DE3418528A1

DE3418528A1 - Mit dem kuehlgas eines kernreaktors beheizter dampferzeuger

Info

Publication number: DE3418528A1
Application number: DE19843418528
Authority: DE
Inventors: Claus Dipl.-Ing. Dr. 6702 Bad Dürkheim Elter; Jürgen Dipl.-Ing. Dr. 7521 Stettfeld Rautenberg; Josef Dipl.-Ing. Dr. 7521 Hambrücken Schöning
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE3418528C2; JPS60245901A; JPH0527001B2; US4692301A

Description

HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH ς 3418528

Dortmund

Int. Nr. 8 0 2 1 Mannheim, 27.03.84

Mit dem Kühlgas eines Kernreaktors beheizter

Dampferzeuger

Die Erfindung betrifft einen mit dem Kühlgas eines Kernreaktors beheizten Dampferzeuger, der in einem mit einem Metalliner ausgekleideten vertikalen Schacht in dem Reaktordruckbehälter angeordnet ist, mit einem ihm nachgeschalteten Gebläse, das oberhalb des Dampferzeugers in dem vertikalen Schacht installiert ist, mit zwei in den vertikalen Schacht eintretenden Gaskanälen, von denen der untere der Zufuhr von Heißgas und der obere der Abfuhr von Kaltgas dient, und mit aus dem Reaktordruckbehälter herausgeführten Speisewasser- und Frischdampfleitungen.

Ein Dampferzeuger mit den oben aufgeführten Merkmalen ist in der US-PS 4,158,604 beschrieben. Er ist Teil einer Kernreaktoranlage, die in einem Spannbetondruckbehälter untergebracht ist, wobei der Kernreaktor in einer zentralen Kaverne installiert ist. Die Anlage weist mehrere Dampferzeuger der beschriebenen Art sowie die gleiche Anzahl von Hilfskühlern mit nachgeschalteten Gebläsen auf. Alle diese Komponenten befinden sich in vertikalen Schächten, die um die zentrale Kaverne herum angeordnet sind. Die zentrale Kaverne ist mit den vertikalen Schächten, in denen die Dampferzeuger enthalten sind, jeweils durch zwei Gaskanäle verbunden, von denen der untere Heißgas führt und unterhalb des Dampferzeugers in den betreffenden Schacht eintritt, während der obere Gaskanal im Bereich des Gebläseausgangs aus dem Schacht

austritt und das Kaltgas in die ReaJctorkaverne zurückführt. Die Speisewasser- und Frischdampfleitungen für die Dampferzeuger treten jeweils unten aus den vertikalen Schächten aus und werden aus dem Spannbetondruckbehälter nach unten herausgeführt. Das hat den Nachteil, daß sie für wiederkehrende Prüfungen und Instandhaltungsmaßnahmen nicht zugänglich.sind.

Zum Stand der Technik gehört auch ein in der DE-OS 28 54 499 beschriebener Geradrohr-Dampferzeuger für eine Kernreaktoranlage, der ebenfalls in einer mit einem Liner ausgekleideten Ausnehmung des Reaktordruckbehälters installiert ist. Auch bei diesem Dampferzeuger treten die Speisewasser- und die Frischdampfleitungen unten aus der Ausnehmung aus. Das Heißgas tritt durch einen oberen Kanal in die Ausnehmung ein, wobei der Kanal an eine das obere Ende des Rohrbündels umgebende Einströmhaube angeschlossen ist. Ein unterer, für das Kaltgas vorgesehener Kanal ist fest mit einer Kaltgasführung verbunden, die den Kompensationsbereich umgibt und unten an den Dampferzeugermantel angeschlossen ist.

In der DE-OS 29 03 644 ist ein weiterer mit dem Kühlgas eines Kernreaktors beheizter Dampferzeuger dargestellt, der in einer Druckbehälterausnehmung installiert ist. Auch bei diesem Dampferzeuger wird das Heißgas im oberen Bereich zugeführt und das Kaltgas durch einen am Ende der Ausnehmung austretenden Kanal abgeführt. Die Speisewasserleitung und die Frischdampfleitung treten jedoch stirnseitig oben aus dem Dampferzeuger aus, so daß die Anordnung des zugehörigen Gebläses oberhalb des Dampferzeugers nicht möglich ist. Speisewasser- und Frischdampfleitung sind als Koaxialleitung ausgebildet und durch den Deckel der Ausnehmung nach außen geführt. Das Rohrbündel, das aus Bajonettrohren besteht, und der Dampferzeugermantel sind an einer Tragplatte aufgehängt", oberhalb von welcher der Speisewasserverteiler und der Frischdampfsammler angeordnet sind.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, bei dem nur kleine relative Strukturverschiebungen innerhalb der Komponenten auftreten und bei dem ohne großen technischen Aufwand Wiederholungsprüfungen durchgeführt werden können. Zudem sollen günstige Einströmungsverhältnisse für das Heißgas am Dampferzeuger gegeben sein.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das in an sich bekannter Weise als Helix-Bündel ausgeführte und von einem Dampferzeugermantel umgebene Heizflächenbündel sich über die Eintrittsstelle des Heißgaskanals hinaus erstreckt, wobei zwischen dem Bündelende und dem Schachtboden ein Umlenkbereich vorgesehen ist und zwischen dem Metalliner und dem Dampferzeugermantel ein Ringkanal zur Führung des Heißgases nach unten gebildet wird, daß unmittelbar oberhalb der Eintrittsstelle des Heißgaskanals zwischen dem Metalliner und dem Dampferzeugermantel eine Schiebedichtung eingebaut ist, die zugleich als Erdbebenabstützung des Dampferzeugers ausgebildet ist, daß die Speisewasserleitung und die Frischdampfleitung im Kaltgasbereich des Dampferzeugers seitlich aus dem vertikalen Schacht heraus- und durch den Reaktordruckbehälter geführt sind und daß die einzelnen Rohre des Heizflächenbündels durch mehrere vertikale Tragplatten fixiert sind, die mit ihren oberen Enden oben an dem Dampferzeugermantel angeschweißt sind, der sich über einen Tragflansch an dem Metalliner des vertikalen Schachtes abstützt.

Durch die besondere Ausgestaltung des unteren Bereichs des Dampferzeugers, durch die das Heißgas gezwungen ist, zunächst nach unten zu strömen und von einem Ringkanal aus in den Dampferzeuger einzutreten, wird eine gleichmäßige Anströmung des Heizflächenbündels erreicht. Wird der Dampferzeuger im Stand-by-Betrieb betrieben (d.h. die Wärmeabfuhr aus dem Reaktorkern erfolgt über

Hilfskreisläufe), so wird durch den über die Heißgaseintrittsstelle hinaus nach unten verlängerten Wärmetauschermantel bewirkt, daß sich keine heiße Konvektionsströmung in dem Dampferzeuger einstellen kann. Zudem verfügt der erfindungsgemäße Dampferzeuger über ein ausreichendes Auffangvolumen für Wasser, falls es durch Versagen· von Dampferzeugerrohren zu einem Wassereinbruch kommen sollte. Dadurch können die als Folge auftretenden Korrosionsschäden an Graphitbauteilen des Kernreaktors begrenzt werden.

Die Zuführung von Speisewasser und Abführung von Frischdampf in seitlich am oberen, kalten Ende des Dampferzeugers austretenden Leitungen hat den Vorteil, daß die sich innerhalb des Dampferzeugers einstellenden unterschiedlichen Wärmedehnungen gering sind und die zu ihrer Kompensation erforderlichen Rohrschleifen bei relativ geringen Abmessungen einfach aufgebaut sein können. Die Bündelrohre wie auch die Leitungen für Speisewasser und Frischdampf können im Rahmen von wiederkehrenden Prüfungen von innen besichtigt werden, und defekte Bündelrohre können einzeln abgeblindet werden. Diese Arbeiten werden ferngesteuert bzw. automatisch durchgeführt, und zwar ohne daß das öffnen des Primärkreislaufs des Kernreaktors dazu erforderlich wäre. Das seitliche Herausführen der Speisewasser- und Frischdampfleitung aus dem Reaktordruckbehälter macht es vor allem möglich, daß das Gebläse oberhalb des Dampferzeugers in dem vertikalen Schacht angeordnet und daher gut ausgebaut werden kann.

Die oberhalb des Heißgaskanals in dem Ringkanal zwischen dem Dampferzeugermantel und dem Metalliner des vertikalen Schachtes vorgesehene Schiebedichtung verhindert, daß Heißgas in den darüber liegenden Raum eindringen und damit zu dem Tragflansch gelangen kann. Die Schiebedichtung ist so konstruiert, daß sie (neben ihrer eigentlichen Funktion) im Falle eines Erdbebens ein Auslenken des Dampferzeugers zu begrenzen vermag.

Das als Helix-Bündel ausgeführte Heizflächenbündel ist vorzugsweise in konzentrischen, mehrgängig gewickelten Rohrzylindern angeordnet. Das Gewicht des Heizflächenbündels wird über die vertikalen Tragplatten und den Dampferzeugermantel, der an seinem oberen Ende einen Flansch aufweist, auf den am Metalliner befestigten Tragflansch abgetragen. Die Pixpunkte des Dampferzeugers sind so festgelegt, daß nur minimale thermische Differenzdehnungen auftreten können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeipsiels im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Figur 1 das Prinzipschema des erfindungsgemäßen Dampferzeugers,

Figur 2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II der Figur 3 und

Figur 3 einen Horizontalschnitt nach der Linie III-III der Figur 2.

In der Figur 1 ist ein in einem vertikalen Schacht 2 installierter Dampferzeuger 1 dargestellt, dessen Heizflächenbündel 3 in Helix-Bauweise von einem wärmeisolierten Dampferzeugermantel 4 umgeben ist. Dieser ist mittels eines Tragflansches 5 an einem ebenfalls wärmeisolierten Metalliner 6 abgestützt, mit dem der vertikale Schacht 2 ausgekleidet ist. Der vertikale Schacht 2 befindet sich in der Wand eines Spannbetondruckbehälters 7 (vgl. Figur 2), in dem ein gasgekühlter Kernreaktor untergebracht ist (nicht dargestellt). Durch das Heizflächenbündel 3 ist ein Zentralrohr 8 geführt.

Oberhalb des Dampferzeugers 1 ist ein Gebläse 9 angeordnet, das von einem Motor 10 angetrieben wird. Weit oberhalb des Dampferseugerendes tritt ein Heißgaskanal 11 in den vertikalen Schacht 2 ein, durch welchen das im Kernreaktor auf 680 ⁰C erhitzte Gas dem Dampferzeuger 1 zugeleitet wird. Das Heißgas strömt zunächst durch einen von dem Metalliner 6 und dem Dampferzeugermantel 4 gebildeten Ringkanal 12 nach unten, wird am Schachtende umgelenkt und tritt mit gleichmäßiger Geschwindigkeit unten in den Dampferzeuger 1 ein. Hier durchströmt es zuerst einen Umlenkbereich 15, ehe es in das Heizflächenbündel 3 gelangt.

Nachdem das Gas in dem Heizflächenbündel 3 seine Wärme abgegeben hat, durchströmt es eine Dehnzone 16 und tritt dann in das Gebläse 9 ein. Durch einen Kaltgaskanal 14 wird das verdichtete Gas mit 280 ⁰C in den Kernreaktor zurückgeführt. Um zu verhindern, daß Heißgas zu dem Tragflansch 5 gelangt, ist in dem Ringkanal 12 oberhalb der Eintrittsstelle 19 des Heißgaskanals 11 eine Schiebedichtung 13 vorgesehen, die zugleich als Erdbebenabstützung für den Dampferzeuger 1 dient.

Das Speisewasser wird dem Dampferzeuger 1 durch eine Leitung 17 zugeleitet; der entstandene Frischdampf wird durch eine Leitung 18 abgeführt. Die Leitungen 17 und 18 treten aus dem Kaltgasbereich aus und werden seitlich aus dem Spannbetondruckbehälter 7 herausgeführt. Die Speisewassereintrittstemperatur liegt bei 200 ⁰C; die Temperatur des Frischdampfes beträgt am Dampferzeugerausgang 530 ⁰C.

In den Figuren 2 und 3 sind die auch in der Figur 1 gezeigten Details mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie dort.

Die Speisewasserleitung 17 endet in einem Speisewasserverteiler 20, an dessen Lochplatte 21 sich die einzelnen Bündelrohre an-

...Tl

schließen, die in einer Rohrschleife 22 zu dem Heizflächenbündel 3 geführt werdend Das Heizflächenbündel 3 besteht aus konzentrischen, mehrgängig gewickelten Rohrzylindern, deren einzelne Rohre in vier vertikalen Tragplatten 23 fixiert sind. Die Tragplatten 23 sind an ihrem oberen Ende am Dampferzeugermantel 4 und am Zentralrohr 8 angeschweißt. Zwischen diesen vier festen Tragplatten sind vier weitere, schwimmende vertikale Platten vorgesehen, die bei den äußeren Rohrzylindern zur Begrenzung der freien Rohrlänge die Rohre untereinander verbinden (nicht dargestellt) . Diese Platten tragen keine Last ab.

über die vier Tragplatten 23 wird das Gewicht der Bündelrohre auf den Dampferzeugermantel 4 übertragen, der an seinem oberen Ende einen Flansch 24 aufweist. Der Flansch 24 liegt auf dem Tragflansch 5 auf, der über einen Thermosleeve 25 am Metalliner 6 befestigt ist. Eine eventuelle Schiefstellung des Tragflansches 5 kann vor der Montage des Dampferzeugers 1 durch einen Ausgleichsring 26 ausgeglichen werden, der mittels eines mehrteiligen Flanschringes 27, der auf den Tragflansch 5 aufgesetzt ist, fixiert ist. Durch eine in die Flanschverbindung eingebaute Dichtung sind die oberhalb und unterhalb der Flanschverbindung vorhandenen Räume gasdicht voneinander getrennt.

An das Heizflächenbündel 3 schließt sich nach unten der bereits erwähnte Umlenkbereich 15 an. In dem Umlenkbereich 15 werden die einzelnen Bündelrohre zunächst zu einem am Dampferzeugermantel 4 befestigten Abstützring 28 geführt. Daraufhin werden sie um 180° umgelenkt und in einer Lochplatte 29 zu einem Geradrohrbündel 30 zusammengefaßt. Die Lochplatte 29 ist an das untere Ende des Zentralrohres 8 angeschweißt. Die einzelnen Bündelrphre sind in der Lochplatte 29 jeweils mittels eines Thermosleeve gasdicht befestigt, so daß das Geradrohrbündel 30 von dem Heißgasbereich vollständig abgetrennt ist. Ober die Lochplatte 29 erfolgt die Last-

abtragung des Geradrohrbündels 30 auf das Zentralrohr 8. Die einzelnen Rohres des Geradrohrbündels 30 werden von mehreren Abstandshaltern 31 zusammengehalten.

An das Geradrohrbündel 30 schließt sich die Dehnzone 16 für die Rückführungsrohre 32 an, in denen der Frischdampf zu einem der Frischdampfleitung 18 vorgeschalteten Frischdampfsammler 34 geführt wird. In der Dehnζone 16 werden die zwischen dem Helixbündel 3 und dem Geradrohrbündel 30 auftretenden unterschiedlichen Wärmedehnungen ausgeglichen. In diesem Bereich sind spezielle Zwischenabstützungen 33 für die Rückführungsrohre 32 vorgesehen.

Die gesamte Dehnzone 16 ist von einem an der Innenseite isolierten Blechmantel 36 umgeben, um zu verhindern, daß von dem Frischdampf Wärme an das diesen Bereich des Dampferzeugers durchströmende Kaltgas abgegeben wird. Der Blechmantel 36 ist an der einen Seite an dem Zentralrohr 8 befestigt und schließt sich an der anderen Seite an die Lochplatte 35 des FrischdampfSammlers 34 an.

Die Frischdampfleitung 18 (in der Figur 2 in die Schnittebene gelegt) ist waagerecht aus dem Spannbetondruckbehälter 7 herausgeführt; die Speisewasserleitung 17 hingegen verläuft unter einem geringen Winkel zur Waagerechten. Hierdurch läßt sich erreichen, daß die beiden Leitungen die Außenseite 37 des Druckbehälters 7 nahezu auf gleicher Höhe durchdringen. Da an den Austrittsstellen der Leitungen 17, 18 die horizontale WickeIvorspannung des Druckbehälters 7 entfallen muß, ist es günstig, die Austrittsstellen so nahe wie möglich zusammmenzulegen.

Die Speisewasserleitung 17 und die Frischdampfleitung 18 sind jeweils über einen Thermosleeve 38 bzw. 39 mit Metallinern 42 verbunden, die die in dem Druckbehälter 7 vorgesehenen Durchdringun-

gen für die Leitungen 17, 18 auskleiden. Diese Verbindungsstellen sind gleichzeitig Primärabschluß. Um bei ihrem Versagen die mögliche Ausströmrate zu begrenzen, sind an der Druckbehälter-Außenseite 37 Strömungsbegrenzer 40 vorgesehen, die im Normalfall unbelastet sind. Die Räume zwischen den Leitungen 17, 18 und den Metallinern 42 sind isoliert. Der Frischdampfsammler 34 ist noch von einem ebenfalls im Normalfall unbelasteten Rückhaltezylinder 41 umgeben, der bei einem Trennbruch an dem Sammler 34 die Lochplatte 35 und damit die Bündelrohre in der Ausgangslage hält und das Eindringen von Dampf in den Primärkreislauf begrenzt.

Durch die Wahl der Fixpunkte sind bei dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger die in den einzelnen Kompensationszonen auszugleichenden Wärmedehnungsdifferenzen relativ klein.

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Claims

Patentansprüche:

Mit dem Kühlgas eines Kernreaktors beheizter Dampferzeuger, der in einem mit einem Metalliner ausgekleideten vertikalen Schacht in dem Reaktordruckbehälter angeordnet ist, mit einem ihm nachgeschalteten Gebläse, das oberhalb des Dampferzeugers in dem vertikalen Schacht installiert ist, mit zwei in den vertikalen Schacht eintretenden Gaskanälen, von denen der untere der Zufuhr von Heißgas und der obere der Abfuhr von Kaltgas dient, und mit aus dem Reaktordruckbehälter herausgeführten Speisewasser- und Frischdampfleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß das in an sich bekannter Weise als Helix-Bündel ausgeführte und von einem Dampferzeugermantel (4) umgebene Heizflächenbündel (3) sich über die Eintrittsstelle (19) des Heißgaskanals (11) hinaus erstreckt, wobei zwischen dem Bündelende und dem Schachtboden ein Umlenkbe- · reich (15) vorgesehen ist und zwischen dem Metalliner (6) und dem Dampferzeugermantel (4) ein Ringkanal (12) zur Führung des Heißgases nach unten gebildet wird, daß unmittelbar oberhalb der Eintrittsstelle (19) des Heißgaskanals (11) zwischen dem Metalliner (6) und dem Dampferzeugermantel (4) eine Schiebedichtung (13) eingebaut ist, die zugleich als Erdbebenabstützung des Dampferzeugers (1) ausgebildet ist, daß die Speisewasserleitung (17) und die Frischdampfleitung (18) im Kaltgasbereich des Dampferzeugers (1) seitlich aus dem vertikalen Schacht (2) heraus - und durch.den Reaktordruckbehälter (7) geführt sind und daß die einzelnen Rohre des Heizflächenbündels (3) durch mehrere vertikale Trag-

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platten (23) fixiert sind, die mit ihrem oberen Ende oben an dem Dampferzeugermantel (4) angeschweißt sind, der sich über einen Tragflansch (5) an dem Metalliner (6) des vertikalen Schachtes (2) abstützt.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragflansch (5) mittels eines Thermosleeve (25) an dem Metalliner (6) befestigt ist und daß zur Fixierung des Dampferzeugers (1) ein mehrteiliger Flanschring (27) auf den Tragflansch (5) aufgesetzt ist.
3. Dampferzeuger nach Anspruch l_r dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Fixierung der Bündelrohre zwischen den befestigten vertikalen Tragplatten (23) mehrere schwimmende vertikale Platten vorgesehen sind, die die Rohre der äußeren Rohrzylinder miteinander verbinden.
4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Umlenkbereich (15) unterhalb des Heizflächenbündels (3) ein an dem Dampferzeugermantel (4) befestigter Abstützungsring (28) vorgesehen ist, durch den die Bündelrohre geführt sind, und daß die Bündelrohre unterhalb des Abstutzungsring (28) um 180° umgelenkt und zu einer Lochplatte (29) geführt sind, in der sie zu einem Geradrohrbündel (30) zusammengefaßt sind.
5. Dampferzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelrohre einzeln mittels eines Thermosleeve in der Lochplatte (29) befestigt sind und die Lochplatte (29) an das untere Ende eines das gesamte Heizflächenbündel (3) durchquerenden Zentralrohres (8) angeschweißt ist, wobei der Heißgasbereich gasdicht von dem Inneren des Zentralrohres (8) getrennt ist.

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6. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 1 und 5,, dadurch gekennzeichnet» daß oberhalb des Heizflächenbündels (3) ein eine Dehnzone (16) für die Rückführungsrohre (32) umschließender, innen isolierter Blechmantel (36) an das Zentralrohr (8) angeschlossen ist, der die Dehnzone (16) vom Kaltgas trennt, und daß innerhalb des Blechmantels (36) Zwischenabstützungen (33) für die Rückführungsrohre (32) vorgesehen sind.
7. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Frischdampfsammler (34) und Speisewasserverteiler (20) im Bereich der Dehnzone (16) innerhalb des vertikalen Schachtes (2) untereinander angeordnet sind.
8. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisewasserleitung (17) und die Frischdampfleitung (18) unter einer solchen Neigung zueinander aus dem Reaktorbehälter (7) geführt sind, daß sie die Behälteraußenseite (37) etwa auf gleicher Höhe durchdringen.
9. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisewasserleitung (17) wie auch die Frischdampfleitung (18) über einen Thermosleeve (38 bzw. 39) mit einem Metalliner (42) der Behälterdurchdringung für die betreffende Leitung verbunden ist und daß an der Austrittsstelle der beiden Leitungen (17, 18) aus dem Reaktordruckbehälter (7) jeweils ein Strömungsbegrenzer (40) um die Leitungen (17, 18) vorgesehen ist.
10. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischdampfsammler (34) von einem bei Normalbetrieb unbelasteten Rückhaltezylinder (42) umgeben

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ist, der auf der einen Seite mit dem Metalliner (42) der Behälterdurchdringung und auf der anderen Seite mit dem Blechmantel (36) der Dehnzone (16) verbunden ist.

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