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Einrichtung zur Wärmebehandlung eines Reaktordruckbehälters
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Service-Technik für Reaktordruckbehälter
von Kernkraftwerken und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Einrichtung
anzuwenden, mit der an einem mit einer Innenauskleidung (thermischer Schild, Kernmantel)
versehenen Reaktordruckbehälter im Bereich der core-nahen Behälterrundnaht eine
Wärmebehandlung durchgeführt werden soll.
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Eine bekannte Einrichtung dieser Art besteht aus einer in den Reaktordruckbehälter
einsetzbaren Tragkonstruktion mit einer an der Tragkonstruktion befestigten und
gegenüber dem Innenraum des Reaktordruckbehälters isolierten elektrischen Heizeinrichtung.
Als Tragkonstruktion ist ein zentraler, gitterartiger Tragmast vorgesehen. Als Heizeinrichtung
sind Widerstandsheizkörper vorgesehen, an denen Luft mittels eines Gebläses vorbeigeführt
wird. Die auf etwa 450 C erhitzte Luft (Heizgas) wird über Rohrleitungen den zu
behandelnden Wandbereichen des Reaktordruckbehälters zugeführt. Dabei sind am äußeren
Umfang des Tragmastes wärmeisolierende Teile angeordnet, die an der Innenwand des
Reaktordruckbehälters und am oberen und unteren Rand der Innenauskleidung dicht
anliegen und auf diese Weise den Raum zwischen der Behälterwand und der Innenauskleidung
gegenüber dem übrigen Innenraum des Reaktordruckbehalters abgrenzen und thermisch
isolieren. Beim Betrieb dieser Einrichtung strömt das Heizgas von der mit einem
Gebläse bestückten und beispielsweise oberhalb der Fluthöhe des Reaktorraumes angeordneten
Heizeinrichtung über ein Druckrohr in den als Konvektionsraum bezeichneten Ringraum
zwischen Behälterwand und Innenauskleidung und über ein Saugrohr zurück zur Heizeinrichtung.
Zur
Temperatursteuerung kann durch die senkrechten, hohl ausgebildeten Tragrohre des
Tragmastes Kühlluft in den Innenraum des Reaktordruckbehälters eingeblasen werden
(DE-OS 28 51 925, Fig. 5; DE-OS 29 36 694). - Beim Betrieb dieser bekannten Einrichtung
werden außer dem core-nahen Bereich der Behälterrundnaht auch weitere Wandbereiche
des Reaktordruckbehälters erwärmt. Außerdem hat der Wärmetransport durch Konvektion
einen kleinen Wirkungsgrad.
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Auch können in dem Heizluftkreislauf strahlenbelastete Wandablagerungen
mitgeschleppt werden.
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Ausgehend von einer Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung
konstruktiv so auszugestalten, daß die Heizeinrichtung so nahe wie möglich an dem
zu behandelnden Wandbereich angeordnet ist und möglichst nur dieser Wandbereich
von dem Behandlungsvorgang erfaßt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
die Tragkonstruktion aus mehreren Tragelementen besteht, die in Umfangsrichtung
der Behälterwand aufeinander folgend jeweils einem segmentartigen Abschnitt der
Behälterrundnaht zugeordnet sind und von denen jede mit einer balkonartigen, auf
den oberen Rand der Innenauskleidung des Reaktordruckbehälters aufsetzbaren und
an die Innenwand des Reaktordruckbehälters anlegbaren Plattform versehen ist, wobei
jede Plattform mit einem Wärme-Isoliersegment belegt ist und die Wärme-Isoliersegmente
aller Tragelemente zusammen mit weiteren zentralen Isolierelementen eine wärmeisolierende
Abdeckung für den gesamten Innenraum des Reaktordruckbehälters bilden, und daß die
Heizeinrichtung aus mehreren segmentartig zu einem Heizzylinder zusammensetzbaren
Heizkassetten besteht, von denen jeweils eine mittels eines Gestänges am äußeren
Rand der Plattform eines Tragelementes gelenkig aufgehängt
ist,
wobei jede Heizkassette einen plattenartigen Körper bildet, dessen Dicke kleiner
ist als der Abstand zwischen Behälterwand und Innenauskleidung des Reaktordruckbehälters.
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Bei einer derart ausgebildeten Wärmebehandlungseinrichtung können
die flachen Heizkassetten in den Raum zwischen der Innenwand des Reaktordruckbehälters
und der Innenauskleidung eingebracht und unmittelbar an den zu behandelnden Wandbereich
angelegt werden. Der Wärmeübergang von der Heizeinrichtung zum Wandbereich erfolgt
dabei überwiegend durch Wärmestrahlung, wodurch der Wirkungsgrad des Energieeinsatzes
verbessert wird. Auch werden durch entsprechende Abmessungen der Heizkassetten nur
diejenigen Wandbereiche erhitzt, die der Wärmebehandlung bedürfen. Eine Hitzezufuhr
zu temperaturgefährdeten Teilen des Reaktordruckbehälters wird damit vermieden.
Weiterhin ist eine Konvektionsströmung ausgeschlossen, mit der strahlenbelastete
Wandpartikel aus dem Reaktordruckbehälter herausgetragen werden könnten. Im übrigen
ist der konstruktive Aufwand für die Heizeinrichtung relativ gering und die flachen
Heizkassetten erfordern nur einen kleinen Lagerraum.
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Das Einbringen der Tragelemente mit den Heizkassetten in den Reaktordruckbehälter
erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines Manipulators von einer Montagebrücke aus, die
oberhalb der Reaktorgrube angeordnet wird.
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Bezüglich der konstruktiven Ausgestaltung der Tragelemente hat sich
eine Anordnung bewährt, bei der jedes Tragelement aus zwei mit der balkonartigen
Plattform verbundenen parallelen Holmen besteht, die mittels einer gitterartigen
Versteifung verbunden sind. Derartige Tragelemente können je nach Bedarf mit Verlängerungen
nach unten und/oder oben versehen werden, wobei die Holme an ihren Enden mit entsprechenden
Flanschen
versehen sind. Eine Verlängerung nach unten kommt beispielsweise in Betracht, um
am unteren Ende der Verlängerung eine ausklappbare Verriegelungsvorrichtung anzuordnen,
mit der das Tragelement an der Konsole der Innenauskleidung oder an der Innenauskleidung
selbst fixiert wird.
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Auch kann man an dieser Stelle ausklappbare Thermofühler vorsehen,
mit denen die Temperatur im Bereich der Konsole erfaßt wird. - Die vorgesehenen
Verlängerungen sind zweckmäßig leiterartig ausgebildet. Dabei können die Holme sowohl
der Tragelemente als auch der Verlängerungen hohl ausgebildet sein und eine Rohrleitung
bilden, durch die beispielsweise Kühlluft in den Reaktordruckbehälter eingeblasen
werden kann. Dies kommt vor allem dann in Betracht, wenn die nach oben vorgesehenen
Verlängerungen der Tragelemente die Fluthöhe des Raktorraumes überragen und somit
bei geflutetem Reaktorraum von der Montagebrücke aus zugänglich sind.
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Um eine sichere Plazierung der Tragelemente auf dem oberen Rand der
Innenauskleidung des Reaktordruckbehälters und damit ein dichtes Anliegen der balkonartigen
Plattformen mit den aufgelegten Isoliersegmenten an der Innenwand des Reaktordruckbehälters
zu gewährleisten, empfiehlt es sich im übrigen, die Plattform jedes Tragelementes
an ihrer Unterseite mit einer Aussparung zu versehen, in die der obere Rand der
Innenauskleidung des Reaktordruckbehälters eingreifen kann.
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Die flache Ausgestaltung der an den Tragelementen aufgehängten Heizkassetten
wird mit Vorteil dadurch erreicht, daß jede Heizkassette aus einer flachen, senkrecht
stehenden, nach außen gewölbten rechteckigen Isolierwanne besteht, die an ihrer
unteren Kante mit einer keilförmigen Einführschräge versehen ist und in der als
Heizkörper elektrische Widerstandsheizelemente angeordnet sind. Die Wölbung der
Isolierwanne muß dabei der Krümmung der Behälterwand angepaßt satin, d. h. auf den
Innendurchmesser des Reaktordruckbehälters
abgestimmt sein. Um ein
dichtes Anliegen der Heizkassetten an der Innenwand des Reaktordruckbehälters zu
gewährleisten, kann der rahmenartige Rand der Isolierwanne mit Abdichtelementen
versehen sein. Um auf einfache Weise ein Anliegen der Heizkassetten an der Behälterwand
zu erreichen, empfiehlt es sich im übrigen, am Boden jeder Isolierwanne wenigstens
zwei ausklappbare Abstützeinrichtungen vorzusehen. Die Betätigung dieser Abstützeinrichtungen
kann über Zugelemente erfolgen, die beispielsweise als Zugstangen ausgebildet sind
und mit einem oberhalb der jeweiligen Heizkassette angeordneten Waagebalken verbunden
sind, der seinerseits mit einem längs des Tragelementes geführten Zugelement verbunden
ist. Die Betätigung dieser Zugelemente zur Plazierung der Heizkassetten erfolgt
entweder ferngesteuert oder von Hand von der Montagebrücke aus.
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Beim Betrieb der neuen Wärmebehandlungseinrichtung stehen auch die
Isolierwannen der Heizkassetten unter dem Einfluß der Heizkörper. Um hierbei Verwerfungen
der Isolierwannen durch Druckeinwirkungen auszuschalten, die von dem thermischen,
wasserdicht eingebetteten Isoliermaterial ausgehen können, empfiehlt es sich, am
oberen Rand jeder Heizkassette ein Entlüftungsröhrchen anzuordnen und an dieses
Entlüftungsröhrchen eine längs der Zugstangen und Zugelemente der Heizkassette geführte
Rohrleitung anzuschließen.
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Ein Ausführungsbeispiel der neuen Wärmebehandlungseinrichtung ist
in den Figuren 1 bis 13 dargestellt. Dabei zeigen die Figuren 1A und 1B eine Gesamtansicht
eines Reaktorraumes mit in den Reaktordruckbehälter eingesetzter Wärmebehandlungseinrichtung,
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf die in den Reaktordruckbehälter eingesetzten
Tragelemente, die Figuren 3 bis 8 ein einzelnes Tragelement mit verschiedenen Detaildarstellungen
und die Figuren 9 bis 13 verschiedene Ansichten sowie Detaildarstellungen einer
Heizkassette.
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Die Figuren 1A und 1B zeigen den Reaktorraum 7 eines Kernkraftwerkes,
in dessen unterem Bereich der Reaktordruckbehälter 1 angeordnet ist. Dieser Reaktordruckbehälter
ist mit einer Innenauskleidung 2 in Form eines thermischen Schildes versehen. Diese
Innenauskleidung ruht auf einer Befestigungskonsole 3 und weist den oberen Rand
4 auf. Zwischen der Innenauskleidung und der Innenwand des Reaktordruckbehälters
befindet sich ein schmaler ringförmiger Zwischenraum 5, in dessen Bereich die core-nahe
Behälterrundnaht 6 angeordnet ist. - Im oberen Bereich des Reaktorraumes ist eine
Montagebrücke 9 angeordnet, die sich oberhalb des Wasserspiegels 8 befindet, der
sich bei geflutetem Reaktorraum einstellt.
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In den Reaktordruckbehälter 1 ist von der Montage brücke 9 aus eine
Wärmebehandlungseinrichtung 10 eingesetzt, die im wesentlichen aus einer Tragkonstruktion
11 mit einer daran befestigten Heizeinrichtung besteht. Die Tragkonstruktion 11
ist in mehrere Tragelemente 12 gegliedert, die gemäß einer schematischen Draufsicht
in Figur 2 ringförmig angeordnet sind, wobei jeweils ein Tragelement segmentartig
einem Abschnitt am Innenumfang des Reaktordruckbehälters zugeordnet ist. Jedes Tragelement
12 weist eine balkonartige Plattform 13 auf, auf die Wärme-Isoliersegmente 14 aufgelegt
sind.
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Weiterhin ist jedes Tragelement mit einer nach oben sich fortsetzenden
Verlängerung 15 versehen, die bis zur Montagebrücke 9 reicht.
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Zu der Wärmebehandlungseinrichtung gehört weiterhin ein zentraler
Mast 16, an dem einerseits eine Pumpe 17 in den Reaktordruckbehälter abgelassen
werden kann und der andererseits mit Auflagestützen 18 für weitere Wärmeisoliersegmente
19 versehen ist.
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An jedes Tragelement 12 der Tragkonstruktion 1 ist eine Heizkassette
40 gelenkig angehängt. Diese Heizkassetten werden beim Aufsetzen der Tragelemente
auf den oberen Rand 4 des thermischen Schildes 2 in den Spalt 5
abgelassen
und unter Bedienung zusätzlicher Hilfseinrichtungen zur Anlage an die Innenwand
des Reaktordruckbehälters im Bereich der Behälterrundnaht 6 gebracht.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Tragelement 12 mit angehängter Heizkassette
40. Dabei sind zunächst die balkonartige Plattform 13 mit dem aufgelegten Isoliersegment
14 erkennbar. Weiterhin ist insbesondere aus Figur 4 zu ersehen, daß das Tragelement
2 parallel verlaufende Holme 25 aufweist, die mit Querstreben 26 versteift sind.
Die Holme 25 sind hohl ausgebildet und mit Flanschen 65 versehen, um oben und unten
gegebenenfalls Verlängerungen anbringen zu können. Die Figuren 3 und 4 zeigen hierbei
eine untere Verlängerung 20, wobei diese an ihrem unteren Ende mit einem Hebel 21
zur Verklammerung des Tragelementes an der Befestigungskonsole 3 des thermischen
Schildes 2 sowie mit einem Hebel 22 zum Ausfahren einer Temperaturmeßvorrichtung
an die Befestsigungskonsole 3 versehen ist. An den Hebeln 21 und 22 sind Angriffspunkte
23 und 24 für entsprechende Zugelemente vorgesehen. - Die unteren Verlängerungen
20 sind in gleicher Weise wie die in Figur 1A dargestellten oberen Verlängerungen
15 leiterartig ausgebildet und bestehen aus zwei parallel verlaufenden Holmen 25,
die mit Querstreben 26 und Schrägstreben 27 versteift sind.
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Am äußeren Rand der balkonartigen Plattform 13 sind unten Laschen
28 befestigt, in die ein gelenkiges Gestänge 41 eingehängt ist. Am unteren Ende
dieses Gestänges ist die Heizkassette 40 angeordnet, die ihrerseits mit Hilfe von
Laschen 42 am Gestänge 41 aufgehängt ist. Die Heizkassette 40 ist als plattenartiger
Körper ausgebildet, dessen Dicke kleiner ist als der Abstand zwischen der Innenwand
des Reaktordruckbehälters 1 und dem thermischen Schild 2.
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Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen Detaildarstellungen eines Tragelementes
12 mit den an den Tragelementen angeordneten zusätzlichen Einrichtungen. Gemaß Figur
5 ist unterhalb der mit dem Isoliersegment 14 belegten balkon artigen Plattform
13 ein Stützblech 30 angeordnet, das mit einer Einführschräge 31 versehen ist. Diese
Einführschräge bildet eine Aussparung, in die beim Aufsetzen des Tragelementes auf
den thermischen Schild der obere Rand des thermischen Schildes in das Tragelement
eingreift und dabei die räumliche Zuordnung der Außenkante der balkonartigen Plattform
13 mit dem aufgelegten Isoliersegment 14 zur Innenwand des Reaktordruckbehälters
gewährleistet. Die Einführschräge 31 läuft auf eine Auflageleiste 29 zu. Die Auflageleisten
der verschiedenen Tragelemente ergänzen sich zu einem Ring, mit dem die Tragkonstruktion
als Ganzes dicht auf dem oberen Rand des thermischen Schildes 2 aufliegt.
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An der Unterseite der balkonartigen Plattform 13 ist noch die Lasche
28 mit dem eingehängten Gestänge 41 zu erkennen.
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Gemäß Figur 6 verläuft mittig zur balkonartigen Plattform 13 im Bereich
der Holme 25 ein Zuggestänge, das aus der Zugstange 32, dem Kniehebel 33, der Verbindungsstange
34, einem weiteren Kniehebel 35 und der Zugstange 36 besteht.
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Die beiden Kniehebel sind an einer Querstrebe 26 bzw. an einem mit
der Plattform 13 befestigten Winkel drehbar gelagert. Mit der Zugstange 36 ist dabei
ein weiterer Hebel 37 gekoppelt, der an seinem freien Ende eine nicht näher bezeichnete
Temperaturmeßeinrichtung trägt, die bei entsprechender Betätigung des Hebels an
die Innenwand des Reaktordruckbehälters angelegt wird.
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Figur 7 zeigt eine Frontansicht des Tragelementes 12 im Bereich der
balkon artigen Plattform 13 mit dem aufgelegten Isoliersegment 14 und dem mittig
angeordneten Gestänge aus
Zugstange 32, Hebel 33, Verbindungsstange
34, Hebel 35 und Zugstange 36. Weiterhin sind die an beiden Seiten angeordneten
Laschen 28 mit dem eingehängten Gestänge 41 zu erkennen. Zusätzlich sind Stromzuleitungen
38 dargestellt, über die den Heizkörpern der Heizkassette 40 Strom zugeführt wird.
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Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch den leiterartigen Teil der Tragelemente
und der oberen Verlängerungen. Demgemäß ist an einer die beiden Holme 25 verbindenen
Querstrebe 26 die Zugstange 32 in einer nicht näher bezeichneten Lasche geführt.
Eine weitere Zugstange 39 ist zur Betätigung der Hebel 21 und 22 gemäß Figur 2 vorgesehen.
- An der Querstrebe sind weiterhin Keramikisolatoren 63 für die Stromzuleitungen
38 vorgesehen sowie eine entsprechende Anschlußleitung 64 für die an den Tragelementen
angeordneten Thermoelemente. - Diese Figur zeigt auch, daß die Holme 25 hohl ausgebildet
sind, so daß durch diese hindurch Kühlluft in den Reaktordruckbehälter eingeblasen
werden kann.
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Die Figuren 9, 10 und 11 zeigen in einer Frontansicht, einer Drausicht
und einer Seitenansicht eine Heizkassette 40, während in Figur 12 ein Längsschnitt
durch den oberen Teil einer Heizkassette und in Figur 13 eine Teildarstellung eines
Querschnittes im mittleren Bereich der Heizkassette widergegeben sind.
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Gemäß Figur 9 hängt die Heizkassette mit ihren Laschen 42 an dem Gestänge
41 und besteht aus einer Isolierwanne 43 mit einem rahmenartigen Rand 44. In der
Isolierwanne 43, die gemäß Figur 9 nach außen entsprechend der Rundung des Reaktordruckbehälters
gewölbt ist, sind Heizmatten oder Heizbänder 45 angeordnet, deren Stromversorgung
durch die Stromzuleitungen 38 im Bereich der Keramikisolatoren 46 aufgeteilt ist.
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In den Seitenteilen 47 und 48 des rahmenartigen Randes 44 sind Zugstangen
50 geführt, die etwa in der Mitte einer Heizkassette an bodenseitig ausklappbaren
Hebeln 49 enden.
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Diese Hebel bilden jene ausklappbaren Abstützeinrichtungen, mit denen
die jeweilige Heizkassette an die Innenwand des Reaktordruckbehälters angedrückt
wird. - Die Zugstangen 50 enden oben an einem über der Heizkassette 40 angeordneten
Waagebalken 51, an dem mittig die Zugstange 39 (siehe Figur 8) angreift. An dem
Waagebalken 51 ist nach unten eine weitere Zugstange 52 angeordnet, die mit Temperaturmeßeinrichtungen
53 in Verbindung steht. Diese Temperaturmeßeinrichtungen weisen ein Thermoelement
54 auf, das mittels eines Hebelmechanismus 55 beim Betätigen der ausklappbaren Hebel
49 gegen die Innenwand des Reaktordruckbehälters gedrückt wird.
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Die Isolierwanne 43 ist an ihrem oberen und an ihrem unteren Rand
noch mit Führungsblechen 56 bzw. 57 versehen, die keilförmige Einführungsschrägen
zum Einfädeln der Isolierwanne in den Zwischenraum zwischen Reaktordruckbehälter
und thermischen Schild bzw. beim Herausziehen der Heizkassetten aus diesem Zwischenraum
bilden.
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Aus den Detaildarstellungen gemäß den Figuren 12 und 13 ist erkennbar,
daß die Isolierwanne 43 wie bekannte Isolierkassetten aus einem wasserdichten Gehäuse
aus Austenitblech besteht, das mit einem organischen feinporigen Material als thermischer
Isolierung gefüllt ist. Zur Vermeidung von Druckaufbau bei der Erwärmung der Heizkassette
ist am oberen Rand ein Entlüftungsröhrchen 60 vorgesehen, an dem über eine flexible
Muffe 61 eine Schlauchleitung oder eine Rohrleitung 62 angeschlossen ist, die an
der Tragkonstruktion 10 längs der Zugstangen und Zugelemente bis zur Montagebrücke
der Wärmebehandlungseinrichtung geführt ist.
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Gemäß Figur 13 ist im übrigen die Isolierwanne durch ein Strahlungsblech
58 sowie ein Tragblech 59 von den elektrischen Heizkörpern 45 in Form von Heizbändern
oder Heizmatten wärmetechnisch isoliert. - Im übrigen kann die Isolierwanne auch
mit induktiv arbeitenden Heizkörpern bestückt sein.
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Wie bereits erwähnt und aus Figur 1A erkennbar, sind zur wärmetechnischen
Trennung des Reaktordruckbehälters und des Reaktorraumes auf der Höhe des oberen
Randes des thermischen Schildes auf den balkonartigen Plattformen der Tragelemente
segmentförmige Isolierpakete befestigt. Diese sind, wie in Figur 5 angedeutet, stirnseitig
in Richtung der Innenwand des Reaktordruckbehälters mit Federblechen versehen, die
einen dichten Abschluß gewährleisten. Die verbleibende zentrische Öffnung wird beispielsweise
durch ein kreisförmiges Isolierpaket abgedeckt. Dieses kann man mittig mit einer
Klappe versehen, die sich fernbedient betätigen läßt und somit das Einbringen und
Entnehmen der Entleerungspumpe auch ohne einen zusätzlichen Zentralmast erlaubt.
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11 Ansprüche 13 Figuren