselstromgenerator (75) mit Strom gespeist werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die verschiedenen Organe des Luftkondensators (6) und des Rezirkulationskreises (80) von Turbomaschinen angetrieben oder gespeist werden, die mit dem am Speisekreis entnommenen Dampf angetrieben werden.