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Druckwas s erreaktoranlaae Die Erfindung betrifft eine Druckwasserreaktoranlage
mit einer den nuklearen Teil einschließenden Sicherheitshülle und einer aus dieser
herausführenden Frischdampfleitung mit einer Absperrarmatur und einem Sicherheitsventil.
Das Sicherheitsventil hat man bisher, wie zum Beispiel auf Seite 66 des Buches VGB-Kernkraftwerks-Seminar
1970 zu sehen ist, außerhalb der Sicherheitshülle an die Frischdampfleitung angeschlossen,
so daß man mit einer einzigen Durchführung durch die Sicherheitshülle auskommt.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Sicherheit des Betriebes
von Druckwasserreaktoranlagen zu verbessern. Damit ist gemeint, daß die Anlage im
Normalbetrieb, vor allem aber auch bei Störungen, die zum Undichtwerden von Dampferzeugerheizrohren
fuhren, keine Radioaktivität unkontrolliert freisetzen kann.
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Die erfindungsgenäße Druckwasserreaktoranlage zeichnet sich dadurch
aus, daß der aus der Sicherheitshülle führenden Frischdampfleitung eine ebenfalls
aus der Sicherheitshülle fuhrende Leitung parallel geschaltet ist und daß im Zuge
beider Leitungen mindestens Je eine Armatur im Inneren der Sicherheitshülle vorgesehen
ist. Dies ergibt folgende Vorteile: Mit Hilfe der beiden Leitungen kann die im Inneren
der Sicherheitshülle entstehende Leistung aus der SicherheitshUlle auch dann abgeführt
werden, wenn an einer der beiden Leitungen ein Schaden auftritt. Die gebrochene
Leitung kann mit der in ihrem Verlauf angeordneten Armatur schnell abgesperrt werden,
so daß ein Austreten von Radioaktivität etwa deswegen, weil
der
Bruch in der Frischdampfleitung außerhalb der Sicherheitshülle liegt, mit Sicherheit
vermieden werden kann. Andererseits braucht die Sicherheitshülle nicht die durch
die Nachzerfalls- und Speicherwärme des abgeschalteten Reaktors erzeugte Frischdampfmenge
aufzunehmen. Vielmehr wird diese Wärme als Frischdampf durch die andere Leitung
geregelt abgeführt, oder die Wärmeabfuhr wird, falls Undichtigkeiten im zugehörigen
Dampferzeuger entdeckt wurden, einem anderen, nicht geschädigten Wärmetauscher übertragen.
Bei den für große Leistungen üblichen Kernreaktoranlagen mit mehreren Dampferzeugern
kann dies ein anderer Dampferzeuger sein.
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Hierdurch wird sichergestellt, daß eine Freisetzung von Radioaktivität
entweder ganz unterbleibt oder auf zulässige Weite begrenzt wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kühlung
des Reaktors durch die Frischdampfabfuhr gesteuert werden kann. Damit wird vermieden,
daß durch eine zu schnelle Abkühlung Schäden im Druckwasserreaktor oder den zu diesen
gehörenden Dampferzeugern auftreten. Auch eine erneute Kritikalität auf Grund eines
negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktivität kann auf diese Weise unterbunden
werden.
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Die zusätzliche Leitung sollte nur einen Querschnitt von weniger als
5096 der Frischdampfleitung haben. Damit werden nicht nur Einsparungen gegenüber
dem vollen Querschnitt möglich, sondern auch die für den Störfall möglichen Ausströmraten
in gewünschter Weise begrenzt.
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Der weiteren Leitung können mit Vorteil zwei Sicherheitsventile zugeordnet
sein. Durch diese redundante Auslegung wird eine große Sicherheit auch für den Fall
erreicht, daß ein Sicherheitsventil nicht öffnen sollte. Die beiden Sicherheitsventile
können unterschiedliche Ansprechwerte aufweisen. Es kann ferner günstig sein, den
beiden Sicherheitsvenzellen je eine Absperrarmatur vorzuschalten, damit ein Sicherheitsventil,
das nach dem Ansprechen nicht wieder schließen sollte, abgesperrt werden kann. Besonders
günstig ist es
hierbei, wenn die beiden Absperrarmaturen miteinander
gekoppelt sind. Durch die Kopplung soll erreicht werden, daß erstens immer ein ausreichender
Abfuhrquerschnitt für den Frischdampf zur Verfügung steht und zweitens eine Absperrung
schadhafter Teile nicht behindert wird. Dies kann man durch eine Kopplung erreichen,
die beim Öffnen der anen Armatur die andere schließt, wobei die Normalbetriebsstellung
die Mittellage ist, also beide Sicherheitsventile zugeschaltet sind.
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Der zusätzlichen oder weiteren Leitung nach der Erfindung können auch
zwei in Reihe liegende Ventile einer Abblasleitung zugeordnet sein. Damit ist eine
Leitung relativ kleinen Querschnitts gemeint, mit der die nach der Leistungserzeugung
noch entstehende Nachzerfallswärme abgeführt werden kann. Von diesen beiden Ventilen
kann man das eine innerhalb der Sicherheitshülle und das andere außerhalb anordnen,
wobei für das äußere Ventil (üblicherweise das Abblaseregelventil) unter allen Umständen
eine Wartungsmöglichkeit gegeben ist, während das innere Ventil dafür sorgt, daß
bei Störungen keine Radioaktivität durch die Abblasleitung ins Freie gelangt.
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Der weiteren Leitung kann ein Abblasetank zugeordnet sein.
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Damit ist ein Behälter gemeint, in dem in den Dampferzeugern entstehender
Dampf aufgefangen wird, damit keine Radioaktivität freigesetzt wird. Der Abblasetank
kann mit einer Rückkühleinrichtung versehen sein. Er kann dann mit relativ kleinem
Volumen auskommen. Wenn dann der Abblasetank außerhalb der Sicherheitshülle liegt,
ist es besonders einfach möglich,die Rückkühleinrichtung anzubringen, weil dann
kein Zwischenkühlkreis benötigt wird, der die Sicherheitshülle durchdringt. Andererseits
ist ein Abblasetank innerhalb der Sicherheitshülle dann vorteilhaft, wenn nur kleine
Dampfiaengen aufzunehmen sind, beispielsweise beim kurzzeitigen Ansprechen der Sicherheitsventile.
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Die Frischdampfleitung und die weitere Leitung sollen durch mechanisch
feste Wände voneinander isoliert sein. Die festen Wände sorgen für die Unverletzlichkeit
der einen Leitung auch dann, wenn die andere Leitung bricht. Das gleiche gilt für
die in den Leitungszügen liegenden Armaturen, Abblasebehälter usw.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der
beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele beschrieben, die in Form eines vereinfachten
Schemas dargestellt sind. Für gleiche Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Von einem Druckwasserleistungsreaktor für beispielsweise 1300 MWe
ist die kugelförmige Sicherheitshülle 1 angedeutet, die alle Teile des Primärkreises
umschließt, von denen die gefahr einer Strahlung ausgehen könnte. Zu diesen Primärkreiskomponenten
zählt ein Dampferzeuger 2, der in bekannter Weise mit dem nicht dargestellten Reaktordruckbehälter
verbunden ist, in dessen Reaktorkern die zur Dampferzeugung notwenclige Wärme entsteht.
Der Dampferzeuger 2 hat beispielsweise einen höchsten Betriebsdruck von 90 bar und
einen Auslegungsdruck von 100 bar. Von seinem Frischdampfauslaß 3 führt beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 eine Frischdampfleitung 4 über eine Durchführung 5 in der Wand der Sicherheitshülle
1 zu einer Turbinenleitung 6. Die Frischdampfleitung 4 enthält im Inneren der Sicherheitshülle
1 eine Absperrarmatur 7.
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Zu der Frischdampfleitung 4 ist eine weitere Leitung 10 parallelgeschaltet,
die mit einer Durchführung 11 durch die Sicherheitshülle zu einem äußeren Auslaß
12 führt. Im Verlauf dieser Leitung 10 sind zwei parallelgeschaltete Sicherheitsventile
14 und 15 angeordnet. Das Ventil 14 hat einen Ansprechdruck von 90 bar, der des
Sicherheitsventils 15 liegt höher, er beträgt etwa 100 bar. Dem Sicherheitsventil
14 ist ferngeine Absperrarmatur 16 vorgeschaltet.
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An den Frischdampfauslaß 12 ist noch die Reihenschaltung von zwei
Absperrventilen 20 und 21 angeschlossen, die im Zuge einer Abblasleitung 22 angeordnet
sind. Die Abblasleitung führt ebenfalls zum Auslaß 12. Sie ist für den Fall vorgesehen,
daß nach dem Ende des Leistungsbetriebs des Druckwasserreaktors Nachzerfallswärme
als Frischdampf aus dem Dampferzeuger 2 abzuführen ist, wenn infolge einer Störung
der nicht gezeichnete Turbinenkondensator dazu nicht zur Verfügung steht.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das eine Sicherheitsventil
14 außerhalb der Sicherheitshülle 1 angeordnet, das andere mit dem höheren Ansprechdruck
(15) sitzt innerhalb der Sicherheitshülle. Dem Sicherheitsventil 14 mit einem Ansprechdruck
von 90 bar ist das im Inneren der Sicherheitshülle 1 angeordnete Absperrventil 16
vorgeschaltet. Zwischen beiden liegt eine weitere Durchführung 24 durch die Sic
rheitshülle Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist die Abblasleitung
22 mit einer Durchführung 25 durch die Sicherheitshülle 1 selbständig nach außen
geführt und an den Auslaß 12 angeschlossen. Hierbei liegt die eine Armatur 20 im
Inneren der Sicherheitshülle, die andere (21) außerhalb.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 enthält die Frischdampfleitung
4 außer der Absperrarmatur 7 im Inneren der Sicherheitshtille 1 eine weitere, als
Eckventil ausgebildete Absperrarmatur 28 außerhalb der Sicherheitshülle. Die Armaturen
in der durch die Durchführung 11 des weiteren aus der Sicherheitshülle herausführenden
Leitung zum Auslaß 12 liegen dagegen sämtlich im Inneren der Sicherheitshülle 1.
Zu ihnen gehört die Abblasleitung 22 mit den in Reihe geschalteten Armaturen 20
und 21 sowie die Parallelschaltung der Sicherheitsventile 14 und 15, die hier mit
gleichem Ansprechdruck von 90 bar ausgeführt sind.
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Den Sicherheitsventilen 14 und 15 sind zwei Absperrventile 30 und
31 zugeordnet, die huber Gestänge 32 und 33 mit einem gemeinsamen Antrieb 34 gekoppelt
sind. Die Kopplung ist so eingerichtet, daß die beiden Ventile, die gleich ausgebildet
sind, in der Mittellage gleich weit, zum Beispiel 5096, geöffnet sind. Wird das
eine Ventil weiter geöffnet, so wird gleichzeitig das andere Ventil wegen der Kopplungen
32 und 33 stärker geschlossen. Bei vollständiger Öffnung des einen Ventils ist das
andere Ventil vollständig gesperrt und umgekehrt. Bei dieser Schaltung reicht ein
Auslegungsdruck von 90 bar für den Dampferzeuger aus. Die beiden gekoppelten Absperrventile
können konstruktiv auch zu einem Drei-Wege-Ventil zusammengebaut werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die beiden Sicherheitsventile
14 und 15 außerhalb der Sicherheitshülle angeordnet. Dabei ist die zusätzliche Durchführung
36 als Drosselstelle ausgebildet, um sicherzustellen, daß bei einem hypothetischen
Bruch des nicht absperrbaren Sicherheitsventils 15 nur eine ungefährliche Ausströmrate
entstehen kann.
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Der Ansprechdruck des Sicherheitsventils 14 beträgt beispielsweise
90 bar, der des Ventils 15 liegt mit 100 bar darüber. Den Sicherheitsventil 14 ist
die Abblasleitung 22 mit den in Reihe liegenden Ventilen 20 und 21 außerhalb der
Sicherheitshülle parallelgeschaltet. Im Störungsfall können daher das Sicherheitsventil
14 und die Abblasleitung 22 mit dem vorgeschalteten Absperrventil 16 abgeschaltet
werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Ansprechdruck der Sicherheitsventile
14 und 15, die in Übereinstimmung mit Fig. 4 in Parallelschaltung zur Abblasleitung
22 außerhalb der Sicherheitshülle 1 angeordnet sind, gleichermaßen auf 90 bar eingestellt.
Hierbei ist Jedoch das Sicherheitsventil 14 mit der Abblasleitung 22 hinter der
Durchführung 5 an die Frischdampfleitung 6 angeschlossen, in der eine weitere
Absperrarmatur
38 vorgesehen ist. Die weitere Auslaßleitung 10 enthält ebenso wie die Frischdampfleitung
4 ein Absperrventil 40, das mit dem Absperrventil 7 der Frischdampfleitung' 4 mechanisch
gekoppelt ist. Zu diesem Zweck sind die Ventile 7 und 40 über Gestänge 32 und 33
mit dem gemeinsamen Antrieb 34 verbunden, der ebenso wirkt wie anhand der Fig. 3
erläutert wurde.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist gegenüber der Anordnung nach
Fig. 5 das Ventil 40 nicht mit der Absperrarmatur 7 gekoppelt, sondern druckabhängig
gesteuert. Zu diesem Zweck ist ein Kolbenantrieb 42 über zwei Absperrventile 43
und 44 in einer Druckieitung 45, die an die weitere Leitung 10 vor dem Ventil 40
angeschlossen ist, so beaufschlagt, daß das Ventil 40 bei einem Druck von 80 bar
oder mehr geöffnet ist, bei einem Druck von 70 bar oder weniger dagegen schließt.
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Diese Anordnung stellt sicher, daß bei Nichtschließen des Sicherheitsventils
15 das Ausdampfen des Dampferzeugers 2 schon nach geringem Druckabfall beendet wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 führt die Frischdampfleitung
4 huber die Absperrarmatur 7 im Inneren der Sicherheitshülle 1, die Durchführung
5 und das Eckventil 28 zur Turbinenleitung 6. Als weitere Leitung führt die Abblasleitung
22 mit den Ventilen 20 und 21 über die Durchführung 25 zum Auslaß 12 aus der Sicherheitshülle
1 heraus. Im Inneren der Sicherheitshülle sind die beiden Sicherheitsventile 14
und 15 angeordnet, denen Absperrventile 30 und 31 vorgeschaltet sind. Die beiden
Absperrventile sind in Übereinstimmung mit Fig. 3 durch Gestänge 32 und 33 mit dem
gemeinsamen Antrieb 34 gekoppelt. Die Auslaßleitung 10 führt tber die Durchführung
11 in einen Abblasetank 45 außerhalb der Sicherheitshülle 1. Dieser Abblasetank
ist im unteren Bereich 46 etwa bis zur Hälfte mit Wasser gefüllt.
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Der darüber liegende Raum 47 enthält ein kompressibles Gas, zum Beispiel
Luft. Durch eine Berstscheibe 48 ist dafür gesorgt,
daß der Behälter
45 bei zu starker Beaufschlagung nicht bersten kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 hat neben der Frischdampfleitung
4 mit der Absperrarmatur 7 innerhalb der Sicherheitshülle 1, der das Ventil 28 außerhalb
der Sicherheitshülle 1 nachgeschaltet ist, als weitere Leitung nur die Auslaßleitung
10, die in den Abblasetank 45 führt. Dieser ist jedoch mit einer Rückkühleinrichtung
versehen. Sie umfaßt einen Rückkühlkreis 50 mit einer Pumpe 51 und einem Wärmetauscher
52, der über eine Leitung 53 zum Beispiel mit Flußwasser beaufschlagt werden kann.
Der in den Abblasetank 45 führenden Leitung ist noch ein Sicherheitsventil 55 zugeordnet,
das beispielsweise einen Ansprechdruck von 15 bar aufweist, während die Berstscheibe
48 auf 20 bar ausgelegt ist. Mit der Rückkühleinrichtung ist der Abblasetank 45
in der Lage, überlängere Zeit hinweg die über die Abblaseregelventile 20,21 abgegebene
Nachwärmeleistung des abgeschalteten Reaktors gänzlich ohne Freisetzung von Radioaktivität
aufzunehmen.
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Die beiden Sicherheitsventile 14 und 15, die gleich ausgebildet sind
und den gleichen Ansprechdruck von zum Beispiel 90 bar haben, werden beim Ausführungsbeispiel
der Fig. 8 Uber ein Drei-Wege-Ventil 57 beaufschlagt, das ebenso wie die miteinander
gekoppelten Ventile 30, 31 dafür sorgt, daß beim Absperren des einen Sicherheitsventils
der Durchlaßquerschnitt zum anderen weiter geöffnet wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 führt neben der Frischdampfleitung
4, die innerhalb der Sicherheitshülle 1 mit der Absperrarmatur 7 und außerhalb mit
dem Eckventil 28 versehen ist, die Abblasleitung 22 als weitere Leitung über die
Durchführung 25 aus der Sicherheitshülle. Das Ventil 20 ist dabei innerhalb, das
Ventil 21 außerhalb der Sicherheitshülle angeordnet. Die an den Frischdampfauslaß
3 angeschlossenen parallel liegenden Sicherheitsventile 14 und 15, die gleichermaßen
einen Ansprechdruck von 90 bar
aufweisen, führen mit der gemeinsamen
Auslaßleitung 10' in einen Abblasetank 45 im Inneren der Sicherheitshülle. Der Abblasetank
45 kann bei Bedarf analog zu der AusfUhrungsform nach Fig. 8 mit einer Rückkühlung
versehen sein.
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In den Fig. 10 und 11 ist in zwei zueinander senkrechten Schnitten
die konstruktive Anordnung der Leitungen dargestellt, die in Fig. 7 aufgeführt sind.
Die Frischdampfleitungen sind dabei erst in dem Bereich gezeichnet, in dem sie außerhalb
des Trümmerschutzzylinders 60 liegen, der die nicht weiter dargestellten Primärkreiskomponenten
des Druckwasserreaktors einschließt. Man erkennt, daß die Frischdampfleitung 4 im
Bereich zwischen der Sicherheitshülle 1 und einem diese nach außen abdeckenden Schutzgebäude
61 mit einem Doppelrohr 62 umgeben ist, das die Durchführung 5 durch die Sicherheitshülle
1 umfaßt. Vor dem Doppelrohr 62 ist im Inneren der Sicherheitshülle 1 die Absperrarmatur
7 angeordnet. Dahinter sitzt die als Eckventil 28 ausgebildete äußere Absperrarmatur
in einer eigenen Kammer 63, die auf der Innenseite von dem Betongebäude 61 und auf
der Außenseite von einem Vorsprung 64 begrenzt wird.
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Der Vorsprung 64 umschließt, durch eine Zwischenwand 65 von der Kammer
63 getrennt, auch die Auslaßleitung 10 mit dem Abblasetank 45 in einer weiteren
Kammer 66. Die DurchfUhrung 11 ist ist einem weiteren Doppelrohr 67 kombiniert,
das sich von der Sicherheitshülle 1 in die Kammer 66 erstreckt.
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Im Inneren der Sicherheitshülle 1 sind die Leitungen 4 und 10 durch
eine feste Betonwand 68 voneinander getrennt. Weitere Betonwände 69 und 70 schirmen
die Leitungen nach außen ab, wo unter Umständen weitere Frischdampfleitungen 4'
und 4" für den Fall angeordnet sein können, daß von mehreren Dampferzeugern mehrere
Frischdampfleitungen aus der Sicherheitshülle führen. Die Absperrventile 20 und
21 der Abblasleitung 22 sind nur schematisch angedeutet, ebenso die Sicherheitsventile
14 und 15 mit den ihnen vorgeschalteten
Absperrventilen 30 und
31, die über die Kopplungen 32, 33 miteinander verbunden sind.
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13 Patentansprüche 11 Figuren