DE3927959A1 - Verfahren zur vermeidung lokaler wasserstoff-aufkonzentrationen in sicherheitsbehaeltern von reaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung lokaler Wasserstoff-Aufkonzentrationen in der Atmosphäre von Sicherheitsbehältern von Reaktoren, insbesondere Leicht­ wasserreaktoren. Nach Störfällen mit Kühlmittelverlust bildet sich hauptsächlich durch Radiolyse im Kern Wasser­ stoff. Der Wasserstoff tritt an der Bruchstelle im Pri­ märkreis aus und vermischt sich mit der sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Dadurch können zündfähige Wasserstoff-/ Sauerstoff-Gemische in lokalen Bereichen des Sicherheits­ behälters, beispielsweise in der Nähe der Bruchstelle, entstehen.

Es ist bekannt, das Dichtegleichgewicht in solchen lokalen, übereinander geschichteten Atmosphären in Sicherheits­ behältern dadurch zu stören - und damit lokale Wasserstoff­ konzentrationen bei Kühlmittelstörfällen aufzulösen -, in­ dem innerhalb oder außerhalb des Sicherheitsbehälters Um­ wälzgebläse und/oder Rekombinatoren eingesetzt werden, welche die verschiedenen, im Gleichgewicht befindlichen Atmosphärenschichten, durch Zwangsluftströmungen durch­ mischen und so lokale Wasserstoffkonzentrationen auflösen. Solche Verfahren sind verhältnismäßig umständlich und teuer, denn sie erfordern große, störfallgeschützte Gebläse mit eigener Energieversorgung.

Nach einem anderen bekannten Verfahren (DE-OS 28 05 476) sollen die Nachteile beim Einsatz von Gebläsen und/oder Rekombinatoren - in welchen der freie Wasserstoff z. B. durch katalytische Verbrennung mit Sauerstoff oxidiert wird - vermieden werden, indem die im Sicherheitsbehälter nach einem Störfall entstehende lokale Konzentration von Wasserstoff infolge übereinandergeschichteter und in einem Gleichgewichtszustand befindlicher Atmosphären wieder auf­ gelöst wird. Hierzu wird in einem bestimmten Bereich einer solchen Atmosphärenschicht eine lokale Änderung der Dichte herbeigeführt, beispielsweise dadurch, daß in diesem lokal begrenzten atmosphärischen Bereich ein Gas unterschied­ licher Dichte, vorzugsweise Helium, eingespeist wird, so daß aufgrund der dadurch herbeigeführten Dichteänderung diese Atmosphärenschicht lokal eine vertikal gerichtete und eine Konvektion hervorrufende Beschleunigung erfährt.

Bei diesem Verfahren ist nachteilig, daß zu seiner tech­ nischen Durchführung relativ aufwendige apparative Mittel erforderlich sind, beispielsweise besondere Rohrleitungen, die in verschiedenen Höhen und zu unterschiedlichen Räumen im Sicherheitsbehälter geführt werden müssen, um im Stör­ fall eine gezielte Einspeisung des Gases oder eine gezielte lokale Änderung der Temperatur in diesem Atmosphärenbereich herbeizuführen. Derartige Rohrleitungen für die lokale Änderung der Dichte durch Zuführen eines Gases in dem be­ treffenden Bereich des Sicherheitsbehälters müssen mit außerhalb des Sicherheitsbehälters gelagerten Gasquellen, beispielsweise einer entsprechenden Anzahl von Gasflaschen, verbunden werden, in denen sich das Gas unter großem Druck oder im flüssigen Zustand befindet. Die Gasflaschen selbst bedürfen besonderer Lagerung und Überwachung. Darüber hin­ aus ist eine gezielte Überwachung der Atmosphäre im Sicher­ heitsbehälter erforderlich, um lokale Konzentrationen fest­ zustellen und aufzulösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches diese Nachteile nicht hat, einfach durch­ zuführen ist und vor allem - im Gegensatz zu dem beschrie­ benen bekannten Verfahren - von vornherein die Entstehung von lokalen Wasserstoffaufkonzentrationen bei Sicherheits­ behältern von Reaktoren verhindert.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren, wie es im Anspruch 1 wiedergegeben ist, gelöst.

Dadurch, daß die Kühlwassertemperatur im Sumpf des Sicher­ heitsbehälters derart geregelt wird, daß diese höher ist als die Temperatur der Luft in der Kuppel des Sicherheits­ behälters, gelangt die unten befindliche Luft im Sicher­ heitsbehälter infolge natürlichen Auftriebs, also auf kon­ vektivem Wege, in die oberen Bereiche des Sicherheits­ behälters, so daß im ganzen Sicherheitsbehälter eine ständige, intensive Luftumwälzung stattfindet, die eine Schichtenbildung der Atmosphäre im Sicherheitsbehälter einschließlich der Bildung von Inversionsschichten gar nicht erst entstehen läßt. Mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren wird somit die Ursache für die Entstehung der ge­ fürchteten lokalen Gaskonzentrationen von vornherein be­ seitigt, so daß besondere Maßnahmen zu einer nachträglichen Auflösung solcher lokaler Gaskonzentrationen in über­ einandergeschichteten Atmosphären nicht mehr erforderlich werden.

Im einzelnen ist zu dem erfindungsgemäßen Verfahren er­ läuternd zu bemerken:

Bei Störfällen mit Kühlmittelverlust sammelt sich das aus der Bruchstelle im Primärkreis anstehende Wasser im Sumpf des Sicherheitsbehälters.

Nach Abschluß der sogenannten "blow down Phase" wird die Konvektion im Sicherheitsbehälter im wesentlichen von den Wärmeaustauschvorgängen innerhalb des Sicherheitsbehälters (Einbauten/Sicherheitsbehälteratmosphäre) und vom Wärme­ austausch des Sicherheitsbehälters zur äußeren Atmosphäre bestimmt.

Der Wärmeaustausch des Sicherheitsbehälters nach außen be­ wirkt, daß die Temperatur in der Kuppel des Sicherheits­ behälters einige Tage nach dem Störfallbeginn bei etwa 40°C erreicht wird.

Das aus der Bruchstelle im Primärkreis austretende Wasser kann in der Phase der Langzeitkühlung bis auf ca. 85°C eingeregelt werden. Unter Berücksichtigung der Aufheiz­ spanne im Kern kann bei dieser Austrittstemperatur die Nachwärme des Kerns bei einer Sumpfwassertemperatur von maximal ca. 70°C abgeführt werden.

Eine Sumpfwassertemperatur von ca. 70°C bewirkt eine Auf­ heizung der Atmosphäre im unteren Teil des Sicherheits­ behälters auf Temperaturen, die höher liegen als die zur gleichen Zeit bestehenden Temperaturen im oberen Teil des Sicherheitsbehälters, wo sie etwa bei 40°C liegen.

Dadurch wird eine konvektive Durchmischung der gesamten Sicherheitsbehälteratmosphäre angefacht, so daß es nicht zu den gefürchteten Aufkonzentrationen von Wasserstoff in Teilräumen des Sicherheitsbehälters und von vornherein nicht zur Ausbildung von stabilen Atmosphärenschichtungen, insbesondere Inversionsschichtungen, kommen kann, weil hierfür die physikalischen Voraussetzungen nicht mehr gegeben sind.

Die Sumpftemeratur kann dabei durch ein geeignetes Lang­ zeit-Nachkühlkonzept, durch Betrieb von redundanten Nach­ kühlsträngen und durch Einregelung entsprechender Tempe­ raturen an den Nachwärmekühlern eingestellt werden.

Zur Unterstützung des Austausches der Atmosphäre in den einzelnen Bereichen des Sicherheitsbehälters können in den Dampferzeuger-Überströmdecken im oberen Teil des Sicher­ heitsbehälters fernbetätigte Klappen angebracht werden, die im Bedarfsfall fernbedient mittels einer geeigneten Vor­ richtung geöffnet werden können.

In gleicher Weise können im unteren Bereich des Sicher­ heitsbehälters Türen geöffnet werden, beispielsweise durch den Trümmerschutzzylinder, um eine großräumige Konvektion herzustellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann, wie beschrieben, zur Erzielung der geeigneten Sumpfwassertemperatur die Nachwärme des Reaktors genutzt werden, die kontinuierlich beim eingestellten Temperaturniveau abgeführt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zur Vermeidung lokaler Wasserstoff- Aufkonzentrationen in Sicherheitsbehälteratmosphären von Reaktoren, insbesondere Leichtwasserreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwassertemperatur im Sumpf des Sicherheitsbehälters auf eine Temperatur ge­ regelt wird, die höher ist als die Lufttemperatur in der Sicherheitsbehälter-Kuppel, derart, daß eine aus­ reichende Durchmischung der Atmosphäre im Sicherheits­ behälter auf konvektivem Wege bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der erfor­ derlichen Sumpfwassertemperatur die Nachwärme des Reaktors genutzt wird, die kontinuierlich beim eingestellten Temperaturniveau abgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erforderliche Temperaturniveau im Sumpf des Sicherheitsbehälters in Abhängigkeit zur Lufttemperatur in der Sicherheits­ behälter-Kuppel durch Betrieb von Redundanten nach Kühlsystemen eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Sumpf des Sicherheitsbehälters zusätzlich durch Einregelung der Nachwärmekühler eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der freien Konvektion die Dampferzeuger-Überströmklappen und Türen insbesondere durch den Trümmerschutzzylinder mittels geeigneter Vorrichtungen offen gehalten werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Bruchstelle im Primärkreis austretende Wasser in der Phase der Lang­ zeitkühlung bis auf ca. 85°C eingeregelt wird und eine Wassertemperatur im Sumpf des Sicherheitsbehälters von maximal ca. 70°C die Atmosphäre im unteren Teil des Sicherheitsbehälters auf Temperaturen hält, die höher liegen als die zur gleichen Zeit herrschenden Tempera­ turen im oberen Teil des Sicherheitsbehälters (ca. 40°C).