DE7240270U - Spannbeton-Druckbehälter für einen Druckwasserreaktor - Google Patents

Description

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Kraftwerk Union Aktiengesellschaft, Erlangen

"Spannbeton - Druckbehälter für einen Druckwasserreaktor"

Die Kc-uerun^ :,o;:ier.t sie:: au:"" einen Spannbeton-Druckbehlilter beispielsweise fur Reaktoren rna t au3ernalo der Behälterwandun^ angeordneten V/är.T.etauschern.

Druckwasserreaktoren besitzen einen Prirrüirkreislauf, in dem VJasser zirkuliert, das seine V."arme in sogenannte v;ii.rrr.etausehern an einen Sekundarkreislauf abgibt, der mit Da.r.pf arbeitet und aeroberr.ä.ä nicht, radioaktiv ist. Der SekundUrkreis ist dann an cie Turbiner; angeschlossen. Bei solchen Druckwasserreaktoren muß daher der Reaktor einschließlich der Wärmetauscher abgeschirmt werden (Containment), damit bei eventuellen Unfällen im Primärkreis die Außenluft nicht radioaktiv verseucht wird.

Bei Druckwasserreaktoren, bei denen die Wärmetauscher außerhalb des eigentlichen Druckbehälters angeordnet sind, erfolgt die Abschirmung durch ein sogenanntes Containment, ein im allgemeinen rotationssymmetrisches Gebäude, das für einen

Dampfdruck ausgelegt und dicht ist. Die Größe dieses Gebäudes ergibt sich aus dem Volumen und dem Druck ΙίΓι nesktorbchaltsr einerlei ^k und dem im Containment zugelassenen Druck andererseits. Hierbei ergeben sich oft beachtliche Abmessungen.

Um diese, nur für den Katastvophenfall notwendigen Aufwendungen zu verringern, hat man den Reaktor und die Wärmetauscher schon in Einern sogenannten integrierten Behälter zusammengefaßt. In diesem Zusammenhang sind zwei Lösungen bekannt geworden, nämlich die fVnordnung der Wärmetauscher entweder im Innern oder in der Wand des Spannbetondruckbehälters, aus dem dann nur noch die Rohrleitungen des Sekundärkreises zur Turbine ;ianlage führen.

Nachteilig an diesen beiden Lösungen ist, daß der Zugang zu den im Inneren des Druckbehälters angeordneten Wärmetauschern erst nach Stillegung des Reaktors und öffnen des Deckelverschlusses möglich ist. Bei Schaden an den Rohrleitungen oder Wärmetauschern muß also der gesamte Reaktor außer Betrieb gesetzt werden, das neben dem Nachteil des plötzlichen Ausfalls der gesamten elektrischen Energie auch mit großen Kosten verbunden ist. Dazu kommt bei Anordnung der Wärmetauscher im Inneren des Reaktor-Druckbehälters noch der Nachteil einer Vergrößerung des lichten Durchmessers des Behälters, der ein großes Deckelgewicht bedingt, weil der gesamte Lichtraum zugänglich sein muß bzw. bei Anordnung der Wärmetauscher in der Behälterwand treten in dieser durch die Hohlräume Zusatzspannungen auf, die sich mit den an sich schon hohen Beanspruchungen der Wände durch Innendruck überlagern. "Mrch die räumliche Beengtheit. Im Bereich der Aussparungen wird die Bewehrungsführung, insbesondere der Spannbewehrung wesentlich erschwert.

Aufgabe dor Neuerung ist es, eine Möglichkeit zu schaffon, um einerseits das Containment und andererseits aie Nachteile der bekannten integrierten Behälter zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Spannbeton-Druckbehälter mit außerhalb der Behalterwandung angeordneten Wärmetauschern dadurch gelöst, daß für jeden der Wärmetauscher ein gesonderter, in gleicher Weise wie der Druckbehälter fUr den Reaktor ausgebildeter Druckbehälter aus Spannbeton vorgesehen ist und daß die Innenräume sämtlicher Behälter miteinander in Verbindung stehen.

Dar, ■ sind die Druckbehälter für die Wärmetauscher zweckmäßig radial zu dem Druckbehälter fur den Reaktor angeordnet; sie sind vorzugsweise tangential an die Auüfr.wiii d des Druckbehälters für den Reaktor angesetzt.

Die Druckbehälter für die 'Wärmet--us eher könne-η einstückig mit dem Druckbehälter für d- .\ ₄.2aktc ausgeführt und durch die Bewehrung mit dir-jem verbunden sein. Sie sir.d i:v:eck-(TiUSig so angeordnet, daß sie ihre Lasten ausschließlich auf den Druckbehälter für den Reaktor bzw. dessen Gründung übertragen.

Während bei der Ausflihrungsform nach Fig. 2 linke Seite für die Wärmetauscher die Anordnung von Lagern mit Rücksicht auf Bewegungen des Bodens 10 notwendig sind, entfallen diese bei der hängenden Ausführung auf der rechten Seite der Fig.

Die Wandstärken und die Durchmesser der Druckbehälter für die Wärmetauscher und des Druckbehälters für den Reaktor sind zweckmäßig so aufeinander abgestimmt, daß an den Berührungsflächen zwischen den Behälterwandungen keine nennenswerten unterschiedlichen Dehnungen auftreten.

Zwocl·;:.".:LJi₁/, sind sow:.I diu £ruckbenälter :'ür die V.'är.'Vietausch'jr a^s auch der Drucxnenälter für den Reaktor ge;:.i!3 iter.t i.uö-t.o^^ ausgebildet.

i'»vi^o;-.cr. .;-". L:".'.?'=-" "^v 'Π ter i'ür con Reaktor und jeden Lr^ekueMaiter Γ ¹Ir die Wärme tauscher sind ;:weckmä;iig Verbinck.ngc Ie i tur.gen a«s Ltahlrohren angeordnet, die mit den Stahlauskleiaur.ger. der behälter druckdicht verbunden sind. In den Rohrleitungen gönnen Absperrschieber angeordnet sein. Schließlich karu-. die Anzahl der Wärmetauscher und der ihnen zugeordneten Druckbehälter g*-ö3c ■ sein als für den Betrieb des Reaktors notwendig ist.

Lic·r Vorle; , der neuerungsgemäßen Ausbildung des Druckbchülters für R^-^cu rcn besteht vor allern darin, da2 die Wärmetauscher im Schadensfall einfach aus- und eingebaut werden ,:"... .'j-.:. ILi:: v:ci:drer Vorteil 1 ie..^t oarir., da2 es ::.üglic':. ist,

.ota^sc

üc?r Absperrschieber ab^usohaltor. ^r.

entsprechend vor.r.ir.dur'jcr 1 C'i^z-.-r.g -.'."^i tc-rr.u-

L "j: ^ i"* _ι. Kj C d -j ο . k'..'j.i'b.w^rc *η ^. -/ Va^t** ν ο c* > .<. j. γ". ^* c* ^* ^ ο i"¹ ^. t. * <. ^ ^. r * ^₃ -. .. >_ c. .^. ^. ■_' ι. »j — :'all könnte aann ermöglicht werccn, wem. wie ''.'iir.r.etauschcr und dJ.c- +::r>er. zugeordneten Spann oetondrurkbe;; alter in uir.cr _;;r-".;eren Anzahl angeordnet sind, als für den betriel· erfcrd^r^ic:: ist. Bei entsprechender Regelung des Reaktors w^:iro ,lar.r'i ome Minderung der elektrischen Leistung nur auf eir.e ,-i^r^e V.:·,.-schaltzeit beschränkt.

Ein weiterer Vorteil der Neuerung ; i.-st^ht >'.a:·::., ::.λ.: die eigenständigen Druckbehälter CiIr ei·, .■.'ärrr.etaus he/ direkt u.η den Druckbehälter fur den Reaktor ^eiiist .j:.,;/.,-haut wer.;·...-:-. können. Wenn sie eleven tangent:·-·.: ioerii.'.ron, :.'reintrLic:.ti_t>".. sie dessen Formänderungen in Bettlet.· nio^it, :r,z.c;\<cr. aber eine

gesonderte Gründung für jeden einzelnen Wärmetauscher unnötig, so daß unterschiedliche Setzungen zwischen den Wärmetauschern und den Druckbehältern des Reaktors, welche die Rohrleitungen beanspruchen wurden, nicht auftreten können.

Da durch die tangentiale Berührung der Wände, und zwar der die VJ arme tauscher umschließenden Druckbehälter mit der Wand des Reaktordruckbehälters Schwierigkeiten in aer Anordnung der Ringvorspannbewehrung der Wände entstehen kör. an, empfiehlt sich'die Vorspannung der Behälter nach Patent 1.684.643 (DT-AC 1.684.643). Dieses Patent betrifft einen Spannbeton-Druckbehälter in Form eines Rotationskörpers mit in radialer Richtung in mehreren Lagen angeordneten Ringspanngliedern, die durch Aufweiten der gebildeten Ringe gespannt und in gespanntem Zustand einbetoniert sind. Dabei sind die Ringspannglieder an der Innenseite eines äußeren Druckteils der Behälterwandung angeordnet und es sind zum Anspannen der Ringspannglieder der Druckteil der Behälterwandung durchsetzende Radialspannglieder vorgesehen, die an den Ringspanngliedern eingreifen und außen anspannbar verankert sind. Diese Art des Spaniens der Ringspannglieder läßt sich auch im Bereich der Berührungsstellen der Druckbehälter für die Wärmetauscher und des Druckbehälters für den Reaktor mit der Einschränkung durchführen, daß die Radialspannglieder jeweils von der Innenseite her angespannt werden.

Die zwei sich berührenden Behälterwände können auch mit gesonderten bzw. zusätzlichen durchgehenden Spanne¹-iedern miteinander verbunden sein.

Ausführungsbeispiele der Neuerung werden anhand der Zeichnungen nachstehen·· näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen horizontalschnitt durch einen nach der Neuerung ausgebildeten Spannbeton-Druckbehälter,

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Fig. 2 einen Vertikalschnitt entlang der Linie U-II der Fig. 1

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Horizontalschnitt durch eine andere Ausführungsform und

Fig. 4 eine Detaildarstellung der Bewehrimgsführung

im Bereich der Durchdringungsstelle der Wandung eines Druckbehälters für einen Wärmetauscher und des Druckbehälters des Reaktors.

Der Druckbehälter 1 für den Atomreaktor besteht in an sich bekannter Weise aus einer zylindrischen Wand 2, einer Bodenplatte J5 und einem Deckel 4, der sich beispielsweise über Stahlpendel 5 auf die Wand 2 in ihrem oberen Bereich abstützt. Der Behälter 1 umschließt den Raum 6 des Reaktors und ist für den im Betrieb erforderlichen Wasserdruck und die auftretende Temperatur ausgelegt und bemessen. Die Dichtigkeit, der Behälterwandung 2 wird durch eine Stahlauskleidung 7 gewährleistet. Die Temperatur wird durch eine entsprechende Isolierung und Kühlung auf ine dem Materialspannbeton entsprechende Höhe, gebracht. Der Druckbehäxter 1 ist Je nach Reaktorsyste~ über die Bodenplatte 3 oder über besondere Fundamente gegründet. '

Am äußeren Umfang der Behälterwand 2 sind mehrere kleinere Druckbehälter 8, ebenfalls aus Spannbeton, angeordnet, die, wie auch der Behälter 1, aus einer zylindrischen Wandung 9, einem Boden 10 und einem Deckel 11, besteht. Die Druckbehälter 8 umschließen einen zur Aufnahme Je eines Wärmetauschers erforderlichen Raum IP.

Die Druckbehälter 8 für die Wärmetauscher sind in gleicher Weise wie der Druckbehälter 1 für den Reaktor mit Stahlauskleidungen IjJ sowie Isolierung und Kühlung versehen. Die

Innenräume 12 der Behälter 8 für die Wärmetauscher stehen über Rohrleitungen 14 mit dem Innenraum 6 des Behälters 1 in Verbindung, so daß in allen Räumen der gleiche Innendruck herrscht« Um die Dichtung überall in gleicher Weise zu gewährleisten, sind die Verbindungen 14 ebenfall;, mit Stahlrohren 15 ausgebildet, die einerseits an die Innenauskleidung 7 des Druckbehälters 1 und andererseits an die Innenauskleidungen 13 der Behälter 8 druckdicht angeschlossen sind. Zur Aufnahme von Dehnungen infolge von Temperaturunterschieden sind in den Rohren 15 Ausgleichszonen 16 vorgesehen. Der Beton in dem die Behälter 1 und δ verbindenden Bereich 18 erhält somit infolge von Temperaturdehnungen der Rohre 15 keine Spannungen.. '

Im Bereich der Rohrdurchbrüche durch die Wände der Behälter 1 und 8 werden diese hinsichtlich der Ringkräfte von der Längskraft gestört. Diese Störung wird durch die Abmessungen des Betons im Bereich 18 kompensiert, der für den Katastrophenfall "Reissen der Rohrleitungen" für den Innendruck zu bemessen ist. Die Dichtheit des Betons ist durch Stahlrohre 19 gewährleistet, welche die Rohrleitungen 15 umschließen. Um eine in Ringrichtung und Längsrichtung zwängungsfreie Verbindung der Wandungen 9 und 2 im Bereich 18 zu erreichen, müssen die Wanddicken entsprechend den Durchmessern der Behälter und 1 aufeinander abgestimmt sein.

Die Rohrleitungen 15 sind schließlich mit Absperrschiebern 20 versehen, mittels deren einzelne Wärmetauscher vom Kreislauf getrennt werden können. Außerdem sind in den Wän den 9 der Druckbehälter 8 für die Wärmetauscher Rohrdurchbrüche 21 für die Wärmezuleitung zu den Turbinen vorgesehen.

über die Absperrschieber 20 ist es möglich, einzelne Wärmetauscher vom Kreislauf abzuschließen, wenn sich ein Schadensfall ereignen sollte. Um den Reaktor dann nicht mit ver-

niinderter Leistung weiterlaufen lassen zu müssen, können mehr Wärmetauscher vorgesehen sein, als fUr den Betrieb dei> Reaktors notwendig s_nd. Diese Anzahl reicht von einem weiteren Wärmetauscher bis zur doppelten Anzahl, womit der völlige Ausfall kompensiert werden könnte. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 3 im Ausschnitt dargestellt. Im Schadensfall können hier die Absperrschieber 20 geschlossen und die Absperrschieber 22 geöffnet werden.

Da im Bereich 18 der Durchdringung der Wandungen 2 und 9 der Behälter 1 und 8 die Aufbringung einer Ringarmierung durch Wickeln schwer möglich ist, empfiehlt sich zur Herstellung des erfindungsgemäßen Behälters eine 3ewehrungsführung, wie aus AS 1.684,643 bekannt geworden. Hier werden zuerst die äußeren Wandteile 2a und 9a. betoniert, sodann werden in Ringen die Spannglieder 23, 24 für die Ringvorspannung und die Radialspannglieder 25* 26 eingebaut, durch deren Anspannung die Ringspannglieder 23, 24 unter Spannung geraten und in die äusseren Wandungsteile 2a, 9a eine Druckvorspannung eintragen. Normalerweise werden die Radialspannglieder 25, 26 vorn Außenumfang der Behälter her angespannt (Pfeile 27), da die Radialspannglieder im Bereich der Durchdrängungsstelle 18 aber von außen her nicht zugänglich sind, sondern diese hier von der Innenseite her angespannt werden (Pfeile 28).

• Schließlich werden die "Hingspannglieder 23, 24 noch mit Beton ummantelt, der einen inneren Wandungsteil 2b und 9b bildet.

Claims (8)

Schutzansprüche

1.) Spannbeton-Druckbehälter für einen Druckwasser- ! reaktor mit außerhalb der Behälterwandung angeordneten Wärmetauschern, dadurch gekennzeichnet daß für jeden der Wärmetauscher ein gesonderter, in gleicher Weise wie der Druckbehälter (1) für den Reaktor ausgebildeter Druckbehälter (8) aus Spannbeton vorgesehen ist, und daß die Innenräume (6) (12) sämtlicher Räume miteinander in Verbindung äehery-

2.) Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehälter (8) für die Wärmetauscher radial zu dem Druckbehälter (1) für den Reaktor angeordnet sind,

5·) Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichneu, daß die Druckbehälter (8) für die Wärmetauscher tangential an die Außenwand (2) des Druckbehälters (1) für den Reaktor angesetzt sind. /

4.) Druckbehälter nach Anspruch i bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehälter (8) für die Wärmetauscher einstückig mit dem Druckbehälter (1) für den Reaktor ausgeführt und durch die Bewehrung mit diesem verbunden sind.

5.) Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehälter (8) für die Wärmetauscher so angeordnet sind, daß sie ihre Laien aus- . schließlich auf den Druckbehälter (1) für den Reaktor bzw. dessen Gründung übertragen.

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6.) Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichne , daß die Wandstärken und Durchmesser der Druckbehälter (8) für öle Wärmetauscher und des Druckbehälters (1) für den Reaktor- so aufeinander abgestimmt sind, daß an den Anschlußstellen möglichst keine nennenswert unterschiedlichen Dehnungen auftreten.

7.) Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehälter (8) für die Wärmetauscher und der Druckbehälter (1) für den Reaktor gemäß Patent 1.684.643 ausgebildet sind.

8.) Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzelehnet, daß zwischen dem Druckbehälter (1) für den Reaktor und Jedem Druckbehälter (8) für die -Wärmetauscher Verbindungsleitungen (15) aus Stahlrohren angeordnet sind, die mit den Stahlauskleidüngen (7), (13) der Behälter (1, 8) druckdicht verbunden sind.

9·) Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, uaß in den Rohrleitungen (15) Absperrschieber (20) angeordnet sind.

iO.) Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Wärmetauscher und der ihnen zugeordneten Druckbehälter (8) größer ist als für den Betrieb des Reaktors notwendig.