WO1993004481A1 - Sekundärseitiges nachwärmeabfuhrsystem für druckwasser-kernreaktoren - Google Patents

Sekundärseitiges nachwärmeabfuhrsystem für druckwasser-kernreaktoren Download PDF

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WO1993004481A1
WO1993004481A1 PCT/DE1992/000665 DE9200665W WO9304481A1 WO 1993004481 A1 WO1993004481 A1 WO 1993004481A1 DE 9200665 W DE9200665 W DE 9200665W WO 9304481 A1 WO9304481 A1 WO 9304481A1
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WO
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steam generator
ski
safety
feed water
heat removal
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Application number
PCT/DE1992/000665
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English (en)
French (fr)
Inventor
Pramod Batheja
Otto Gremm
Werner Leidemann
Jürgen WIRKNER
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to DE59206192T priority patent/DE59206192D1/de
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • post-heat also known as post-decay heat
  • the secondary side is used to remove the residual heat - in almost all operational and malfunction cases ⁇ - at least in the initial phase; this is done by supplying the steam generator with feed water and by
  • a previously known concept for secondary side heat removal in the systems of pressurized water core reactors provides for an emergency feed system for the control of malfunctions on the secondary side supply side of the steam generator and a steam blow-off device with blow-off control and safety valve on the discharge side.
  • the after-heat removal operation is initiated by opening conventional shut-off valves (reducing valves, shut-off valves).
  • the present invention is based on the object of designing the supply of the safety capacitor (SIKO) on its tertiary side and the secondary-side SIKO circuit in such a way that the start-up of the heat transfer by the safety capacitor means that pumps are switched on and / or opened of conventional shut-off fittings is not required, as a result of which the inherent safety of the post-heat removal system can be increased.
  • SIKO safety capacitor
  • the subject of the invention is a secondary-side post-heat removal system for a pressurized water nuclear reactor, a) with a steam generator which is connected to a primary loop of the nuclear reactor with the primary side of its heat-exchanging tubes, b) with a safety condenser, one side of which is connected via circuit lines to the secondary side of the steam generator, the other (tertiary) side of the safety condenser being able to flow through a tertiary medium to cool its secondary side, and the safety condenser being located higher than the steam generator, c) with a swirl chamber valve with supply connection, outlet and control connection, which is switched on with its internal current path leading from the supply connection to the outlet, into a cold line of the circuit line leading from the safety condenser to a feed water connection of the steam generator gene, where d) the control connection of the swirl chamber valve serves to shut off the internal flow path with a secondary pressure control pressure which can be tapped off in normal operation of the steam generator, in the after-
  • the control connection of the swirl chamber valve is connected to a pressure-side feed water line part downstream of the main feed water pump.
  • the height difference between the safety condenser and steam generator is dimensioned in order to achieve natural circulation in the secondary circuit leading over the secondary side of the steam generator and safety condenser in the after-heat removal operation, so that when the main feed water pump is switched off, the vortex chamber valve is reduced due to the lowered Control pressure at the control connection can be freely activated and a circuit flow in the secondary circuit can be set in motion via the swirl chamber valve. Natural circulation can also be switched off by switching off other pumps, e.g. of the start-up and shutdown pumps.
  • a water storage container is provided for feeding the tertiary side of the safety condenser, which is arranged geodetically higher than the safety condenser and its tertiary inlet via a parallel connection, consisting of a minimum quantity line with shut-off valve in one branch and a control valve in the other branch, which is connected to the water reservoir.
  • the tertiary medium evaporating in the safety condenser is expediently blown out via a blow-off line over the roof.
  • the arrangement of a safety condenser and a water storage container can be made particularly compact in that, according to claim 5, the tube bundle of the safety condenser in the water reservoir
  • Water storage container is arranged so that a combined safety condenser / water storage container is formed, the outlet of the swirl chamber valve opening into the secondary chamber of the steam generator via a control valve which is open during normal operation of the steam generator, the control valve basically also between the safety condenser and Swirl chamber valve can be arranged. This is therefore open during normal (normal) operation and must first be operated to regulate the capacity of the safety capacitor.
  • Figure 1 shows a post-heat dissipation system in the section of the essential components and piping with
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a post-heat removal system in which the safety condenser and the water reservoir form a structural unit
  • FIG 3 shows a perspective view in a transparent representation of a single swirl chamber valve in which the control connection is not acted upon and therefore there is a largely unrestricted flow connection between the supply connection and the outlet, and
  • FIG. 4 in a representation corresponding to FIG. 3, a swirl chamber valve, in which the tangentially opening control connection acts and a control pressure counteracting the supply pressure is therefore generated, which significantly increases the flow resistance from the supply line to the outlet.
  • the post-heat removal system according to Figure 1 belongs e.g. to a pressurized water nuclear reactor in a four-loop primary circuit arrangement, i.e. the reactor R has four primary loop loops (primary loops), which are denoted by L1 to L4 and are shown only in the primary loop L1
  • Steam generator Dl each assigned a main coolant pump P1.
  • the invention is of course also applicable to three-loop or two-loop systems. All primary loops L1 to L4 are of the same design.
  • the hot strand rl leads from the reactor R to the primary chamber 1 of the steam generator Dl, the tube bundle with Wl and the secondary came with 2 are designated.
  • the recooled primary medium is fed back into the nuclear reactor via the cold branch r2 and the main coolant pump P1 into the nuclear reactor via its inlet port (not shown).
  • the primary medium 1.1 circulates through the tube bundle Wl and fills it out (schematically indicated by cross-hatching on the diagonal line symbolizing the tube bundle Wl), the primary-side pressure is, for example, 155 bar, the secondary-side pressure, for example, 64 bar.
  • the level of the secondary medium 2.1 in the secondary chamber 2 is designated 2.0.
  • a wet steam separator or steam dryer (not shown) is arranged.
  • the live steam generated enters the live steam line d1 and from here via a live steam valve (not shown) to the steam turbine, also not shown, and the further components and pipelines of the secondary-side heat cycle of the nuclear power plant.
  • the steam generator Dl (and accordingly also the steam generators (not shown) of the other loops L2 to L4) is, apart from its operational live steam line dl and the feed water line d5, via the circuit lines dl (up to branch point 4), d2 (these two line parts dl, d2 form the hot line) and, via the line parts d3, d4 of the circuit lines forming the cold line, are connected to one side of a safety condenser SKI, which has a tube bundle W2 schematically indicated by a diagonal line (just like the steam generator D1).
  • the Kreislaufleitun ⁇ gene dl to d4 which connect the secondary sides of the steam generator Dl and the safety capacitor SK 1 (abbreviated: SIKO), will be referred to as SIKO-Kreislauf ein, and the safety capacitor itself as SIKO.
  • the feed water is fed into the secondary chamber 2 by means of the feed water line d5 from a main feed pump P2 via a check valve A2.
  • the SIKO SKI is on its other (tertiary) side for cooling the in the SIKO circuit dl-d4 (this
  • Secondary circuit is designated as a whole with N1) circulating secondary medium by supplying a cooling medium (Deionat) set up, which will be discussed in more detail.
  • a cold line d3-d4 of the SIKO circuit N1 or the SIKO circuit lines dl-d4 with its line part d3 to a supply connection S of the swirl chamber valve WV is a cold line d3-d4 leading from the SIKO SKI to a feed water connection 5 of the lower-lying steam generator Dl out, the control connection C of which is connected to a pressure-side feed water line part d51 downstream of the main feed water pump P2 and connected via d51 to the feed water line d5 at the connection point 6.
  • the outlet E of the swirl chamber valve WV opens via the line part d4 in the area of the connection point 5 into the secondary chamber 2, i.e. in their inflow space filled by the feed water 2.1.
  • the height difference between the SIKO SKI and the steam generator Dl i.e. in particular the height difference of the heights 7.0 and the mirror height 2.0 of the feed water 2.1 in the secondary chamber 2 is dimensioned such that a natural circulation through the SIKO circuit N1 or its corresponding circuit lines dl-d4 are achieved during the after-heat removal operation can.
  • This height difference is indicated schematically by dashed mirror level lines and the distance arrow 8.
  • a mirror height spacing 8 on the order of approximately 2 m is sufficient.
  • the vortex chamber valve WV exists, cf. 3 and 4, from a flat hollow cylindrical housing 9 with three openings cl, sl and el and each with a tangential connecting piece 10 connected to it, radial connecting piece 11 and axial connecting piece 12.
  • the tangential control connection C or the radial supply connection S or the axial outlet E are formed.
  • the supply current Qs supplied through the radial opening sl becomes not disturbed without or with only a small control current Q ⁇ and leaves the swirl chamber 13 through the axially arranged outlet or the outlet nozzle E as the outlet flow Qe (see arrow fl in FIG. 3).
  • the water storage container B with its water reservoir 14, the mirror height of which is designated 14.0, is arranged geodetically higher than the SIKO SKI and via the parallel connection of a minimum quantity line bl with shut-off valve (AO) and one connected in parallel to the minimum quantity line bl Line branch bll with control valve AI connected to the inlet 15 of the SIKO SKI on the tertiary side.
  • a level of the water reservoir 16.1 in the tertiary chamber 16 which arises during the after-heat removal operation is designated 16.0, a discharge line connected to the tertiary chamber 16 for the evaporating tertiary medium with b2.
  • the evaporated tertiary medium can be blown out through the roof, a steam-wet separator (also not shown), the condensate of which can flow into the water storage container B via a return line (not shown).
  • the secondary circuit of the SIKO SKI which is synonymous with the SIKO circuit Nl, and the tertiary side of the SIKO SKI should also be ready with condensate or deionized water.
  • a small circulation in the secondary circuit of the SIKO SKI should also be avoided, which is done by blocking the swirl chamber valve WV by means of the tangential control current Qc via the control connection C.
  • the required control current Qc is applied in power operation or in the start-up and shutdown operation of the system by the main feed water pump P2 or the start-up and shutdown pumps (not shown).
  • the control valve AI is provided, which is in the open position during normal operation and is regulated according to the requirements of the system.
  • the lowering level in the water storage container B has a supporting effect on the control.
  • the volume of this container B is to be designed large enough so that a post-heat removal operation of preferably at least 24 hours can be maintained.
  • the tube bundle W2 of the SIKO SK2 is integrated into the water reservoir 14 of the water reservoir B, so that a combined SIKO / water reservoir SK2 / B is formed.
  • the outlet E of the swirl chamber valve WV opens into the feed water inflow space or the secondary chamber 2 of the steam generator D1 via a control valve A3 which is open during normal operation of the steam generator, the control valve basically being able to be switched on between SIKO SK2 and the swirl chamber valve WV.
  • This circuit is regulated in the condensate return by condensate accumulation in the tube bundle W2 of the safety condenser SK2. Otherwise, the function of the circuit according to FIG. 2 is analogous to that according to FIG.

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Abstract

Ein sekundärseitiges Nachwärmeabfuhrsystem für einen Druckwasserreaktor (R) dient dazu, in bestimmten Betriebs- und Störfällen die Nachwärme über die Sekundärseite eines Dampferzeugers (D1) abzuführen. Hierzu hat der jeweilige Dampferzeuger (D1) eine frischdampf- und speisewasserseitige Verbindung (d1-d2, d3) zur Sekundärseite eines Sicherheitskondensators (SK1), wobei die speisewasserseitige Verbindung (d3) zu dem Versorgungsanschluß (S) eines Wirbelkammerventils (WV) geführt wird, dessen Steueranschluß (C) mit einem druckseitigen Speisewasserleitungsteil (d51) gefälleabwärts der Hauptspeisewasserpumpe (P2) verbunden ist und dessen Auslaß (E) in den Speisewasserzuflußraum (C2) des Dampferzeugers (D1) mündet. Die Tertiärseite des Sicherheitskondensators (SK1) wird aus einem geodätisch höher angeordneten Wasservorratsbehälter (B) gespeist; der erzeugte Dampf wird über eine Abblaseleitung (b2) - gegebenenfalls mit Abscheideeinrichtung - an die Atmosphäre abgeführt. Aufgrund der geodätisch höheren Anordnung des Sicherheitskondensators (SK1) zum Dampferzeuger (D1) erfolgt der sekundärseitige Energietransport durch Naturumlauf.

Description

Se undärseitiges Nachwär eabfuhrsyste für Druckwasser-Kernreaktoren
Nach dem Abschalten von Kernreaktoren fällt bei allen Betriebs - und Störfällen die sogenannte Nachwärme, auch Nachzerfallswärme genannt, an. Bei Druckwasser-Kernreak¬ toren wird zur Abfuhr der Nachwärme - nahezu in allen Betriebs- und Störfälleή - zumindest in der Anfangsphase die Sekundärseite herangezogen; dies erfolgt durch Be- speisung der Dampferzeuger mit Speisewasser und durch
Abgabe der im Dampferzeuger von seiner Primärseite auf die Sekundärseite über sein Rohrbündel übertragenen Energie- direkt oder indirekt an die Umgebung.
Ein bisher bekanntes Konzept zur sekundärseitigen Nach- wärmeabfuhr bei den Anlagen von Druckwasserkernreaktoren sieht für die Beherrschung von Störfällen auf der sekun- därseitigen Bespeisungsseite der Dampferzeuger ein Not¬ speisesystem und auf der Abgabeseite eine Dampfabblase- einrichtung mit Abblaseregel- und Sicherheitsventil vor.
Dies geht z.B. hervor aus der DE-B2-24 59 150 (1) oder aus der EP-A3-0 004167 (2). In (1) ist dargestellt, daß der jeweilige Dampferzeuger mit seiner Sekundärseite außer an seine betriebsmäßigen Speisewasser- und Frischdampfleitun- gen über Notkühl-Kreislaufleitungen mit Kondensatrückspei¬ sepumpe an die eine Seite eines Sicherheitskondensators angeschlossen ist. Dieser Sicherheitskondensator, dort als Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher bezeichnet und mit einer zusätzlichen Kondensatkühlung ausgerüstet, kann gegebenen- falls durch ein Wasservorlage-Becken ersetzt werden. Ein solches ist in (2) dargestellt; es dient zum Abblasen des zu kühlenden sekundärseitigen Dampfes, wobei die Wasser¬ vorlage durch wärmetauschende Rohre, die an einen Kühl¬ kreislauf angeschlossen sind, gekühlt wird. Der sekundär- seitige Dampf wird durch das Abblasen in die Wasservorlage gekühlt und kondensiert, das Kondensat wird über eine Kondensatrückspeisepumpe der Sekundärseite des Dampfer- zeugers, d.h. seiner. Speisewasserraurr,, wieαer zugeführt.
Bei (1) und (2) wird der Nachwärmeabfuhrbetrieb durch das Öffnen von konventionellen Absperrarmaturen (Reduzierven¬ tilen, Absperrventilen) eingeleitet.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Bespeisung des Sicherheitskondensators (SIKO) auf seiner Tertiärseite und den sekundärseitigen SIKO-Kreislauf so zu gestalten, daß zum Ingangsetzen der Nachwär eabfuhr durch den Ξi cherheitskondensator das Einschalten von Pum¬ pen und/oder das Öffnen von konventionellen Absperrarma- turen nicht erforderlich ist, wodurch die inhärente Sicher¬ heit des Nachwärmeabfuhrsystems erhöht werden kann.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist Gegenstand der Erfin¬ dung ein sekundärsei tiges Nachwärmeabfuhrsystem für einen Druckwasser-Kernreaktor , a) mit einem Dampferzeuger, der in eine Primärschleife des Kernreaktors mit der Primärseite seiner wärmetau- sehenden Rohre eingeschaltet ist, b) mit einem Sicherheitskondensator, an dessen eine Seite über Kreislauf leitungen der Sekundärseite des Dampf¬ erzeugers angeschlossen ist, wobei die andere (tertiä¬ re) Seite des Sicherheitskondensators zur Kühlung seiner Sekundärseite von einem Tε rtiärmedium durch¬ strömbar ist und wobei der Sicherheitskondensator höher gelegen ist als der Dampferzeuger, c) mit einem Wirbelkammerventil mit Versorgungsanschluß, Auslaß und Steueranschluß, welches mit seinem vom Ver- sorgungsanschluß zum Auslaß führenden internen Strom¬ pfad eingeschaltet ist in einen vom Sicherheitskonden¬ sator zu einem Spεisewasseranschluß des Dampferzeugers führenden kalter, Strang der Kreislaufleitungen, wobei d) der Steueranschluß des Wirbelkammerventils dazu dient, mit einem im Normalbetrieb des Dampferzeugers abqreifbaren sekundärseitigen Steuerdruck αen interne Strömungspfad abzusperren, im Nachwärmeabfuhrbetrieb dagegen, wenn der Steuerdruck abfällt oder verschwin¬ det, freizugeben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Steuer- anschluß des Wirbelkammerventils mit einem druckseitigen Speisewasserleitungsteil gefälleabwärts der Hauptspeise¬ wasserpumpe verbunden. Insbesondere ist nach der Erfin¬ dung die Höhendifferenz zwischen Sicherheitskondensator und Dampferzeuger zur Erzielung eines Naturumlaufs in dem über die Sekundärseite von Dampferzeuger und Sicherheits¬ kondensator führenden Sekundärkreis im Nachwärmeabfuhr¬ betrieb bemessen, so daß bei abgeschalteter Hauptspeise¬ wasserpumpe das Wirbelkammerveπtil aufgrund des abgesenk¬ ten Steuerdrucks am Steueranschluß frei schaltbar und eine Kreislaufströmung im Sekundärkreis über das Wirbelkammer¬ ventil in Gang setzbar ist. Der Naturumlauf kann auch durch Abschalten anderer Pumpen, z.B. der An- und Abfahr¬ pumpen, in Gang gesetzt werden.
Weitere Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprü¬ chen 4 und 5 angegeben. Für den Naturumlauf ist ein Ab¬ stand der beiden Wassersäulen-Spiegelhöhen von Sicherheits¬ kondensator (z.B. Kondensatsammler) und Dampferzeuger in der Größenordnung von ca. 2 m ausreichend.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die passiven Eigenschaften des Nach- wärmeabfuhrsystems verbessert sind. Der Naturumlauf wird selbsttätig-passiv ohne aktive Betätigung von Armaturen angefacht, die Zufuhr des (tertiären) Kühlmediums zum
Sicherheitsikondensator erfolgt ohne Pumpen. Die Betätigung einer Regelarmatur ist erst zur Kuhlleistungs- bzw. Mengen¬ regelung erforderlich, wenn sich der Naturumlauf einge¬ stellt hat. Gemäß der Weiterbildung der Erfindung ist ein Wasservor¬ ratsbehälter zur Bespeisung der tertiären Seite des Sicher¬ heitskondensators vorgesehen, welcher geodätisch höher als der Sicherheitskoπdensator angeordnet und dessen tertiär- seitiger Zulauf über eine Parallelschaltung, bestehend aus einer Mindestmengenleitung mit Absperrarmatur in einem Zweig und einer Regelarmatur im anderen Zweig, mit dem Wasservorratsbehälter verbunden ist. Das im Sicherheits¬ kondensator verdampfende Tertiärmedium wird zweckmäßig über eine Abblaseleitung über Dach ausgeblasen.
Die Anordnung eines Sicherheitskondensators und eines Wasservorratsbehälters kann dadurch besonders kompakt gestaltet werden, daß gemäß Anspruch 5 das Rohrbündel des Sicherheitskondensators in der Wasservorlage eines
Wasservorratsbehälters angeordnet ist, so daß ein kombi¬ nierter Sicherheitskondensator/Wasservorratsbehälter ge¬ bildet ist, wobei der Auslaß des Wirbelkammerventils in die Sekundärkammer des Dampferzeugers über eine im Normal- betrieb des Dampferzeugers offene Regelarmatur mündet, wobei die Regelarmatur grundsätzlich auch zwischen Sicher¬ heitskondensator und Wirbelkammerventil angeordnet sein kann. Diese ist also bei bestimmungsgemäßem (Normal-)Be- trieb offen und muß erst zur Leistungsregelung des Sicher- heitskondensators betätigt werden.
Im folgenden werden anhand mehrerer, in der Zeichnung dar¬ gestellter Ausführungsbeispiele weitere Merkmale und Vor¬ teile der Erfindung sowie die Wirkungsweise von nach der Erfindung konzipierten Schaltungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Figur 1 ein Nachwärmeabfuhrsystem im Ausschnitt der wesentlichen Komponenten und Rohrleitungen mit einem
Dampferzeuger, der zu einem nicht dargestellten Druck- wasserkernkraftwerk gehört, einem Sicherheitskoπdensator und einem Wasservorratsbehälter (Deionatbehälter) ,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Nachwärme- abfuhrsystem, bei welchem der Sicherheitskondensator und der Wasservorratsbehälter eine Baueinheit bilden,
Figur 3 perspektivisch in transparenter Darstellung ein einzelnes Wirbelkammerventil, bei welchem der Steueran- Schluß nicht beaufschlagt und deshalb eine weitgehend un- gedrosselte Strömungsverbindung zwischen Versorgungs¬ anschluß und Auslaß besteht, und
Figur 4 in entsprechender Darstellung zu Figur 3 ein Wir- belkammerventil, bei dem der tangential einmündende Steuer¬ anschluß beaufschlagt und deshalb ein dem Versorgungs¬ druck entgegenwirkender Steuerdruck erzeugt wird, der den Durchflußwiderstand von der Versorgungsleitung zum Auslaß wesentlich erhöht.
Das Nachwärmeabfuhrsystem nach Figur 1 gehört z.B. zu einem Druckwasser-Kernreaktor in Vier-Loop-Primärkreisanordnung, d.h. dem Reaktor R ist in vier Primärkreisloops (Primär¬ schleifen), die mit Ll bis L4 bezeichnet und vollständig nur bei der Primärschleife Ll dargestellt sind, je ein
Dampferzeuger Dl mit je einer Hauptkühlmittelpumpe Pl zu¬ geordnet. Die Erfindung ist naturgemäß auch bei Drei-Loop- oder Zwei-Loop-Anlagen anwendbar. Alle Primärschleifen Ll bis L4 sind gleichartig ausgebildet. Bei der ausführlicher dargestellten Primärschleife Ll führt der heiße Strang rl vom Reaktor R zur Primärkammer 1 des Dampferzeugers Dl, dessen Rohrbündel mit Wl und dessen Sekundär kam mer mit 2 bezeichnet sind. Von der Primärkammer 1 wird über den kal¬ ten Strang r2 und die Hauptkühlmittelpumpe Pl das rückge- kühlte Primärmedium in den Kernreaktor über dessen (nicht dargestellten) Einlaßstutzen zurückgespeist. Das Primär- medium 1.1 zirkuliert durch das Rohrbündel Wl und füllt dieses aus (schematisch durch Querstrichelung an der das Rohrbündel Wl symbolisierenden Diagonallinie angedeutet), der primarseitige Druck beträgt z.B. 155 bar, der sekundär- seitige z.B. 64 bar. Der Spiegel des Sekundärmediums 2.1 in der Sekundärkammer 2 ist mit 2.0 bezeichnet. Oberhalb des Spiegels 2.0 befindet sich ein Dampfraum 2.2, in wel¬ chem (nicht dargestellte) Dampfnässeabscheider oder Dampf¬ trockner angeordnet sind. Über den Dampfdom 3 gelangt der erzeugte Frischdampf in die Frischdampfleitung dl und von hier über ein Frischdampfventil (nicht dargestellt) zur ebenfalls nicht dargestellten Dampfturbine und den weite¬ ren Komponenten und Rohrleitungen des sekundärseitigen Wärmekreislaufs des Kernkraftwerks.
Der Dampferzeuger Dl (und dementsprechend auch die nicht dargestellten Dampferzeuger der anderen Loops L2 bis L4) ist außer an seine betriebsmäßige Frischdampfleitung dl und die Speisewasserleitung d5, über die Kreislaufleitun- gen dl (bis zum Verzweigungspunkt 4), d2 (diese beiden Leitungsteile dl, d2 bilden den heißen Strang) und über die den kalten Strang bildenden Leitungsteile d3, d4 der Kreislaufleitungen an die eine Seite eines Sicherheits¬ kondensators SKI angeschlossen, der ein (genauso wie beim Dampferzeuger Dl) durch eine diagonale Linie schematisch angedeutetes Rohrbündel W2 aufweist. Die Kreislaufleitun¬ gen dl bis d4 , welche die Sekundärseiten des Dampferzeu¬ gers Dl und des Sicherheitskondensators SK 1 (abgekürzt: SIKO) miteinander verbinden, werde im folgenden als SIKO- Kreislaufleitungeπ bezeichnet, und der Sicherheitskondensa¬ tor selbst als SIKO. Mittels der Speisewasserleitung d5 wird von einer Hauptspeisepumpe P2 über eine Rückschlag¬ klappe A2 das Speisewasser in die Sekundärkammer 2 geför¬ dert. Der SIKO SKI ist auf seiner anderen (tertiären) Seite zur Kühlung des im SIKO-Kreislauf dl-d4 (dieser
Sekundärkreis ist als Ganzes mit Nl bezeichnet) zirkulie¬ renden Sekundärmediums durch Zufuhr eines Kühlmediums (Deionat) eingerichtet, worauf noch näher eingegangen wird.
Nach der Erfindung ist ein vom SIKO SKI zu einem Speise- Wasseranschluß 5 des tiefer gelegenen Dampferzeugers Dl führender kalter Strang d3-d4 des SIKO-Kreislaufs Nl bzw. der SIKO-Kreislaufleitungen dl-d4 mit seinem Leitungsteil d3 zu einem Versorgungsanschluß S des Wirbelkammerventils WV geführt, dessen Steueranschluß C mit einem druckseiti- gen Speisewasserleitungsteil d51 gefälleabwärts der Haupt¬ speisewasserpumpe P2 verbunden und über d51 an die Speise¬ wasserleitung d5 an der Anschlußstelle 6 angeschlossen ist. Der Auslaß E des Wirbelkammerventils WV mündet über den Leitungsteil d4 im Bereich der Anschlußstelle 5 in die Sekundärkammer 2, d.h. in deren vom Speisewasser 2.1 ausge¬ füllten Zuflußraum. Die Höhendifferenz zwischen dem SIKO SKI und dem Dampferzeuger Dl, d.h. insbesondere die Höhen¬ differenz der Höhen 7.0 und der Spiegelhöhe 2.0 des Speise¬ wassers 2.1 in der Sekundärkammer 2, ist so bemessen, daß während des Nachwärmeabfuhrbetriebs ein Naturumlauf durch den SIKO-Kreislauf Nl bzw. dessen entsprechende Kreislauf¬ leitungen dl-d4 erzielt werden kann. Diese Höhendifferenz ist schematisch durch gestrichelte Spiegelniveaulinien und den Abstandspfeil 8 angedeutet. Für den Naturumlauf ist ein Spiegelhöhen-Abstand 8 in der Größenordnung von ca. 2 m aus¬ reichend.
Das Wirbelkammerventil WV besteht, vgl. Figuren 3 und 4, aus einem flachen hohlzylindrischen Gehäuse 9 mit drei Öffnungen cl, sl und el und mit je einem daran angeschlos¬ senen tangentialen Anschlußstutzen 10, radialen Anschlu߬ stutzen 11 und axialen Anschlußstutzen 12. Durch die Öff¬ nungen mit Stutzen cl/10, sl/11 und el/12 werden der tan- gentiale Steueranschluß C bzw. der radiale Versorgungs- anschluß S bzw. der axiale Auslaß E gebildet. Der durch die radiale Öffnung sl zugeführte Versorgungsstrom Qs wird ohne oder bei nur geringem Steuerstrom Qε nicht gestört und verläßt die Wirbelkammer 13 durch den axial angeordne¬ ten Auslaß bzw. die Auslaßdüse E als Auslaßstrom Qe (vgl. Pfeil fl in Figur 3). Mit Hilfe eines durch die Öffnung cl geleiteten tangentialen Steuerstroms Qc (siehe Figur 4) wird eine Drallströmung in der Wirbelkaromer 13 erzeugt, wie es die Pfeile f2 symbolisieren. Die Fliehkraft bewirkt den Aufbau eines Gegendrucks in der Wirbelkanmer 13, wodurch der Zufluß der Versorgungsströmung Qs zum Erliegen kommt. Dabei muß der Steuerdruck Pc geringfügig (um etwa 5 bis
10%) höher sein als der Versorgungsdruck Ps . In diesem Zustand fließt ausschließlich der Steuerstrom Qc , der etwa 5 bis 10% des erforderlichen Versorgungsstroms Qs durch die Wirbelkammer 13 ausmacht. Auch ein höherer Steuerstrom Qc würde sich nicht nachteilig auswirken.
Nach der Funktionserläuterung des Wirbelkammerventils WV anhand der Figuren 3 und 4 ist nun aus Figur 1 erkennbar, daß bei abgeschalteter Hauptspeisewasserpumpe P2 das Wir- belkammerventil WV aufgrund des abgesenkten Steuerdrucks
Pc bzw. Steuerstroms Qc am Steueranschluß C der sekundär- seitige SIKO-Kr eislauf Nl über die nun freigegebene Strö¬ mungsstrecke zwischen dem Versorgungsanschluß S und dem Auslaß E in Gang gesetzt wird.
Auf der tertiären Seite ist der Wasservorratsbehälter B mit seiner Wasservorlage 14, deren Spiegelhöhe mit 14.0 bezeichnet ist, geodätisch höher angeordnet als der SIKO SKI und über die Parallelschaltung einer Mindestmengen- leitung bl mit Absperrarmatur (AO) sowie eines zur Min¬ destmengenleitung bl parallel geschalteten Leitungszweigs bll mit Regelarmatur AI mit dem tertiärsei tigen Zulauf 15 des SIKO SKI verbunden. Ein während des Nachwärmeabfuhr- betriebs sich einstellender Spiegel der Wasservorlage 16.1 in der Tertiärkammer 16 ist mit 16.0 bezeichnet, ein an die Tertiärkammer 16 angeschlossene Abfuhrleitung für das verdampfende Tertiärmedium mit b2. Das verdampfte Tertiär¬ medium kann über Dach ausgeblasen werden, wobei (ebenfalls nicht dargestellt) ein Dampfnässeabscheider vorgesehen sein kann, dessen Kondensat über eine Rückspeiseleitung (nicht dargestellt) in den Wasservorratsbehälter B münden kann.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Kernreaktoranlage soll der Sekundärkreislauf des SIKO SKI, gleichbedeutend mit dem SIKO-Kreislauf Nl, und soll auch die Tertiärseite des SIKO SKI mit Kondensat bzw. Deionat gefüllt in Bereit¬ schaft stehen. Um Energieverluste mit Ausschwaden über Dach zu vermeiden, soll auch ein geringer Umlauf im Sekun¬ därkreislauf des SIKO SKI vermieden werden, was durch Sperrung des Wirbelkammerventils WV mittels des tangentia- len Steuerstroms Qc über den Steueranschluß C geschieht. Der erforderliche Steuerstrom Qc wird im Leistungsbetrieb oder im An- und Abfahrbetrieb der Anlage durch die Haupt- speisewasserpumpe P2 oder die An- und Abfahrpumpen (nicht dargestellt) aufgebracht. Sobald der Steuerstrom Qc durch Ausfall oder gezielte Abschaltung der betreffenden Pumpe gegen Null geht, beginnt der Naturumlauf im SIKO-Kreislauf Nl, d.h. die Kühlung des im Dampferzeuger aufgrund der Nachzerfallswärme entstehenden Dampfes im SIKO SKI und die Rückführung des Kondensats über d3-WV-d4-5 in die Dampf¬ erzeuger-Sekundärkammer 2, selbsttätig anzulaufen. Zur Aufrechterhaltung des Dauerbetriebs muß lediglich der Se¬ kundärkreisabschluß sichergestellt sein (z.B. nicht dar¬ gestelltes Frischdampfabschlußventil in der Frischdampf- leitung dl in Schließstellung). Zur Regelung der Wärmeab¬ fuhr in Abhängigkeit vom Nachwärmeanfall ist die Regel¬ armatur AI vorgesehen, die während des Normalbetriebs in Offenstellung ist und nach Anforderung des Systems gere¬ gelt wird. Unterstützend auf die Regelung wirkt sich der absinkende Füllstand im Wasservorratsbehälter B aus. Das Volumen dieses Behälters B ist groß genug auszulegen, so daß ein Nachwärmeabfuhrbetrieb von vorzugsweise minde¬ stens 24 Stunden aufrechterhalten werden kann.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist das Rohr¬ bündel W2 des SIKO SK2 in die Wasservorlage 14 des Wasser¬ vorratsbehälters B integriert, so daß ein kombinierter SIKO/Wasservorratsbehälter SK2/B gebildet ist. Der Auslaß E des Wirbelkammerventils WV mündet in den Speisewasser- zuflußraum bzw. die Sekundärkammer 2 des Dampferzeugers Dl über eine im Normalbetrieb des Dampferzeugers offene Regel¬ armatur A3, wobei die Regelarmatur grundsätzlich auch zwi¬ schen SIKO SK2 und Wirbelkammerventil WV eingeschaltet sein kann. Die Regelung bei dieser Schaltung erfolgt im Kondensatrücklauf durch Kondensataufstau in dem Rohrbündel W2 des Sicherheitskondensators SK2. Im übrigen ist die Funktion der Schaltung nach Figur 2 sinngemäß zu derjenigen nach Figur 1: Der Strömungspfad S-E des Wirbelkammerventils WV ist durch einen Steuerstrom Qc am Steueranschluß C blockiert, solange die Hauptspeisewasserpumpe P2 in Betrieb ist. Wenn die sekundärseitige Wärmeabfuhr über die Frisch¬ dampfleitung dl zur nachgeschalteten Dampfturbine mittels Schließens des Frischdampfventils abgesperrt und die Pumpe P2 abgestellt wird, setzt der Naturumlauf im sekundärseiti- gen SIKO-Kreislauf Nl und damit der Nachwärmeabfuhrbetrieb ein, so daß das durch die wärmetauschenden Rohre Wl strö¬ mende Primärmedium seine Wärme an das Sekundärmedium 2.1 abgeben kann, wobei das dampfförmige Sekundärmedium im SIKO SK2 wieder gekühlt und kondensiert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Sekundärseitiges Nachwärmeabfuhrsystem für einen Druckwasser-Kernreaktor, a) mit einem Dampferzeuger (Dl), der in eine Primärschlei¬ fe (L1-L4) des Kernreaktors (R) mit der Primärseite seiner wärmetauschenden Rohre (Wl) eingeschaltet ist, b) mit einem Sicherheitskondensator (SKI, SK2), an dessen eine Seite über Kreislaufleitungen (dl...d4) die Sekun- därseite des Dampferzeugers (Dl) angeschlossen ist, wobei die andere (tertiäre) Seite des Sicherheitskon¬ densators (SKI, SK2) zur Kühlung seiner Sekundär¬ seite von einem Tertiärmedium durchströmbar ist und wobei der Sicherheitskondensator (SKI, SK2) höher gelegen ist als der Dampferzeuger (Dl)} c) mit einem Wirbelkammerventil (WV) mit Versorgungsan¬ schluß (S), Auslaß (E) und Steueranschluß (C), welches mit seinem vom Versorgungsanschluß (S) zum Auslaß (E) führenden internen Strompfad (S-E) eingeschaltet ist in einen vom Sicherheitskondensator (SKI, SK2) zu einem
Speisewasseranschluß (5) des Dampferzeugers (Dl) führen¬ den kalten Strang (d3, d4) der Kreislaufleitungen (dl.. d4), wobei d) der Steueranschluß (C) des Wirbelkammerventils (WV) dazu dient, mit einem im Normalbεtrieb des Dampferzeugers
(Dl) abgreifbaren sekundärseitigen Steuerdruck (P ) den internen Strömungspfad (SE) abzusperren, im Nach¬ wärmeabfuhrbetrieb dagegen, wenn der Steuerdruck (P ) abfällt oder verschwindet, freizugeben.
2. Nachwärmeabfuhrsystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß de r Steueransc hluß (C ) d es Wirbelkamme rventils ( WV ) m it einem druckseitigen Sp eisewasserlei tungsteil (d51 ) gefäl leab¬ wär ts der Ha uptspeisewasserpumpe (P2) v erbunden ist.
3. Nachwärmeabfuhrsystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Höhendifferenz (8) zwischen Sicherheitskondensator (SKI, SK2) und Da pferzεuger (Dl) zur Erzielung eines Natur- Umlaufs in dem über die Sekundärseite von Dampferzeuger
(Dl) und Sicherheitskondensator (SKI, SK2) führenden Sekundärkreis (dl-d2-W2-d3-S-E-d4-Wl) im Nachwärmeabfuhr¬ betrieb bemessen ist, so daß bei abgeschaltεtεr Hauptspei¬ sewasserpumpe (P2) das Wirbelkammerventil (WV) aufgrund des abgesenkten Steuerdrucks (P ) am Steueranschluß (C) frei schaltbar und eine Kreislaufströmung im Sekundär¬ kreis (N) über das Wirbεlkammerventil (WV) in Gang setz¬ bar ist.
4. Nachwärmeabfuhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Wasservorratsbehälter (B) zur Bespeisung der tertiären Seite (16) des Sicherheitskondensators (SKI), welcher geodätisch höher als der Sicherheitskondensator (SKI) angeordnet und dessen tertiärseitiger Zulauf (15) über eine Parallelschaltung, bestehend aus einεr Mindest¬ mengenleitung (bl) mit Absperrarmatur (Ao) in einem Zweig und einer Regelarmatur (AI) im anderen Zweig, mit dem Wasservorratsbehälter (B) verbunden ist.
5. Nachwärmeabfuhrsystem ach eiern der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rohrbündel (W2) des Sicherheitskondensators (SK2) in der Wasservorlagε (14) eines Wasservorratsbehälters (B) angeordnet ist, so daß ein kombiniertεr Sicherheitskon- densator/Wasservorratsbehälter (SK2/B) gebildet ist, und daß der Auslaß (E) des Wirbelkammerventils (WV) in die Sekundärkammer (2) des Dampferzeugers (Dl) über eine im Normalbetrieb des Dampferzeugers (Dl) offene Regelarma¬ tur (A3) mündet.
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