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DE2459150C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druckwasser-Reaktors im Störfall - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druckwasser-Reaktors im Störfall

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DE2459150C3
DE2459150C3 DE2459150A DE2459150A DE2459150C3 DE 2459150 C3 DE2459150 C3 DE 2459150C3 DE 2459150 A DE2459150 A DE 2459150A DE 2459150 A DE2459150 A DE 2459150A DE 2459150 C3 DE2459150 C3 DE 2459150C3
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Germany
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steam
residual heat
heat exchanger
circuit arrangement
feed water
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DE2459150A
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DE2459150A1 (de
DE2459150B2 (de
Inventor
Gottfried Dipl.-Ing. 6945 Großsachsen Gess
Hermann Dipl.-Ing. 6800 Mannheim Kley
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Abb Reaktor Asea Brown Boveri Ag 6800 Mannhe GmbH
Original Assignee
Brown Boveri Reaktor GmbH
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Publication date
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Priority to AT0930175A priority patent/AT380119B/de
Priority to FR7538217A priority patent/FR2294517A1/fr
Priority to GB51269/75A priority patent/GB1525020A/en
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/04—Safety arrangements
    • G21D3/06—Safety arrangements responsive to faults within the plant
    • 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
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  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druck-Wasser-
JO Reaktors bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder Frischdampfleitungsbruch, wobei die Nachwärme-Dampfmenge über Hilfswärmesenken unter Ausnutzung des nuklearen Zwischenkreislaufes kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise den Dampfer-
)■> zeugern wieder zugeführt wird.
Für eine Druckwasser-Reaktor-Anlage ist bei Ausfall der Hauptwärmesenke zur Kühlung des Reaktorkerns — d. h. der Brennelemente im Reaktordruckbehälter — die Nachzerfallswärme auf dem Wege über die
·»<> Dampferzeuger über längere Zeit, ca. 6 bis 10 Stunden abzuführen. Es ist bisher üblich, in Störfällen den anfallenden sekundärseitigen Dampf in die Atmosphäre abzublasen (siehe z. B. Druckschrift Nr. GEA-9575 von General Electric »Developments in Nuclear Plant > Effluent Management«).
Aus dem DE-GM 18 81 622 ist eine Vorrichtung zur Dampferzeugung mit einem Atomreaktor als Wärmequelle bekannt. Bei dieser Einrichtung strömt der am oberen Ende des Dampferzeugers austretende Dampf
r>o durch ein in der Hauptdampfleitung angeordnetes ' Hauptdampfventil. Der Dampf kann durch einen mit natürlichem Umlauf arbeitenden Wärmetauscher geleitet werden, dessen Größe zur Abfuhr der Nachzerfallswärme ausreicht und der eine Abschaltung der Anlage
5"> ermöglicht, ohne daß eine Hilfseinrichtung zur Umwälzung des Wassers sowohl im Primär- als auch im Sekundärkreis der Dampferzeugereinheit erforderlich ist. Der Dampf kondensiert in dem oben erwähnten Wärmetauscher und fließt als Kondensat in eine äußere
ho Speisewasserieitung und über ein Eiiiiauveriii! m den Dampferzeuger zurück.
Als Nachteil ist bei dieser Einrichtung die Tatsache anzusehen, daß durch die Anordnung des Hauptventils zwischen dem Dampferzeugeraustritt und dem'Ab-
h5 zweig zum Wärmetauscher niemals die gesamte erzeugte Nachzerfallswärme dem Wärmetauscher zugeführt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß nach dem Abzweig der Hauptdampfleitung
sum Wärmetauscher kein weiteres Ventil mehr vorhanden ist, so daß bei einem notwendigen Offnen des Hauptventils mit der Zeit eine gewisse Menge an Nachzerfallswärme zur der Turbogruppe oder in die an das Reaktorgebäude angrenzenden Räumlichkeiten gelangen kann.
Weiterhin ist aus der US-PS 37 02 281 eine Einrichtung zur Abfuhr der Wärme eines Reaktors nach einem Störfall bekannt. Dort wird bei einem Leck des Primärsystems zum Containment hin zuerst die Wärme über den Dampferzeuger und eine Wasservnrlage mit begrenzter Wärmeaufnahmekapazität abgeführt. Nachdem aufgrund der Wärmeabfuhr eine bestimmte Druckreduzierung im Primärsystem eingetreten ist, erfolgt die Einspeisung von Kühlmittel in den Reaktordruckbehälter. Diese Vorgehensweise soll auch dann Anwendung finden, wenn Primärkühlmittel in das Sekundärkühlmittel eintritt. Hierbei ist jedoch nicht auszuschließen, daß durch die Zufuhr von Primärkühlmittel in den isolierten Dampferzeuger dort eine unzulässige Druckerhöhung eintritt und ein Abblasen von Dampf eingeleitet werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei unterstellten Betriebsleckagen von der Primär- zur Sekundärseite im Dampferzeuger die Abgabe von radioaktiven Bestandteilen an die Atmosphäre während der Nachwärme-Abfuhr-Phase zu verhindern.
Die Lösung besteht darin, daß unter Messung bestimmter Kriterien des Störfall-Ablaufes oder des Ausfalls der Hauptwärmesenke eine Regelung des jo Druckes auf einen Wert erfolgt, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes und unterhalb des zulässigen Druckes für den Dampferzeuger liegt, daß als Stellglieder vordruckgeregelte Reduzierventile in den Frischdampfleitungen dienen, und daß die Nachwärme- J5 abfuhr durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist und anschließend der Druck-Sollwert der Reduzierventile in den Frischdampfleitungen herabgesetzt wird.
Zur Erfüllung dieser Funktion kann der bestehende nukleare Zwischenkreislauf eingesetzt sein. Vorzugsweise wird ein nuklearer Zwischenkreislauf mit erweiterter Form und Kapazität benutzt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bringt folgende Vorteile:
a) Die Hilfswärmesenke braucht nicht durch einen Turbogruppen-Kondensator dargestellt werden, der sich eigentlich zunächst als Hilfswärmesenke anbietet, der aber unter Vakuum, das durch die angebotene Kühlwassertemperatur bestimmt ist, den anfallenden Dampf niederschlägt.
Vielmehr wird diese Funktion durch einen Nachzerfalls-Wärmeaustauscher erfüllt, der bis zur höchstmöglichen Speisewassertemperatur arbeitet. Die Hitfswärmesenke kann folglich klein bemessen werden.
b) Da bei der Nachwärmeabfuhr kein Dampf an die Atmosphäre abgeblasen wird, tritt kein Wasserverlust ein.
c) Eine andernfalls mögliche stärker eintretende &trade; Kontamination der Hauptwärmesenke wird verhindert.
Die Erfindung bedient sich zur Durchführung des Verfahrens einer Schaltungsanordnung, die in bekann- b5 ter Weise mit einem Primärsystem aus dem Druckbehälter mit Reaktorkern, Primär-Druckwasser-Leitungen, Dampferzeugern und Kühlmittelpumpen und mit einem Sekundärsystem aus Frischdampf-Leitungen, Sicherheitsventilen, Abschlußorganen am Containment, vor den Turbinenanschlüssen und einem nuklearen Zwischenkreislauf ausgerüstet ist Das vorgenannte Problem wird dadurch gelöst, daß die Frischdampf-Leitungen sich mindestens zweifach parallel an mindestens zwei Dampferzeuger anschließen, daß die Frischdampf-Lekungen regelbare Reduzierventile enthalten, sich jeweils an das Reduzierventil ein Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher anschließt, der über eine Notspeisewas serpumpe und ein Notspeisewasser-Regelventil an den Dampferzeuger angeschlossen ist
In einer erweiterten Form kann der nukleare Zwischenkreislauf erweitert sein, indem der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher mit einem zusätzlichen Kondensat-Kühler ausgerüstet ist.
Vorzugsweise wird das Reduzierventil mit den Sicherheitsventilen und den Abschlußorganen in einem wiederholungsprüfbaren Armaturenkörper zusammengefaßt, der so an die Frischdampfleitung angeschlossen ist, daß er eine Verlängerung des Sicherheitsbehälters darstellt und der in einem gebunkerten Zwischengebäude untergebracht ist, in dem sich auch der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher mit Kondensatkühler, die Notspeisewasserpumpe und das Notspeisewasser-Regelventil befinden.
In Abwandlung zu dieser Anordnung können der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher mit Kondensat-Kühler, die Notspeisewasserpumpe und das Notspeisewasser-Regelventil im Reaktorgebäude, aber außerhalb des Sicherheitsbehälters, installiert sein. Ferner können das Reduzierventil und der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher im Sicherheitsbehälter und die Sicherheitsventile und Abschlußorgane im gebunkerten Zwischengebäude angeordnet sein.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung stellt eine dreifache und sichere Schranke gegen Aktivitäts-Freisetzung zum Kühlwasser bzw. Vorfluter dar, weil Leckagen an drei Stellen, Dampferzeuger, Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher und nuklearen Zwischenkühler unwahrscheinlich sind.
Durch die Rückführung des entstandenen Kondensats zu den Dampferzeugern wird vermieden, daß ein großes Auffangbecken für das aus dem Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher anfallende Kondensat gebaut werden muß. Das dort aufzufangende Kondensat könnte kontaminiert sein und müßte dann dekontaminiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die
F i g. 1 bis 3 zeigen jeweils den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und unterscheiden sich im weiteren durch die Anordnung von Elementen der Sekundärseite.
Innerhalb eines Reaktorgebäudes 1 und eines Sicherheitsbehälters 2 befinden sich der Reaktor-Druck-Behälter 3, die Kühlmittelpumpen 4, die Dampferzeuger 5, die verbindenden Primär-Druckwasser-Leitungcn 5 und die Frischdampf Leitungen 7 (F i g.!).
Mit den Sicherheitsventilen 8 und den Pfeilen 18 ist das seitherige Verfahren des Abblasens in die Atmosphäre angedeutet.
Sicherheitsventile 8, Abschlußorgane 9 und Reduzierventile 10 sind zu einem in Reaktorqualität hergestellten wiederholungsprüfbaren Armaturenkörper zusammengefaßt, der so in die Frischdampfleitung 7 eingebaut wird, daß er eine Verlängerung des Sicherheitsbehällers
2 nach außen darstellt Dieser integrierte Armaturenkörper ist gegen Einwirkungen von außen in einem als Bunker ausgeführten Zwischengebäude 11 untergebracht. Mit den Pfeilen 12 sind die Anschlüsse zur Turbine angedeutet.
Im Zwischengebäude 11 befinden sich auch ein Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit einem Kondensatkühler 17, eine Notspeisewasserpumpe 14, und ein Notspeisewasser-Regelventil 15, das seinerseits an einen im Sicherheitsbehälter liegenden Anschlußstutzen 16 des Dampferzeugers 5 angeschlossen ist.
Die Gruppe Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit Kondensatkühlung 17 kann ggf. durch ein Wasservorlage-Becken ersetzt werden.
Die Gruppe Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit Kondensatkühlung 17 kann ggf. durch ein Wasservorlage-Becken ersetzt werden.
Das kompakte System Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher/Kondensatkühler wird dann durch das in den Ausmaßen größere Wasservorlagebecken ersetzt, was eine vereinfachte Regelkonzeption bringt.
Der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher kann als Wasser/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und an ein Nebenkühlwasser-System angeschlossen sein. Ggf. sind zusätzliche Nebenkühlwasser-Pumpen in redundanten Nebenkühlwasser-Pumpenhäusern anzuordnen.
Die in Fig.2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten lediglich durch die Anordnung des Nachwärmeabfuhr-Wärmetauschers 13, des Kondensatkühlers 17, der Notspeisewasserpumpe Jo
14 und dem Notspeisewasser-Regelventil 15 im Reaktorgebäude 1, aber außerhalb des Sicherheitsbehälters 2. Lediglich der integrierte Armaturenkörper mit dem Reduzierventil 10 bleibt im gegen Einwirkungen von außen als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude J5 11, das gegenüber der Ausführung in Fig. 1 wesentlich kleiner ausgeführt werden kann. Zur besseren Übersicht ist das Zwischengebäude 11 in die Zeichenebene geklappt.
Bei der Anordnungsvariante nach F i g. 3 befinden « sich das Reduzierventil 10, der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit Kondensatkühler 17, die Notspeisewasserpumpe 14 und das Notspeisewasser-Regelventil
15 im Sicherheitsbehälter 2. Der integrierte Armaturenkörper besteht nur noch aus dem Sicherheitsventil 8 und 4' den Abschlußorganen 9 und ist im als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude 11, außerhalb des Sicherheitsbehälters 2 angeordnet. Gegenüber den Anordnungen nach Fig. 1 kann das gebunkerte Zwischengebäude wesentlich kleiner ausgeführt werden.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung beschrieben:
Die Reaktor-Anlage wird im Störfall in wenigen Sekunden von Vollast oder Teillast auf wenige Prozent Wärmeleistung zurückgefahren. Die Nachwärme-Abfuhr beginnt je nach Anlagentyp mit einem bestimmten prozentualen Anteil der Nenndampf menge im Störfall. Wegen der mindestens doppelt vorhandenen, parallel arbeitenden Frischdampfleitungen 7 und der mindestens vierfach vorhandenen Rückleitungen im nuklearen Zwischenkreislauf reagiert das System auch auf Störfall-Kombinationen des Ausfalles der Hauptwärmesenke und eines Frischdampfleitungsbruches sicher.
Die Kühlsysteme für Nebenkühlwasser und nukleare Zwischenkühlwasser sind durchgeschaltet und aufnahmebereit.
Durch bestimmte Kriterien aus dem Störfall-Ablauf oder dem Ausfall der Hauptwärmesenke selbst werden die vordruckgeregelten Reduzierventile 10 zum Eingriff gebracht. Sie halten einen Druck, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes, jedoch unterhalb des Konzessionsdruckes der Dampferzeuger 5 liegt.
Der gedrosselte Nachwärmeabfuhr-Dampf wird dem Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (oder Wasservorlage-Behälter bzw. Wasservorlage-Becken) 13 zugeführt und dort unter Kühlung durch den nuklearen Zwischenkühlkreislauf zu Kondensat niedergeschlagen.
Das Kondensat läuft den Notspeisewasserpumpen 14 zu und wird von diesen über das Notspeisewasser-Regelventil 15, das für konstanten Wasserstand im Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher 13 sorgt, den Dampferzeugern 5 an den Notspeisestutzen 16 wieder zugeführt. Aus der zu schützenden Funktion ergibt sich, daß die Nachwärmeabfuhr zunächst solange durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist. Erst dann kann, um eine weitere Abkühlung im Primärsystem herzustellen, der Drucksollwert des Reduzierventil 10 tiefergesetzt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
50

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druck-Wasser-Reaktors bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder Frischdampfleitungsbruch, wobei die Nachwärme-Dampfmenge über Hilfswärmesenken unter Ausnutzung des nuklearen Zwischenkreislaufes kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise den Dampferzeugern wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Messung bestimmter Kriterien des Störfall-Ablaufes oder des Ausfalls der Hauptwärmesenke eine Regelung des Druckes auf einen Wert erfolgt, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes und unterhalb des zulässigen Druckes für den Dampferzeuger liegt, daß als Stellglieder vordruckgeregelte Reduzierventile in den Frischdampfleitungen dienen, und daß die Nachwärmeabfuhr durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist und anschließend der Druck-Sollwert der Reduzierventile in den Frischdampfleitungen herabgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nuklearer Zwischenkreislauf mit erweiterter Form und Kapazität verwendet wird.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder folgenden mit einem Priinärsystein bestehend aus dem Core, Primär-Druckwasser- Leitungen, Dampferzeugern und Kühlmittelpumpen und einem Sekundärsystem bestehend aus Frischdampf-Leitungen, Sicherheitsventilen, Abschiußorganen vor den Turbinenanschlüssen und einem nuklearen Zwischenkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischdampfleitungen (7) sich mindestens zweifach parallel an mindestens zwei Dampferzeuger (5) anschließen, daß die Frischdampfleitungen (7) regelbare Reduzierventile (10) enthalten, daß sich jeweils an das Reduzierventil (10) ein Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) anschließt, der über ein Notspeisewasser-Regelventil (15) an den Dampferzeuger (5) angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) mit einem zusätzlichen Kondensat-Kühler (17) ausgerüstet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) und den Dampferzeuger (5) eine Notspeisewasserpumpe (14) geschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) als Wasser/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und an ein Nebenkühl-System angeschlossen ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachwärme-Abfuhr ein Wasservorlagebecken eingesetzt ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierventil (10) mit den Sicherheitsventilen (8) und den Abschlußorganen (9) jeweils in einem Armaturkörper integriert sind, der an die Frischdampfleitung (7) angeschlossen ist, daß der Armaturkörper eine Verlängerung des Sicherheitsbehälters (2) darstellt und in einem als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude (11) untereebracht ist. in dem auch der Nachwärme-Abfuhr-
Wärmetauscher (13) mit dem Kondensatkühler (17), die die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) angeordnet sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierventil (10) mit den Sicherheitsventilen (8) und den Abschlußorganen (9) jeweils in einem Armaturenkörper integriert sind, der sich in dem als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude (11) befindet, während der N achwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) mit dem Kondensatkühler (17), die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) im Reaktorgebäude (1), außerhalb des Sicherheitsbehälters (2) angeordnet sind.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Reduzierventil (10), der Nachwärme-Abfuhr-Wärmetauscher (13) mit dem Kondensatkühler (17), die Notspeisewasserpumpe (14) und das Notspeisewasser-Regelventil (15) im Sicherheitsbehälter (2) befinden und die Sicherheitsventile (8) und die Abschlußorgane (9) in einem Armaturenkörper integriert sind, der im als Bunker ausgebildeten Zwischengebäude (11) installiert ist
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