DE3435256C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Druckabsicherung eines von einem Reaktorschutzgebäude umgebenen Spannbetondruckbehälters für eine Kernreaktoranlage, die innerhalb des Spannbetondruckbehälters einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor, Dampferzeuger und Gebläse umfaßt und innerhalb des Reaktorschutzgebäudes eine betriebliche Gasreinigungsanlage und mit dieser verbundene Lagerbehälter für das Kühlgas sowie eine über ein Filtersystem an einen Abluftkamin angeschlossene Umluftanlage aufweist, und zur Verhinderung von Aktivitätsfreisetzung an die Umgebung.

Bei dem bekannten Kernkraftwerk THTR-300 werden die im Normalbetrieb und bei kleinen Störfällen aus dem Reaktordruckbehälter sowie aus radioaktiven Kreisläufen austretenden Kühlgasleckagen über die Umluftanlage, die ein Abluftgebläse aufweist, und über ein Filtersystem zu einem Abluftkamin abgeleitet. Bei Störfällen, die große Leckagen freisetzen, werden diese Leckagen jedoch ungefiltert über den Abluftkamin an die Umgebung abgegeben, da das den Reaktordruckbehälter umschließende Reaktorschutzgebäude nicht auf vollen Druck ausgelegt ist.

Aus der DE-PS 32 12 265 ist ein Verfahren zur gezielten Aktivitätsableitung aus dem Reaktorschutzgebäude einer Kernreaktoranlage bekannt, die einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor enthält und einen aus Filtersystem, Abluftgebläse und Kamin bestehenden Ableitungsweg für bei Normalbetrieb auftretende Kühlgasleckagen aufweist. Um auch bei Austritt großer Kühlgasleckagen aus dem Primärkreislauf die Druckentlastung des Reaktorschutzgebäudes sicherzustellen und die gefilterte Ableitung dieser Leckagen in die Umgebung zu gewährleisten, ist gemäß dem bekannten Verfahren vorgesehen, daß bei Eintritt eines Störfalls mit großen Kühlgasleckagen der normale Ableitungsweg mit Hilfe eines Rückstoßventils selbsttätig geschlossen wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes in dem Reaktorschutzgebäude ein zweiter Ableitungsweg, der zu dem ersten weitgehend parallel verläuft, selbsttätig oder von Hand geöffnet wird. In diesem zweiten Ableitungsweg sind Einrichtungen zum Temperaturabbau, zur Ablagerung von Spaltprodukten und zum Herausfiltern von gasförmigen Spaltprodukten und Schwebstoffen vorgesehen.

Ferner sind aus dem Buch "VGB-Kernkraftwerks-Seminar" 1970, Seiten 169-179 Gasreinigungsanlagen und betriebliche Umluftanlagen bei gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren bekannt.

Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, für eine Kernreaktoranlage der eingangs beschriebenen Bauart ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, die den Spannbetondruckbehälter der Anlage sicher vor einer überhöhten Druckbelastung schützen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe beim Verfahren des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß bei einem Druckanstieg im Spannbetondruckbehälter der Spannbetondruckbehälter zunächst über die betriebliche Gasreinigungsanlage und ein Fördergebläse in die Lagerbehälter für das Kühlgas entlastet wird;
daß bei weiterem Druckanstieg bis zum Überschreiten eines ersten vorgegebenen Druckes mindestens ein mit jeweils einem bei Normalbetrieb geschlossenen Sicherheitsventil sowie mit jeweils einer Rückschlagklappe bestückter Ableitungsweg aus dem Spannbetondruckbehälter selbsttätig öffnet und unter Umgehung der betrieblichen Gasreinigungsanlage in die Lagerbehälter für das Kühlgas entlastet;
daß bei Überschreiten eines zweiten, über dem ersten liegenden vorgegebenen Druckes der Spannbetondruckbehälter über eine zwischen Sicherheitsventil und Rückschlagklappe an den Ableitungsweg angeschlossene und bei Normalbetrieb mit einer Berstscheibe abgesperrte Leitung in die Umluftanlage entlastet wird, wobei durch die Rückschlagklappe das Entleeren der Lagerbehälter verhindert wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Spannbetondruckbehälter eines Hochtemperaturreaktors mit mindestens einem redundanten Sicherheitsventil zu versehen, durch das bei Anstieg des Primärgasdruckes in dem Spannbetondruckbehälter die aufgetretenen Leckagen abgeleitet werden. Die Ableitung erfolgt entweder direkt über einen Abluftstrang mit Filtersystem und Fördergebläse in den Abluftkamin, oder das Sicherheitsventil entlastet direkt in das Reaktorschutzgebäude, wo sich das Kühlgas teilweise mit der betrieblichen Umluft mischt und anschließend ebenfalls über ein Abluft-Filter-System zum Abluftkamin geleitet wird.

Im ersten Fall tritt die Gefahr auf, daß durch das unvermischte heiße Kühlgas (von ca. 250-350°) das der Aktivitätsrückhaltung dienende Filtersystem geschädigt wird, so daß das Kühlgas ungefiltert in die Umgebung gelangen kann. Im zweiten Fall wird das gesamte Reaktorschutzgebäude mit Kühlgas beaufschlagt, wodurch ein Aufenthalt in dem Reaktorschutzgebäude für Reparaturzwecke unmöglich ist.

Diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden. Außerdem kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gefahr nicht auftreten, daß bei einem Versagen des Sicherheitsventils in Offen-Stellung sich der gesamte Primärkreis entleert, was zu einer wesentlichen Verschärfung des Störfalles führen würde. Darüber hinaus ist das durch das Sicherheitsventil entwichene Kühlgas (Helium), das in den Lagerbehältern aufgenommen wird, nicht verloren, so daß sich einmal keine wirtschaftlichen Verluste ergeben und zum anderen längere Reaktorstillstandszeiten, die ggf. für die Wiederbeschaffung von Kühlgas nötig wären, nicht in Kauf genommen werden müssen. Da die Lagerbehälter ohnehin für die Aufnahme des Kühlgases vorgesehen sind und nicht der Reservehaltung dienen, stehen sie immer zur Verfügung, wenn der Primärkreis gefüllt ist.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, führt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Verbesserung der Anlagensicherheit und zur Senkung des Restrisikos, ohne daß zusätzliche Notfallschutzmaßnahmen erforderlich sind.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist so ausgebildet, daß das Sicherheitsventil jedes Ableitungsweges in unmittelbarer Nähe des Spannbetondruckbehälters angeordnet und der Leitungsteil zwischen dem Sicherheitsventil und dem Spannbetondruckbehälter versagenssicher ausgelegt bzw. ummantelt ist, so daß ein Versagen dieses Leitungsteils ausgeschlossen werden kann.

Die Anzapfstelle für jeden Ableitungsweg ist vorzugsweise im Primärkreis zwischen dem primärseitigen Austritt eines der Dampferzeuger und dem Eintritt des zugeordneten Gebläses vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß der Gasstrom zum Sicherheitsventil immer über die Dampferzeugerheizfläche verläuft, wodurch die überwiegende Menge der Spaltprodukte sich bereits im Primärkreis auf den relativ kalten Rohren des Dampferzeugers ablagert. Außerdem erfolgt eine Kühlung des Gases. Der Ableitungsweg wird unten aus dem Spannbetondruckbehälter herausgeführt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann noch mit einer der Berstscheibe vorgeschalteten Absperrarmatur ausgerüstet sein, die im Normalbetrieb in Offen-Stellung verriegelt ist. Sie läßt sich nur von Hand schließen, und dies auch nur dann, wenn ein bestimmter Minimaldruck unterschritten ist. Mit Hilfe dieser Armatur kann also der Primärkreis wieder eingeschlossen werden.

Ferner kann die betriebliche Gasreinigungsanlage der Einrichtung mit dem Inneren des Spannbetondruckbehälters über einen Gaskreislauf verbunden sein, in dem mindestens ein Fördergebläse sowie redundant ausgeführte Absperrarmaturen angeordnet sind.

Die zu der Einrichtung gehörende Umluftanlage umfaßt vorteilhafterweise ein Fördergebläse sowie einen Umluftkühler und ist über einen Abluftpfad, in dem außer dem bereits erwähnten Filtersystem ein zweites Fördergebläse angeordnet ist, mit dem Abluftkamin verbunden. Die an den Ableitungsweg angeschlossene Leitung tritt - in Strömungsrichtung gesehen - vor dem Umluftkühler in die Umluftanlage ein, so daß sich auf dem Kühler Spaltprodukte niederschlagen können.

Um eine übermäßige Temperaturbelastung der Lagerbehälter für das Kühlgas beim Einströmen von heißem Gas (das u. U. bis auf 500°C erwärmt sein kann) zu vermeiden, sind die Lagerbehälter zweckmäßigerweise in Reihe geschaltet, und der erste Behälter weist eine Aufschüttung von wärmespeichernden Füllkörpern auf. Diese können z. B. Graphit- oder Stahlkugeln sein. Diese Maßnahme macht eine Auslegung der Lagerbehälter auf erhöhte Temperaturen überflüssig.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden noch näher erläutert. Die Figur zeigt eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens als Fließbild.

Ein im Längsschnitt dargestellter Spannbetondruckbehälter 1 umschließt einen Hochtemperaturreaktor 2, dessen Kern von oben nach unten von Helium als Kühlgas durchsetzt wird, sowie mehrere Dampferzeuger 3 und ihnen jeweils zugeordnete Gebläse 4 (in der Figur sind nur ein Dampferzeuger und ein Gebläse gezeigt). Der Spannbetondruckbehälter 1 ist von einem Reaktorschutzgebäude 5 umgeben, von dem nur ein Teil zu sehen ist.

Eine betriebliche Gasreinigungsanlage 6 ist über einen Gaskreislauf 7 mit dem Inneren des Spannbetondruckbehälters 1 verbunden. In dem Gaskreislauf 7 sind jeweils redundant ausgeführte Absperrarmaturen 10 und 11 sowie ein Fördergebläse 9 angeordnet, durch welches Kühlgas aus dem Primärkreis 12 des Hochtemperaturreaktors 2 in ein aus mehreren Behältern 8 bestehendes Lager gefördert wird. Die Lagerbehälter 8 sind hintereinandergeschaltet, und in dem ersten Behälter befindet sich eine Aufschüttung von wärmespeichernden Füllkörpern 13, z. B. Graphit- oder Stahlkugeln. Durch ein weiteres Fördergebläse 14 kann bei Bedarf Kühlgas aus den Lagerbehältern 8 wieder in den Primärkreis 12 zurückgefördert werden.

Die Gasreinigungsanlage 6 und die Lagerbehälter 8 sind innerhalb des Reaktorschutzgebäudes 5 angeordnet. Ebenfalls in dem Reaktorschutzgebäude 5 ist eine Umluftanlage 15 vorgesehen, die ein Fördergebläse 16, einen Umluftkühler 17 und ein Leitungssystem 18 aufweist. Über einen Abluftpfad 19, in dem ein Filtersystem 21 und ein Fördergebläse 22 angeordnet ist, ist die Umluftanlage 15 mit einem Abluftkamin 20 verbunden.

Parallel zu dem Abluftpfad 19 tritt eine Entlastungsleitung 23 aus dem Reaktorschutzgebäude 5 aus, in der eine Anzahl von Rückschlagklappen 24 installiert ist. Die Entlastungsleitung 23 mündet ebenfalls in den Abluftkamin 20.

Parallel zu dem Gaskreislauf 7 ist unter Umgehung der Gasreinigungsanlage 6 sowie des Fördergebläses 9 ein zusätzlicher Ableitungsweg 25 vorgesehen, der das Innere des Spannbetondruckbehälters 1 mit den Lagerbehältern 8 verbindet. In dem Ableitungsweg 25 sind ein Sicherheitsventil 26 und eine Rückschlagklappe 27 angeordnet. Das Sicherheitsventil 26 befindet sich in unmittelbarer Nähe des Spannbetondruckbehälters 1; der Leitungsteil 25a zwischen dem Spannbetondruckbehälter 1 und dem Sicherheitsventil 26 ist durch eine Ummantelung gegen Versagen geschützt.

Die Anzapfstelle 28 für den Ableitungsweg 25 ist im Primärkreis 12 zwischen dem Austritt des Dampferzeugers 3 und dem Eintritt des Gebläses 4 vorgesehen. Der Ableitungsweg 25 tritt unten aus dem Spannbetondruckbehälter 1 aus. Das zu dem Sicherheitsventil 26 strömende Gas wird also immer über die Dampferzeugerheizfläche geführt, so daß sich ein großer Teil der Spaltprodukte bereits im Primärkreis 12 auf den relativ kalten Dampferzeugerrohren ablagern kann. Außerdem erfolgt hier schon eine Abkühlung des Gases.

Zwischen dem Sicherheitsventil 26 und der Rückschlagklappe 27 zweigt von dem Ableitungsweg 25 eine Leitung 29 ab, die in die Umluftanlage 15 einmündet. Die Einmündungsstelle befindet sich vor dem Umluftkühler 17, so daß sich auch hier Spaltprodukte niederschlagen können. In der Leitung 29 ist eine Berstscheibe 30 installiert, der eine Absperrarmatur 31 vorgeschaltet ist. Die Absperrarmatur 31 ist bei Normalbetrieb in Offen-Stellung verriegelt. Sie kann nur von Hand geschlossen werden, wenn ein bestimmter, vorher festgelegter Minimaldruck (z. B. 5 bar) unterschritten ist.

Im folgenden wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Bei einem Störfall in dem Spannbetondruckbehälter 1, der zu einem Druckanstieg in dem Primärkreis 12 führt, wird zunächst versucht, eine Entlastung des Spannbetondruckbehälters 1 über den Gaskreislauf 7 mit der betrieblichen Gasreinigungsanlage 6 und dem Fördergebläse 9 in die Lagerbehälter 8 vorzunehmen.

Gelingt dies nicht infolge eines Ausfalls einzelner Komponenten der Gasreinigungsanlage 6 oder weil die Absperrarmaturen 10 und 11 geschlossen bleiben, so öffnet bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes das Sicherheitsventil 26 und entlastet über die in Offen-Stellung befindliche Rückschlagklappe 27 direkt in die Lagerbehälter 8.

Bei weiterem Druckanstieg in dem Spannbetondruckbehälter 1 erfolgt die Druckabsicherung über die Berstscheibe 30, die ein Einströmen des Gases in die Umluftanlage 15 erlaubt, wobei ein Entleeren der bereits gefüllten Lagerbehälter 8 durch die Rückschlagklappe 27 verhindert wird. Der Ansprechdruck des Sicherheitsventils 26 ist gleich dem Auslegungsdruck des Spannbetondruckbehälters 1; die Berstscheibe 30 wird ca. 10% höher eingestellt, da dieser Druck nur noch bei hypothetischen Störfällen erreicht wird. Die Verwendung einer Berstscheibe 30 in der Leitung 29 ist notwendig, da ein Erreichen ihres Ansprechdruckes nur im Fall eines langfristigen totalen Ausfalls der Einrichtungen zur Nachwärmeabfuhr eintreten kann, was langfristig Schäden am Spannbetondruckbehälter 1 zur Folge haben würde. In diesem Fall ist es sinnvoll und notwendig, den Primärkreisdruck weitgehend abzusenken, um ein Überdruckversagen des Spannbetondruckbehälters 1 zu verhindern. Mit Hilfe der Absperrarmatur 31 kann der Primärkreis 12 wieder geschlossen werden.

Sind die Lagerbehälter 8 beispielsweise für einen Druck von ca. 150 bis 200 bar ausgelegt, wobei sie das gesamte Kühlgas des Primärkreises 12 aufnehmen können, so haben sie ein freies Volumen von etwa 25 bis 33% des Primärkreises; d. h. durch das Überströmen des Kühlgases in die Lagerbehälter 8 können Störfälle, die einen Druckanstieg im Primärkreis 12 zur Folge haben, ohne Aktivitätsfreisetzung beherrscht werden.

Hierbei handelt es sich insbesondere um solche hypothetischen Störfälle, bei denen durch einen Totalausfall der Einrichtungen zur Nachwärmeabfuhr (Nachwärmeabfuhrsysteme und Linerkühlsystem) sich der Primärkreis 12 aufheizt, was zwangsläufig zu einem Druckanstieg führt. Bei einem Kühlgasdruck von beispielsweise 50 bar würden das Sicherheitsventil 26 auf 55 bar und die Berstscheibe 30 auf 60 bar eingestellt sein, so daß ein potentieller Druckanstieg bis zum 1,6fachen (60/50×1,33) des Betriebsdruckes von dem Verbundsystem Spannbetondruckbehälter 1 und Lagerbehälter 8 aufgenommen werden kann. Wie gezeigt werden konnte, läßt sich bei einer Primärkreistemperatur, die einen Druckanstieg auf das 1,6fache des Betriebsdruckes zur Folge hätte, die gesamte Nachwärme bereits über das Linerkühlsystem abführen. Damit ist sichergestellt, daß Störfälle bis weit in den hypothetischen Bereich zu keiner Aktivitätsfreisetzung an die Umgebung führen.

Darüber hinaus wirkt sich ein fehlerhaftes Offenbleiben des Sicherheitsventils 26 für den Störfallablauf nicht verschärfend aus, sondern bleibt ohne Bedeutung. Schließlich wird durch die Einrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens erheblich Zeit gewonnen, in welcher die Nachwärmeabfuhrsysteme repariert werden können und auch die Gasreinigungsanlage 6 ihre normale Funktion (Abpumpen von Kühlgas in die Lagerbehälter 8 oder Rückspeisen des Kühlgases aus den Lagerbehältern 8 in den Spannbetondruckbehälter 1) wieder aufnehmen kann.

Auch ein fehlerhaftes Öffnen des Sicherheitsventils 26 bei Normalbetrieb bleibt für die Kernreaktoranlage ohne nachteilige Folgen, da auch nach teilweiser Druckabsenkung im Primärkreis 12 die Anlage ordnungsgemäß abgefahren werden kann und keine Spaltprodukte freigesetzt werden.

In dem extrem unwahrscheinlichen Fall, daß außer den Nachwärmeabfuhrsystemen auch das Linerkühlsystem langfristig ausfällt, kann der Ansprechdruck der Berstscheibe 30 erreicht werden, wodurch der Spannbetondruckbehälter 1 über die Umluftanlage 15 und den Abluftpfad 19 weitgehend entlastet wird. Wie bereits erwähnt, ist die Absperrarmatur bei Normalbetrieb in Offen-Stellung verriegelt und läßt sich nur bei einem bestimmten Minimaldruck schließen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Druckabsicherung eines von einem Reaktorschutzgebäude umgebenen Spannbetondruckbehälters für eine Kernreaktoranlage, die innerhalb des Spannbetondruckbehälters einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor, Dampferzeuger und Gebläse umfaßt und innerhalb des Reaktorschutzgebäudes eine betriebliche Gasreinigungsanlage und mit dieser verbundene Lagerbehälter für das Kühlgas sowie eine über ein Filtersystem an einen Abluftkamin angeschlossene Umluftanlage aufweist, und zur Verhinderung von Aktivitätsfreisetzung an die Umgebung, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Druckanstieg im Spannbetondruckbehälter (1) der Spannbetondruckbehälter (1) zunächst über die betriebliche Gasreinigungsanlage (6) und ein Fördergebläse (9) in die Lagerbehälter (8) für das Kühlgas entlastet wird;
daß bei weiterem Druckanstieg bis zum Überschreiten eines ersten vorgegebenen Druckes mindestens ein mit jeweils einem bei Normalbetrieb geschlossenen Sicherheitsventil (26) sowie mit jeweils einer Rückschlagklappe (27) bestückter Ableitungsweg (25) aus dem Spannbetondruckbehälter (1) selbsttätig öffnet und unter Umgehung der betrieblichen Gasreinigungsanlage (6) in die Lagerbehälter (8) für das Kühlgas entlastet;
daß bei Überschreiten eines zweiten, über dem ersten liegenden vorgegebenen Druckes der Spannbetondruckbehälter (1) über eine zwischen Sicherheitsventil (26) und Rückschlagklappe (27) an den Ableitungsweg (25) angeschlossene und bei Normalbetrieb mit einer Berstscheibe (30) abgesperrte Leitung (29) in die Umluftanlage (15) entlastet wird, wobei durch die Rückschlagklappe (27) das Entleeren der Lagerbehälter (8) verhindert wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil (26) jedes Ableitungswegs (25) in unmittelbarer Nähe des Spannbetondruckbehälters (1) angeordnet und der Leitungsweg (25a) zwischen dem Sicherheitsventil (26) und dem Spannbetondruckbehälter (1) versagenssicher ausgelegt bzw. durch Ummantelung gegen ein Versagen gesichert ist.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfstelle (28) für jeden Ableitungsweg (25) im Primärkreis (12) zwischen dem primärkreisseitigen Austritt eines der Dampferzeuger (3) und dem Eintritt des zugeordneten Gebläses (4) vorgesehen ist.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Berstscheibe (30) eine Absperrarmatur (31) vorgeschaltet ist, die bei Normalbetrieb in Offen-Stellung verriegelt ist.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betriebliche Gasreinigungsanlage (6) mit dem Inneren des Spannbetondruckbehälters (1) über einen Gaskreislauf (7) verbunden ist, in dem mindestens ein Fördergebläse (9, 14) sowie redundant ausgeführte Absperrarmaturen (10, 11) angeordnet sind.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umluftanlage (15) ein Fördergebläse (16) sowie einen Umluftkühler (17) aufweist, vor dem - in Strömungsrichtung gesehen - die an den Ableitungsweg (25) jeweils angeschlossene Leitung (29) mündet und hinter dem ein über das Filtersystem (21) und ein weiteres Fördergebläse (22) zu dem Abluftkamin (20) führender Abluftpfad (19) aus der Umluftanlage (15) austritt.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbehälter (8) für das Kühlgas hintereinandergeschaltet und daß im ersten Lagerbehälter wärmespeichernde Füllkörper (13) wie Graphit- oder Stahlkugeln aufgeschüttet sind.