DE3146820C2

DE3146820C2 - Device for determining the formation of gas bubbles at the highest point in the primary circuit of a water-cooled nuclear reactor plant

Info

Publication number: DE3146820C2
Application number: DE3146820A
Authority: DE
Inventors: Bobby L. 6909 Walldorf Day
Original assignee: Brown Boveri Reaktor GmbH
Current assignee: ABB Reaktor GmbH
Priority date: 1981-11-26
Filing date: 1981-11-26
Publication date: 1986-07-24
Also published as: DE3146820A1

Abstract

Wird eine derartige Kernreaktoranlage nach einem Ausfall der Primärkühlmittelpumpen (7) zur Abfuhr der Nachwärme im Naturumlauf betrieben, so besteht die Gefahr, daß sich an der höchsten Stelle (9) des Primärsystems eine Dampfblase (21) bildet und den Naturumlauf blockiert. Zur rechtzeitigen Erkennung einer Dampfblasenbildung in diesem Bereich ist eine von der Entlüftungsleitung (12) unterhalb des Ventils (13) wegführende Leitung (14) vorgesehen. Diese Leitung mündet in die "kalte" Primärkühlmittelleitung (6b) und weist einen Wärmetauscher (16) auf. Bildet sich an der höchsten Stelle (9) ein Dampfpolster (21) so wird der Eingang der Entlüftungsleitung (22) verschlossen. Aufgrund der Kühlleistung des Wärmetauschers (16) und der damit verbundenen größeren Dichte des in der Leitung (14) noch enthaltenen Wassers stellt sich eine Niveauabsenkung ein. Es sind Mittel (24) vorgesehen, die diesen Zustand registrieren und damit den Hinweis auf ein Dampfpolster geben. Ein dadurch ausgelöster Öffnungsbefehl an das Ventil (13) verhindert den Ausfall des Naturumlaufs.If such a nuclear reactor system is operated in natural circulation after a failure of the primary coolant pumps (7) to dissipate the residual heat, there is a risk that a vapor bubble (21) will form at the highest point (9) of the primary system and block the natural circulation. A line (14) leading away from the vent line (12) below the valve (13) is provided for the timely detection of vapor bubble formation in this area. This line opens into the "cold" primary coolant line (6b) and has a heat exchanger (16). If a cushion of steam (21) forms at the highest point (9), the inlet of the vent line (22) is closed. Due to the cooling capacity of the heat exchanger (16) and the associated greater density of the water still contained in the line (14), the level drops. Means (24) are provided which register this state and thus indicate a steam cushion. An opening command to valve (13) triggered by this prevents the natural circulation from failing.

Description

Die Erfindung betrifft eif« EinrLntung zum Festellen einer Gasblasenbildung an d2r höchsten Stelle des Primärkreislaufs einer wassergekühlte- Kernreaktoranlage. The invention relates to a locking device a gas bubble formation at the highest point of the primary circuit a water-cooled nuclear reactor plant.

Eine derartige hinrichtung ist aus der DE-OS 29 47 362 bekannt Dort ist ein Ultraschallmeßgerät als Dampfblasendetektor eingesetzt und mit seinem Schallkopf an den heißen Strang der Umwälz-Schleife einer Kernreaktoranlage angekoppelt. Der Ultraschallimpuls durchdringt die Rohrwand, durchläuft die im Rohr fließende Kühlflüssigkeit und wird an der gegenüberliegenden Rohrwand reflektiert. Ein Oszillogramm zeigt einen Ausgangsimpuis und einen reflektierten Impuls. Eine Veränderung des reflektierten Impulses deutet auf eine Änderung in der Zusammensetzung der Kühlflüssigkeit hin. Bei einer derartigen Beschallung ist eine unkontrollierbare Streuung der Schallwellen und ein störender Umlauf eines Teiles der Schallwellen in der Rohrwand nicht auszuschließen. Solche Einflüsse können daher das Meßergebnis verfälschen.Such an execution is from the DE-OS 29 47 362 known There an ultrasonic measuring device is used as a vapor bubble detector and with its transducer coupled to the hot leg of the circulation loop of a nuclear reactor plant. The ultrasonic pulse penetrates the pipe wall, passes through the cooling liquid flowing in the pipe and is at the opposite Pipe wall reflected. An oscillogram shows an output pulse and a reflected pulse. One A change in the reflected pulse indicates a change in the composition of the cooling liquid there. With such a sound, an uncontrollable scattering of the sound waves and a disturbing one Circulation of some of the sound waves in the pipe wall cannot be ruled out. Such influences can therefore Falsify the measurement result.

Die Erfindung sucht daher einen anderen Weg zum Feststellen einer Gasblasenbildung zu gehen um eine Gasblasenbildung eindeutig zu erkennen und deren Abbau zu ermöglichen.The invention therefore seeks another way of detecting gas bubble formation to go around one Clearly recognize gas bubble formation and enable their breakdown.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß von der höchsten Stelle eine mit einem Ventil versehene Entlüftungsleitung noch oben wegführt, daß vor dem Ventil von der Entlüftungsleitung eine Meßleitung wegführt, die an einer tiefer gelegenen Stelle des Primärkreislaufs wieder in diesen mündet, und daß die Meßleitung mit einer Kühlvorrichtung und mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstandes in ihr versehen ist.This object is achieved according to the invention in that from the highest point one is provided with a valve Vent line leads away above that a measuring line in front of the valve from the vent line leads away, which flows into this again at a lower point in the primary circuit, and that the Measuring line with a cooling device and with a device for determining the water level in it is provided.

Ist der obere Teil der von der Entlüftungsleitung wegführenden Meßleitung ganz oder teilweise von Wasser befreit, so ist dies ein Indiz dafür, daß an der höchsten Stelle des Primärkreislaufs eine Gas- bzw. Dampfblase den Eintritt zur Entlüftungsleitung verschließt Durch öffnen des Ventils wird einer Blockierung des Primärkreislaufs an seiner höchsten Stelle vorgebeugt und ein Abbau der Gasblasenbildung ermöglicht Neben dem Verschluß der Entlüftungsleitung durch eine Gasblase läßt sich mit der Einrichtung bereits die Bildung der im Kühlmittel fein verteilten Gasbläschen feststellen. Dabei gelangt ein großer Teil der in dem am Eingang derIs the upper part of the line leading away from the vent line Measuring line completely or partially freed from water, this is an indication that at the highest Place of the primary circuit a gas or vapor bubble closes the inlet to the vent line opening the valve prevents the primary circuit from being blocked at its highest point and Reduction of the gas bubble formation is made possible in addition to the closure of the vent line by a gas bubble the device can be used to determine the formation of the gas bubbles finely distributed in the coolant. Included A large part of the arrives in the one at the entrance of the

ίο Entlüftungsleitung vorbeiströmenden Primärkühlmittel enthaltenen Dampfbläschen in die von der Entlüftungsleitung abzweigende Meßleitung, was im Zusammenhang mit der Kühlung durch die Kühlvorrichtung zu einer Niveauänderung in der Meßleitung führt Die Einrichtung wirkt in diesem Anwendungsfall als Separator und zeigt aufgrund größerer Dichte eine Niveausenkung und somit eine beginnende fein verteilte Dampfbläschenbildung im Primärkühlkreislauf an.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstandes aus einem federnd aufgehängten Behälter besteht, der oberhalb der Kühlvorrichtung zwischen zwei flexibel ausgebildeten Leitungsteilen der Meßleitung angeordnet ist und dessen Auslenkung von seinem Füllstand abhängig istίο The vent line containing the primary coolant flowing past the vapor bubbles in the measuring line branching off the vent line, which in connection with the cooling by the cooling device leads to a level change in the measuring line distributed vapor bubble formation in the primary cooling circuit.
According to a preferred embodiment it is provided that the device for determining the water level consists of a resiliently suspended container which is arranged above the cooling device between two flexible line parts of the measuring line and whose deflection is dependent on its level

Hierbei dient dieser Behälter als Wiegebehälter, dessen Gewicht Aufschluß über das darin bzw. im oberhalb desselben angeordneten Meßleitungsteil befindliche Wasservolumen gibtHere, this container serves as a weighing container, the weight of which provides information about the inside or above the same arranged measuring line part is located water volume

Vorzugsweise ist ein Teil der Meßleitung spiralförmig ausgebildet und steht im Bereich dieser Ausbildung mit einem Kühlmedium in wärmetauschendem KontaktA part of the measuring line is preferably spiral-shaped formed and is in heat-exchanging contact with a cooling medium in the area of this formation

Anhand der Zeichnung werden zwei von Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zum Feststellen einer Gasblasenbildung beschrieben. Dabei zeigt dieBased on the drawing, two of exemplary embodiments of devices for determining a Described gas bubble formation. The

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Kernreaktoranlage, F i g. 1 shows a cross section through a nuclear reactor plant,

F i g. 2 einen in größerem Maßstab gezeichneten Ausschnitt der F i g. 1 undF i g. 2 shows a section drawn on a larger scale the F i g. 1 and

F i g. 3 eine andere Ausbildung der Einrichtung nach Fig. 2.F i g. 3 shows another embodiment of the device according to FIG. 2.

Die F i g. 1 zeigt ein Reaktorgebäude 1, das einen Sicherheitsbehälter 2 einschließt. In den innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordneten Räumen 3 befinden sich die Dampferzeuger 4, die zusammen mit dem Reaktordruckbehälter 5, den Primärkühlmittelleitungen 6 und den Primärkühlmittelpumpen 7 den Primärkreislauf der Reaktoranlage darstellen. Der Rohrbogen der vom Reaktordruckbehälter zum Dampferzeuger führenden »heißen« Primärkühlmittelleitung 6a bildet die höchste Stelle 9 des Primärkreislaufs. Die Einrichtung zur Feststellung einer Gasblasenbildung ist in der F i g. 1 durch die Leitung 14 nur angedeutet; sie wird anhand der F i g. 2 beschrieben.The F i g. 1 shows a reactor building 1, which has a containment 2 includes. Located in the rooms 3 arranged within the containment the steam generator 4, which together with the reactor pressure vessel 5, the primary coolant lines 6 and the primary coolant pumps 7 represent the primary circuit of the reactor system. The pipe bend of the The “hot” primary coolant line 6a leading to the steam generator forms the highest point in the reactor pressure vessel Position 9 of the primary circuit. The device for determining the formation of gas bubbles is shown in FIG. 1 through the line 14 only indicated; it is based on FIG. 2 described.

Die F i g. 2 zeigt einen Dampferzeuger 4 mit der »heißen« Primärkühlmittelleitung 6a, in der das Primärkühlmittel in Pfeilrichtung 10 fließt Über eine sogenannte »kalte« Primärkühlmittelleitung 6b verläßt das Primärkühlmittel in Pfeilrichtung 11 wieder den Dampferzeuger und gelangt über eine in der F i g. 2 nicht dargestellte Primärkühlmittelpumpe zur erneuten Erwärmung zum ebenfalls nicht dargestellten Reaktordruckbehälter. Von der höchsten Stelle 9 des Primärkreislaufs führt eine Entlüftungsleitung 12 weg, in die ein fernsteuerbares Ventil 13 eingebaut ist. Unterhalb des Ventils zweigt eine Meßleitung 14 ab, die in die »kalte« Primärkühlmittelleitung 66 mündet. In dem parallel zum Dampferzeuger verlaufenden Bereich der Meßleitung 14 ist dieselbeThe F i g. 2 shows a steam generator 4 with the "hot" primary coolant line 6a, in which the primary coolant in the direction of arrow 10 flows via a so-called "cold" primary coolant line 6b leaves the primary coolant in the direction of arrow 11 back to the steam generator and passes through a G in the F i. 2 primary coolant pump, not shown, for re-heating to the reactor pressure vessel, also not shown. A vent line 12 into which a remotely controllable valve 13 is installed leads away from the highest point 9 of the primary circuit. A measuring line 14 branches off below the valve and opens into the “cold” primary coolant line 66. The same is in the region of the measuring line 14 running parallel to the steam generator

als Rohrwendel ausgebildet und wirkt somit als Kühlvorrichtung 16 und gibt die aufgenommene Wärme an die umgebende Luft ab. Bildet sich insbesondere bei abgeschalteten Primärkühlmittelpumpen und dem dann stattfindenden Naturumlauf des Primärkühlmittels in Pfeilrichtung 10,11 an der höchsten Stelle des Primärkreislaufs eine Dampfblase 21, so verschließt dieselbe die Anschlußstelle 22 der Entlüftungsleitung. Die Kapazität der Kühlvorrichtung 16 ist dabei so ausgelegt, daß nach der Abkühlung das in der Leitung 14 befindliche Primärkühlmittel eine größere Dichte aufweist, und nur noch bis zu einem Niveau 23 reicht Die Kühlvorrichtung 16 dient weiterhin dazu, um bei abgeschalteten Primärkühlmittelpumpen einen Naturumlauf in der Meßleitung 14 aufrecht zu erhalten. Ein Mittel 24, das eine Ultraschallmeßeinrichtung sein kann, zeigt die durch eine Niveauabsenkung ausgedrückte Unterbrechung des Umlaufs in der Leitung 14 an und signalisiert den Wert zu einer nicht dargestellten Warte, die das öffnen des Ventils 13 veranlaßt. Damit wird sichergestellt, daß bevor die Gas- bzw. Dampfbinse 21 die strichpunktiert dargestellten und mit 21a bezeichneten Ausmaße annimmt und den Umlauf blockiert, vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden können, Es ist auch vorstellbar, daß die Unterbrechung des Umlaufs in der Leitung 14 über eine derselben zugeordnete Durchflußmeßvorrichtung ermittelt wird.designed as a coiled tubing and thus acts as a cooling device 16 and indicates the heat absorbed the surrounding air. Forms especially when the primary coolant pumps are switched off and then natural circulation of the primary coolant taking place in the direction of arrow 10, 11 at the highest point of the primary circuit a vapor bubble 21, it closes the connection point 22 of the vent line. The capacity the cooling device 16 is designed so that that located in the line 14 after cooling Primary coolant has a greater density, and only extends up to a level 23 The cooling device 16 also serves to ensure natural circulation in the when the primary coolant pumps are switched off To maintain measuring line 14 upright. A means 24, which may be an ultrasonic measuring device, shows the an interruption of the circulation in the line 14 expressed by a drop in level and signaled the value to a control room, not shown, which causes the valve 13 to open. This ensures that before the gas or steam bin 21 the dimensions shown in phantom and designated by 21a accepts and blocks circulation, preventive measures can be taken, It is also conceivable that the interruption of the circulation in the line 14 via a flow measuring device assigned to the same is determined.

Die Fig.3 zeigt abweichend zur Ausbildung nach F i g. 2 zum Erkennen einer Unterbrechung des Naturumlaufs in der Meßleitung 14 einen Behälter 15 der oberhalb und in Reihe zur Kühlvorrichtung 16 vom Primärkühlmittel durchflossen wird. Er befindet sich zwischen zwei flexibel ausgebildeten Leitungsteilen 14a, 146 und ist unter Zwischenschaltung einer Feder 17 an einem Widerlager 18 aufgehängt. Bildet sich bei abgeschalteten Primärkühlmittelpumpen und dem dann stattfindenden Naturumlauf des Primärkühlmittels eine Dampfblase 21, so führt dies wiederum zu einer Unterbrechung des Naturumlaufs in der Meßleitung 14. Der Behälter 15 weist eine geringere Füllmenge auf, der Abstand zwischen dem Widerlager 18 und der Behälteroberkante 19 wird kleiner, die Meßeinrichtung 20 zeigt die Unterbrechung des Naturumlaufs an und löst die3 shows differently from the training F i g. 2 for detecting an interruption of the natural circulation in the measuring line 14 a container 15 of the the primary coolant flows through above and in series with the cooling device 16. He is between two flexible line parts 14a, 146 and is on with the interposition of a spring 17 suspended from an abutment 18. Forms when the primary coolant pumps are switched off and then If the natural circulation of the primary coolant takes place a vapor bubble 21, this in turn leads to an interruption of the natural circulation in the measuring line 14. The container 15 has a smaller capacity, the The distance between the abutment 18 and the upper edge of the container 19 becomes smaller, as shown by the measuring device 20 the interruption of the natural circulation and solves the

ίο öffnung des Ventils 13 aus.ίο opening of valve 13 off.

Die beschriebene Einrichtung läßt sich weiterhin zur Überwachung des Zustandes des Primärkühlmittels sowohl bei im Einsatz befindlichen Primärkühlmittelpumpen (Zwangsumlauf) als auch beim Naturumlauf bezüglieh Dampfbläschenbildung, die im gesamten Primärkreislauf feinverteilt sind, verwenden. Diese Dampfbläschenbüdung bringt bei Übersteigen einer bestimmten Häufigkeit Probleme bei dem Wärmeübergang zwischen Kühlmittel und Reaktorkern während des Betriebs der Reaktoranlage. Für diesen Anwendungsfall wirkt die vorgeschlagene Einrichtung ii> Separator. Ein großer Teil der beim Umlauf des Primärkühimittels an der Anschlußstelle 22 vorbeiströmenden Dampfbläschen wird von der Meßleitung 14 aufgenommen. Der prozentuale Anteil an Dampfbläschen ist dann im Bypaßstrom der Meßleitung 14 wesentlich größer als im Hauptstrom, so daß sich überraschenderweise im Behälter 15 ein Gasvolumen aufbaut, das nur einen bestimmten Restraum für Wasser freiläßt Über das Gewicht der Behälter 15 wird der verbleibende Wassürinhalt festgestellt Nach Überschreiten eines zulässigen Wertes werden Eingriffe in das Betriebsverhalten der Reaktoranlage eingeleitet, die eine Reduzierung der Dampfbläschenbildung zur Folge haben.The device described can also be used both for monitoring the state of the primary coolant with primary coolant pumps in use (forced circulation) as well as with natural circulation Use the formation of vapor bubbles that are finely distributed throughout the primary circuit. This bubble formation brings problems with the heat transfer when a certain frequency is exceeded Coolant and reactor core during the operation of the reactor plant. For this use case does the proposed facility ii> Separator. A large part of the primary coolant circulation The vapor bubbles flowing past the connection point 22 are received by the measuring line 14. Of the percentage of vapor bubbles is then significantly greater in the bypass flow of the measuring line 14 than in the Main stream, so that, surprisingly, a gas volume builds up in the container 15, which only a certain Leaving residual space free for water The weight of the container 15 is used to determine the remaining water content After a permissible value is exceeded, interventions are made in the operating behavior of the reactor system initiated, which result in a reduction in the formation of vapor bubbles.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for detecting gas bubble formation at the highest point of the primary circuit of a water-cooled nuclear reactor plant, thereby characterized in that the highest point (9) is provided with a valve (13) Vent line (12) leads away upwards that in front of the valve (13) from the vent line (12) a Measuring line (14) leads away, which is at a lower point in the primary circuit again in this opens, and that the measuring line (14) with a cooling device (16) and is provided with a device for determining the water level in it

2. Device according to claim 1, characterized in that that the device for determining the water level from a resiliently suspended container (15) consists above the cooling device (16) between two flexible line parts 'ifer measuring line (14) is arranged and whose deflection depends on its level.

3. Device according to claim t or 2, characterized in that for the formation of the cooling device (16) a part of the line (14) is spiral-shaped and there with a cooling medium in a heat-exchanging manner Contact is available