DE3133582A1

DE3133582A1 - Kernkraftanlage

Info

Publication number: DE3133582A1
Application number: DE19813133582
Authority: DE
Inventors: Shoichi Kawasaki Kanagawa Orii
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1982-04-22
Also published as: JPS5740691A; US4595555A; JPS6247277B2; SE8105033L

Description

Kernkraftanlage

Die Erfindung betrifft eine Kernkraftanlage mit einem Reaktorgebäude und einem Kondensatlagerungstank.

Eine Kernkraftanlage, insbesondere eine solche mit Siedewasserreaktor, ist im allgemeinen mit einem Kondensatlagerungstank versehen, der dazu dient, überschüssiges Kondensat und Wasser zu speichern, und zwar als Not-Wasserversorgung eines Kühlmittel-Injektionssystems für den Reaktor oder eines Niederdruck- oder Hochdruck-Kühlmittelinjektionssystems zur Vermeidung einer Überhitzung im Reaktorkern im Fall eines unbeabsichtigten Kühlmittelverlustes. Bei einer bekannten Kernkraftanlage .ist das Kondensatlagerungstank-Gebäude als unabhängiges Gebäude errichtet, das von dem am gleichen Standort befindlichen Reaktorgebäude getrennt ist, wobei das Tankgebäude über eine überirdische oder unterirdische Leitung mit dem Reaktorgebäude verbunden ist.

Diese unabhängige Errichtung des Gebäudes für den Kondensatlagerungstank mit Abstand vom eigentlichen Reaktorgebäude verhindert eine wirkungsvolle Nutzung des Standorts der Kernkraftanlage. Das Gebäude des Kondensatlagerungstanks weist eine Abschirmung aus Beton auf, welche den Kondensa'tlagerungstank mit gewissem Abstand umgibt, um so einen Austritt von radioaktiver Strahlung des im Lagerungstank gespeicherten Kondensats zu vermeiden. Weiterhin ist eine Umhüllung oder eine andere Maßnahme für den Tank vorgesehen, die verhindern soll, daß Regenwasser in den erwähnten Zwischenraum eindringt, also in einen Bereich, in welchem die Lecküberwachung des Tanks erfolgt. Die Betonabschirmung und die Umhüllung komplizieren die Konstruktion und führen zu einer Vergrößerung des Gebäudes für den Kondensat-

lagerungstank. ·**^Ί

Weil das Gebäude des Kondensatlagerungstanks unabhängig vom Reaktorgebäude errichtet und direkt den Einflüssen des Windes, des Regens, des Schnees und dergleichen ausgesetzt ist, muß das Tankgebäude sehr häufig gewartet und überprüft werden. Nachdem Kernkraftanlagen oft nahe einer Meeresküste errichtet werden, muß auch der schädliche Einfluß durch Salz Berücksichtigung finden. Wenn die Kernkraftanlage in einem kalten, insbesondere arktischen Bereich errichtet wird, dann müssen zusätzlich Heizeinrichtungen für den Kondensatlagerungstank vorgesehen werdend

In vielen Fällen genügt der für die Kernkraftanlage vorgesehene Boden nicht den üblichon Anforderungen der Bautechnik, und weil das Reaktorgebäude und das Kondensatlagerungsgebäude unabhängig voneinander in einer Tiefe von 40 bis 50 Meter unter der Erdbodenoberfläche auf hartem Felsgestein errichtet werden müssen, sind mühsame und aufwendige Ausschachtungsarbeiten erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Kernkraftanlage mit einem einzigen Reaktor-Kombinationsgebäude, in welchem nicht nur der Reaktor sondern auch eine Vielzahl von Kondensatlagerungstanks mit Auskleidung aus rostfreien Stahlplatten untergebracht sind. Dabei soll der Arbeitsaufwand für die Errichtung der Kernkraftanlage wesentlich vermindert werden. Weiterhin soll der Kondensatlagerungstank nachteiligen Wetterbedingungen, wie etwa Regen, Wind, Schnee und dergleichen weniger ausgesetzt sein und eine sehr hohe Betriebssicherheit besitzen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die aus einem Reaktorgebäude, einem Kondensatlagerungstank und einem .benachbarten Reaktor-Nebengebäude bestehende Kernkraftanlage so gestaltet wird, daß das Reaktorgebäude und das Nebengebäude zu einem einheitlichen Reaktor-Kombinationsgebäude vereinigt sind, in welchem der Kondensat-

lagerungstank untergebracht ist, wobei der Kondensatlagerungstank mittels einer Metallplatte ausgekleidet ist.

Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung des lagemäßigen Verhältnisses zwischen einem Kondensatlagerungsgebäude und einem Reaktorgebäude bei einer üblichen Kernkraftanlage,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines kombinierten Reaktorgebäudes einer Kernkraftanlage nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie ITI-III von Fig. 2, und ■ '

Fig. 4 einen Querschnitt einer gegenüber Fig. 3 abgewandelten Ausführungsform.

Bei einer bekannten Kernkraftanlage gemäß Fig. 1 ist ein Kondensatlagerungsgebäude 50 unabhängig von einem Reaktorgebäude 12A errichtet. Im Lagerungsgebäude 50 befindet sich
ein Kondensatlagerungstank 51, der mit Kondensat W gefüllt ist. Eine Abschirmwand 52 aus Beton umgibt den Tank mit gewissem Abstand, um zu verhindern, daß sich radioaktive Leck-Strahlungen des Kondensats W nach außen ausbreiten können.

Ein Auskleidungskörper 53 ist zwischen dem Tank 51 und der Abschirmwand 52 vorgesehen, um zu verhindern, daß beispielsweise Regenwasser in einen Bereich, beispielsweise den beschriebenen Zwischenraum, eindringt, in welchem eine Lecküberwachung durchgeführt wird./Kondensatlagerungstank 51
ist mit einem Reaktor-Druckkessel 22 mittels .einer Leitung 54 verbunden, die unter der Erdoberfläche verlegt ist und sich durch die Außenwand des Reaktorgebäudes 12A und die
Umfangswand eines Reaktorbehälters 26 erstreckt. Die Höhe
der Decke des Tanks 51 muß so gewählt werden, daß auch
bei Erschütterungen durch Erdbeben die Tankdecke nicht beschädigt und kein Kondensat austreten kann, so daß ein
großer Zwischenraum zwischen der Tankdecke und der Ober-

fläche des im-Tank gelagerten Kondensats W eingehalten werden muß.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Reaktor-Kombinationsgebäude .nach der Erfindung, das aus einem Hauptgebäude 12A und einem Nebengebäude 12B besteht. Das Hauptgebäude 12A ist ein Reaktorgebäude bekannter Bauart, während es sich bei dem Nebengebäude 12B um ein Gebäude für radioaktiven Abfall handelt, das bei den bekannten Kernkraftanlagen sich entfernt vom Reaktorgebäude 12A befindet. Das kombinierte Gebäude nach der Erfindung ist auf hartem Felsgrund errichtet, der nach Entfernung des weichen Oberflächenbodens 30 in Erscheinung trat.

Gemäß Fig. 2 befinden sich im Gebäude 12B für den radioaktiven Abfall des Kombinationsgebäudes 12 zwei einander benachbarte Kondensatlagerungstanks 11 (11A und 11B), wobei die Innenwände der Tanks 11 mit Platten 10 aus rostfreiem Stahl ausgekleidet sind. Jeder Tank 11 ist mit Kondensat W gefüllt, und der Raum oberhalb der Oberfläche des Kondensats W in jedem Lagerungstank ist mit Luftkammer 13 (13A bzw. 13B) bezeichnet. Die Luftkammern 13 beider Lagerungstanks 11 sind miteinander über eine Verbindungsleitung 17 verbunden, die in einer Trennwand zwischen den beiden Tanks 11 vorgesehen ist. Die Luftkammern 13 sind außerdem mit einer eine nicht gezeichnete Klima- oder Luftaufbereitungsanlage enthaltenden Luftabzugskammer 16 verbunden, und zwar über ein Entlüftungsventil 14 und ein Rückschlagventil 15.

Die Kondensatlagerungstanks 11 sind miteinander durch eine Verbindungsleitung 18 in der Trennwand verbunden, wobei die Trennwand einstückig ist mit derjenigen der Luftkammer 13. Das Kondensat W kann somit zwischen den beiden Tanks 11 frei zirkulieren. Das. Kondensat kann im Notfall von einer äμßeren Quelle her ergänzt werden, beispielsweise dem in Fig. 2 gezeigten Tankwagen, und zwar mittels einer Zuführleitung 20, deren eines Ende in das Kondensat W in dem einen Lagerungstank 11A eintaucht und deren anderes Ende

sich durch die Wand des Kombinationsgebäudes 12 hindurch nach außen erstreckt. Von dieser Betrachtungsweise her ist es wünschenswert, wenn die Kondensatslagerungstanks 11 sich in einer Höhe befinden, die gewährleistet, daß der obere Pegel des Kondensats W tiefer liegt als der Erdboden. Die Tanks 11 können aber auch höher liegen als der Erdboden, wobei es jedoch dann erforderlich ist, die Leitung 20 mit einer Pumpe für die Kondensatszuführung zu versehen.

Die Kondensatlagerungstanks 11 sind mit einem Reaktor-Druckkessel 22 mittels einer Leitung 21 verbunden, die sich durch die Wand eines Reaktorbehälters 26 erstreckt. Die Leitung 21 ist mit einem automatisch arbeitenden Ventil 23, einer Kondensatpumpe 24 und einem Ventil 25 versehen. Das Innere des Reaktorbehälters 26 umgibt den Reaktordruckkessel 22 und ist durch einen Teilungsboden 33 in einen oberen Trockenraum und eine untere Sperrkammer 34 unterteilt. Der Reaktordruckkessel 22 lagert fest auf einem Postament 35 im Reaktorbehälter 26.

Im Räaktor-Kombinationsgebäude 12 befinden sich viele unabhängige Kammern, beispielsweise die Kammern. 36, 37, 38·, und 40 für die Aufnahme eines Systems für radioaktiven Abfall, einer Klimaanlage, einer Kühl- und Filtereinheit für den Brennstoffpool, eines Motors zum Antrieb einer Rezirkulationspumpe bzw. eines Brennstoffpools, jedoch sind diese Kammern und Einheiten allgemein bekannt und stehen nicht in direktem Zusammenhang mit vorliegender Erfindung, so daß sich eine weitergehende Beschreibung erübrigt.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie III-III von Fig. 2, wobei die Außenwände des Kondensatlagerungstanks

11 durch die Betonwände 41 und 42 des Kombinationsgebäudes

12 und des Reaktorgebäudes 12A gebildet werden. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, die eine Abwandlung gegenüber Fig. 3 darstellt. Die Wände des Tanks 11 sind dabei unabhängig von den Wänden 41 und 42 errichtet, wobei ein Zwischenraum freige-

halten ist, in dem ein Durchlaß 43 und Durchlaßkammern 44 angeordnet sind. Diese letztere Ausführungsform hat verschiedene Vorteile, die nachstehend noch im einzelnen beschrieben werden.

Wenn bei einer Störung im Kernreaktor Kühlmittel verloren geht, dann öffnet sich das Ventil 23 der Leitung 21 automatisch, und die Kondensatpumpe 24 tritt in Tätigkeit und erhöht den Innendruck der Leitung 21 auf einen vorbestimmten Wert und öffnet das Ventil 25, wodurch Kühlmittel W aus dem Tank 11A oder dem Tank 11B dem Reaktorkern im Druckkessel 22 zugeführt wird. Wenn das Kondensat W den Tank verläßt und damit der Pegel des Kondensats W schnell absinkt, dann kann im Tank ein Unterdruck auftreten, der geringer ist, als der übliche Druck in der Luftkammer, was zur Folge hat, daß das Ventil 14 gegen die Kraft seiner Feder sich öffnet und Luft aus der Kammer 16 in die Luftkammer 13B einleitet, womit verhindert wird, daß sich Auskleidungsplatten 10 von der Innenwand des Kondensatlagerungstanks 11 lösen. Wenn das Belüftungsventil 14 aus irgendeinem Grund nicht funktioniert oder wenn eine so große Luftmenge eingeleitet werden soll, daß damit die Kapazität des Ventils 14 überfordert wird, dann tritt das Bückschlagventil 15 in Tätigkeit und erlaubt die Zuführung der gewünschten Luftmenge. Das Belüftungsventil 14 begrenzt üblicherweise den freien Austritt radioaktiver Luft der Luftkammem13 in die Atmosphäre des Kombinationsgebäudes 12, wenn jedoch das Ventil 14 arbeitet und die radioaktive Luft in den Luftkammern 13 über das Ventil 14 in die Atmosphäre des Kombinationsgebäudes 12 entlassen wird, dann tritt diese Luft in die Kammer 16 ein, welche die Klimaanlage und die Behandlungseinheit enthält, wobei dann die radioaktive Luft von den radioaktiven Substanzen befreit wird, um so eine Verunreinigung der Atmosphäre im Gebäude 12 zu vermeiden. Das Kondensat W fließt durch das Verbindungsrohr 18 hindurch vom einen Lagerungstank in den anderen Lagerungstank, insbesondere dann, wenn zwischen den Kondensatfüllungen beider Tanks 11 eine Temperaturdifferenz besteht. Weil das Kondensat W in den

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beiden Tanks 11 frei durch das Rohr 18 hindurchströmen kamy wird das Kondensat W über der Höhe des Rohrs 18 für beide Tanks 11 gemeinsam verwendet, so daß die Menge an zu lagernden und im Notfall zu verwendendem Kondensat W einfach dadurch beliebig festgelegt werden kann, daß man die Pegelhöhe des Verbindungsrohres 18 ändert, ohne dabei die Gesamtkapazität der Tanks 11 ändern zu müssen.

Weil die beiden Luftkammern 13 über die Verbindungsleitung 17 miteinander verbunden sindjwerden der Druck und die Temperatur in den Kammern 13 gleichgehalten, so daß verhindert wird, daß sich infolge einer Temperaturdifferenz an den Innenwänden der Tanks 11 ein Kondensationsniederschlag bildet. Man kann auch nur für eine der Kammern 13A und 13B ein Belüftungsventil 14 und ein Rückschlagventil 15 vor- ■ sehen.. Übermäßige Wellenbewegungen des Kondensats W in den Lagerungstanks 11 infolge eines Erdbebens können dadurch wirksam unterdrückt werden, daß eine Vielzahl von Verfoindungsrohren 17 und 18 vorgesehen wird oder aber durch geeignete Dimensioniefung der Querschnittsflächen dieser Rohre

Wenn es erforderlich ist, eine größere Menge von Wasser zu speichern als durch das in den Tanks 11 gelagerte Kondensat W gegeben ist, dann kann Wasser leicht von außerhalb des Kombinationsgebäudes her durch die Leitung 20 zugeführt werden, ohne daß dazu besondere Mittel erforderlich wären. Weil das eine Ende der Leitung 20 in das im Tank 11A gelagerte Kondensat W eintaucht, kann die radioaktive Luft in den Luftkammern 13 niemals durch die Leitung 20 in die Außenatmosphäre gelangen.

Weil gemäß der Erfindung der Kondensatlagerungstank im Reaktor-Kombinationsgebäude untergebracht ist kann der Standort der Kernkraftanlage sehr wirkungsvoll genutzt werden, und die Inspektion der Kondensatlagerungstanks kann in Zeitabschnitten beträchtlicher Länge .erfolgen, weil der Tank keinen schädlichen Klimabedingungen, wie Regen, Schnee, Wind und dergleichen, ausgesetzt ist. Auch können Beeinträchtigungen durch SaI ·/. und durch Eisbildung In den

Fällen wirkungsvoll vermieden werden, wenn sich der Aufstellungsort nahe einer Meeresküste oder in einem arktischen Gebiet befindet.

Die Kondensatlagerungstanks 11 sind mit Platten aus rostfreiem Stahl ausgekleidet, um so eine genügende Festigkeit zu erhalten und auf die Betonwand des ftbmbinationsgebäudes ausgeübte Kräfte und Gewichte mitzutragen. Der ausgekleidete Tank ist-als' doppelt wasserdichte Konstruktion ausgebildet, so daß radioaktive Flüssigkeit oder radioaktive Luft nicht unmittelbar aus dem Tank austreten kann, selbst wenn ein Bruch der Auskleidungsplatten auftritt, beispielsweise durch ein Erdbeben.

Weil die Decke des Kondensatlagerungstanks der Betonboden einer darüber befindlichen Kammer ist, besitzt sie eine genügende Festigkeit, um starken Wellenbewegungen des Kondensats zu widerstehen. Gemäß der Erfindung sind das Reaktorgebäude und das die Kondensatlagerungstanks enthaltende Gebäude für den radioaktiven Abfall zu einem einzigen Gebäude vereinigt, so daß es nicht erforderlich ist, zur Errichtung des Reaktorgebäudes und der Kondensatlagerungstanks gesonderte Aushubarbeiten und sonstige Tiefbauarbeiten vorzunehmen, was die Erstellungszeit und den Arbeitsaufwand vermindert. Eine Strukturanalyse des Gebäudes für die Kondensatlagerungstanks, beispielsweise bezüglich eines Erdbebens und der sich dadurch ergebenden übermäßigen Wellenbewegungen, ist nicht erforderlich, es genügt vielmehr die Analysis des Kombinationsgebäudes. Weiterhin kann die die Lagerungstanks mit dem Reaktordruckkessel· verbindende Leitung wesentlich verkürzt werden.

Die Temperatur im Kombinationsgebäude kann durch die Wärmekapazität des in den Tanks gelagerten Kondensats wirkungsvoll auf einem konstanten Wert gehalten werden, mit der Folge, daß der Aufwand für die Klimaanlage und die Luftbehandlungsanlage sich vermindert. Dies kann noch dadurch verbessert werden, daß die Klimaanlage nahe den Kondensatlagerungstanks aufgestellt wird.

Weil die beiden Kondensatlagerungstanks unabhängig voneinander arbeiten können =- selbst wenn einer der beiden Tanks außer Betrieb ist, arbeitet der andere' weiter *- wird die Sicherheit des Kernreaktors gesteigert.

Wenn gemäß Fig. 4 die Außenwände der Kondensatlagerungstanks von den Außenwänden des Reaktorgebäudes und des Kombinations gebäudes getrennt sind, dann können auf Kondensatlagerungstanks ausgeübte hydraulische Drücke und thermische Spannungen gesondert von denjenigen analysiert und aufgefangen werden, die auf das Kombinationsgebäude ausgeübt werden. Weil die Tankwand zu einem anderen Zeitpunkt als dem Bau der Außenwand des Kombinationsgebäudes erstellt werden kann, ergeben sich bei dieser Konstruktion weniger Probleme bezüglich der Konstruktion des Kombinationsgebäudes und der anderen Einrichtungen und der Genauigkeit ihrer Größe. Es besteht kaum die Gefahr der Erzeugung eines Leck-Fehlsignals durch Einwirkung von Untergrundwasser, das durch die Wand des Kombinationsgehäuses hindurchgedrungen ist; anders ausgedrückt, es wird also nur dann ein Lecksignal ausgelöst, wenn tatsächlich Tankkondensat austritt.

Wenn auch bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen zwei gesonderte Kondensatlagerungstanks im Reaktor-Kombinationsgebäude vorgesehen sind, so ist es doch auch möglich, nur einen einzigen solchen Tank oder mehr als zwei sol.che miteinander verbundene Tanks vorzusehen. Eine Vielzahl von Verbindungsrohren 17, Rohren 18, Belüftungsventilen 14 und Rückschlagventilen 15 kann für die Kondensatlagerungstanks vorgesiien werden, um deren Betriebssicherheit noch weiter zu erhöhen. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Verbindungsrohre 17 und 18 so angeordnet, daß sie die beiden Lagerungsbehälter auf dem kürzesten Weg verbinden; sie können aber auch so an den Tanks 11 angeordnet sein, daß sie mit den Bauelementen des Kombinationsgebäudes oder mit anderen Elementen, etwa dem Belüftungsventil 14 oder dem Rückschlagventil 15 in Verbindung stehen. Innerhalb des

Verbindungsrohrs kann auch eine Axialpumpe oder ein sich frei öffnendes oder "schließendes Ventil vorgesehen sein, um so die Strömungsmenge des Kondensats W in beiden Lagerungstanks 11 zu begrenzen.

Selbstverständlich kann die Erfindung zahlreiche Abwandlungen erfahren, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Λ J Kernkraftanlage mit einem Reaktorgebäude, einem Kondensatlagerungstank und einem benachbart dem Reaktorgebäude befindlichen Nebengebäude, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktorgebäude (12A) und Nebengebäude (12B) als einheitliches ■ Reaktor-Kombinationsgebäude (12) zusammengebaut sind und daß der Kondensatlagerungstank (11) im Reaktor-Kombinationsgebäude (12) untergebracht ist, wobei die Innenwand des Kondensatlagerungstanks (11) mittels einer Metallplatte (10) ausgekleidet ist.
2. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatlagerungstank (11) in eine Mehrzahl unabhängiger Kondensatlagerungstanks (11A, 11B) unterteilt ist.
3. Kernkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatlagerungstanks (11A, 11B) untereinander verbunden sind. ·
4. Kernkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kondensatlagerungstanks (1TA, 11B) über dem darinenthaltenen Kondensat (W) jeweils Luftkammern (13A, 13B) vorgesehen sind, wobei die Luftkammern (13A, 13B) untereinander in Verbindung stehen.
5. Kernkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammern (13A, 13B) über ein Belüftungsventil

(14) mit einer im Reaktor-Kombinationsgebäude (12) untergebrachten Klima-oder Luftbehandlungsanlage in Verbindung stehen.
6. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Kondensatlagerungstanks (11) eine Wand des Reaktorkombinationsgebäudes (12) ist.
7. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Außenwand des Kondensatlagerungstanks (11) eine gesonderte, von der Wand des Reaktor-Kombinationsgebäudes (12) unabhängige Wand ist.
8. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondetisatlagerungstank (11) mit einer Wasser zuführungs leitung (20) versehen ist, deren eines Ende in das Kondensat (W) des Tanks (11) eintaucht und deren anderes Ende sich durch die Außenwand des Reaktor-Kombinationsgebäudes (12) nach außen erstreckt.