DE4129362A1 - Anordnung und verfahren einer autonomen brennelement-spueleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren, das die Durch­ führung von Fremdkörperentsorgungs- sowie Belag entfernenden Aufgaben mittels einer autonomen Brennelement-Spüleinrichtung, vornehmlich kombinier- und einsetzbar sowohl für Druckwasser- als auch für Siede­ wasserreaktoranlagen, ermöglicht. Sie kann sowohl an bereits fest im Brennelementbecken eingebrachten Sippingboxen von Druckwasser- und/oder Siedewasserreaktoren montiert und/oder nachgerüstet werden und zum Ein­ satz kommen als auch bei Neuinstallation separat montiert werden.

Anordnung und Verfahren zur Durchführung von Fremdkörperentsorgungs- sowie Belag entfernenden Aufgaben mittels einer autonomen Brennelement- Spüleinrichtung sind sowohl in Verbindung mit dem Sippingverfahren als auch als Einzelaggregat gegenwärtig nicht üblich und integrierbar vor­ gesehen. Die Brennelemente werden in der Regel bis auf Stichproben vor und/oder nach dem Sippingvorgang ohne zusätzliche visuelle Kontrolle gehandhabt. Dabei ist nicht auszuschließen, daß sich evtl. Fremdkörper am oder im Brennelement befinden können und über diesen Weg letztlich in die Reaktoranlage gelangen. Das Entfernen von Fremdkörpern erfolgte bisher ausschließlich nach visuellem Befund mittels handhabungsüblicher Mechanik. Des weiteren ist für die Entfernung der objektiv vorhandenen Belagschichten, speziell im aktiven Bereich der Brennelementhüllrohre, zu Gunsten eines besseren Wärmeübergangskoeffizienten, verfahrens­ technisch keine hydraulische Lösung greifbar.

Ziel der Erfindung ist es, durch die Anordnung und das Verfahren der autonomen Brennelement-Spüleinrichtung, etwaige Fremdkörper mit hoher Sicherheit aus dem Brennelementverbund zu entfernen sowie Brennelement­ hüllrohrbeläge durch Abspülen mittels unter Turbulenz stehendem Brennele­ mentbecken-Inhaltsmedium hydraulisch zu entfernen, wobei dies vornehmlich durch wechselweise Spül-/Saugwirkung erreicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren für die Durchführung einer autonomen Brennelement-Spüleinrichtung zur Entfernung von Fremdkörpern und Belägen an oder in Brennelementen aufzuzeigen, die eine rationelle, schonende und effektive Durchführung dieser für die Anlagen- und die Nuklearsicherheit wichtigen Prozesse ermöglicht. Er­ findungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an die im Brennele­ mentbecken installierten Sippingboxen zusätzlich eine autonom arbeitende Brennelement-Spüleinrichtung montiert wird, wobei die exakte Arbeits­ lage beidseitig, also parallel der Beckenwandung, oder kombinierbar mittels kinematischem Getriebe des hydraulischen Sippingboxverschluß­ deckels oder aus dem Freibereich vor den Sippingboxen oder direkt ober­ halb des Kompensators mit der Sippingbox integriert zum Einsatz kommen kann.

Der Spülkopf kann zum einen sowohl als Einheit als auch zirkulär ge­ teilt ausgeführt an der Verspanneinrichtung des Hüllrohres der Sipping­ box oder anderen geeigneten Stellen montiert als auch zum anderen in einer separaten Spül-/Saugstation ausgeführt werden. Der in Arbeits­ position, also direkt über an oder in der Sippingbox bzw. separaten Spül-/Saugstation angebrachte Spül-/Saugkopf ermöglicht aufgrund seiner konstruktiven Auslegung bezüglich der Düsenanordnung, des Strahlwinkels, der definierten perforierten Düsenbohrungen, der Strahlrichtung, ausge­ legt auf das 1,2 bis 1,5fache der max. primären Kühlmittelgeschwindig­ keit im Core von Reaktoranlagen, gekoppelt mit der autonom arbeitenden Pumpenanlage, optimale Spül-/Saugwirkung auf das durch ihn mittels der Arbeitsstange der Lademaschine mit V = 0,2 m/min gezogene Brennelement. Dabei ist eine Festlage als auch rotierende Bewegung des Spülkopfes möglich, wodurch optimale Strömungsturbulenzen entstehen sowie eine wechselweise zuschaltbare Spül-/Saugrichtung vorgesehen werden kann. Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung sowie Verfahren liegt eine Lösung vor, mit der die Möglichkeit besteht, eventuelle Fremdkörper und Brennelementhüllrohrbeläge ohne großen Aufwand gezielt kontrollierbar zu beseitigen, wobei die abgespülten bzw. abgesaugten Teile in konzen­ trierter Form von einem definitiv bekannten Platz (Filter, Behälter, Box ect.) entsorgt werden können sowie Störungen bei der Brennelement­ handhabung durch Fremdkörpereinwirkung zu Gunsten der Verfügbarkeit der Brennelemente minimiert werden, um bessere Wärmeübergangskoeffizienten vom Brennelementhüllrohr zum Inhaltsmedium aufgrund gelöster Beläge zu erhalten. Die verfahrensbedingte Fluidtemperatur sollte 80°C nicht übersteigen.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert werden.

Grundvoraussetzung zur Durchführung und Anwendung der Anordnung und des Verfahrens der autonomen Brennelement-Spüleinrichtung ist, daß das In­ haltswasser des mit ausreichender Borsäurekonzentration gefüllten Brennelementbeckens als autonomes Arbeitsfluid zur Verfügung steht und die Sippingbox (oder eine andere geeignete separate Spüleinrichtung) mit dem durch die Brennelementlademaschine eingesetzten Brennelement vorbereitet ist.

In Fig. 1 wird das Grundschaltbild der autonomen Brennelement-Spül­ einrichtung dargestellt, in Fig. 2 die Verfahrensordnung mittels Längsschnitt durch das Brennelementlagerbecken, Fig. 3 zeigt einen Halbschnitt der in der Sippingbox integrierten autonomen Brennelement- Spüleinrichtung und Fig. 4 stellt die Schnittebene A-A der Fig. 3 dar.

Das Ausführungsbeispiel zeigt, wie in Fig. 2 erkennbar, die konstruk­ tive Einordnung der aus Spülring 1 und Saugring 2 zusammengesetzten Spüleinrichtung in der Sippingbox 11, zwischen Kompensatorring 15 und Lademaschinenzentrierflansch 23. Dabei ist zu bemerken, daß dies ohne Veränderung der Längenmaße der Sippingbox 11 ermöglicht wird, was wieder­ um die sonst notwendige Korrektur der Lademaschinen-Höhenkoordinaten ausschließt. Des weiteren ist die projektgemäße Befestigung der Sipping­ box 11 mit der Stützkonsole 12, an der Beckenauskleidung 16, der unver­ änderte Wirkmechanismus der Verschlußdeckelkinematik 13, eine axiale Arbeitsposition der Lademaschine 14, sowie das Brennelementbecken 10 dar­ gestellt. Versorgungsseitig ist der Spülring 1 mittels Spülanschlußlei­ tung 25 und der Saugring 2 über die Sauganschlußleitung 26, welche wieder­ um mit einer außerhalb des Brennelementbeckens 10 installierten zwei­ köpfigen Kolbendosierpumpe 3 zu erkennen ist. In die Sauganschlußlei­ tung 26 ist ein Schmutzfilter 4, vornehmlich aus Strahlenschutzgründen im Brennelementbecken 10 installiert, zu erkennen. Der Schmutzfilter 4 hat die Aufgabe, Fremdkörper und/oder Beläge aus dem autonomen Brennele­ ment-Spülkreislauf zu trennen, um eine entsprechende konzentrierte Ent­ sorgung zu ermöglichen. Die in Fig. 3 und in deren Schnittebene A-A der Fig. 4 dargestellten Anordnung zeigt den in zwei Ebenen ange­ brachten Spülring 1 in dem definiert perforierte Düsen 24 auswechselbar, mehrreihig eingebracht sind und über die Fluidkammer 19 eine direkte Verbindung zu den Spülleitungen 18 mit Anschlußflansch 22 zur Spülan­ schlußleitung 25 besteht. Kennzeichnend für die Fluidkammer 19 ist ihre zirkulare Aufteilung in vier Kammern durch die Spülschotten 20. Die Einströmstutzen der Spülringleitung 18 sind symmetrisch in die vier Fluidkammern 19 eingebunden, so daß eine vergleichmäßigte Ausströmung aus den Düsen 24 auf das Brennelement 27, welches mit der Lade­ maschine 14 gekoppelt ist und mit der Hubgeschwindigkeit von V = 0,2 m/min nach oben oder unten gefahren wird. Dabei entsteht der er­ forderliche Spüleffekt mit dem Ziel, eventuelle Fremdkörper und Be­ läge zu entfernen. Der unter dem Spülring 1 angebrachte Saugring 2 ist ohne Umfangstrennung ausgeführt. In ihm sind zirkulär angeordnete Saug­ leiteinrichtungen 21 eingebracht, welche die Stabilität und die Strö­ mungswirkung des Saugrings 1 optimieren. Entsprechend der konstruktiven Gestaltung ist der Saugring 2 mit ausreichend großem Saugquerschnitt ein­ schließlich Anschlußflansch 22 und Sauganschlußleitung 26 auszuführen. Verfahrenstechnisch sollen über den Saugring 2 die gelösten eventuellen Fremdkörper als auch Beläge abgeführt werden. Gestalterisch ist der Kom­ pensatorring 15 mit dem Saugring 2 verbunden, wobei wiederum mit dem Saugring 2 der in zwei Ebenen ausgeführte Spülring 1 einschließlich Spül­ ringleitung 18 am Lademaschinenzentrierflansch 23 verbunden ist.

Das Wirkprinzip des Grundschaltbildes in Fig. 1 ist vornehmlich folgendermaßen ausgeführt. Spülring 1 ist vermittelt von zwei Spülan­ schlußleitungen 25 in denen je eine Absperrarmatur 5, je ein Druckhalte­ ventil 9 und je ein Pulsationsdämpfer 7 druckseitig eingebracht ist, mit der zweiköpfigen Kolbendosierpumpe 3 verbunden. Zur gezielten Ab­ führung des bedingt durch die Druckhalteventile 9 zurückgehaltenen Fluids, wird dies über strangweise angeordnete Überströmventile 8 einer Ent­ lastungsleitung 27, welche im Brennelementbecken 10 offen einbindet, zu­ geführt. Saugseitig erfolgt der Doppelanschluß vom Saugring 2 über je einen Schmutzfilter 4, die zwei Sauganschlußleitungen 26, je ein Ab­ sperrventil 5 und je einen Pulsationsdämpfer - saugseitig 6 zum Hauptan­ trieb der zweiköpfigen Kolbendosierpumpe 3. Jeder Dosierkopf ist unab­ hängig 100% verstellbar. Bei Drehzahlregelung des Hauptantriebes werden die Dosierköpfe gleichzeitig beeinflußt. Die relativen Mengenverhält­ nisse bleiben dabei unverändert. Die Kolben der Dosierköpfe sind aus Edelstahl ausgeführt.

Aufstellung der verwendeten Bezugsbezeichnungen

 1 Spülring
 2 Saugring
 3 Kolbendosierpumpe - 2köpfig -
 4 Schmutzfilter
 5 Absperrventil
 6 Pulsationsdämpfer - saugseitig
 7 Pulsationsdämpfer - druckseitig
 8 Überströmventil
 9 Druckhalteventil
10 Brennelementbecken
11 Sippingbox
12 Stützkonsole
13 Verschlußdeckelkinematik
14 Lademaschine
15 Kompensatorring
16 Beckenauskleidung
17 Brennelement
18 Spülringleitung
19 Fluidkammer
20 Spülschott
21 Saugleiteinrichtung
22 Anschlußflansch
23 Lademaschinenzentrierflansch
24 Düsen
25 Spülanschlußleitung
26 Sauganschlußleitung
27 Entlastungsleitung

Claims (2)

1. Anordnung einer autonomen Brennelement-Spüleinrichtung, insbesondere zur Durchführung von Fremdkörperentsorgungs- sowie Belag entfernen­ den Aufgaben an Brennelementen von Druckwasser- als auch Siedewasser­ reaktoren, gekennzeichnet dadurch, daß sie an bereits fest im Brenn­ elementbecken eingebrachten Sippingboxen von Druckwasser- und/oder Siedewasserreaktoren montiert oder nachgerüstet werden und zum Ein­ satz kommen, als auch bei Neuinstallationen separat montiert werden, also parallel der Brennelementbeckenwandung, oder kombinierbar mittels kinematischem Getriebe des hydraulischen Sippingboxver­ schlußdeckels oder aus dem Freibereich vor den Sippingboxen oder direkt oberhalb des Kompensators mit der Sippingbox integriert zum Einsatz kommt, indem ohne Längenänderung der Sippingbox (11), die Spüleinrichtung bestehend aus Spülring (1) und Saugring (2) zwischen Kompensatorring (15) und Lademaschinenzentrierflansch (23) einge­ bracht sind, die den unveränderten Wirkmechanismus der Verschluß­ deckelkinematik (13) ermöglichen, sowie der oder die Spülringe (1) mit definiert, perforierten, auswechselbar, mehrreihig angebrachten Düsen (24) über die Fluidkammer (19) und deren zirkulären Auftei­ lung durch die Spülschotten (20) in vier Kammern direkte Verbindung über die Spülringleitungen (18) zu den Spülanschlußleitungen (25) bestehen und mit dem Saugring (2) ohne Umfangstrennung durch opti­ mierte, stabilisierende Saugleiteinrichtungen (21) mit der Saugan­ schlußleitung (26) verbunden sind, welche saugseitig im Brennele­ mentbecken mittels entsorgungsfähigem Schmutzfilter (4) zur außer­ halb des Brennelementbeckens installierten Kolbendosierpumpe (3) ge­ führt wird und über die dem Stand der Technik entsprechende System­ schaltungen mit der Spülanschlußleitung (25) gekoppelt sind.

2. Verfahren einer autonomen Brennelement-Spüleinrichtung insbesondere zur Durchführung von Fremdkörperentsorgungs- sowie Belag entfernen­ den Aufgaben an Brennelementen von Druckwasser- als auch Siedewasser­ reaktoren, gekennzeichnet dadurch, daß die Auslegung der Düsenan­ ordnung, des Strahlmittels, der Strahlrichtung und der Öffnung der perforierten Düsenbohrungen Strahlgeschwindigkeiten des 1,2 bis 1,5 fachen der max. Kühlmittelgeschwindigkeit im Core von Reaktoran­ lagen (turbulente Strömung) ermöglicht und die Hubgeschwindigkeit der Lademaschine von V = 0,2 m/min, mit der das Brennelement durch die Spüleinrichtung bewegt wird, sowie die Fluidtemperatur der auto­ nomen Brennelement-Spüleinrichtung von 80°C nicht überschritten wird.