DE3917546C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Reinigen von Reaktorkühlmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die insbesondere dazu geeignet ist, die Strah­ lenbelastung zu mildern, die während planmäßiger Inspek­ tionen aufgrund der Anwesenheit einer Rohrleitung auftreten kann, die zur Entnahme von Reaktorkühlmittel am Boden eines Druckbehälters vorgesehen ist.

Gemäß der nichtgeprüften JP-Patentveröffentlichung 58-2 01 094 ist ein konventionelles Reaktorkühlmittel-Reini­ gungssystem zur Verwendung in einer Siedewasserreaktoran­ lage allgemein so ausgelegt, daß Reaktorkühlmittel aus dem Reaktordruckbehälter durch eine Rohrleitung, die an den tiefsten Teil des Druckbehälters angeschlossen ist, und eine Rohrleitung, die von einer Primärkreislaufumwälzleitung abzweigt, entnommen wird. Die Kühlmittelströme in beiden Rohrleitungen vermischen sich in einem Primärcontainment, und das Kühlmittel durchströmt einen Wärmetauscher, eine Pumpe und eine Reinigungseinheit, die einen Teil des Reak­ torkühlmittel-Reinigungssystems bildet. Danach vermischt sich dieses Reaktorkühlmittel mit dem durch eine Reaktor­ speisewasserleitung zugeführten Wasser und wird zum Druck­ behälter des Reaktors zurückgeführt.

Die am untersten Teil des Reaktordruckbehälters angeordnete Rohrleitung hat folgende Funktionen: Die erste Funktion ist der Austrag der Crudkomponente, die sich am Boden des Druckbehälters ansammelt, aus dem Druckbehälter zusammen mit dem Reaktorkühlmittel. Die zweite Funktion ist die vollständige Abführung des Reaktorkühlmittels aus dem Druckbehälter zum Zweck der Inspektion oder Modifizierung. Die dritte Funktion ist die Umwälzung von Niedrigtempera­ tur-Reaktorkühlmittel, das im unteren Teil des Reaktor­ druckbehälters stagniert, mittels des Reaktorkühlmittel­ Reinigungssystems (ohne Einsatz irgendeines Umwälzsystems), wenn sich der Reaktor im heißkritischen Nullastzustand befindet, in dem der Normalbetrieb des Reaktors nicht stattfindet.

Die an den untersten Teil des Druckbehälters angeschlossene Rohrleitung ist so ausgelegt, daß sie das Reaktorkühlmittel aus dem Inneren des den Reaktorkern umgebenden Kernmantels direkt in den Außenbereich des Reaktordruckbehälters ab­ führt. Wenn daher ein Störfall, z. B. ein Bruch in einer solchen Rohrleitung, auftritt, wird das Reaktorkühlmittel durch ein Kernnotkühlsystem in den Reaktorkern eingespeist. Selbst nach dem Fluten des Reaktorkerns wird jedoch die Ableitung des Reaktorkühlmittels durch die Rohrleitung fortgesetzt. Es ist daher nicht möglich, die Rohrleitung aus einem Rohr mit hinreichend großem Durchmesser herzu­ stellen, und der Durchmesser dieser Rohrleitung liegt übli­ cherweise bei 1/4 bis 1/5 des Durchmessers einer Rohrlei­ tung für die Entnahme von Wasser im Umwälzleitungssystem. Infolgedessen besteht die Tendenz, daß die im Reaktorkühl­ mittel enthaltene Crudkomponente sich an der Innenfläche der Rohrleitung ansetzt, und es besteht die Gefahr, daß die Dosisrate der Rohrleitung ansteigt.

Die Auslaßrohrleitung und die Einlaßrohrleitung der Primär­ kreislaufumwälzleitung sind an den Reaktordruckbehälter in der Außenseite des Kernmantels (nicht gezeigt) des Reaktors angeschlossen. Selbst wenn also ein teilweiser Bruch der Primärkreislaufumwälzleitung auftritt, wird nach dem Fluten des Reaktorkerns durch das Kernnotkühlsystem das Reaktor­ kühlmittel im Reaktorkern nicht durch die Umwälzleitung direkt in das Äußere des Reaktordruckbehälters abgeleitet. Es ist daher möglich, den Durchmesser der Umwälzleitung zu vergrößern, um ein Ansetzen von Crud an der Innenfläche der Umwälzleitung zu verhindern.

Ferner liegt die an den untersten Teil des Druckbehälters angeschlossene Rohrleitung an einer konstruktionsmäßig tieferen Stelle. Daraus folgt, daß das Verhältnis der Länge von horizontal verlaufenden Rohrabschnitten zur Gesamtlänge einer solchen Rohrleitung groß ist. Dies führt ebenfalls dazu, daß der im Reaktorkühlmittel enthaltene Crudanteil an der Innenfläche der Rohrleitung haftet, wodurch die Dosis­ rate der Rohrleitung erhöht wird.

Wie oben beschrieben, haftet beim Stand der Technik der Crudanteil im Reaktorkühlmittel an der Innenfläche der Rohrleitung, die an den untersten Teil des Druckbehälters angeschlossen ist, was zu einer Erhöhung der Dosisrate der Rohrleitung führt. Diese Erhöhung der Dosisrate bildet eine Strahlungsquelle, die zu einer Erhöhung der Dosisrate der Umgebung im Primärcontainment während planmäßiger Inspek­ tionen führt. Beim Stand der Technik wird dieses Problem jedoch nicht berücksichtigt, und es ist daher nicht möglich zu verhindern, daß Personal, das das Primärcontainment zur Durchführung planmäßiger Inspektionsarbeiten betreten muß, einer starken Strahlenbelastung ausgesetzt wird. Um diese Strahlenbelastung zu vermindern, wurde bereits vorgeschla­ gen, daß eine Abschirmung aus Blei, Eisen od. dgl. verwen­ det wird. Bei diesem Vorschlag wird zwar eine Blei- oder Eisenplatte direkt auf der Rohrleitung montiert, es ist aber erforderlich, eine Stütze einzubauen, damit das Ge­ wicht der Abschirmung nicht direkt auf die Rohrleitung einwirkt, und der Einbau einer solchen Stütze führt zu einer Kostenerhöhung. Ferner wird durch den Einbau dieser Stütze unweigerlich der verfügbare Arbeitsraum im Primär­ containment verkleinert, was zu einer Verschlechterung des Arbeitswirkungsgrads während planmäßiger Inspektionen führt.

Aus der Druckschrift US-PS 43 12 703 ist eine Rohrleitung in einem Wärmetauscher bekannt, die zum Absaugen von Abfall­ material, das sich am Boden des Behälters bildet, dient und die von ihrem offenen Ende im Behälter nach oben verläuft und durch die Seitenwand des Wärmetauschers nach außen geführt ist (Fig. 4, Bezugsziffer 104).

Aufgabe der Erfindung ist daher die Verminderung der Strah­ lenbelastung von Personal während planmäßiger Inspektionen durch Verminderung der Dosisrate einer Rohrleitung, die an den untersten Teil eines Reaktordruckbehälters angeschlos­ sen ist, ohne daß dadurch die Funktionsfähigkeit der Rohr­ leitung beeinträchtigt wird.

Da das Anhaften von im Reaktorkühlmittel enthaltenem Crud an der Innenfläche der Rohrleitung zu einer Steigerung der Dosisrate der Rohrleitung führt, ist es ferner die Auf­ gabe, das Anhaften von Crud an der Innenfläche der Rohrlei­ tung zu verhindern.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei wird die Erscheinung genützt, daß der Crudanteil um so leichter an der Innenfläche der Rohrleitung haftet, je kleiner die Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung ist bzw. je größer der Anteil horizontaler Rohrleitungsabschnitte ist. Ferner wird bei der Erfindung das Stahlblech des Reaktor­ druckbehälters selbst als Abschirmung genützt, ohne daß eine zusätzliche Abschirmung benötigt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zum Reinigen von Reaktorkühl­ mittel;

Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Einrichtung zum Reinigen von Reaktorkühl­ mittel;

Fig. 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zum Reinigen von Reaktorkühl­ mittel;

Fig. 4 eine Grafik, die den Schwächungsfaktor einer Dosisrate relativ zu der Dicke eines Stahl­ blechs zeigt; und

Fig. 5 schematisch eine konventionelle Einrichtung zum Reinigen von Reaktorkühlmittel.

Nach Fig. 1 hat das erste Ausführungsbeispiel der Einrich­ tung zum Reinigen von Reaktorkühlmittel eine Rohrleitung 11, deren unteres Ende sich am Boden eines Reaktordruck­ behälters 1 befindet, eine Rohrleitung 4, die von einer Primärkreislaufumwälzleitung 3 abzweigt und an die Rohr­ leitung 11 angeschlossen ist, einen regenerativen Wärme­ tauscher 5, einen nichtregenerativen Wärmetauscher 6, eine Pumpe 7, eine Reinigungseinheit 8, eine von der Reinigungs­ einheit 8 zu einer Reaktorspeisewasserleitung 9 verlaufende Leitung 15 und ein an der höchsten Stelle C in der Leitung 11 angeordnetes Siphonbremsventil 13.

Die Leitung 11 zur Entnahme des Reaktorkühlmittels im Druckbehälter 1 ist so angeordnet, daß sie durch die Sei­ tenwand des Druckbehälters 1 an einer Stelle E verläuft, die höher als die Lage des Reaktorkerns 12 im Druckbehälter 1 ist.

Im Normalbetrieb des Reaktors und während des heißkriti­ schen Nullastzustands des Reaktors ist das Siphonbremsven­ til 13 geschlossen, so daß keine Verbindung zur Atmosphäre besteht. Die im unteren Teil des Reaktordruckbehälters 1 angesammelte Crudkomponente strömt durch die Leitung 11 zusammen mit dem Reaktorkühlmittel und vermischt sich dann mit dem durch die Zweigleitung 4 strömenden Reaktorkühl­ mittel. Die Crudkomponente, die sich mit der Kühlmittel­ komponente der Zweigleitung 4 vereinigt hat, durchläuft den regenerativen Wärmetauscher 5 und den nichtregenerativen Wärmetauscher 6 und wird dann von der Pumpe 7 in die Reini­ gungseinheit 8 gefördert. Nachdem die Crudkomponente durch die Reinigungseinheit 8 beseitigt ist, strömt das Reaktor­ kühlmittel durch die Leitung 15 in die Reaktorspeisewasser­ leitung 9 und zurück zum Reaktordruckbehälter 1.

Während einer Inspektion oder Modifizierung des Reaktors ist das Siphonbremsventil 13 geschlossen, um die Verbindung zur Atmosphäre zu blockieren. Das Reaktorkühlmittel im Druckbehälter 1 strömt aus diesem zusammen mit der im Bodenteil des Druckbehälters 1 angesammelten Crudkomponen­ te. Dann wird das Reaktorkühlmittel durch eine Leitung (nicht gezeigt) in einen anderen Teil geleitet, ohne daß es dem Druckbehälter 1 durch die Speisewasserleitung 9 wieder zugeführt wird.

Wenn ein teilweiser Verlust von Reaktorkühlmittel z. B. durch einen Bruch der Leitung 11 außerhalb des Druckbehäl­ ters 1 auftritt, wird die benötigte Reaktorkühlmittelmenge in den Reaktordruckbehälter 1 von einem Notkernkühlsystem (nicht gezeigt) in den Druckbehälter 1 nachgefüllt, so daß der Reaktorkern 12 wieder mit Reaktorkühlmittel geflutet ist. Wenn der Druck im Reaktorkern 12 auf Atmosphärendruck abfällt, öffnet das ferngesteuerte Ventil 13 für die Siphonbremse zur Atmosphäre, um den Siphoneffekt aufzuhe­ ben. Wenn daher die Wasserzuführung in den Reaktorkern 12 unterbrochen wird, fällt der Wasserspiegel im Reaktorkern 12 nicht unter die Höhe der Stelle C, an der das Siphon­ bremsventil 13 und die Leitung 11 miteinander verbunden sind. Anschließend kann das Reaktorkühlmittel wiederum um den Betrag aufgefüllt werden, der einem Abfall des Wasser­ spiegels aufgrund von Verdampfung entspricht, und daher ist es möglich, den Reaktorkern 12 mittels eines Nachwärmelei­ stungs-Beseitigungssystems (nicht gezeigt) zu kühlen.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Stelle E, an der die Leitung 11 vom Druckbehälter 1 zur Außenseite verläuft, höher als die Lage des Reaktorkerns 12 gewählt ist, kann sichergestellt werden, daß die Leitung ein ausreichend großes Gefälle gegenüber der konventionellen Anordnung hat, bei der eine entsprechende Leitung an die tiefste Stelle des Reaktordruckbehälters angeschlossen ist. Infolgedessen kann die Crudkomponente im Reaktorkühlmittel, die an der Innenfläche der Leitung 11 anhaftet, durch die Schwerkraft­ wirkung mengenmäßig verringert werden.

Da die Leitung 11 im Reaktordruckbehälter 11 aufwärts ver­ läuft, ist die Leckagestrahlung aus dem Teil der Leitung 11, der im Druckbehälter 1 aufgenommen ist, von dem Stahl­ blech des Druckbehälters abgeschirmt. Nach Fig. 4, die die Beziehung zwischen der Stahlblechdicke und dem Schwächungs­ faktor der Strahlungsquelle zeigt, kann der Pegel der Strahlungsquelle (1,5 MeV) des Reaktorkühlmittels auf ca. 1/100 durch das Stahlblech (Dicke ca. 16 cm) des Reaktor­ druckbehälters 1 verringert werden. Wie vorstehend be­ schrieben, kann die Strahlungsdosis in der Atmosphäre eines Primärcontainments 10 während planmäßiger Inspektionsarbei­ ten verringert werden, und außerdem ist es möglich, die Strahlenbelastung von Personal, das während planmäßiger Inspektionsarbeiten im Primärcontainment 10 arbeiten muß, zu mindern.

Wenn in der Leitung zur Entnahme von Reaktorkühlmittel durch den untersten Teil des Reaktordruckbehälters ein Schaden auftreten sollte, kann dieser leicht behoben werden.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Einrich­ tung. Dabei sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Einrichtung von Fig. 2 unter­ scheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die von der Primärkreislaufumwälzleitung 3 abzweigende und an die Leitung 11 angeschlossene Leitung nicht vorhanden ist.

Beim Betrieb der Einrichtung nach Fig. 2 wird das Reaktor­ kühlmittel aus dem Reaktordruckbehälter 1 nur durch die Leitung 11 entnommen. Es ist daher möglich, den Durchsatz von Reaktorkühlmittel, das am untersten Teil des Druckbe­ hälters 1 durch die Leitung 11 entnommen wird, zu steigern und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit von Reaktorkühl­ mittel in der Leitung 11 zu erhöhen. Infolgedessen kann die Crudmenge im Reaktorkühlmittel, die an der Innenfläche der Leitung 11 haftet, verringert werden, und außerdem kann die Dosisrate der Leitung 11 verringert werden, und zwar durch den synergistischen Effekt einer Erhöhung der Strömungs­ geschwindigkeit von Reaktorkühlmittel und einer Verminde­ rung der Crudmenge, die an der Innenfläche der Leitung 11 haftet, infolge des starken Gradienten der Leitung.

Da von der Primärkreislaufumwälzleitung 3 keine Leitung abzweigt, kann die Schweißstelle entfallen, die die Primär­ kreislaufumwälzleitung 3 und die Kühlmittelentnahmeleitung 4 miteinander verbindet. Dadurch kann die Zahl der Teile, die während einer Wiederholungsprüfung bei laufendem Reak­ tor zu überprüfen sind, verringert werden, wodurch die Strahlenbelastung ebenfalls verringert werden kann.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Einrich­ tung. Dabei sind wiederum gleiche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Einrichtung unter­ scheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß sie eine automatische Regeleinheit 14 zur Regelung des Öffnens und Schließens des Siphonbremsventils 13 aufweist.

Wenn im Betrieb der Reaktorkühlmittel-Reinigungseinrichtung von Fig. 3 die Leitung 11 zur Entnahme des Reaktorkühl­ mittels am untersten Teil des Druckbehälters 1 außerhalb des Druckbehälters 1 beschädigt ist und dadurch ein Kühl­ mittelverluststörfall auftritt, wird ein Druckmeßgerät P verwendet, um den Druck- und Wasserpegel im Reaktor sowie den Druck in der Leitung zu überwachen. Wenn festgestellt wird, daß (a) der Druck im Reaktordruckbehälter 1 auf einen Pegel gleich dem Atmosphärendruck gefallen ist und daß (b) der Wasserspiegel im Reaktordruckbehälter zur Position E gefallen ist, an der die Leitung 11 durch die Seitenwand des Druckbehälters 1 geht, wird die Regeleinheit 14 wirksam und öffnet das Siphonbremsventil 13, so daß der Störfall sehr schnell und korrekt behandelt wird.

Fig. 5 zeigt den Aufbau einer konventionellen Reaktorkühl­ mittel-Reinigungseinrichtung für eine Siedewasserreaktor­ anlage. Das Kühlmittel im Druckbehälter 1 wird aus dem Primärcontainment 10 durch eine Leitung 2 entnommen, die an das Unterende des Druckbehälters 1 und die Zweigleitung 4, die von der Primärkreisumwälzleitung 3 abzweigt, ange­ schlossen ist. Das Reaktorkühlmittel durchströmt dann den regenerativen Wärmetauscher 5, den nichtregenerativen Wär­ metauscher 6, eine Reinigungspumpe 7 für Reaktorkühlmittel und eine Einheit 8 zum Entfernen radioaktiven Materials in dieser Reihenfolge. Dann wird das Reaktorkühlmittel zum Druckbehälter 1 durch die Reaktorspeisewasserleitung 9 rückgeführt. Bei diesem konventionellen Beispiel sind keine Gegenmaßnahmen zur Verminderung der Dosisrate der Entnahme­ leitung 2 für Reaktorkühlmittel, die an den Boden des Druckbehälters 1 angeschlossen ist, vorgesehen.

Gemäß der Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt:

• (1) Da die Leitung zur Entnahme von Reaktorkühlmittel aus dem Druckbehälter an einer Stelle herausgeführt ist, die höher als der unterste Teil des Druckbehälters liegt, kann die Länge des horizontal verlaufenden Teils der Leitung verringert werden, so daß die Crudmenge, die an der Innen­ fläche der Leitung im Reaktor anhaftet, abnimmt. Infolge­ dessen wird die Stärke der Strahlungsquelle verringert, und die resultierende Strahlenbelastung kann weiter gemildert werden.
• (2) Die Leitung zur Entnahme von Reaktorkühlmittel verläuft im Reaktordruckbehälter zu einer Stelle, die höher als der tiefste Teil des Druckbehälters liegt, daher dient die Seitenwand des Druckbehälters als Abschirmung. Infolgedes­ sen kann ein Teil der Leitung als Strahlenquelle, die zu Strahlenbelastung beiträgt, ausgeschlossen werden.
• (3) Da die Leitung zur Entnahme von Reaktorkühlmittel im Reaktordruckbehälter zu einer Stelle verläuft, die höher als der tiefste Teil des Druckbehälters liegt, kann die Reaktorkühlmittelmenge verringert werden, die bei einem Störfall aus dem Druckbehälter ausströmt.
• (4) Wenn die Rohrleitung, die von der Primärkreislaufum­ wälzleitung zur Entnahme eines Teils des Reaktorkühlmittels abzweigt, entfällt, kann die Strömungsgeschwindigkeit in der Entnahmeleitung für Kühlmittel aus dem Reaktorkern gesteigert werden, so daß die an der Innenfläche dieser Leitung haftende Crudmenge verringerbar ist.
• (5) Selbst bei einem Störfall, nachdem der Druck im Reak­ tordruckbehälter auf einen Pegel gleich Atmosphärendruck gefallen ist, wird eine Siphonbremse sowohl auf das Innere als auch das Äußere des Reaktordruckbehälters zur Wirkung gebracht, wenn der Wasserspiegel im Druckbehälter die Stel­ le erreicht hat, an der die Leitung zur Entnahme von Wasser aus dem Reaktorkern durch die Seitenwand des Druckbehälters geht, so daß der Reaktorkern im gefluteten Zustand gehalten wird. Es ist daher möglich, mit dem Störfall in einfacher Weise fertig zu werden.
• (6) Die Eintrittsöffnung der Leitung zur Entnahme von Was­ ser aus dem Reaktorkern liegt am untersten Teil des Reak­ tordruckbehälters. Infolgedessen kann bei einer Entwässe­ rung des Reaktordruckbehälters infolge des Siphon-Effekts das gesamte Reaktorkühlmittel aus dem Druckbehälter abge­ zogen werden.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Reinigen von Reaktorkühlmittel, mit einer Rohrleitung (11) zur Entnahme von Wasser aus einem Reaktorkern (12), wobei die Rohrleitung gesondert von einer Primärkreislaufumwälzleitung (3) vorgesehen ist und ihr offenes Ende am Unterende eines Reaktordruckbehälters (1) liegt, und mit einer Einheit (8) zum Reinigen von radioaktivem Material, die an die Rohrleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohr­ leitung (11) ausgehend von ihrem offenen Ende im Reaktordruck­ behälter (1) aufwärts und durch die Seitenwand des Reaktor­ druckbehälters (1) nach außen verläuft.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zweigleitung (4) außerhalb des Reaktordruckbehälters, die von der Primärkreis­ laufumwälzleitung (3) abzweigt und mit der Rohrleitung (11) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohr­ leitung (11) und die Primärkreislaufumwälzleitung (3) außer­ halb des Reaktordruckbehälters (1) nicht miteinander verbunden sind und außerhalb des Reaktordruckbehälters (1) voneinander unabhängige Umwälzleitungssysteme bilden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohr­ leitung (11) nahe der höchsten Stelle ihres außerhalb des Reaktordruckbehälters liegenden Teils mit einem Siphonbrems­ ventil (13) versehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Rohrleitung (11), in den das Siphonbremsventil (13) ein­ gebaut ist, an einer Stelle liegt, die höher als die Lage des Reaktorkerns (12) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine automatische Regel­ einheit (14) zur Regelung des Öffnens und Schließens des Siphonbremsventils (13), die das Siphonbremsventil dann öff­ net, wenn der Druck im Reaktordruckbehälter auf einen Pegel gleich Atmosphärendruck gefallen ist, und der Wasserspiegel im Reaktordruckbehälter auf die Höhe gefallen ist, bei der die Rohrleitung durch die Seitenwand des Reaktordruckbehälters geführt ist.