DE3418528C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit dem Kühlgas eines Kernreak­ tors beheizten Dampferzeuger, der in einem mit einem Metalli­ ner ausgekleideten vertikalen Schacht in dem Reaktordruckbe­ hälter angeordnet ist, mit einem ihm nachgeschalteten Ge­ bläse, 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 mit einem von einem Dampferzeugermantel umgebenen, sich über eine Ein­ trittsstelle für das Heißgas hinaus erstreckenden Heizflä­ chenbündel und mit aus dem Reaktordruckbehälter herausgeführ­ ten Speisewasser- und Frischdampfleitungen.

Ein derartiger Kernreaktor ist aus der DE 29 03 644 A1 be­ kannt. Dort ist der Dampferzeuger in einer Druckbehälteraus­ nehmung installiert. 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 je­ doch stirnseitig oben aus dem Dampferzeuger aus, so daß die Anordnung des zugehörigen Gebläses oberhalb des Dampferzeu­ gers nicht möglich ist. Speisewasser- und Frischdampfleitung sind als Koaxialleitung ausgebildet und durch den Deckel der Ausnehmung nach außen geführt. Das Rohrbündel, das aus Bajo­ nettrohren besteht, und der Dampferzeugermantel sind an einer Tragplatte aufgehängt, oberhalb von welcher der Speisewasser­ verteiler und der Frischdampfsammler angeordnet sind.

Gemäß der US 41 58 604 ist der Dampferzeuger ein Teil ei­ ner Kernreaktoranlage, die in einem Spannbetondruckbehälter untergebracht ist, wobei der Kernreaktor in einer zentralen Kaverne installiert ist. Die Anlage weist mehrere Dampferzeu­ ger der beschriebenen Art sowie die gleiche Anzahl von Hilfs­ kühlern mit nachgeschalteten Gebläsen auf. Alle diese Kompo­ nenten befinden sich in vertikalen Schächten, die um die zen­ trale Kaverne herum angeordnet sind. Die zentrale Kaverne ist mit den vertikalen Schächten, in denen die Dampferzeuger ent­ halten sind, jeweils durch zwei Gaskanäle verbunden, von denen der untere Heißgas führt und unterhalb des Dampferzeu­ gers in den betreffenden Schacht eintritt, während der obere Gaskanal im Bereich des Gebläseausgangs aus dem Schacht aus­ tritt und das Kaltgas in die Reaktorkaverne zurückführt. Die Speisewasser- und Frischdampfleitungen für die Dampferzeuger treten jeweils unten aus den vertikalen Schächten aus und werden aus dem Spannbetondruckbehälter nach unten herausge­ führt. Das hat den Nachteil, daß sie für wiederkehrende Prü­ fungen und Instandsetzungsmaßnahmen nicht zugänglich sind.

Zum Stand der Technik gehört auch ein in der DE 28 54 499 A1 beschriebener Geradrohr-Dampferzeuger für eine Kernreaktoran­ lage, 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 Heiß­ gas tritt durch einen oberen Kanal in die Ausnehmung ein, wo­ bei der Kanal an eine das obere Ende des Rohrbündels umge­ bende 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.

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

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Bündelende in an sich bekannter Weise als Helix- Bündel ausgeführten Heizflächenbündel 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 Frisch­ dampfleitung im Kaltgasbereich des Dampferzeugers seitlich aus dem vertikalen Schacht herausgeführt und durch den Re­ aktordruckbehälter geführt sind, und daß die einzelnen Rohre des Heizflächenbündels durch mehrere vertikale Tragplatten fixiert sind, die mit ihren oberen Enden oben an dem Dampfer­ zeugermantel angeschweißt sind, der sich über einen Trag­ flansch an den 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 in Stand-by-Betrieb betrieben (d. h. die Wärmeabfuhr aus dem Reaktorkern erfolgt über Hilfskreisläufe), so wird durch den über die Heißgaseintritts­ stelle hinaus nach unten verlängerten Wärmetauschermantel be­ wirkt, daß sich keine heiße Konvektionsströmung in dem Dampf­ erzeuger einstellen kann. Zudem verfügt der erfindungsgemäße Dampferzeuger über ein ausreichendes Auffangvolumen für Wasser, falls es durch Versagen von Dampferzeugerrohren zu einem Was­ sereinbruch kommen sollte. Dadurch können die als Folge auftre­ tenden 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 Dampfer­ zeugers 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. au­ tomatisch durchgeführt, und zwar ohne daß das Öffnen des Primär­ kreislaufs des Kernreaktors dazu erforderlich wäre. Das seitli­ che Herausführen der Speisewasser- und Frischdampfleitung aus dem Reaktordruckbehälter macht es vor allem möglich, daß das Ge­ bläse oberhalb des Dampferzeugers in dem vertikalen Schacht an­ geordnet 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 dar­ überliegenden Raum eindringen und damit zu dem Tragflansch ge­ langen 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 vorzugs­ weise in konzentrischen, mehrgängig gewickelten Rohrzylindern angeordnet. Das Gewicht des Heizflächenbündels wird über die vertikalen Tragplatten und den Dampferzeugermantel, der an sei­ nem oberen Ende einen Flansch aufweist, auf den am Metalliner befestigten Tragflansch abgetragen. Die Fixpunkte des Dampfer­ zeugers sind so festgelegt, daß nur minimale thermische Diffe­ renzdehnungen auftreten können.

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

Fig. 1 das Prinzipschema des erfindungsgemäßen Dampferzeugers,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig. 3 und

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

In der Fig. 1 ist ein in einem vertikalen Schacht 2 installier­ ter 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. Fig. 2), in dem ein gasgekühlter Kernreaktor untergebracht ist (nicht dargestellt). Durch das Heizflächenbündel 3 ist ein Zen­ tralrohr 8 geführt.

Oberhalb des Dampferzeugers 1 ist ein Gebläse 9 angeordnet, das von einem Motor 10 angetrieben wird. Weit oberhalb des Dampfer­ zeugerendes tritt ein Heißgaskanal 11 in den vertikalen Schacht 2 ein, durch welchen das im Kernreaktor auf 680°C 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 umge­ lenkt und tritt mit gleichmäßiger Geschwindigkeit unten in den Dampferzeuger 1 ein. Hier durchströmt es zuerst einen Umlenkbe­ reich 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 Ge­ bläse 9 ein. Durch einen Kaltgaskanal 14 wird das verdichtete Gas mit 280°C in den Kernreaktor zurückgeführt. Um zu verhin­ dern, daß Heißgas zu dem Tragflansch 5 gelangt, ist in dem Ring­ kanal 12 oberhalb der Eintrittsstelle 19 des Heißgaskanals 11 eine Schiebedichtung 13 vorgesehen, die zugleich als Erdbeben­ abstützung 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 Kaltgasbe­ reich aus und werden seitlich aus dem Spannbetondruckbehälter 7 herausgeführt. Die Speisewassereintrittstemperatur liegt bei 200°C; die Temperatur des Frischdampfes beträgt am Dampferzeu­ gerausgang 530°C.

In den Fig. 2 und 3 sind die auch in der Fig. 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 schließen, die in einer Rohrschleife 22 zu dem Heizflächenbün­ del 3 geführt werden. Das Heizflächenbündel 3 besteht aus kon­ zentrischen, mehrgängig gewickelten Rohrzylindern, deren ein­ zelne 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 vor­ gesehen, die bei den äußeren Rohrzylindern zur Begrenzung der freien Rohrlänge die Rohre untereinander verbinden (nicht darge­ stellt). 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 Tragflan­ sches 5 kann vor der Montage des Dampferzeugers 1 durch einen Ausgleichsring 26 ausgeglichen werden, der mittels eines mehr­ teiligen 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 Zen­ tralrohres 8 angeschweißt. Die einzelnen Bündelrohre sind in der Lochplatte 29 jeweils mittels eines Thermosleeve gasdicht befe­ stigt, so daß das Geradrohrbündel 30 von dem Heißgasbereich voll­ ständig abgetrennt ist. Über die Lochplatte 29 erfolgt die Last­ abtragung des Geradrohrbündels 30 auf das Zentralrohr 8. Die ein­ zelnen Rohres des Geradrohrbündels 30 werden von mehreren Ab­ standshaltern 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 ge­ führt wird. In der Dehnzone 16 werden die zwischen dem Helixbün­ del 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 isolier­ ten Blechmantel 36 umgeben, um zu verhindern, daß von dem Frisch­ dampf Wärme an das diesen Bereich des Dampferzeugers durchströ­ mende Kaltgas abgegeben wird. Der Blechmantel 36 ist an der einen Seite an dem Zentralrohr 8 befestigt und schließt sich an der an­ deren Seite an die Lochplatte 35 des Frischdampfsammlers 34 an.

Die Frischdampfleitung 18 (in der Fig. 2 in die Schnittebene ge­ legt) ist waagerecht aus dem Spannbetondruckbehälter 7 herausge­ führt; 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 Austrittsstel­ len der Leitungen 17, 18 die horizontale Wickelvorspannung des Druckbehälters 7 entfallen muß, ist es günstig, die Austritts­ stellen so nahe wie möglich zusammenzulegen.

Die Speisewasserleitung 17 und die Frischdampfleitung 18 sind je­ weils über einen Thermosleeve 38 bzw. 39 mit Metallinern 42 ver­ bunden, die die in dem Druckbehälter 7 vorgesehenen Durchdringun­ gen für die Leitungen 17, 18 auskleiden. Diese Verbindungsstel­ len sind gleichzeitig Primärabschluß. Um bei ihrem Versagen die mögliche Ausströmrate zu begrenzen, sind an der Druckbehälter- Außenseite 37 Strömungsbegrenzer 40 vorgesehen, die im Normal­ fall 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 Rückhal­ tezylinder 41 umgeben, der bei einem Trennbruch an dem Sammler 34 die Lochplatte 35 und damit die Bündelrohre in der Ausgangs­ lage 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 auszuglei­ chenden Wärmedehnungsdifferenzen relativ klein.

Claims (10)

1. Mit dem Kühlgas eines Kernreaktors beheizter Dampferzeu­ ger, der in einem mit einem Metalliner ausgekleideten verti­ kalen Schacht in dem Reaktordruckbehälter angeordnet ist, mit einem ihm nachgeschalteten Gebläse, das oberhalb des Dampfer­ zeugers 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 mit einem von einem Dampferzeugermantel um­ gebenen, sich über eine Eintrittsstelle für das Heißgas hin­ aus erstreckenden, Heizflächenbündel und mit aus dem Reaktor­ druckbehälter herausgeführten Speisewasser- und Frischdampf­ leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bünde­ lende des in an sich bekannter Weise als Helix-Bündel ausge­ führten Heizflächenbündel (3) und dem Schachtboden ein Um­ lenkbereich (15) vorgesehen ist und zwischen dem Metalliner (6) und dem Dampferzeugermantel (4) ein Ringkanal (12) zur Führung des Heißgases nach unten gebildet wird, daß unmittel­ bar 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 Reaktor­ druckbehälter (7) hindurchgeführt sind, und daß die einzelnen Rohre des Heizflächenbündels (3) durch mehrere vertikale Tragplatten (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 vertika­ len 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 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Fixierung der Bündelrohre zwischen den befe­ stigten vertikalen Tragplatten (23) mehrere schwimmende vertikale Platten vorgesehen sind, die die Rohre der äuße­ ren 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 Abstüt­ zungsring (28) vorgesehen ist, durch den die Bündelrohre geführt sind, und daß die Bündelrohre unterhalb des Abstütz­ ungsring (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 Zentral­ rohres (8) getrennt ist.

6. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß oberhalb des Heizflächenbündels (3) ein eine Dehnzone (16) für die Rückführungsrohre (32) umschließen­ der, innen isolierter Blechmantel (36) an das Zentralrohr (8) angeschlossen ist, der die Dehnzone (16) vom Kaltgas trennt, und daß innerhalb des Blechmantels (36) Zwischen­ abstützungen (33) für die Rückführungsrohre (32) vorgese­ hen sind.

7. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Frischdampfsammler (34) und Speisewasserverteiler (20) im Bereich der Dehnzone (16) innerhalb des vertikalen Schach­ tes (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 Reaktorbe­ hälter (7) geführt sind, daß sie die Behälteraußenseite (37) etwa auf gleicher Höhe durchdringen.

9. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, 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 Reak­ tordruckbehälter (7) jeweils ein Strömungsbegrenzer (40) um die Leitungen (17, 18) vorgesehen ist.

10. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Frischdampfsammler (34) von einem bei Normalbetrieb unbelasteten Rückhaltezylinder (42) umgeben 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.