DE3211830C2

DE3211830C2 - Kondensationsrohr

Info

Publication number: DE3211830C2
Application number: DE3211830A
Authority: DE
Inventors: Eckhard 2050 Hamburg Aust; Heinz-Detlev 2054 Geesthacht Fürst; Hans-Reinhard Niemann; Georg F. Dr. 2120 Lüneburg Schultheiß
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1985-05-09
Also published as: DE3211830A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Kondensationsrohre für Druckabbau-Systeme, welche zum Druckabbau bei Kernkraftwerken, insbesondere bei Siedewasser-Kernkraftwerken, dienen, wobei das Kondensationsrohr in das Wasservolumen einer ein Gaspolster aufweisenden Kondensationskammer mit seiner Rohrmündung eintaucht. Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, durch gezielte Änderungen der Mündungsgeometrie des Kondensationsrohres und/oder durch die dosierte Zugabe von Luft oder anderen wasserunlöslichen Gasen wie beispielsweise Stickstoff Druckstöße abzubauen, um in der Kondensationskammer insgesamt dynamische Drucklasten für den Bereich mit geringem Dampfmassenstrom und daraus resultierenden Kondensationsereignissen zu senken. Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Rohrmündung einen nach außen trompe tenöffnungsähnlich gewölbten umlaufenden Rand aufweist oder die Rohrmündung an mindestens einer Stelle schräg angeschnitten ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Kondensationsrohre für Druckabbau-Systeme, welche zum Druckabbau bei Kernkraftwerken, insbesondere bei Siedewasser-Kernkraftwerken, dienen, wobei cias Kondensationsrohr in das Wasservolumen einer ein Gaspc jter aufweisenden Kondensationskammer mit seiner Rohrmündung eintaucht.

Bei einem hypothetischen Kühlmittelverlust-Störfall im Sicherheitsbehälter mit Druckabbausystem (DAS) des Siedewasserreaktors treten insbesondere in einer Störfallphase mit luftarmer Dampfkondensation in der Kondensationskammer des DAS periodisch starke Druckstöße auf, die durch Kondensationsvorgänge an den Mündungen der Kondensationsrohre hervorgerufen werden. Diese Druckstöße stellen eine erhebliche dynamische Zusatzbelastung der Kondensationsrohre und der Kondensationskammerstrukturen dar.

Bei einem Kondensationsrohr, wie es in der DE-AS 26 16 830 beschrieben ist, wird daher einerseits versucht eine ruhige Kondensation über das gesamte Spektrum der Dampfmengenströme zu gewährleisten, und andererseits auch noch versucht, dieses Ziel fertigungstechnisch mit wenig Aufwand zu realisieren. Hierzu ist vorgesehen, daß an der Rohrmündung ein kegelförmig ausgebildetes Bodenteil und seitliche Schlitze angebracht sind.

In der DE-AS 26 18 108 ist weiterhin vorgeschlagen worden, zur Vermeidung von Schwingungen und Schlägen beim Einleiten von Luft und Dampf in das Wasserbecken am Boden unterhalb der Rohrmündung des Kondensationsrohres einen Kegel anzuordnen, dessen Spitze bis in die Rohrmündung reicht und dieser gegenüber von radialen Führungsblättern gehaltert wird.

Es wurde auch vorgeschlagen, in den Druckabbau-Systemen mit Kondensationsrohren mit glatter, horizontal geschnittener Rohrmündung in der Auslegung des DAS die stoßartige Belastung durch Kondensationsvorgänge zu berücksichtigen (DE-AS 24 49 451). Die Nachteile dieser im DAS weltweit eingesetzten Kondensationsrohre liegen insbesondere darin, daß sie die Entstehung von Kondensationsvorgängen erst ermöglichen und dadurch im DAS bei einem hypothetischen Kühlmiilclvcrlust-Störfall dynamische Zusatzlasten hervorrufen, die bei der Spezifizierung auslegungsbestimmender Lastannahmen zu berücksichtigen sind.

Bei allen bisher eingesetzten Kondensationsrohrcn. insbesondere solchen mit horizontaler Rohrmu^unj;. strömt das Kondensationswasser nach der Kondensate tion des Dampfes außerhalb der Rohrmündung in d;is Rohrinnere. Wesentlicher Antrieb für das Einsetzen der Strömung in das Rohr ist dabei der aus dem plötzlichen Kondensieren eines größeren Dampfvolumens entstellende Unterdruck. Anschließend strömt das Wasser in die Rohrmündung ein, wobei die Rohrauslritiskunie als Borda-Mündung zu betrachten ist Nach den bisher aus den DAS-Untersuchungen vorliegenden Beobachtungen kommt es dabei zu einer erheblichen Strömungseinschnürung, wobei sich in dem entstehenden Toiwasscrraum ein Dampfring an der Rohrinnenwand aufbaut.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, bei einem Kondensationsrohr der eingangs genannten Art durch gezielte Änderungen der Mündungsgeometrie des Kondensationsrohres und/oder durch die dosierte Zugabe von Luft oder anderen wasserunlöslichen Gasen wie beispielsweise Stickstoff Druckstöße abzubauen, um in der Kondensationskammer insgesamt dynamische Drucklasten für den Bereich mit geringem Dampfmassenstrom und daraus resultierenden Kondensationsvorgängeir zu senken.

Jeweils eine Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 bzw. 2 beschrieben.

Der Anspruch 3 gibt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wieder.

Die mit der Erfindung zu erzielenden besonderen Vorteile von konstruktiver und/oder verfahrensiechnischer Art sind folgende:

— Durch die Anbringung eines Lcublcches an der Austrittskante des Kondensalioisrohres wird d;is einströmende Kondensationswasscr ohne Ablöseerscheinung an der Mündungskonliir entlang geführt, so daß der Raum für die Ausbildung des ringförmigen Dampffilmes und er aus seiner Konden.sution resultierende Druckstoß entfallen.

— Bei dem Kondensationsrohr mit schräg geschnittener Mündung wird das Druckprofil über der Rohrmündung gestö/t und Kondensationswasser mil Dampf frühzeitig vermischt, so daß die Ausbildung eines stabilen Dampfringes gestört wird. Dadurch werden insbesondere Kondensationscreignisse mit den belastungsintensiven Druckstößen vcrmiden. Querkräfte aus Kondensationsvorgängen in bestimmbare Rohrangriffsrichtungen gelenkt und im Teillastbereich mit geringen Dampfmassenströmen die Druckspitzen insgesamt abzubauen.

— Durch die Beigabe von Luft oder einem anderen wasserunlöslichen Gas in den Dampf wird bei der Kondensation des Dampfes diese Luft freigesei/.i und die dabei aufeinanderstoßenden Wasscrfronten abgebremst. Dadurch werden insbesondere in dem Teillastbereich mit luftarmer Kondensation die dynamischen Drucklastcn gesenkt.

— Durch die konstruktiven und/ bzw. vcrfahi'enstech- b) nischen Maßnahmen werden die dynamischen Belastungen aus Kondensationsvorgängen abgebaut. Dadurch werden die Sicherhcitsrcscrvcn der Iestigkeitsauslegung erhöht und insgesamt die Si-

cherheits- und Druckabbaufunktion des DAS erheblich verbessert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele mittels der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Die bisherigen Forschungsergebnisse zum Konden-.sationsvorgang-Phänomen haben gezeigt, daß ein wesentlicher Druckstoß aus der Kondensation eines ringförmigen Dampffilmes resultiert, der sich bei der Entstehung von Kondensationsvorgängen an der Rohrinnenwand im Mündungsbereich ausbildet.

Der Erfindung liegt demnach der Gedanke zugrunde, durch gezielte geometrische Änderung der Ausström- und Einlaufgeometrie der Kondensationsrehrmündung die Entstehung dieses Dampffilmes zu vermeiden oder durch die dosierte Zugabe eines wasserunlöslichen Gases wie beispielsweise Luft den dabei auftretenden Druckstoß v.u dämpfen. Im Rahmen der konstruktiven Maßnahmen sind hierfür zwei Alternativen in der Figur dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Stück eines kondensationsrohres 1, dessen Rohrmündung 2 konstruktiv verändert wurde. Sie weist einen umlaufenden Rand 3 auf, welcher irompetenähnlich nach außen hin gewölbt ausgebildet ist. Der Radius dieser Wölbung bzw. die Abmessungen des Randes 3 hängen von den konstruktiven und/oder jeweiligen physikalischen Verhältnissen ab.

(n der Alternative nach F i g. 2 ist die Rohrmündung 2 schräg angeschnitten, so daß ein Teil des Kondensalionsrohrcs 1 entfällt. Die Größe und der Winkel des Schrägschnitics zur Rotationsachse 4 des Kondensalionsrohrcs 1 hängen ebenfalls von den technischen Gegebenheiten ab.

Die erste Alternative arbeitet mit dem Rand 3 an der Rohmiündung 2. Durch eine strömungsgünstige Formgebung dieses Randes 3 wird das in die Rohrmündung 2 einströmende Wasser an dem Rand 3 entlang geführt, so daß eine Strömungseinschnürung und die Entstehung von Totwasserräumen mit einer Dampffilmausbildung im Mündungsbereich vermieden werden.

Bei der zweiten Alternative ist die Mündung 2 des Kondensationsrohres I schräg angeschnitten. Durch den unterschiedlichen statischen Druck aus der Flüssigkeitssäule über der schräg geschnittenen Rohraustrittsöffnung entsteht ein Druckgradient, tier eine Querströniiing vun Dampf aus der Rohrmündung 2 und von Wasser in die Mündung 2 erzeugt. Dadurch kommt es zu einer Vermischung /wischen Dampf und Wasser, so daß die Ausbildung des Dampffilmes gestört und sein geschlosscncs Kollabieren mit dem resultierenden DrucksioH vermieden wird. Hinzu kommt, daß bei geringen Dauipfmasscnströmen die schräg geschnittene Rohrmiindung 2 nur teilweise von Dampf freigelegt wird. Dadurch ergibt sich eine gute Selbstregeleigenschaft dieser Konstruktion (weniger Dampf gleich weniger freigelegte Mündungsfläche), so daß diese konstruktive Lösung für variierende Dampfniengen im Teillastbereich mit geringem Dampfmassenstrom sehr geeignet ist. l"erncr werden für den gesamten Arbeitsbereich des Kondcnsationsrohres 1 Querkräfte aus dem Freiblasvorgiing und den anschließenden Kondensationsvorgängen in eine durch den Schrägschnitt vorgegebene und damit berechenbare Richtung gelenkt.

Bei der verfahrenstechnischen Maßnahme zur Redu- t5 zieriing der Kondensationslasien wird Luft (bzw. ein anderes wasserunlösliches Gas wie beispielsweise Stickstoff) in das Kondensationsrobr 1 in dosierter Menge eingeblasen. Dabei bewirkt das Gas, daß die beim plötzlichen Kondensieren des mit Luft durchsetzten Darapfes aufeinanderprallenden Wassermassen durch das nichtkondensierbare Gas abgebremst und dadurch der Druckstoß reduziert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kondensationsrohr für Druckabbau-Systeme. welche zum Druckabbau bei Kernkraftwerken, insbesondere bei Siedewasser-Kernkraftwerken, dienen, wobei das Kondensationsrohr in das Wasservolumen einer ein Gaspolster aufweisenden Kondensationskammer mit seiner Rohrmündung eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrmündung (2) einen nach außen trompetenöffnungsähnlich gewölbten umlaufenden Rand (3) aufweist

Z Kondensationsrohr für Druckabbau-Systeme, welche zum Druckabbau bei Kernkraftwerken, insbesondere bei Siedewasser-Kernkraftwerken, dienen, wobei das Kondensationsrohr in das Wasservolumen einer ein Gaspolster aufweisenden Kondensationskammer mit seiner Rohrmündung eintaucht, dadurch gekennzeichnet daß die Rohrmündung (2) an mindesten; ainer Stelle schräg angeschnitten ist

3. Kondensationsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch die Kondensationsrohre strömenden Dampf in dosierter Menge Luft bzw. ein anderes wasserunlösliches Gas wie beispielsweise Stickstoff beigemischt ist.