FR2489582A1

FR2489582A1 - Measuring liquid level esp. of foaming reactor coolant - in open=ended vertical tube with baffle plate to still foam

Info

Publication number: FR2489582A1
Application number: FR8116020A
Authority: FR
Inventors: Helmut Kiehne; Egon Schneider
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1980-09-04
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1982-03-05
Also published as: DE3033374A1; JPS5776495A

Abstract

A liquid-cooled nuclear reactor contains, in the upper part of the pressure vessel, a vertical tube (15) open at top and bottom and containing a measuring device (20) for determining the liquid level inside the tube. Pref., at a short distance below the lower end of the tube, a baffle, either in the form of a plate (19) esp. with upturned edges or in the form of a crank in the tube, is provided. Used for a water reactor, esp. a pressurised water reactor, for the fault cases in which the coolant can foam. The tube with the baffle plate at the bottom measures the liquid level after the foam has been collapsed and thus enables an accurate determn. of the coolant level to be achieved.

Description

La présente invention concerne un réacteur nucléaire refroidi par un liquide, notamment un réacteur a eau pressurisee, comportant une cuve qui sert d'enceinte au coeur du réacteur et qui contient un fluide réfrigérant, lequel est liquide au moins dans une majeure partie de la cuve du réacteur. The present invention relates to a liquid-cooled nuclear reactor, in particular a pressurized water reactor, comprising a tank which acts as an enclosure at the heart of the reactor and which contains a cooling fluid, which is liquid at least in a major part of the tank. of the reactor.

Le niveau du liquide est un élément nécessaire pour que soit assurée la dissipation de la chaleur. I1 est donc particulierement important de pouvoir l'enregistrer en cas d'incident, notamment en cas de perte de fluide réfrigérant par suite d'une fuite. Dans ce cas, l'état physique du liquide de refroidissement peut se modifier sous l'effet de variations rapides de la pression et de la temperature.Dans les réacteurs a eau pressurisée, pour lesquels la présente invention est d'une importance particulière, une baisse de pression causée par une fuite dans le circuit primaire peut, par exemple, entraîner une évaporation du fluide réfrigérant, qui peut s'accompagner d'un "écumage" de l'eau de refroidissement primaire dans la cuve du réacteur. I1 devient de ce fait tellement difficile de déterminer la quantité de liquide de refroidissement présente dans la cuve que les dispositifs de mesure usuels se révèlent défaillants. The level of the liquid is a necessary element to ensure the dissipation of heat. It is therefore particularly important to be able to record it in the event of an incident, in particular in the event of loss of refrigerant fluid following a leak. In this case, the physical state of the coolant can change under the effect of rapid variations in pressure and temperature. In pressurized water reactors, for which the present invention is of particular importance, a pressure drop caused by a leak in the primary circuit can, for example, cause the refrigerant to evaporate, which can be accompanied by "skimming" of the primary cooling water in the reactor vessel. It therefore becomes so difficult to determine the quantity of coolant present in the tank that the usual measuring devices prove to be faulty.

I1 est vrai que l'on peut, en principe, mesurer le niveau de liquide appelé "niveau contracté ou ramené a son équivalent liquide", c'est-a-dire le niveau que le liquide de refroidissement occuperait dans l'hypothèse d'un état physique uniformément "liquide", en déterminant la pression hydrostatique. Cependant, les conduites de mesures requises a cet effet nuisent a la sécurité de la cuve du réacteur, car elles doivent traverser la paroi de celle-ci pour atteindre l'air libre, et ceci pratiquement en direction horizontale, a défaut de quoi les mesures pourraient se trouver faussées par l'évaporation dans les conduites de mesure. It is true that one can, in principle, measure the level of liquid called "level contracted or reduced to its liquid equivalent", that is to say the level that the coolant would occupy on the assumption of a uniformly "liquid" physical state, determining the hydrostatic pressure. However, the measurement lines required for this purpose impair the safety of the reactor vessel, since they must pass through the wall of the latter to reach the open air, and this practically in a horizontal direction, failing which the measurements could be distorted by evaporation in the measuring lines.

La présente invention a pour objet de permettre de déterminer le niveau de liquide "contracté ou ramené a son équivalent liquide", précédemment mentionné, avec des moyens raisonnables et sans traversée de la cuve du réacteur au-dessous de la tubulure de fluide réfrigérant principal. The object of the present invention is to make it possible to determine the level of liquid "contracted or reduced to its liquid equivalent", previously mentioned, with reasonable means and without passing through the reactor vessel below the main refrigerant pipe.

Pour résoudre le problème précédemment exposé, la présente invention propose que la partie supérieure de la cuve du réacteur contienne un tube sensiblement vertical, qui soit ouvert en haut et en bas et comporte au moins un instrument de mesure destiné a déterminer le niveau de liquide a 1' intérieur du tube. To solve the problem described above, the present invention proposes that the upper part of the reactor vessel contains a substantially vertical tube, which is open at the top and at the bottom and comprises at least one measuring instrument intended to determine the level of liquid a 1 inside the tube.

Ce tube permet d'isoler, dans le fluide réfrigérant présent, en cas d'incident, dans la partie supérieure de la cuve du réacteur et qui présente différents états physiques, une colonne de fluide réfrigérant qui tient a l'écart l'écou- lement de vapeur ascendant. L'écumage qui est autrement pro voque par l'écoulement se trouve ainsi supprimé a cet endroit. This tube makes it possible to isolate, in the refrigerant present, in the event of an incident, in the upper part of the reactor vessel and which has different physical states, a column of refrigerant which keeps away the flow. rising steam. The skimming which is otherwise caused by the flow is thus suppressed at this point.

Un niveau de liquide bien défini est constitué, niveau qui correspond, avec la précision requise, au "niveau contracté ou ramené a son équivalent liquide" qu'il s'agit de déterminer. Ce niveau de liquide a l'intérieur du tube peut être déterminé par l'instrument de mesure, dont la conception est en principe indifférente.A well-defined liquid level is formed, a level which corresponds, with the required precision, to the "level contracted or reduced to its liquid equivalent" which is to be determined. This level of liquid inside the tube can be determined by the measuring instrument, the design of which is in principle indifferent.

I1 faut simplement que ledit instrument de mesure satis fasse aux exigences qui résultent de l'exploitation du réacteur. I1 doit, par conséquent, pouvoir résister aux temperatures et a la pression qui y règnent, ainsi qu'a la corrosion. It is simply necessary that said measuring instrument meet the requirements resulting from the operation of the reactor. It must therefore be able to withstand the prevailing temperatures and pressure, as well as corrosion.

Il faut en outre qu'il ait des dimensions aussi réduites que possible, pour pouvoir être logé a l'intérieur du tube, qui est, lui, un elément de construction supplémentaire et doit par conséquent présenter un encombrement minimal.It must also have dimensions as small as possible, to be able to be housed inside the tube, which is itself an additional construction element and must therefore have a minimum size.

Pour éviter qu'un écoulement faussant le niveau du liquide ne vienne a se produire dans le tube, il est prévu qu'une barrière s' étendant transversalement au sens de la longueur du tube puisse être associée a l'extrémité inférieure de celui-ci, afin que la vapeur qui monte a partir du coeur ne puisse entrer. La barrière peut notamment être constituée par une hotte ou un capot recouvrant l'extrémité du tube, mais elle peut aussi être formée par un coude dudit tube, de preférence réalisé de telle façon que l'extrémité inférieure du tube soit en U. L'orifice d'entrée est alors dirigé vers le haut, de sorte que la vapeur ascendante ne peut pas pénétrer directement dans le tube. To prevent a flow distorting the level of the liquid from occurring in the tube, it is provided that a barrier extending transversely to the direction of the length of the tube can be associated with the lower end of the latter. , so that the vapor which rises from the heart cannot enter. The barrier may in particular be constituted by a hood or a cover covering the end of the tube, but it may also be formed by an elbow of said tube, preferably made in such a way that the lower end of the tube is in U shape. inlet port is then directed upwards, so that the rising vapor cannot penetrate directly into the tube.

Le mode de réalisation de l'extrémité supérieure du tube peut aussi servir à empêcher qu'un écoulement se produise à travers le tube. I1 faut notamment que celui-ci soit rendu étanche par rapport à un espace intérieur que présente le couvercle, pour que le niveau d'eau ne puisse pas être faussé par des écoulements provenant de cet espace intérieur du couvercle ou dirigés vers lui. Seules les variations de la pression doivent être directement transmises au fluide réfrigérant contenu dans le tube. A cet effet, l'orifice de l'extrémité supérieure du tube peut aussi être constitué par un ou plusieurs petits perçages latéraux pratiqués dans la paroi du tube, tandis que la section proprement dite du tube est fermée en haut. The embodiment of the upper end of the tube can also be used to prevent flow through the tube. I1 must in particular that it is sealed relative to an interior space that has the cover, so that the water level can not be distorted by flows from this interior space of the cover or directed towards it. Only variations in pressure should be directly transmitted to the refrigerant contained in the tube. For this purpose, the orifice of the upper end of the tube can also be constituted by one or more small lateral bores made in the wall of the tube, while the actual section of the tube is closed at the top.

Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, l'extrémité supérieure du tube peut être recouverte par rapport à l'espace intérieur du couvercle. According to an additional feature of the present invention, the upper end of the tube can be covered relative to the interior space of the cover.

Comme précédemment mentionné, le niveau de liquide peut être déterminé a l'aide d'instruments de mesure de types différents. Les instruments de mesure peuvent, par exemple, prendre comme base de référence la densité du fluide réfrigérant ou d'autres propriétés physiquesoou chimiques. On connaît, par exemple, des thermomètres a résistance qui, lors d'une mesure comparative, constatent la transmission de la chaleur, qui est fonction de l'état physique du fluide réfrigérant. Pour les capteurs ou sondes qui sont prévus avec de tels instruments de mesure, un mode de réalisation de la présente invention prévoit des barrières, pour que l'instrument de mesure soit blindé ou protégé contre les écoulements du fluide réfrigérant, faute de quoi l'indication du niveau de liquide serait faussée par ces écoulements. C'est ainsi que les orifices pratiqués dans un tube-sonde, dans la zone du capteur de mesure, doivent être juste assez grands pour permettre l'entrée du liquide et une égalisation des pressions. As previously mentioned, the liquid level can be determined using measuring instruments of different types. Measuring instruments can, for example, take as a reference the density of the refrigerant or other physical or chemical properties. Resistance thermometers are known, for example, which, during a comparative measurement, observe the transmission of heat, which is a function of the physical state of the refrigerant. For the sensors or probes which are provided with such measuring instruments, an embodiment of the present invention provides barriers, so that the measuring instrument is shielded or protected against the flow of coolant, otherwise the indication of the liquid level would be distorted by these flows. Thus the orifices made in a probe tube, in the area of the measurement sensor, must be just large enough to allow the entry of the liquid and a pressure equalization.

Ceci s'applique aussi aux cloisons qui assurent l'étanchéité des capteurs dans le tube-sonde, en haut et/ou en bas.This also applies to partitions which seal the sensors in the probe tube, above and / or below.

Un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention prévoit qu'un instrument de mesure ne soit placé qu'a un endroit qui correspond à un niveau de liquide déterminé ou "niveau contracté ou ramené a son équivalent à l'état uniformément liquide", lequel notamment constitue le niveau minimal requis pour la dissipation de la chaleur et pour 'a sécurité. Un signal peut ainsi être émis lorsque cette valeur est atteinte. A titre d'exemple, une introduction supplémentaire de fluide réfrigérant de secours peut être déclenchée, tandis qu'avec des niveaux de liquide supérieurs, aucune disposition auxiliaire additionnelle n'e-st encore requise. A particularly advantageous embodiment of the present invention provides that a measuring instrument is placed only at a location which corresponds to a determined liquid level or "level contracted or brought back to its equivalent in the uniformly liquid state", which in particular constitutes the minimum level required for heat dissipation and for safety. A signal can thus be emitted when this value is reached. For example, an additional introduction of emergency refrigerant can be triggered, while with higher liquid levels, no additional auxiliary provision is still required.

La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel
- la figure 1 est une vue d'un réacteur à eau pressurisee avec sa cuve, et
- la figure 2 est une vue de détail du tube prévu par la présente invention
Le réacteur à eau pressurisée comporte un coeur 1 qui se compose, de façon connue, d'éléments combustibles 2 assembléss. Le coeur 1 est entouré d'une cuve de réacteur 3. Le panier du coeur 4 est prévu a l'intérieur de la cuve 3 et constitue avec celle-ci un espace annulaire 6. Ledit espace annulaire 6 est relié au piètement 7 des trqnçons froids d'un circuit primaire non représenté et a la face inférieure du coeur.A la face supérieure du coeur, des piètements 8, destinés au raccordement des tronçons chauds, sont reliés a ce qu'on appelle le volume supérieur 9 prévu a l'intérieur de la cuve 3. De ce fait, l'eau de refroidissement primaire, introduite par l'intermédiaire du piètement 7, peut parcourir le coeur i de bas en haut et le quitter, en tant qu'eau de refroidissement primaire réchauffée, par l'intermédiaire du piètement 8.The present invention will be better understood with the aid of the detailed description of an embodiment taken as a nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which
FIG. 1 is a view of a pressurized water reactor with its tank, and
- Figure 2 is a detail view of the tube provided by the present invention
The pressurized water reactor has a core 1 which is made up, in known manner, of fuel elements 2 assembled. The core 1 is surrounded by a reactor vessel 3. The core basket 4 is provided inside the vessel 3 and constitutes with it an annular space 6. Said annular space 6 is connected to the base 7 of the sections cold of a primary circuit not shown and on the lower face of the core. On the upper face of the core, legs 8, intended for the connection of the hot sections, are connected to what is called the upper volume 9 provided for inside of the tank 3. As a result, the primary cooling water, introduced via the base 7, can pass through the core i from bottom to top and leave it, as the primary cooling water heated, by through the base 8.

Le volume supérieur 9 est séparé de l'espace intérieur 38 du couvercle 10 par une plaque de recouvrement 37, ledit couvercle 10 étant fixé par des vis 11. Des tubulures 12 sont prevues sur le couvercle 10, tubulures sur lesquelles sont montés des mécanismes de commande permettant d'actionner des barres de contrôle ou de commande 13, qui servent, de façon connue, à la régulation de la puissance. The upper volume 9 is separated from the interior space 38 of the cover 10 by a cover plate 37, said cover 10 being fixed by screws 11. Tubing 12 is provided on the cover 10, tubing on which are mounted control allowing actuation of control or command bars 13, which serve, in a known manner, for regulating power.

Dans le cas d'exploitation normale, la cuve 3 du réacteur, ainsi que la totalité du circuit primaire, non représenté sur le dessin annexé, sont remplies d'eau a une pression de 160 bars, par exemple, pour une température comprise entre 280 et 3200C, qui sert de fluide réfrigérant. Cependant, en cas d'incident, il peut se produire une perte de fluide réfrigérant lorsqu'il y a une fuite dans le circuit primaire. In the case of normal operation, the reactor vessel 3, as well as the entire primary circuit, not shown in the appended drawing, are filled with water at a pressure of 160 bars, for example, for a temperature between 280 and 3200C, which serves as the refrigerant. However, in the event of an incident, there may be a loss of refrigerant when there is a leak in the primary circuit.

De ce fait, la quantité de fluide réfrigérant présente dans la cuve 3 du réacteur diminue. En outre, il se produit une évaporation de ce fluide, ainsi qu'un écumage, lorsque la vapeur qui monte à partir du coeur 1 du réacteur crée des turbulences dans le liquide par suite de l'intensité de l'écoulement. il est également important de contrôler la quantité de fluide réfrigérant présente dans la cuve 3 du réacteur, afin que celle-ci soit toujours au moins suffisante pour assurer la dissipation de la chaleur des éléments combustibles 2.As a result, the amount of refrigerant present in the tank 3 of the reactor decreases. In addition, there is an evaporation of this fluid, as well as a skimming, when the vapor which rises from the core 1 of the reactor creates turbulence in the liquid as a result of the intensity of the flow. it is also important to control the amount of refrigerant present in the tank 3 of the reactor, so that it is always at least sufficient to ensure the dissipation of the heat from the fuel elements 2.

Dans le cas de la présente invention, le volume supérieur 9 contient un tube vertical 15, dont le diamètre est, par exemple, d'environ 70 mm, et qui s'étend approximativement de la grille supérieure 16, en forme de plaque, de la charpente du coeur, jusqu'à la plaque de recouvrement 37. In the case of the present invention, the upper volume 9 contains a vertical tube 15, the diameter of which is, for example, about 70 mm, and which extends approximately from the upper grid 16, in the form of a plate, of the frame of the heart, up to the cover plate 37.

A son'extrémité supérieure, le tube 15 est relié au volume supérieur 9 par l'intermédiaire de perçages 17. Son extrémité inférieure 18 est complètement ouverte, mais une barrière 19, qui empêche un écoulement direct vers l'intérieur du tube, y est prevue. At its upper end, the tube 15 is connected to the upper volume 9 by means of bores 17. Its lower end 18 is completely open, but a barrier 19, which prevents direct flow towards the interior of the tube, is there. planned.

En 20 est esquissé un instrument de mesure du niveau de liquide, dont la conduite de mesure 21 passe vers l'extérieur, par une traversée 22 ménagée dans le couvercle 10, sous la forme d'un tube de protection ou d'un tube-sonde décrit ciaprès. Ainsi que cela est esquissé par la fleche 23, la conduite de mesure 21 mène a un poste de contrôle, ou le fonctionnement du réacteur a eau pressurisée est surveillé et commandé, ainsi qu'à une installation de protection qui peut déclencher des dispositifs de secours pour le refroidissement. At 20 is sketched an instrument for measuring the level of liquid, the measuring line 21 of which passes outward, through a passage 22 formed in the cover 10, in the form of a protective tube or a tube- probe described below. As shown by arrow 23, the measurement line 21 leads to a control station, where the operation of the pressurized water reactor is monitored and controlled, as well as to a protection installation which can trigger emergency devices. for cooling.

On constate sur la figure 2 que l'extrémité inférieure 18 du tube 15 est recouverte d'une hotte ou d'un capot 24 en forme de voûte, qui constitue la barrière 19 contre l'écoulement. La fente 25 ménagée entre la hotte 24 et l'extrémité 18 du tube doit en tout état de cause être sensiblement plus petite que le diametre du tube. It can be seen in FIG. 2 that the lower end 18 of the tube 15 is covered with a hood or a hood 24 in the form of an arch, which constitutes the barrier 19 against flow. The slot 25 formed between the hood 24 and the end 18 of the tube must in any event be substantially smaller than the diameter of the tube.

La figure 2 indique en outre que l'instrument de mesure 20 comporte deux thermomètres a resistance 27 et 28, disposés dans un tube-sonde 29. L'un des thermomètres a résistance, qui porte la référence numérique 28, contient un dispositif de chauffage 30, à l'aide duquel une quantité de chaleur bien définie est introduite, par exemple sous forme d'énergie électrique par l'intermédiaire de fils d'alimentation 31. La dissipation de cette chaleur détermine la difference de température entre les thermomètres a resistance 28 et 29, différence qui est communiquée a l'extérieur a l'aide des fils de mesure 32 et 33.Etant donné que la densité du fluide réfrigérant joue un rôle determinant dans la dissipation de la chaleur, on peut, de cette manière, établir si un niveau de liquide en baisse a atteint le niveau de l'instrument de mesure 20 ou non. FIG. 2 further indicates that the measuring instrument 20 comprises two resistance thermometers 27 and 28, arranged in a probe tube 29. One of the resistance thermometers, which bears the reference numeral 28, contains a heating device 30, with the aid of which a well-defined amount of heat is introduced, for example in the form of electrical energy via supply wires 31. The dissipation of this heat determines the temperature difference between resistance thermometers 28 and 29, difference which is communicated to the outside by means of the measurement wires 32 and 33. Since the density of the refrigerant plays a determining role in the dissipation of heat, one can, in this way, establish whether a falling liquid level has reached the level of the measuring instrument 20 or not.

La figure 2 montre aue, dans le cas de la présente invention, l'instrument de mesure 20 est protégé contre des écoulements indésirables du fluide réfrigérant, par le fait que les thermomètres à résistance 27 et 28, avec le dispositif de chauffage 30, ne sont reliés a l'intérieur 36 du tube 15 que par de petits perçages 35. En outre, une barrière 39 empêche que des écoulements passent a l'intérieur 40 du tubesonde 29. FIG. 2 shows that, in the case of the present invention, the measuring instrument 20 is protected against unwanted flow of the refrigerant, by the fact that the resistance thermometers 27 and 28, with the heating device 30, do not are connected to the interior 36 of the tube 15 only by small holes 35. In addition, a barrier 39 prevents flows from passing inside the tube 40.

Dans le présent exemple de réalisation, un seul instrument de mesure 20 est prévu pour déterminer le niveau de liquide minimum. Cet instrument est monté a l'endroit correspondant au niveau de liquide souhaité pour garantir une saure dissipation de la chaleur. L'alimentation en fluide réfrigérant de secours peut, par conséquent, être déclenchée en cas de réaction ou de reponse de l'instrument de mesure 20. In the present exemplary embodiment, a single measuring instrument 20 is provided for determining the minimum liquid level. This instrument is mounted at the location corresponding to the desired level of liquid to guarantee heat dissipation. The emergency coolant supply can therefore be triggered if the measuring instrument 20 reacts or responds.

La présente invention peut cependant aussi être réalisée de'telle manière que plusieurs instruments de mesure soient répartis sur la hauteur du tube 15. En outre, et pour des raisons de sécurité, on peut prévoir une disposition redondante pour les instruments de mesure. The present invention can however also be implemented in such a way that several measuring instruments are distributed over the height of the tube 15. In addition, and for safety reasons, a redundant arrangement can be provided for the measuring instruments.

La présente invention est applicable a tous les liquides de refroidissement dont l'état physique peut se modifier, en cas d'incident, mais dont le niveau doit être maintenu a une valeur bien définie pour assurer une dissipation de chaleur suffisante. Ceci s'applique, de façon genérale, a des récipients dans lesquels les liquides peuvent écumer par suite de la présence de vapeurs ou de gaz ascendants et où l'existence du "niveau de liquide contracte ou ramené a son équivalent à l'étant uniformément liquide" doit neammoins être constatée par un instrument de mesure prévu dans le récipient. The present invention is applicable to all coolants whose physical state can change in the event of an incident, but whose level must be maintained at a well-defined value to ensure sufficient heat dissipation. This applies, generally, to receptacles in which liquids can foam due to the presence of ascending vapors or gases and where the existence of the "level of liquid contracts or reduces to its equivalent to being uniformly liquid "must nevertheless be ascertained by a measuring instrument provided in the container.

Claims

1.- Nuclear reactor cooled by a liquid, in particular a pressurized water reactor, comprising a tank which acts as an enclosure at the heart of the reactor and which contains a cooling fluid, which is liquid at least in a major part of the reactor tank, characterized in that the part of the reactor vessel (3) contains a substantially vertical tube (15), which is open at the top and at the bottom and comprises at least one measuring instrument (20) intended to determine the level of liquid to be the interior (36) of the tube.

2. A nuclear reactor cooled by a liquid according to claim 1, characterized in that a barrier (19) extending transversely to the direction of the length of the tube (15) is associated with the lower end (18) of that -this.

3. A nuclear reactor cooled by a liquid according to claim 2, characterized in that the barrier (19) consists of a hood or a cover (24) covering the end (18) of the tube.

4. A nuclear reactor cooled by a liquid according to claim 2, characterized in that the barrier (19) is formed by a bend in the tube.

5. A nuclear reactor cooled by a liquid according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the orifice of the upper end of the tube consists of one or more lateral bores (17) formed in the wall of the tube.

6. A nuclear reactor cooled by a liquid according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the upper end of the tube is covered relative to the interior space (38) of the cover.

7. A nuclear reactor cooled by a liquid according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring instrument (20) is shielded or protected against the flow of coolant.

8. A liquid-cooled nuclear reactor according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a measuring instrument (20) is only placed at a location which corresponds to a determined level of liquid, including the minimum level required for heat dissipation.