DE8812546U1

DE8812546U1 - Fuel element removal for pebble bed reactors

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Publication number: DE8812546U1
Application number: DE8812546U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1990-02-01
Anticipated expiration: 1998-10-06

Description

Interatom GmbH

0-506C Bergisch Gladbach 10-506C Bergisch Gladbach 1

Fuel element removal for pebble bed reactors

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennelementabzug für gasgekühlte Kugelhaufenreaktoren mit einem unterhalb eines Abzugsrohres an die Kugelschüttung angrenzenden, rotierenden Bruchabscheider für mechanisch beschädigte Brennelementkugeln. Zwischen Kugelschüttung und Bruchabscheider ist eine mitrotierende Lochscheibe, auch Vereinzelner- oder Verwenigerscheibe genannt, angeordnet mit ein oder mehreren öffnungen, mit denen die Kugeln aus der Schüttung entnommen und dem Bruchabscheider zugeführt werden. Die diesen Bruchabscheider durchlaufenden unbeschädigten Kugeln werden in bekannter Weise kernphysikalisch geprüft und bei ausreichendem Abbrand e.'.nem Lagerbehälter zugeführt oder bei noch nicht ausreichendem Abbravrd auf pneumatischem Wege von oben dem Kugelhaufenreaktor w^:2der zugeführt. Brennelementabzüge dieser Art und auch andere mit den bereits bestrahlten Brennelementen in Berührung kommenden Bauteile müssen sehr betriebssicher und für eine lange Lebensdauer ausgelegt werden, weil sie nui* mit hohem Aufwand fernbedient repariert oder ausgewechselt werden können. Ausbaubare Teile sollen wegen des hohen Aufwandes für die Entleerung eines Kugelhaufenreaktors, wegen der damit verbundenen zusätzlichen Strahlenbelastung und Einschränkung der Anlagenverfügbarkeit repariert oder ausgewechselt werden können, ohne den Reaktor vorher entleeren zu müssen.The present invention relates to a fuel element extractor for gas-cooled pebble bed reactors with a rotating fragment separator for mechanically damaged fuel element spheres, which is adjacent to the sphere bed below an extractor pipe. Between the sphere bed and the fragment separator there is a rotating perforated disk, also called a separator or reducer disk, with one or more openings through which the spheres are removed from the bed and fed to the fragment separator. The undamaged spheres passing through this fragment separator are subjected to a nuclear physics test in a known manner and, if they have burned up sufficiently, are fed to a storage container or, if they have not burned up sufficiently, are fed pneumatically from above to the pebble bed ^reactor . Fuel element extractors of this type and other components that come into contact with the already irradiated fuel elements must be designed to be very reliable and have a long service life, because they can only be repaired or replaced remotely at great expense. Because of the high cost of emptying a pebble bed reactor, the additional radiation exposure this entails and the limitation of plant availability, removable parts should be able to be repaired or replaced without having to empty the reactor first.

In der DE-AS-12 44 301 wird eine Vorrichtung zur Entnahme einzelner kugelförmiger Brennstoffelemente aus einer freien Aufschüttung von Elementen im Core eines Kugelhaufenkernreaktors beschrieben, mit einer waagerecht drehbaren Abschlußplatte, die die obige Forderung nicht erfüllt.DE-AS-12 44 301 describes a device for removing individual spherical fuel elements from a free pile of elements in the core of a pebble bed nuclear reactor, with a horizontally rotating end plate, which does not meet the above requirement.

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In der DE-PS-IA 48 376.2 wird eine Vorrichtung an einem !j Kugelhaufenreaktor zum Aussortieren von Kugeln mit beschädigter Oberfläche bzw. mit verändertem Durchmesser beschrieben, mit einem aus mehreren Gängen bestehenden drehbaren Gewindeteil, dessen Gänge einen dreieckigen Querschnitt besitzen und die so voneinander beabstandet sind, daß beschädigte Kugeln hindurchfallen und unbeschädigte Kugeln die Vorrichtung bis zu ihrem Ende durchlaufen. Reparaturmoglichkeiten werden nicht erwähnt.DE-PS-IA 48 376.2 describes a device on a pebble bed reactor for sorting out pebbles with a damaged surface or with a changed diameter, with a rotating threaded part consisting of several threads, the threads of which have a triangular cross-section and are spaced apart from one another in such a way that damaged pebbles fall through and undamaged pebbles pass through the device to the end. Repair options are not mentioned.

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In der DE-PS-24 06 936.1 wird eine weitere Vorrichtung zum Aussortieren von Brtnnstoffkugeln mit beschädigter Oberfläche oder verkleinertem Durchmesser beschrieben, mit einer Vereinzeinerscheibe, die unmittelbar an eine Kugelschüttung unterhalb eines Kugelabzugrohres angrenzt und diese Kugeln einem wendeiförmigen Abscheider zuführt. Bei einem Schaden an dieser Vereinzeinerscheibe könnte man sie nicht entfernen, ohne daß die im Reaktorbehälter vorhandenen Kugeln unkontrolliert auslaufen.DE-PS-24 06 936.1 describes another device for sorting out fuel balls with a damaged surface or reduced diameter, with a separator disk that is directly adjacent to a ball bed below a ball discharge pipe and feeds these balls to a spiral separator. If this separator disk is damaged, it cannot be removed without the balls in the reactor vessel leaking out in an uncontrolled manner.

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In der DE-OS-28 55 495.2 wird eine Vereinzelungseinrichtung für kugelförmige Brennelemente beschrieben, mit zwei unabhängig voneinander drehbaren etwas geneigten Scheiben am unteren Ende eines Abzugsrohrs. Diese Scheiben können ohne Entleerung des Reaktorbehälters nicht ausgewechselt werden; bei Ausfall oder Beschädigung nur einer Scheibe kann allerdings der Reaktorbehälter nocn mit der anderen Scheibe weitgehend entleert werden. Die auf der stillstehenden Scheibe eventuell noch liegenbleibenden Kugeln oder deren Bruchstücke können aber mit einem kräftigen Gasstoß auf die andere Scheibe geblasen und von dort aus abgezogen werden.DE-OS-28 55 495.2 describes a separating device for spherical fuel elements, with two independently rotating, slightly inclined disks at the lower end of a discharge pipe. These disks cannot be replaced without emptying the reactor vessel; if only one disk fails or is damaged, the reactor vessel can still be largely emptied using the other disk. Any balls or fragments that may still be lying on the stationary disk can, however, be blown onto the other disk with a powerful burst of gas and removed from there.

In der DE-PS-35 19 759.5 wird ein Abzug für kugelförmige Brennelemente aus einem Hochtemperaturreaktor beschrieben, mit einer quer durch das Abzugsrohr sich erstreckenden Platte, die in der Plattenebene bewegbar ist und eine öffnung für denDE-PS-35 19 759.5 describes a discharge for spherical fuel elements from a high-temperature reactor, with a plate extending across the discharge pipe, which is movable in the plane of the plate and has an opening for the

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Durchgang der Brennelements aufweist. Diese Platte ist in einer Schiebeführung verschieblAch gelagert und kann durch Einführen einer neuen Platte ausgewechselt werden. Auswechseln der Platte und Entleeren des Reaktorbehälters ist möglich, die Kugeln werden aber erst durch ein längeres Rohr zu einem Bruchabscheider geführt. In diesem Rohr können Bruchstücke von Kugeln liegen bleiben oder mit anderen Kugeln oder Bruchstücken verklemmen. Der Bruchabscheider selbst und die dort hinführende Rohrleitung erfordern einen erheblichen Aufwand an Strahlenschutzabschirmung. Für das Auswechseln der Platte sind groGe Öffnungen im Gehäuse des Kugelabscheiders notwendig, die während des Reaktorbetriebes abgedichtet sein müssen. Außerdem muß außerhalb des Gehäuses genügend Platz vorgesehen werden, damit diese große Platte in ihrer Ebene verschoben und ausgewechselt werden kann.passage of the fuel element. This plate is mounted in a sliding guide and can be replaced by inserting a new plate. Replacing the plate and emptying the reactor vessel is possible, but the balls are first guided through a longer pipe to a fragment separator. Fragments of balls can remain in this pipe or become jammed with other balls or fragments. The fragment separator itself and the pipe leading to it require a considerable amount of radiation protection shielding. To replace the plate, large openings are required in the housing of the ball separator, which must be sealed during reactor operation. In addition, sufficient space must be provided outside the housing so that this large plate can be moved in its plane and replaced.

In der DE-US-36 19 422.0 wird eine Vorrichtung zur Entnahme kugelförmiger Brennelemente aus einem Kugelhaufenreaktor beschrieben, mit einem am unteren Ende des Reaktorbehälters angeordneten senkrechten Abzugsrohr, mit einer Staueinrichtung und einer Umlenkung, in der die kugelförmigen Brennelemente durch Selbsthemmung, durch Reibung und durch Gravitationskräfte aufgestaut werden. Von der freien Stauoberfläche werden die Brennelemente einzeln abgesaugt und pneumatisch an einen beliebigen Ort in der Nähe des Reaktor befördert. Um dieses Absaugen der Brennelemente zu erleichtern, können sie durch Einblasen eines Gases im Bereich der Stauoberfläche aufgelockert werden. Auch diese Saugeleitung kann durch Kugelbruchstücke verstopft werden und muß mit dem daran anschließender Bruchabscheider mit erheblichem Aufwand gegen den Austritt radioaktiver Strahlung abgeschirmt werden. Eine ähnlich wirkende Abzugsvorrichtung mit einer Staueinrichtung und einem Absaugrohr wurde bereits in der DE-AS-12 23 465 beschrieben und hat die gleichen Nachteile.DE-US-36 19 422.0 describes a device for removing spherical fuel elements from a pebble bed reactor, with a vertical extraction pipe arranged at the lower end of the reactor vessel, with a damming device and a deflection in which the spherical fuel elements are dammed up by self-locking, friction and gravitational forces. The fuel elements are individually sucked out of the free damming surface and pneumatically transported to any location near the reactor. To facilitate this damming of the fuel elements, they can be loosened up by blowing a gas into the area of the damming surface. This suction line can also be blocked by spherical fragments and must be shielded against the escape of radioactive radiation with the attached fragment separator, which involves considerable effort. A similarly functioning extraction device with a storage device and an extraction pipe has already been described in DE-AS-12 23 465 and has the same disadvantages.

In the journal Atomwirtschaft 1988, page 436, a

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Kugelabzugsrohr mit Kugelkasten und Wendelabscheider für beschädigte Brennelemente beschrieben, bei dem die Lochscheibe des Wendelabscheiders die Kugeln vom untersten Punkt einer ur^erhalb eines Kugelabzugsrohrs angeordneten schrägen Fläche entnimmt. Zum Auswechseln dieser Lochscheibe muß offensichtlich der Reaktor entleert werden. Für den Fall, daß der Wendelabscheider ohne seine Lochplatte ausgebaut werden soll, muß zwischen Wendelabscheider und Lochplatte eine komplizierte, fernbedienbare Kupplung vorhanden sein.A ball extraction pipe with a ball box and spiral separator for damaged fuel elements is described, in which the perforated disk of the spiral separator removes the balls from the lowest point of an inclined surface arranged outside a ball extraction pipe. To replace this perforated disk, the reactor obviously has to be emptied. In the event that the spiral separator is to be removed without its perforated plate, a complicated, remote-controlled coupling must be present between the spiral separator and the perforated plate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Brennelementabzug für gasgekühlte Kugelhaufenreaktoren mit einem an die Kugelschüttung angrenzenden Bruchabscheider, der ohne Entleerung des Reaktorbehälters ausgebaut werden kann.The object of the present invention is a fuel element extraction system for gas-cooled pebble bed reactors with a fracture separator adjacent to the pebble bed, which can be removed without emptying the reactor vessel.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennelementabzug nach dem 1. Anspruch vorgeschlagen. Bei dieser Anordnung kann der bruchabscheider aus seinem, an das Kugelabzugsrohr angeschlossenen Gehäuse einschließlich seiner an die Kugelschüttung angrenzenden Lochplatte fernbedient ausgebaut werden, ohne daß die im Abzugsrohr und in dem darüber angeordneten Reaktorbehälter vorhandenen Kugeln auslaufen können. Bei normalem Betrieb des Bruchabscheiders werden die Brennelementkugein durch einen aus Gasdüsen austretenden Gasstrom aufgelockert und so weit angehoben, daß sie über die Kante in eine Öffnung der Lochscheibe eintreten können. Ohne diesen Gasstrom bildet sich unter dem Kugelabzugsrohr ein Schüttkegel von Kugeln, die nicht auslaufen können.To solve this problem, a fuel element discharge according to the first claim is proposed. With this arrangement, the fragment separator can be removed remotely from its housing connected to the ball discharge pipe, including its perforated plate adjacent to the ball bed, without the balls in the discharge pipe and in the reactor vessel arranged above it being able to leak out. During normal operation of the fragment separator, the fuel element balls are loosened by a gas flow emerging from gas nozzles and raised so far that they can enter over the edge into an opening in the perforated plate. Without this gas flow, a cone of balls forms under the ball discharge pipe and cannot leak out.

in weiterer Ausgestaltung nach dem 2. Anspruch wird ein an sich bekanntes Gebläse vorgesehen zur Versorgung der Gasdüsen, das z. B. über einen Filter unmittelbar aus dem Abscheider absaugt. Auf die Weise wird auch verhindert, daß in dem Kugelabzug vorhandener Staub von Kugelabrieb ins Kugelfördersystem eingebracht wird.In a further embodiment according to the second claim, a blower known per se is provided to supply the gas nozzles, which, for example, sucks directly from the separator via a filter. This also prevents dust from ball abrasion present in the ball extractor from being introduced into the ball conveyor system.

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In weiterer Ausgestaltung nach dem 3. Anspruch wird die Lochscheibe mit dem rotierenden Teil des Bruchabscheiders fest verbunder. Diese sehr zweckmäßige und einfache Konstruktion der Lochscheibe wird erst durch den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Bisher mußte diese Lochscheibe mit dem Bruchabscheider fernbedient trennbar verbunden werden, um die Kugelschüttung am Auslaufen zu hindern, wenn der Bruchabscheider ausgebaut war.In a further embodiment according to claim 3, the perforated disc is firmly connected to the rotating part of the fragment separator. This very practical and simple design of the perforated disc is only made possible by the basic idea of the present invention. Previously, this perforated disc had to be remotely connected to the fragment separator in a separable manner in order to prevent the ball filling from leaking out when the fragment separator was removed.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung unterhalb eines Reaktorbehälters eines gasgekühlten Kugelhaufenreaktors.Figures 1 and 2 show a device according to the invention beneath a reactor vessel of a gas-cooled pebble bed reactor.

Figur 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung, sowie einen nur schematisch angedeuteten Gebläsekreislauf.Figure 1 shows a vertical section through the device, as well as a blower circuit that is only schematically indicated.

Figure 2 shows a section through Figure 1.

In den Figuren 1 und 2 ist unterhalb eines nicht dargestellten Kernreaktorbehälters ein Brennelement-Abzugsrohr 1 innerhalb eines Schutzrohres 2 angeordnet, das mit dem Gehäuse 3 eines Bruchabscheiders 4 verbunden ist. Eine solche, an sich bekannte Vorrichtung ist beispielsweise in den oben erwähnten Schriften 14 48 376 und 24 06 936 beschrieben. Für die vorliegende Erfindung wesentlich ist eine an die Kugelschüttung 5 angrenzende Lochscheibe 6, mit ein oder mehreren Öffnungen 7, die jeweils zur Aufnähme einer einzelnen Kugel ausreichen. Dxe Lochscheibe 6 rotiert während des Betriebes mit waagerechter Achse und befördert die Kugeln einzeln in eine mitrotierende Wendel 9, in der Kugelbruchstücke ausgeschieden werden und in einen Bruchabzug 10 fallen, und nur die vollständigen Kugeln bis zum Gutkugelabzug 11 mitgenommen werden. Am Bruchabscheidergehäuse 3 ist ein Antriebsgehäuse 12 mit einem Motor 13 angeflanscht, das nach Lösen der Schrauben 14 mit samt Bruchabscheider 4 und Lochscheibe 6 fernbedient ausgebaut werden kann. Das Abzugsrohr 1 wird vom Gehäuse 3 getragen und setzt sich nach unten fort durch ein Mündungsteil 15 bis in die auf einem kegelförmigen Boden 16 des Gehäuses 3 liegende Kugelschüttung 5. Unterhalb des Mündungsteils 15 bilden dieIn Figures 1 and 2, a fuel element discharge pipe 1 is arranged below a nuclear reactor vessel (not shown) within a protective pipe 2 which is connected to the housing 3 of a fragment separator 4. Such a known device is described, for example, in the above-mentioned documents 14 48 376 and 24 06 936. Essential to the present invention is a perforated disk 6 adjacent to the ball bed 5, with one or more openings 7, each of which is sufficient to accommodate a single ball. The perforated disk 6 rotates on a horizontal axis during operation and conveys the balls individually into a co-rotating spiral 9, in which ball fragments are separated and fall into a fragment discharge 10, and only the complete balls are taken to the good ball discharge 11. A drive housing 12 with a motor 13 is flanged to the fragment separator housing 3, which can be removed remotely after loosening the screws 14 together with the fragment separator 4 and perforated disk 6. The exhaust pipe 1 is carried by the housing 3 and continues downwards through a mouth part 15 into the ball bed 5 lying on a conical base 16 of the housing 3. Below the mouth part 15, the

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Kugeln einen Schüttkegel, mit einem definierten Schüttwinkel, so daß die Kugeln nicht über eine vor der Lochscheibe angeordnete waagerechte Kante 17 rollen können. Damit die Kugeln 5 bei Bedarf über die Kante 17 in die Öffnung 7 der Lochscheibe 6 eindringen können, werden sie von unten mit einer Gasdüse 18 aufgelockert und angehoben. Diese Gasdüse 18, wie auch der Bruchabzug 10 und der Gutkugelabzug 11 lassen sich durch Kugelhähne 19, 20, 21 und 22 fernbedient verschließen. Seitlich am Gutkugelabzug 11 ist eine Rohrleitung angeschlossen, die über ein Ventil 24, einen Filter 25, ein Gebläse 26 und ein weiteres Ventil 27 die Gasdüse 16 versorgt.Balls form a cone of repose with a defined angle of repose so that the balls cannot roll over a horizontal edge 17 arranged in front of the perforated disk. So that the balls 5 can penetrate over the edge 17 into the opening 7 of the perforated disk 6 if necessary, they are loosened and lifted from below with a gas nozzle 18. This gas nozzle 18, as well as the broken discharge 10 and the good ball discharge 11 can be closed remotely using ball valves 19, 20, 21 and 22. A pipe is connected to the side of the good ball discharge 11, which supplies the gas nozzle 16 via a valve 24, a filter 25, a blower 26 and another valve 27.

3 Schutzansprüche 2 FIG 153 Protection claims 2 FIG 15

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Claims

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1. Fuel element extraction for gas-cooled pebble bed nuclear reactors with a fracture separator adjacent to the pebble bed below an extraction pipe with a rotatable perforated disk and an inclined surface arranged below the extraction pipe, characterized in that the lowest point of the inclined surface 16 lies below the perforated disk 6 and gas nozzles 18 open into the pebble bed below the inclined surface.

2. Device according to claim 1, characterized in that a blower 26 is present for supplying the gas nozzles 18 which sucks in from the fragment separator.

3. Fuel element according to claim 1, characterized in that the perforated disk 6 is firmly connected to the rotatable part of the fragment separator 4.

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