DE3138907C1 - Notkühlsystem für den Kern eines Reaktordruckbehälters - Google Patents

Description

• Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß bei einem derart ausgebildeten Notkühlsystem sich die Sprühdüsen in beliebiger radialer und zirkularer Anordnung über den Querschnitt des Reaktorkernes verteilen lassen, womit eine gleichmäßige und optimale Sprühverteilung erreichbar ist Reaktorbedingt ist in der Mitte des Reaktorkernes eine größere Mindestsprühmenge als in den äußeren Zonen erforderlich. Dem kann man einerseits durch die Anzahl der vorzugsweise auf konzentrischen Teilkreisen angeordneten Sprühdüsen Rechnung tragen (Anspruch 3), andererseits ergeben sich aber durch den nach innen gewölbten Deckel des Reaktorkernes unterschiedliche Abstände zwischen den einzelnen Düsen und der Kernoberkante, so daß von den näher zur Kernmitte angeordneten Sprühdüsen eine größere Sprühmenge pro Flächeneinheit verteilt wird als von den mehr in den äußeren Zonen angeordneten Sprühdüsen. Alle Sprühdüsen sind im übrigen zweckmßig vertikal über dem Reaktorkern angeordnet.
• Dadurch lassen sich Änderungen des Sprühkegels unter dem Einfluß einer Dampfatmosphäre weitestgehend vermeiden.
• Die Sprühdüsen müssen in dem Reaktorkerndeckel so befestigt sein, daß unzulässige Wärmespannungen am Deckel verhindert werden und kein Bypass durch den Deckel hindurch möglich ist Dies kann man dadurch erreichen, daß man jede Sprühdüse mit einem kappenartigen oder glockenartigen Ansatz versieht der in der jeweiligen Bohrung des Reaktorkerndeckels verschweißt ist Bei der nachträglichen Ausrüstung eines Reaktordruckbehälters mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Notkühlsystem ist der Reaktorkern mit einem neuen Deckel zu versehen, der die entsprechenden Sprühdüsen aufweist Die Zuführung des Kühlwassers zum Notkühlsystem erfolgt über den abnehmbaren Reaktordruckbehälterdeckel. Hierzu werden entweder in dem Deckel bereits vorhandene Öffnungen und/oder Durchführungsstutzen benutzt, oder es wird ebenfalls ein neuer Deckel mit entsprechenden Öffnungen und/oder Durchführungs stutzen verwendet Jede Zuführungsleitung besteht dabei zweckmäßig aus einem in den Reaktordruckbehälter hineinragenden, am Reaktordruckbehälterdeckel befestigten Rohrstutzen, dessen unteres Ende dichtend in ein Rohrstück eingesteckt ist, welches sich seinerseits auf dem Deckel des Reaktorkernes abstützt und mit dem Verteilungssystem verbunden ist Die dichte Steckverbindung zwischen dem Rohrstutzen der Zuführungsleitung und dem Rohrstück des Verteilungssystems bildet dabei eine Montage-Schnittstelle beim Abnehmen und/oder Aufsetzen des Reaktordruckbebälterdeckels. Das Verteilungssystem selbst, das sich auf dem Reaktorkerndeckel abstützt und zweckmäßig mit diesem verschraubt ist kann gemeinsam mit dem Reaktorkerndeckel oder getrennt von diesem in den Reaktordruckbehälter eingesetzt oder aus diesem herausgehoben werden.
• Das Verteilungssystem kann aus einer Ringleitung bestehen, die an das Rohrstück angeschlossen ist und von der einzelne Rohrleitungen zu den Sprühdüsen abzweigen. Das Rohrstück kann aber auch selbst den Verteiler des Verteilersystems bilden, wobei dann die einzelnen Rohrleitungen zu den Sprühdüsen von diesem Rohrstück abzweigen. Das Rohrstück kann hierzu an seinem unteren Ende als Kugelverteiler ausgebildet sein oder längs seiner zylindrischen Oberfläche mit entsprechenden Anschlußstutzen versehen sein.
• Wenn das Rohrstück selbst als Verteiler fungiert, empfiehlt es sich, das gesamte Verteilungssystem an den beiden Plattformen einer zweistöckigen, schemelartigen Stützkonstruktion zu befestigen, die auf dem Reaktorkerndeckel aufsitzt In diesem Fall besteht das eigentliche Verteilungssystem aus einer Vielzahl einzelner Rohrleitungen, von denen jede an dem als Verteiler ausgebildeten Rohrstück beginnt und an einer Sprühdüse endet Dabei ist es zweckmäßig, die einzelnen Rohrleitungen in der unteren, ersten Plattform der zweistöckigen Stützkonstruktion zu fixieren. Hinsichtlich der Montage und aus Transportgründen (Einbringung in das Reaktorgebäude durch die Materialschleuse) erweist es sich dabei als günstig, wenn die erste Plattform dem oberen Teil der zweistöckigen, in Höhe der ersten Plattform teilbaren Stützkonstruktion zugeordnet ist und jede einzelne Rohrleitung zwischen der ersten Plattform und der Sprühdüse eine lösbare Verbindungsstelle (Kupplung) aufweist Zwei Ausführungsbeispiele des neuen Notkühlsystems sind in den F i g. 1 bis 9 dargestellt Dabei zeigen die F i g. 1 und 7 jeweils eine Gesamtansicht des Notkühlsystems, während in den Fig 2 bis 6 sowie 8 und 9 Einzelheiten hinsichtlich der Ausgestaltung der Zuführungsleitungen, des Verteilungssystems einschließlich der hierfür erforderlichen Stützkonstruktion und der Sprühdüsen dargestellt sind.
• F i g. 1 zeigt im wesentlichen den oberen Teil eines Reaktordruckbehälters, wobei der Reaktordruckbehälterdeckel 1 auf der zylindrischen Behälterwand 2 aufsitzt Im Innern des Reaktordruckbehälters befindet sich der Reaktorkern, von dem im wesentlichen der nach unten gewölbte Reaktorkerndeckel 3 wiedergegebein ist Das für den Reaktorkern vorgesehene Notkühlsystem besteht im wesentlichen aus einer Zuführungsleitung 4, die im Reaktordruckbehälterdeckel 1 fixiert ist aus dem zwischen dem Reaktordruckbehälterdeckel 1 und dem Reaktorkerndeckel 3 angeordneten Kühlwasserverteilungssystem 5 und den im Reaktorkerndeckel 3 angeordneten Sprühdüsen 6. Das gesamte Notkühlsystem ist aus Sicherheitsgründen dreifach vorgesehen, wobei jedes System getrennt von den beiden anderen betrieben werden kann und eine mengenmäßig ausreichende Sprühwasserversorgung und hinsichtlich der erforderlichen Kühlung optimale Sprühverteilung gewährleistet Das Kühlwasserverteilungssystem 5 stützt sich auf dem Reaktorkerndeckel 3 ab und wird dabei von einer Stützkonstruktion 7 getragen. Diese schemelartige Stützkonstruktion ist zweistöckig ausgebildet und weist eine untere Plattform 12 sowie eine obere Plattform 13 auf. Im unteren Teil sind sechs Stützbeine 8 vorgesehen, deren Füße auf dem Flansch des Reaktorkerndeckels 3 aufsitzen und die an ihrem oberen Ende über den Ring 10 miteinander verbunden sind. Zwischen den Stützbeinen 8 befinden sich Querstützen 9.
• Im oberen Teil der Stützkonstruktion sind drei Stützbeine 11 vorgesehen, die auf dem Ring 10 aufsitzen und an ihrem oberen Ende an der oberen Plattform 13 befestigt sind. Zwischen den Füßen der Stützbeine 11 befindet sich die untere Plattform 12. Das Oberteil und das Unterteil der Stützkonstruktion sind miteinander verschraubt und können zum Zwecke der Montage getrennt werden.
• Zur vertikalen Durchführung der Zuführungsleitungen 4 des Notkühlsystems durch den Reaktordruckbehälterdeckel 1 ist diese mit der zentralen Öffnung 35 versehen, auf der ein Deckel 36 aufsitzt. Dieser Deckel 36 enthält seinerseits Bohrungen für die einzelnen Zuführungsleitungen 4. Die jeweilige Zuführungsleitung ist gemäß F i g. 2 an dieser Bohrung mittels des Flansches 37 befestigt. Das untere Ende der als Rohrstutzen ausgebildeten Zuführungsleitung 4 ist dabei mittels einer am Reaktordruckbehälterdeckel 2 befestigten Halterung 15 geführt und greift dichtend in das obere Ende eines Rohrstückes 16 ein, das den Anfang des Kühlwasserverteilungssystems bildet. Das Rohrstück 16 ist in der oberen Plattform 13 der Stützkonstruktion 7 fixiert und ist als Verteiler für das Kühlwasser ausgebildet. Hierzu sind, wie auch aus F i g. 3 zu ersehen ist, längs der Oberfläche des unten abgerundeten Rohrstutzens eine Vielzahl von Anschlußstutzen 17 vorgesehen, von denen einzelne Rohrleitungen 18 zu den Sprühdüsen 6 führen. Diese Rohrleitungen sind »S«-förmig angeordnet, damit Differenzwärmedehnungen, die sich im Kernnotkühlfall durch das Einspeisen von kaltem Wasser ergeben, aufgenommen werden können. Die Rohrleitungen sind weiterhin mit nicht näher bezeichneten Halterungen an der unteren Plattform 12 der Stützkonstruktion 7 befestigt. Weiterhin ist für jede Rohrleitung unterhalb der unteren Plattform 12 eine Kupplung 19 vorgesehen.
• Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die mit dem Kühlwasserverteilungssystem versehene Stützkonstruktion getrennt in Ober- und Unterteil in den Reaktordruckbehälter einzubringen.
• Anstelle des in F i g. 3 dargestellten rohrförmigen Verteilers 16 kann man gemäß F i g. 4 auch einen Kugelverteiler verwenden, der aus dem Rohrstück 20 und dem kugelförmigen Ansatz 21 besteht. Von dem kugelförmigen Ansatz 21 gehen strahlenförmig die Anschlußstutzen 17 ab.
• Hinsichtlich der Montage des Notkühlsystems erweist sich weiterhin als vorteilhaft, daß die Verbindungsstelle zwischen den Zuführungsleitungen 4 und dem Kühlwaeserverteilungssystem 5 oberhalb der Unterkante des Reaktordruckbehälterdeckels liegt, so daß dieser einschließlich der fest installierten Zuführungsleitungen 4 abgestellt werden kann. Die Trennstelle Zuführungsleitung 4/Kühlwasserverteilungssystem 5 hat unter Berücksichtigung eines möglichst geringen Bypasses auch die Aufgabe, Differenzwärmedehnungen in radialer und vertikaler Richtung zwischen dem Reaktordruckbehälter und seinen Einbauten aufzunehmen.
• Die am Ende des Kühlwasserverteilungssystems 5 angeordneten Sprühdüsen 6 zerstäuben das unter Druck stehende eingespeiste Wasser durch einen schaufelartigen Dralleinsatz zu einem gleichmäßig ausgefüllten Vollkegel. Im vorliegenden Fall beträgt der Streukegelwinkel jeder Düse etwa 30". Weiterhin sind im vorliegenden Fall je Verteilungssystem 28 Sprühdüsen 6 mit einem quadratischen Sprühbild vorgesehen. Dabei befinden sich auf dem innersten Teilkreis 3 x 4 Sprühdüsen und auf den drei nächstfolgenden Teilkreisen jeweils 3x8 ><8Sprühdüsen, so daß von jedem als Verteiler ausgebildeten Rohrstück 16 28 Rohrleitungen 18 ausgehen.
• Die wärmespannungsfreie Anordnung der Sprühdüsen 6 im Reaktorkerndeckel 3 erfolgt gemäß Fig.5 unter Verwendung eines die jeweilige Sprühdüse umgebenden kappenartigen Ansatzes oder glockenartigen Mantels 22, der die jeweilige Sprühdüse mit Abstand umgibt und der mit seinem Saum bzw. seinem Rand an der oberen Öffnung einer entsprechenden, im Reaktorkerndeckel vorgesehenen Bohrung mit diesem verschweißt ist. Der kappenartige Ansatz 22 kann gemäß F i g. 6 auch von einem Rohrstück 23 und einem flanschartigen Ansatz 24 gebildet sein.
• Das in F i g. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Notkühlsystem gemäß F i g. 1 im wesentlichen in dem Aufbau des Kühlwasserverteilungssystems und damit in der entsprechenden Stützkonstruktion. Als Zuführungsleitungen sind ebenfalls drei Rohrstutzen 4 vorgesehen, die vertikal durch den Reaktordruckbehälterdeckel 1 geführt sind, wobei jedoch nur eine Zuführungsleitung durch die zentrale Bohrung geführt ist, während die beiden anderen Zuführungsleitungen durch besondere Anschlußstutzen 25 geführt sind. In allen Fällen erfolgt die Fixierung der Rohrstutzen 4 im Reaktordruckbehälterdeckel wärmespannungsfrei, und zwar indem ähnlich wie für die Sprühdüsen 6 gemäß F i g. 5 ein glockenartiger Flansch 26 (s. F i g. 8 und 9) verwendet ist.
• Für jedes Verteilungssystem ist zunächst ein Rohrstück 27 vorgesehen, in dessen oberes Ende das untere Ende des Rohrstutzens 4 dichtend eingesteckt ist. Durch eine leicht ballige Form der Steckverbindung an der Trennstelle sind auch geringe Verdrehungen zwischen den vom Reaktordruckbehälterdeckel und vom Reaktorkerndeckel kommenden Leitungen möglich.
• Das untere Ende des Rohrstückes 27 geht in eine Ringleitung 28 über, von der einzelne Rohrleitungen 29 zu den Sprühdüsen 6 abzweigen. Im vorliegenden Fall sind auf einem inneren Teilkreis 3 x 8 Düsen mit einem quadratischen Sprühbild und auf einem äußeren Teilkreis 3 x 4 Düsen mit einem kreisförmigen Sprühbild vorgesehen.
• Das Rohrstück 27 jedes Verteilungssystems ist über Abstützungen 30 bzw. 31 und 32 fest mit dem Reaktorkerndeckel 3 verbunden. Weiterhin ist eine seitliche Abstützung gegeneinander sowie gegenüber dem Reaktorkerndeckel mittels der Zugstäbe 33 gegeben. Die Ringleitungen 28 sind über Federstäbe 34 auf dem Reaktorkerndeckel abgestützt Dadurch werden Differenzwärmedehnungen aufgefangen, die sich im Kernnotkühlfall durch das Einspeisen von kaltem Wasser in die zur Verteilung vorgesehenen Ringleitungen ergeben. Durch die Verwendung von Federstäben können sich die Ringleitungen elastisch verformen und befinden sich andererseits immer in einem verspannten Zustand, so daß sie keinen unzulässigen Belastungen durch Schwingungen ausgesetzt sind

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Notkühlsystem für den Kern eines Reaktordruckbehälters, insbesondere eines Siedewasserreaktordruckbehälters, bestehend aus einer oder mehreren durch die Wandung des Reaktordruckbehälters geführten Zuführungsleitungen für das Kühlwasser, aus einem am Deckel des Reaktorkernes befestigten Verteilungssystem für das Kühlwasser und aus einer Vielzahl von an den Enden des Verteilungssystems angeordneten Sprühdüsen, wobei die Durchführungen für die Zuführungsleitungen im Deckel des Reaktordruckbehälters angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (6) in an sich bekannter Weise in Bohrungen des gewölbten Reaktorkerndeckels (3) angeordnet sind, daß der Reaktorkerndeckel (3) nach innen gewölbt ist, und daß das Verteilungssystem (5) für das Kühlwasser oberhalb des Reaktorkerndeckels (3) sich auf diesem abstützend angeordnet ist.
2. 2. Notkühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sprühdüse (6) einen kappenartigen oder glockenartigen Ansatz (22) aufweist, der in der jeweiligen Bohrung des Reaktorkerndeckels (3) verschweißt ist.
3. 3. Notkühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (6) auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
4. 4. Notkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (6) vertikal über dem Reaktorkern angeordnet sind.
5. 5. Notkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zuführungsleitung (4) im. Bereich des Reaktordruckbehälterdekkels (1) aus einem in den Reaktordruckbehälter hineinragenden, am Reaktordruckbehälterdeckel befestigten Rohrstutzen (4) besteht, dessen unteres Ende dichtend in ein Rohrstück (16, 27) eingesteckt ist, welches sich seinerseits auf dem Deckel (3) des Reaktorkernes abstützt und mit dem Verteilungssystem (5) verbunden ist.
6. 6. Notkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohrstück (27) in eine sich auf dem Reaktorkerndeckel (3) abstützende Ringleitung (28) übergeht, von der einzelne Rohrleitungen (29) zu den Sprühdüsen (6) abzweigen.
7. 7. Notkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß das Rohrstück (16) den Verteiler des Verteilungssystems bildet.
8. 8. Notkühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilungssystem (5) an den beiden Plattformen (12, 13) einer zweistöckigen, schemelartigen Stützkonstruktion (7) befestigt ist die auf dem Reaktorkerndeckel (3) aufsitzt.
9. 9. Notkühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilungssystem (25) aus einer Vielzahl einzelner Rohrleitungen (18) besteht von denen jede an dem Rohrstück (16) beginnt und an einer Sprühdüse (6) endet und in der ersten Plattform (12) der zweistöckigen Stützkonstruktion (7) fixiert ist.
10. 10. Notkühlsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Plattform (12) dem oberen Teil der zweistöckigen, in Höhe der ersten Plattform teilbaren Stützkonstruktion (7) zugeordnet ist und daß jede einzelne Rohrleitung (18) zwischen der ersten Plattform (12) und der Sprühdüse (6) eine lösbare Verbindungsstelle (Kupplung 19) aufweist.

    Die Erfindung bezieht sich auf ein Notkühlsystem für den Kern eines Reaktordruckbehälters, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

    Ein solches Notkühlsystem ist durch die DE-OS 23 16 006 bekannt Dort sind die im Bereich einer Tragplatte angeordneten Zentrierstifte für Steuerstäbe enthaltende und innerhalb der Brennelemente angeordnete Führungsrohre als Düsenkörper ausgebildet, und auch die Führungsrohre selbst können, besonders, wenn sie keine Absorbereinsätze enthalten, mit über ihre Länge verteilten Spritzbohrungen versehen sein, über welche im Notkühlfall borsäurehaltiges Wasser in den Reaktorkern eingespeist werden kann, ebenso wie über gesonderte, in der Tragplatte 13 sitzende Sprühdüsen 56. Bei diesem bekannten Notkühlsystem ist die die Sprühdüsen bzw. Zentrierstifte aufnehmende Tragplatte eben; die Erfindung geht davon aus, daß sich die Sprühverteilung verbessern und die Anzahl der Sprühdüsen bezogen auf die Querschnittsfläche des Kernbehälters vergrößern läßt, wenn man einen gewölbten Reaktorkerndeckel zur Halterung der Sprühdüsen verwendet.

    Aus »Directory of Nuclear Reactors« Vol. VII, Seite 217, Wien 1968, ist es bekannt, die Sprühdüsen in Bohrungen eines gewölbten Reaktordeckels anzuordnen. Dabei ist der Reaktorkerndeckel indessen nach außen gewölbt. Bei Siedewasserreaktordruckbehältern, auf die sich die Erfindung insbesondere bezieht, ist ein nach außen gewölbter Kernbehälterdeckel wenig vorteilhaft, - weil dann für das am Deckel des Reaktorkerns befestigte Verteilsystem in Längsrichtung des Reaktordruckbehälters relativ wenig Raum zur Verfügung steht bzw. die Bauhöhe oberhalb des Kernbehälters vergrößert werden müßte. Beim letzterwähnten bekannten Notkühlsystem ist weiterhin nicht ersichtlich, ob der Reaktorkerndeckel zusammen mit dem Verteilsystem bei geöffnetem Reaktordruckbehälter nach oben ohne besonderen Aufwand ausgebaut werden kann, weil ein Speisewasserverteilring oberhalb des Kernbehälterdeckels über Speisewasserleitungen mit dem unteren, unterhalb des Kerns gelegenen Bereich des Reaktordruckbehälters verbunden ist.

    Wie erwähnt betrifft die Erfindung ein Notkühlsystem für den Kern eines Reaktordruckbehälters, insbesondere eines Siedewasserreaktordruckbehälters. Sie befaßt sich mit der konstruktiven Ausgestaltung des Not- bzw.

    Nachkühlsystems für den Reaktorkern. Derartige Not-oder Nachkühlsysteme kommen zum Einsatz, wenn das Hauptkühlsystem durch einen Kühlmittelverlust gestört ist und sind besonders bei Siedewasserreaktoren mit externer Speisewasserumwälzschleife von Interesse.

    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Notkühlsystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sich bei montage- und wartungsfreundlicher Konstruktion eine gleichmäßige Sprühverteilung ergibt Das Notkühlsystem soll weiterhin so ausgebildet sein, daß es auch in bestehende Anlagen nachträglich eingebaut werden kann und daß es durch Mehrfachanordnung mit einem Sicherheitsfaktor ausgestattet ist.