DE2734665A1 - Vorrichtung zur verlaengerung der lebensdauer eines druckbehaelters, insbesondere eines reaktordruckbehaelters - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer eines Druckbehälters,
• insbesondere eines Reaktordruckbehälters Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer eines Druckbehälters, insbesondere eines Reaktordruckbehälters, dessen warmfesten Werkstoff durch Neutronenfluenz zeitabhingigen Gefügeveränderungen unterworfen ist, mittels Wärmebehandlung, bestehend aus einer Heizeinrichtung, die benachbart zu den zu behandelnden Wandpartien des Behälters in Stellung bringbar ist, ferner bestehend aus einer Halterung für die Heizeinrichtung, aus Versorgungsleitungen für den der Heizung dienenden Liergieträger sowie aus Isoliermitteln zur Fernhaltung der Wärne von nicht der Behandlung ausgesetzten wärmesensitiven Behälterteilen und zur Reduzierung der Wärieverluste während der Behandlung, wobei zwischen dem Außenuifang des Druckbehälters und der Druckbehälter-Isolierung ein Ringspalt vorgesehen ist.
• Eine solche Vorrichtung ist durch die DT-OS 2 322 118 bekannt.
• Dort wird die Heizeinrichtung im Innern des Reaktordruckbehälters, der zu zinn Druck- oder Siedewasserreaktor gehören kann, in Stellung gebracht, wozu es erforderlich ist, den Reaktordruckbehälter zu öffnen, das Primärwasser abzupumpen, dann den Reaktordruckbehälter und den oberhalb desselben angeordneten Flutraui zu fluten und anschließend die im Reaktordruckbehälter sich befindenden Einbauten zu entfernen, damit anschließend nach Entleerung des Druokbehälters die Heizeinrichtung mit ihrer Halterung und den Isoliermitteln in das Behälterinnere eingefugt werden kann. Die Beheizung erfolgt dann insbesondere durch Strahlung, die von Heizwiderständen an die Wandung abgegeben wird. Bei diesem Behandlungsverfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist man an die Inspektionszyklen des Brennelementwechsels gebunden, damit nicht zusätzliche Stillstandzeiten in Kauf genommen werden müssen.
• Durch die Erfindung soll demgegentiber eine Vorrichtung geschaffen werden, mit welcher unabhängig von den sich auf das Druckbehälter-Innere beziehenden Inspektionsvorgängen der Reaktordruckbehälter einer Wärmebehandlung bzw. dem sogenannten Erholungstempern unterworfen werden kann. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß in aller Regel eine Wiederholungeprufung des Reaktordruckbehälters, die ebenfalls in bestimmten Zeitabständen erforderlich und vorgeschrieben ist, mit einem sogenannten Zentralmastmanipulator von innen heraus durchgeführt werden kann, so daß mithin der zwischen dem Äußenumfang des Druckbehälters und dem biologischen Schild bzw. der an dessen Innenseite angeordneten Isolierung verbleibende Ringspalt fUr die WiederholungvprU£ung mit Ultraschall nicht benötigt wird.
• Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine im genannten Ringspalt fest installierte Heizeinrichtung solcher Heizleistung und Anordnung, daß die dem Strahlungsbereich des Reaktorkerns im Betriebsfalle ausgesetzten Wandpartien des Druckbehälters von außen auf das zum Erholungstempern erforderliche Temperaturniveau aufheizbar sind. Die mit der Erwindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die Heizeinrichtung bereits bei der Montage der Komponenten mit dei erforderlichen Zubehör installiert werden kann und bei 3eder betrieblich bedingten Abschaltung filr die Durchführung des Erholungstemperns zur Verfuegung steht. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist relativ billig herzustellen, funktionssicher, leicht kontrollierbar, wartungsfrei und Jederzeit einsatzbereit, d.h. Vorbereitungszeiten fttr die Montage und die Uberprufung der Heizeinrichtung entfallen.
• Gemäß einer bevorzugten Äusführungsform der Erfindung sind außen auf den aufzuheizenden Wandpartien Uber deren Oberfläche verteilt Temperaturmeßelemente angebracht, deren Meßleitungen aus dem Ringspalt hinaus zu einem Meßwert-Auswertegerät geführt sind, wobei das Meßwert-Auswertegerät an ein abhängig von den Temperaturmeßwerten die Heizleistung dem Orte, der Größe und der Zeit nach steuerndes Steuergerät angeschlossen ist. Das Meßwert-Auswert.gerät kann nach einem Verfahren der analogen Abbildung arbeiten, d.h. ein dem wirklichen Aufheizzustand der Druckbehälterwand entsprechendes elektrisches analoges Abbild erzeugen, wobei von diesem Abbild entsprechend elektrische Korrektursignale abgeleitet und dem Steuergerät zugeführt werden, welches dementsprechend Aufheizbefehle für Zonen erhält, die noch nicht genügend erwärmt sind bzw. zur ZurUcknahme der Heizleistung in Zonen veranlaßt wird, wo bereits die erforderliche Aufheizung vorliegt. Als besonders günstig haben sich Induktionsspulen als Heizelemente erwiesen. Diese arbeiten wie eine Induktorwicklung. Sie haben den Vorteil einer Tiefenwirkung bei der Aufheizung. Grundsätzlich ist aber auch die Aufheizung von der Außenwand her mittels Heizwiderständen, Heizstrahlern oder mittels Heißgasen möglich. Im letzteren Falle müssen entsprechende Gas-Zu-,-Ab- und Verteil-Leitungen installiert werden. Die Gasheizung ist auf Jeden Fall der Flüssig keitsheizung vorzuziehen, weil mit Gasheizung ein höheres Temperaturniveau erzielbar ist und außerdem als Energieträger ein Inertgas verwendet werden kann, so daß auch bei kleinen Leckagen etwaige Leckmengen einfach absaugbar sind und dementsprechend keine Dichtungsprobleme auftreten.
• Im folgenden werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, das erste im linken, das zweite ii rechten Teil der Figur dargestellt, beschrieben.
• Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Reaktordruckbehälter für eine Druckwasser-Kernreaktoranlage, der an seinem Außenumfang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist. Der als Ganzes mit 1 bezeichnete Reaktordruckbehälter, im folgenden vereinfachend als Druckbehälter benannt, hat eine im wesentlichen zylindrische Wand 1a, die auszugsweise im Schnitt dargestellt ist und im Betrieb des Druckbehllters 1 besonders der vom gestrichelt in seinen äußeren Umrissen dargestellten Reaktorkern 2 ausgehenden Neutronenstrahlung ausgesetzt ist, so daß die punktiert dargestellten Bereiche der Wand 1a, die wie auch die übrigen Behälterteile aus einem legierten Stahl bestehen, einer zeitabhängig zunehmenden Versprödung durch Neutronenfluenz unterliegen. Der Druckbehälter 1 weist außerdem eine Bodenkalotte Ib, einen Deckel 1c mit Deckelschrauben icl und Kühlaittelstutzen 1d auf. Der Deckel 1c ist mit seinem Flansch 1c2 in der achsnormalen Teiltuge 3 dichtend am Gegenflansch 1e des Behälters 1 verspannt. Mittels Tragpratzen li, von denen nur eine ersichtlich ist, ist der Druckbehälter 1 etwa im Bereich der achsnormalen Ebene 1d' seiner Hauptkühlmittelstutzen 1d an Konsolen 4a eines etwa ringförmigen Kastenträgers 4 aufgelagert unter Zwischenlage von PaßstUcken 5 und Keilen 5a, wobei der Kastenträger 4 innerhalb eines Ringraumes 6a des biologischen Schildes 6 angeordnet und hier fixiert ist (Auflagekonsolen 60). Der hohle Ringkastenträger 4 ist seinerseits mit einem strahlenabschirmenden, thermisch isolierenden Material 4b ausgefUllt. Durch den biologischen Schild 6 ist eine Reaktorgrube 7 gebildet, von der, wie ersichtlich, der Druckbehälter 1 aufgenommen ist. Am Innenumfang des biologischen Schildes 6 ist eine Schicht 8 aus thermisch isolierendem Material angeordnet. Zwischen dieser Isolierschicht 8 und dem Druckbehälter 1 ist im Bereich der zylindrischen Wandpartie 1a des Druckbehälters 1 ein Ringspalt 9 freigelassen, während unterhalb dieses Ringspaltes 9 im Bereich der Bodenkalotte Ib ein weiterer begehbarer Hohlraum 9a und oberhalb des Ringspaltes 9 weitere Hohlräume 9b vorhanden sind. Im biologischen Schild 6 befinden sich KUhIkanäle 6b, durch welche im Betriebafalle Kühlgas, insbesondere Kühlluft, hindurchgeleitet wird. Der Druckbehälterdeckel 1c ist durch eine Isolierhaube 10 abgedeckt, durch welche die Steuerstabantriebe 11, Meßlanzen 12 u.dgl.
• hindurchgeführt sind.
• Im Ringspalt 9 ist nun die als Ganzes mit 13 bezeichnete Heizeinrichtung mit Widerstandsheizkörpern 1 3a (linke Hälfte der Figur) installiert, wogegen in der rechten Hilft. der Figur eine als Ganzes mit 13' bezeichnete Heizeinrichtung installiert ist, welche Induktoren 13a' als Heizkörper verwendet. Die Darstellung innerhalb einer Figur geschieht nur zur Vereinfachung; es versteht sich, daß entweder nur die Heizeinrichtung 13 oder die Heizeinrichtung 13' fUr ein und denselben Reaktordruckbehälter Verwendung finden.
• Zunächst wird die Heizeinrichtung 13 beschrieben. Die Heizwiderstünde 13a sind in drei übereinander angeordneten Gruppen 13a1, 13a2 und 13a3 angeordnet. Sie bestehen aus entsprechend der zylindrischen Fora der Wandung ii gewölbten Keramikkörpern 13b, in welche die Heizwendel oder Widerstandsdrähte eingebettet sind.
• Die Keramikkörper 13b mit den nicht näher ersichtlichen Heizdrähten wiederum sind außen von einem temperaturbeständigen Isolierkörper 13c umgeben, d.h., dieser weist zur Einbettung der Heizelemente 13a mit Keramikkörpern 13b entsprechende Aussparungen 13c1 auf. Die mit temperaturbeständigen Isoliermaterial umgebenen elektrischen Leitungen 14 gehen von den Heizelementen 13a ab und sind zu Strängen 14a zusammengefaßt, die innerhalb des Ringspaltes 9 nach oben geführt, durch eine Durchführung der Isolierwand 8a hindurchgeführt und anschließend durch den oberen Bereich des Kanals 6b und durch den Kastenträger 4b nach oben geführt sind. Im oberen Bereich sind die Stränge 14a nur strichpunktiert schematisch dargestellt und hier an das elektrisuche Heizversorgungsaggregat H angeschlossen. AuBen auf den aufzuheizenden Wandpartien 1a über deren Oberfläche verteilt sind Temperaturmeßelemente 15 angebracht, wobei von diesen nur eine vertikale Reihe dargestellt ist. Die gleichfalls temperaturbeständig isolierten Meßleitungen 15a sind seitlich an der Behälteroberfläche und anschließend nach oben herausgeführt und zu Strängen 15b vereinigt, die ebenfalls oberhalb des Wandbereiches 1a nur schematisch als eine Linie dargestellt und ntsprechend den Leitungssträngen 14a herausgeführt sind. Sie sind zunächst an ein Meßwert-auswertagerät MA angeschlossen, das seinerseits mit Ausgangsleitung 15c an das Vorsorgungsaggregat H angeschlossen ist, derart, daß dieses abhängig von den Temperaturmeßwerten die Heizleistung der Heizelemente 13a dem Orte, der Größe und/der Zeit nach steuert. Die Ringraum 9 ist noch oben noch durch eine Isolieraanschette 9c abgedichtet und thermisch voi übrigen Raun 9b getrennt, wobei der Leitungsstrang 14a dichtend durch die Ringmanschette 9c hindurchgeführt ist. Auf diese Weise wird während des Heizvorganges eine Abströmung von Verlustwärme und außerdem im Raum 9b eine Aufwärmung vermieden.
• Während beim Ausführungsbeispiel nach der linken Hälfte der Figur die Heizelemente 13a unmittelbar auf der Behälteroberfläche sitzen, ist dies beim Ausführungsbeispiel nach dem rechten Teil der Figur nicht erforderlich. Hier sind Induktoren 13a' als Aufheizelemente verwendet, zwischen denen und der Behälterwand 1a eine Isolierschicht 16 eingefügt ist. Die elektromagnetischen Wechselfelder der Induktoren 13a' induzieren in der Behälterwand 1a Wirbelströme, die zu einer gleichmäßigen Aufheizung der Behälterwand führen, was im Vergleich zu den Heizelementen 13a, bei denen die Aufheizung von außen nach innen fortschreitet, von Vorteil ist. Im übrigen sind funktionsmäßig gleiche Teile der Heizeinrichtung 13', d.h. insbesondere die elektrischen Leitungen, die Temperaturmeßelemente und zugehörigen Meßleitungen sowie das Versorgungsaggregat und das Meßwert-Auswertegerät mit der gleichen Numerierung wie beim ersten Ausführungabeispiel, Jedoch unter Hinzufügung eines Striches versehen.
• Die Heizelemente 13a, d.h. die Heizdrähte oder Heizspiralen, sind bevorzugt mit einer Keramikisolierung versehen, so daß sie nicht direkt metallisch auf der Behälterwand aufliegen. Diese leolierkörper wie auch die übrige Isolierung 13c sind so temperaturbeständig, daß die erforderliche Erholungstemperatur erreicht und für den gewUnschten Zeitraum gehalten werden kann.
• Hierbei wird die Druckbehälterwand im Schweißnahtbereich auf ca. 500°C aufgewärmt für eine Zeitdauer von 50 bis 100 Stunden, wobei die Temperatur- und Zeitwerte im einzelnen vom Grad der zu behandelnden Versprödung abhängen. Entsprechendes gilt für die Isolierung 16 des zweiten Ausführungsbeispiels.
• 6 Patentansprüche 1 Figur

Claims (6)

1. Patentansorliche 1. Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer eines Druckbehälters, insbesondere eines Reaktordruckbehälters, dessen warifester Werkstoff durch Neutronenfluenz zeitabhängigen Gefügeveränderungen unterworfen ist, mittels Wärmebehandlung, bestehend aus einer Heizeinrichtung, die benachbart zu den zu behandelnden Wandpartien des Behälters in Stellung bringbar ist, ferner bestehend aus einer Halterung für die Heizeinrichtung, aus Versorgungsleitungen fUr den der Heizung dienenden Energieträger sowie aus Isoliermitteln zur Fernhaltung der Wärme von nicht der Behandlung ausgesetzten wärme sensitiven Behälterteilen und zur Reduzierung der Wärmeverluste während der Behandlung, wobei zwischen dem Außenumfang des Druckbehälters und der Druckbehälter-Isolierung ein Ringspalt vorgesehen ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine im genannten Ringspalt (9) fest installierte Heizeinrichtung (13,13') solcher Heizleistung und Anordnung, daß die dem Strahlungsbereich des Reaktorkerns (2) im Betriebsfalle ausgesetzten Wandpartien (la) des Druckbehälters (1) von außen auf das zum Erholungstempern erforderliche Temperaturniveau aufheizbar sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf den aufzuheizenden Wandpartien (1a) über deren Oberfläche verteilt Temperaturmeßelemente (15, 15') angebracht sind, deren Meßleitungen (15a, 15a') aus dem Ringspalt (9) hinaus zu einem Meßwert-Auswertegerät (MA, MA') geführt sind, wobei das Meßwert-Auswertegerät an ein abhängig von den Temperaturmeßwerten die Heizleistung dem Orte, der Größe und der Zeit nach steuerndes Steuergerät (H, H') angeschlossen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Induktionsspulen (13a') als Heizelemente.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Heizwiderstände (13a) als Heizelemente.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Heizstrahler als Heizelemente.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Heizelemente, die mittels heißer Fluide (Gase oder Flüssigkeiten) die Druckbehälterwand aufheizen.