DE3212265A1 - Verfahren und einrichtung zur gezielten aktivitaetsableitung aus dem reaktorschutzgebaeude einer gasgekuehlten kernkraftanlage - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur gezielten aktivitaetsableitung aus dem reaktorschutzgebaeude einer gasgekuehlten kernkraftanlage

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Description

HOCHTEMPERATUR-REAKT*©iiBAö· GmtH":" ..:.:". 3212265
- ψ-
Köln
Int.-Nr. 8 12 0 Mannheim, 19.03.82
Verfahren und Einrichtung zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage, das als Barriere gegen Freisetzung aktiven Kühlgases an die Umgebung die Kernkraftanlage einschließt und mit einem Ableitungsweg für bei Normalbetrieb auftretende Kühlgasleckagen versehen ist, der ein betriebliches Filtersystem, Abluftgebläse und einen Kamin umfaßt.
Stand der Technik sind Kernkraftanlagen, bei denen ein Hochtemperaturreaktor innerhalb eines Reaktordruckbehälters installiert ist, der seinerseits von einem Schutzbehälter bzw. Schutzgebäude umschlossen ist. Dieser hat unter anderem die Aufgabe, die Freisetzung von Spaltprodukten an die Umgebung zu verhindern. Bei der bekannten AVR-Anlage steht der Schutzbehälter während des Betriebes unter leichtem Unterdruck, um Primärkreisleckagen in die Atmosphäre auszuschließen. Wegen der in der AVR-Anlage verwendeten Brennelemente mit beschichteten Spaltstoffteilchen ist die Kühlgasaktivität im Primärkreislauf ohnehin gering.
Bei anderen Kernkraftanlagen mit Hochtemperaturreaktor ist vorgesehen, den Schutzbehälter auf einen Druck auszulegen, der die Aufnahme aller betrieblichen und störfallbedingten Leckagen in dem Schutzbehälter ermöglicht (Volldruck-Containment) , und die aus dem Reaktordruckbehälter sowie aus radioaktiven Kreisläufen stammenden Kühlgasleckagen verzögert über Filterstrecken und einen Kamin in die Umgebung abzuleiten. Selbst bei großen Storfällen wie dem Versagen eines Reaktordruckbehälter-Abschlusses wird das austretende Kühlgas zurückgehalten und gezielt über Filter und Kamin abgegeben, so daß die Auswirkungen des Störfalls begrenzt bleiben.
Bei dem Kernkraftwerk THTR-300 ist ebenfalls die Ableitung von im Normalbetrieb und bei kleinen Störfällen auftretenden Kühlgasleckagen über ein Filtersystem, Abluftgebläse und einen Kamin an die Atmosphäre vorgesehen. Das den Reaktordruckbehälter umschließende Reaktorschutzgebäude ist jedoch nicht auf vollen Druck ausgelegt, und bei Störfällen, die große Leckagen freisetzen, werden diese Leckagen ungefiltert über den Kamin an die Umgebung gegeben.
Von diesem Stand der Technik wird bei der Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, für die eingangs beschriebene Kernkraftanlage ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, die die gefilterte Ableitung auch großer Lekkagen gestatten, ohne daß die Auslegung des Reaktorschutzgebäudes auf vollen Druck erforderlich ist.
Gemäß der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß bei Anstieg des Druckes im Reaktorschutzgebäude über einen vorgegebenen Grenzwert der für Normalbetrieb vorgesehene Ableitungsweg automatisch abgesperrt und durch öffnen eines
zweiten, dem ersten weitgehend parallelen Ableitungsweges eine gezielte Entlastung des Reaktorschutzgebäudes vorgenommen wird, wobei die austretenden Primärkreisleckagen durch Einrichtungen zum Temperaturabbau und zur Ablagerung von Spaltprodukten sowie durch ein Filtersystem für gasförmige Spaltprodukte und Schwebstoffe in den Kamin geleitet werden.
Die Erfindung ermöglicht es, den Auslegungsdruck eines Reaktorschutzgebäudes zu reduzieren, ohne daß es zu einem störfallbedingten Versagen des Reaktorschutzgebäudes kommen kann. Je nach Auslegungsdruck des Reaktorschutzgebäudes, welcher auch durch andere Anforderungen (Schutz des Reaktordruckbehälters vor Einwirkungen von außen) mitbestimmt wird, können die Grenzwerte für die Absperrung des für Normalbetrieb vorgesehenen Ableitungsweges wie auch die Grenzwerte für den zweiten, in Störfällen benutzten Ableitungsweg unterschiedlich hoch gewählt werden, so daß auch die Auslegungsanforderungen an die Einrichtungen zum Temperaturabbau und zur Ablagerung von Spaltprodukten stark schwanken.
Ober die Festlegung des Grenzwertes, bei dem der zweite Ableitung sweg geöffnet und damit durch Ausströmen des Inhalts des Reaktorschutzgebäudes dieses Gebäude druckentlastet wird, kann vorteilhafterweise Einfluß auf die Zeitdauer genommen werden, während welcher das Reaktorschutzgebäude einer Überdruckbelastung ausgesetzt ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß nach erfolgter Druckentlastung die Luftmenge in dem Reaktorschutzgebäude vermindert ist, so daß der Lufteinbruch in den Primärkreis ebenfalls reduziert wird.
Selbst bei hypothetischen Störfällen ist die Spaltproduktabgabe an die Umgebung stark herabgesetzt, da die in den zweiten Ab-
leitungsweg eingebauten Einrichtungen verzögernd wirken, wodurch kurzlebige Spaltprodukte bereits nach Durchlaufen des Ableitungsweges zerfallen sind. Langlebige Spaltprodukte werden in fester als auch in gasförmiger Form in den entsprechenden Einrichtungen zurückgehalten, und die Temperaturbelastung der Umgebung wird ebenfalls reduziert.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Mittel zum öffnen des zweiten Ableitungsweges redundant ausgeführt sind und aus einer aktiv zu betätigenden Armatur sowie aus einer Berstscheibe bestehen. Durch das Vorhandensein zweier diversitärer Einrichtungen, von denen die eine aktiv betätigt wird und die andere passiv wirksam ist, kann das Versagen des Reaktorschutzgebäudes ausgeschlossen werden. Die Berstscheibe ist so ausgelegt, daß sie nicht nur bei Versagen der Armatur, sondern auch bei zu schnellem Druckanstieg in dem Reaktorschutzgebäude anspricht.
Zu der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gehört auch ein selbsttätig schließendes Rückstoßventil mit Verriegelung, das in dem für Normalbetrieb vorgesehenen Ableitungsweg angeordnet ist. Mit diesem Rückstoßventil wird bei größeren Leckagen automatisch der normale Ableitungsweg geschlossen, so daß die gesamte Kühlgasleckage zunächst in dem Reaktortorschutzgebäude verbleibt. Gleichzeitig oder zeitlich später wird dann der parallele Entlastungsweg geöffnet, und die Leckage kann über diesen Weg ausströmen.
Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Einrichtungen zum Temperaturabbau können als Regenerativ-Wärmetauscher ausgebildet sein. Diese bestehen aus Schüttungen von Kugeln aus wärmeaufnehmendem Material , vorzugsweise von Graphitkugeln.
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Den Einrichtungen- zum Temperaturabbau und zur Ablagerung von Spaltprodukten kann, falls erforderlich, eine Rekombinationsanlage für brennbare Gase nachgeschaltet sein. Mit einer solchen Anlage läßt sich verhindern, daß sich nach hypothetischen Störfällen (die die thermische Zersetzung des Betons des Reaktordruckbehälters zur Folge haben) im Reaktorschutzgebäude brennbare Gase ansammeln.
Die Einrichtungen zur Spaltproduktrückhaltung wie auch die Rekombinationsanlage für die brennbaren Gase können teilweise oder ganz mit den Regenerativ-Wärmetauschern identisch sein.
Die Wirksamkeit der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich noch dadurch verbessern, daß in Strömungsrichtung vor den Filtersystemen der beiden Ableitungswege eine Verbindungsleitung zwischen den Ableitungswegen vorgesehen ist, in welcher eine Absperrarmatur angeordnet ist. Durch öffnen dieser Absperrarmatur können bei abgesperrtem normalem Ableitungsweg das betriebliche Filtersystem wie auch die Abluftgebläse für die Leckageabfuhr über den zweiten Ableitungsweg eingesetzt werden, und es ist die Möglichkeit gegeben, in dem Reaktorschutzgebäude langfristig wieder Unterdruck zu erzielen.
Eine zusätzliche Absicherung des Reaktorschutzgebäudes gegen Oberdruck ist bei der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gegeben, daß im oberen Bereich des Reaktorschutzgebäudes ein Sicherheitsventil angeordnet ist. Dieses Sicherheitsventil ist so ausgelegt, daß sein Ansprechdruck höher ist als der Ansprechdruck der Berstscheibe und derjenige des Rückstoßventils.
Vorzugsweise wird ein Sicherheitsventil verwendet, das auch durch aktiven Eingriff geöffnet werden kann. Ein gezieltes öffnen dieses Ventils wäre beispielsweise in dem Fall eines zerstörten Kamins wünschenswert, da eine ungefilterte Abgabe des Inhalts des Reaktorschutzgebäudes in Höhe der Kuppel dieses Gebäudes einer gefilterten Abgabe in Bodennähe vorzuziehen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Die Figur läßt ein Reaktorschutzgebäude 1 erkennen, in dem eine Kernkraftanlage mit gasgekühltem Hochtemperaturreaktor untergebracht ist. Aus dem Reaktorschutzgebäude 1 tritt ein erster Ableitungsweg 2 für während des Normalbetriebs anfallende Kühlgasleckagen aus. In dem Ableitungsweg 2 sind in Strömungsrichtung angeordnet: ein Rückstoßventil 3 mit Verriegelung, ein betriebliches Filtersystem 4 zur Rückhaltung von festen Spaltprodukten, ein Abluftgebläse 5 und ein Kamin 6.
Parallel zu dem ersten Ableitungsweg 2 ist ein zweiter Ableitung sweg 7 vorgesehen. Dieser ist in dem an das Reaktorschutzgebäude 1 anschließenden Bereich in zwei parallele Pfade 7a und 7b aufgeteilt; in dem Pfad 7a ist eine Armatur 8 angeordnet, während sich in dem Pfad 7b eine Berstscheibe 9 befindet. Hinter der Vereinigungsstelle der beiden Pfade 7a und 7b sind ein Regenerativ-Wärmetauscher 10, eine Ablagerungsstrecke 11 für feste Spaltprodukte sowie eine Rekombinationsanlage 12 für brennbare Gase vorgesehen. Weiterhin umfaßt der Ableitungsweg 7 noch ein Filtersystem 13 für gasförmige Spaltprodukte wie
...11
Jod und Schwebstoffe. Hinter dem Filtersystem 13 tritt er in den Kamin 6 ein.
Die beiden Ableitungswege 2 und 7 sind durch eine Verbindungsleitung 14 miteinander verbunden, in der eine Absperrarmatur installiert ist. Die Verbindungsleitung 14 tritt - in Strömungsrichtung gesehen - vor dem Filtersystem 13 aus dem Ableitungweg 7 aus und vor dem Filtersystem 4 in den Ableitungsweg ein. Bei geöffneter Absperrarmatur 15 kann also ein Teil strom der abzuführenden Kühlgasleckage über das Filtersystem 4 geleitet werden.
In der Kuppel 17 des Reaktorschutzgebäudes 1 ist noch ein Sicherheitsventil 16 angeordnet, das einen höheren Ansprechdruck als das Rückstoßventil 3 und die Berstscheibe 9 hat. Es läßt sich auch gezielt öffnen.
Bei Normalbetrieb wird das Reaktorschutzgebäude 1 gegenüber seiner Umgebung auf Unterdruck gehalten. Die Armaturen 8 und 15 sowie das Sicherheitsventil 16 sind geschlossen; die Berstscheibe 9 ist intakt. Die Abluft wird über den ersten Ableitung sweg 2, also über das Rückstoßventil 3, das betriebliche Filtersystem 4 und das Abluftgebläse 5 sowie durch den Kamin 6, in die Atmosphäre abgegeben.
Bei Betriebsstörungen, die mit kleinen Kühlgasleckagen verbunden sind, erfolgt die Ableitung dieser Leckagen ebenfalls über den Ableitungsweg 2. Dabei kann sich in dem Reaktorschutzgebäude 1 auch überdruck gegenüber der Umgebung einstellen. Die Größe des noch für den Ableitungsweg 2 zulässigen Leckagestromes hängt davon ab, wie hoch das Filtersystem 4 durch Temperaturen belastet werden darf.
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Bei Störfällen, die so große Kühlgasleckagen zur Folge haben, daß das betriebliche Filtersystem 4 einer unzulässig hohen Temperaturbelastung ausgesetzt wird oder daß an dem Rückstoßventil 3 eine größere Druckdifferenz auftritt, wird der Ableitungsweg 2 durch selbsttätiges Schließen und Verriegeln des Rückstoßventils 3 abgesperrt, und die gesamte Kühlgasleckage verbleibt in dem Reaktorschutzgebäude 1.
Eine gezielte Entlastung bzw. Entleerung des Reaktorschutzgebäudes 1 erfolgt nun über den zweiten Ableitungsweg 7, und zwar über den Pfad 7a durch öffnen der Armatur 8. Die Kühlgasleckagen gelangen nun über den Regenerativ-Wärmetauscher 10, die Ablagerungsstrecke 11, die Rekombinationsanlage 12 und das Piltersystem 13 durch den Kamin 6 an die Umgebung. Falls erforderlich, können durch öffnen der Absperrarmatur 15 zusätzlich zu dem Filtersystem 13 auch das betriebliche Filtersystem 4 und das Abluftgebläse 5 für die Leckagenabfuhr eingesetzt werden. Langfristig läßt sich durch diese Maßnahme wieder Unterdruck im Reaktorschutzgebäude 1 herstellen.
3ei Versagen der Armatur 8 bzw. bei zu schnellem Druckanstieg in dem Reaktorschutzgebäude 1 wird die in dem Pfad 7b befindliche Berstscheibe 9 zum Bersten gebracht, und die Kühlgasleckagen können auf dem eben beschriebenen Wege, nämlich über die Einrichtungen 10, 11, 12, 13, 6, abgeführt werden.
Der weiteren Absicherung des Reaktorschutzgebäudes 1 gegen überdruckversagen dient das Sicherheitsventil 16. Es ist so ausgelegt, daß es erst anspricht, wenn bei abgesperrtem erstem Ableitungsweg 2 ein Versagen der Berstscheibe 9 vorliegt.
Leerseite

Claims (10)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer gasgekühlten Kernkraftanlage, das als Barriere gegen Freisetzung aktiven Kühlgases an die Umgebung die Kernkraftanlage einschließt und mit einem Ableitungsweg für bei Normalbetrieb auftretende Kühlgasleckagen versehen ist, der ein betriebliches Filtersystem, Abluftgebläse und einen Kamin umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anstieg des Druckes im Reaktorschutzgebäude
    (I) über einen vorgegebenen Grenzwert der für Normalbetrieb vorgesehene Ableitungsweg (2) automatisch abgesperrt und durch öffnen eines zweiten, dem ersten weitgehend parallelen Ableitungsweges (7) eine gezielte Entlastung des Reaktorschutzgebäudes (1) vorgenommen wird, wobei die austretenden Primärkreisleckagen durch Einrichtungen zum Tem~ peraturabbau (10) und zur Ablagerung von Spaltprodukten
    (II) sowie durch ein Filtersystem (13) für gasförmige Spaltprodukte und Schwebstoffe in den Kamin (6) geleitet werden.
  2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum öffnen des zweiten Ableitungsweges (7) redundant ausgeführt sind und aus einer aktiv zu betätigenden Armatur (8) sowie aus einer Berstscheibe (9) bestehen.
    ...10/
  3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Absperrung des für Normalbetrieb vorgesehenen Ableitungsweges (2) in diesem Ableitungsweg ein selbsttätig schließendes Rückstoßventil (3) mit Verriegelung installiert ist.
  4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtungen zum Temperaturabbau Regenerativ-Wärmetauscher (10) vorgesehen sind.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerativ-Wärmetauscher (10) aus Schüttungen von Kugeln wärmeaufnehmenden Materials, vorzugsweise von Graphitkugeln, bestehen.
  6. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Einrichtungen zum Temperaturabbau (10) und zur Ablagerung von Spaltprodukten (11) eine Rekombinationsanlage (12) für brennbare Gase nachgeschaltet ist.
  7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerativ-Wärmetauscher (10) wenigstens teilweise auch als Einrichtung zur Spaltproduktrückhaltung (11) und als Rekombinationsanlage (12) für brennbare Gase eingesetzt werden.
    ...11/
  8. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor den Filtersystemen (4, 13) der beiden Ableitungswege (2, 7) eine Verbindungsleitung (14) zwischen den Ableitungswegen (2, 7) vorgesehen ist, in der eine Absperrarmatur (15) angeordnet ist.
  9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Druckentlastung des Reaktorschutzgebäudes (1) in seinem oberen Bereich ein Sicherheitsventil (16) installiert ist, dessen Ansprechdruck höher ist als derjenige der Berstscheibe (9) und des Rück stoßventils (3) .
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Ver wendung eines Sicherheitsventils (16), das auch durch aktiven Eingriff geöffnet werden kann.
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