DE2809076A1

DE2809076A1 - Wiederumwaelz-abzug fuer die sicherheitseinspritz- und spruehkreise eines kernreaktors

Info

Publication number: DE2809076A1
Application number: DE19782809076
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2809076C2; FR2384324A1; PT67681A; US4243485A; ES467415A1; ZA781200B; FR2384324B1; IE46666B1; BE864978A; JPS5740478B2; PT67681B; JPS53147194A; IE780425L

Description

SOCIETE FRANCO-AMERICAINE DE CONSTRUCTIONS ATOMIQUES -

PRAMATOME
Courbevoie, Prankreich

Wiederumwälz-Abzug für die Sicherheitseinspritz- und Sprühkreise eines Kernreaktors

Die Erfindung betrifft einen Wiederunrerälz-Abzug für die Kreise zur Sicherheitseinspritzung und zum Sprühen bei einem Kernreaktor_s die insbesondere zur Bildung von Sicherheitseinrichtungen eines Druckwasserreaktors vorgesehen sind.

Ein Druckwasserreaktor weist üblicherweise einen oder mehrere Primärumwälzkreise von Druckwasser auf ₃ das von einer Primärumwälzpumpe gefördert im geschlossenen Kreislauf zwischen dem Reaktorbehälter und einem Dampferzeugungs-Wärmetauscher strömt. Das Primärwasser heizt sich im Kernreaktor in Berührung mit dem Kernbrennstoff auf und gibt seine Wärme im Wärmetauscher an ein Sekundärfluid ab_s das verdampft _s um in üblicher Weise in Turbogeneratoren zur Elektrizitätserzeugung verwendet zu werden. Das den Reaktor um-

310-(77/2O)-Me-P

§08839/0721 original /nspected

schließende Gebäude bildet einen dichten Absperrbehälter aus Beton, der mit einer Innenbedeckung versehen ist, die eine Abdichthaut bildet. Der eigentliche Reaktorbehälter und die Primärkreise sind innerhalb des Absperrbehälters in einem zweiten Betonbehälter eingeschlossen, der Geschoßschutzwand genannt ist, wodurch so ein Ringraum mit der Innenwand des Absperrbehälters gebildet ist. Die Geschoßschutzwand schützt die im Ringraum angeordneten Einrichtungen sowie die Dichtheit des Absperrbehälters gegenüber möglichen zufälligen Bruchstücken die vom Kern oder den Primärkreisen kommen.

Darüber hinaus mündet der Oberteil des Reaktorbehälters, wenn dessen Deckel angehoben ist, am Boden eines tiefen Raums, der Reaktorbecken genannt ist. Dieses Becken ist mit Wasser während der Wiederbeschickungen des Behälters gefüllt derart, daß die Handhabungen der- herausgeführten, der eingeführten oder der ausgetauschten Brennelementbündel im Eehälter unter Schutz einer sehr starken Viasserschicht erfolgen. Währ end des Betriebs des Reaktors ist das Becken geleert und ist das Wasser in einem Wartespeicher aufbewahrt.

Die Integretät oder Einstückigkeit des Druck-Primärkreises des Reaktors ist eine wesentliche Bedingung für die Sicherheit des Betriebs. Eine offene Sfrelle in diesem Kreis hat nämlich einen Verlust des Primärkühlfluids zur Folge sowie eine Druckverr-ingerung des Fluids. Daraus kann folgen,, daß der Kern des Reaktors nicht mehr von dem Kühlfluid bespült wird., was in kurzer Zeit zu einer su großen Temperaturerhöhung und zur Fusion des Kerns führen wird. Weiter hat die Entweichung des Bs^uckfluids auf hoher Temperatur in dem Absperrbehälter eine Verdampfung zur Folge und damit eine Druckerhöhung im Behälter mit der Gefahr ₃ daß die-'

ser brechen kann und radioaktive Stoffe nach außen abgeben kann. Es ist daher für einen derartigen Fehler oder Unfall vorgesehen_s unmittelbar eine Sicherheitseinspritzung im Kern durchzuführen um ihn von neuem mit Fluid zu füllen und dessen Abkühlung sicherzustellen. Es ist andererseits vorgesehen, sofort Wasser in das Reaktorgebäude einzusprühen, um den durch die Druckverringerung des Primärfluids erzeugten Dampf zu kondensieren und um die Wände des Absperrbehälters auf einer Temperatur zu halten, die ausreichend niedrig ist_s um dessen Absperrwirkung bezüglich radioaktiver Stoffe im Inneren des Reaktorgebäudes aufrechtzuerhalten.

Daraus folgt, daß die Sicherheitseinspritzung von Fluid in den Kern des Reaktors und das Besprühen der Anordnung des Gebäudes wesentliche Sicherheitsfunktionen im Fall eines Fehlers oder Unfalls am Primärkreis sind.

In diesem Fall ist vorgesehen₃ zum sowohl Sicherstellen der Umwälzen von Kühlwasser im Kern des Reaktors, als auch zum Zerstäuben von Wasser im Gebäude^ zumindest in einer ersten Phase Wasser zu verwenden, das im Versorgungsspeicher des Reaktorbeckens aufbewahrt ist. Folglich wird üblicherweise abhängig von der Erfassung eines Überdrucks im Behäl- ■ ter und einer gleichzeitigen Druckabsenkung -des Primärfluids das Einschalten von Pumpen für das Sprühen des Behälters zum Zerstäuben von Wasser im Reaktorgebäude und Pumpen zum Sicherheitseinspritzen vorgesehen., um einen ausreichenden Kühlwasserdurchsatz im Reaktorbehälter aufrechtzuerhalten, trotz eines Lecks im Primärkreis. Selbstverständlich ist die Gesamtheit dieser Kreise doppelt oder auch dreifach ausgeführt, abhängig von den verschiedenen Bauplänen, um jedem

g ^ 0 / 0

Ausfall der einen oder der anderen Pumpe oder jedes anderen Glieds dieser Sicherheitskreise zu begegnen.

Nach Verstreichen einer mehr oder weniger langen Zeit, abhängig von der Größe des Lecks im Primärkreis wird der Füll-Speicher des Beckens geleert sein, und es wird nun zur Sicherheitseinspritzung und zum Besprühen des Behälters Rieselwasser verwendet j das sich nun am Unterteil des Reaktorgebäudes gesammelt haben wird und insbesondere im Ringraum zwischen dem Absperrbehälter und der Geschoßschutzwand. Nun wird die Saugseite der Spül- und der Einspritzpumpen gekippt oder umgeschaltet, um sie ausgehend von Abzügen zur Wiederaufnahme zwecks Wiederumwälzung zu versorgen, um die am Boden des Reaktorgebäudes gesammelten Wasser wieder^umzuwälzen. Diese zweite Schutzphase nach dem Unfall kann sehr lange dauern, abhängig von der Ernsthaftigkeit des Unfalls, und derzeitige Sicherheitsvorschriften fordern, daß diese Wiederumwalzkreise beispielsweise während eines Jahres bei Durchsätzen der Größenordnung von 2000 bis 2500 m³/h abhängig vom Reaktor-Typ arbeiten können. Daraus folgt die Bedeutung, die bezüglich der Sicherheit der Wiederumwälz-Abzug besitzt, der beim Unfall erzeugte Bruchstücke jeglicher Art filtern muß, um lediglich diejenigen hindurchtreten zu lassen, die mit der Ausführung der Pumpen, der Sprühdüsen und der Öffnungen für den Fluiddurchtritt im Kern kompatibel oder verträglich sind, was eine ziemlich feine Filterung erfordert. Andererseits kann diese Anforderung an die Filterung ein Verstopfen der Gitter oder Maschen zur Folge haben und damit die Arbeitsweise der Schutzkreise in Frage stellen mit allen sich dadurch ergebenden Folgerungen bezüglich der Sicherheit«

809839/0721

Der Wiederaufnähme-Abzug zwecks Wiederumwälzung von Wasser zum Wiedereinspritzen in den Reaktorbehälter und zum Sprühen in das Gebäude muß daher auf absolute Weise unter der Bedingung geringster Verschmutzung der filternden Flächen zufriedenstellend arbeiten_s wobei die Sicherheitsbedingungen außerdem geringe Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids in Höhe der Gitter oder Maschen erfordern sowie Anordnungen, die die Wirbelbildung in der Saugleitung des Abzugs verhindern.

Bei den derzeit üblichen Anordnungen ist der Abzug im allgemeinen als Parallelepiped ausgebildet mit vier Flächen,, die Filtergitter oder -maschen aufweisen., und ist in der Mitte des Ringraumes angeordnet mit einer Saugleitung₉ die unter dem Boden des Ringraumes und im wesentlichen in der Mitte des Rechtecks mündet_s das die Grundfläche des Parallelepipeds bildet. Jede Seitenfläche des Parallelepipeds weist drei aufeinanderfolgende Filterabstufungen auf_s beispielsweise eine erste Grobstufe aus einfachen Stäben_s dann ein Gitter mit Maschen der Größenordnung 10 χ 10 mm und dann ein Feingitter mit Maschen oder Durchlässen der Größenordnung 3x3 mm= Bei dieser Anordnung wird das Quergitter., das 7/10 des Querschnitts des Ringraums aufweisen kann_s senkrecht vom größten Teil des Durchflusses angegriffen oder angeströmt und unterliegt einer wesentlichen und vorzugsweisen Verschmutzung derart _s daß nach Verstreichen einer bestimmten Zeit diese Fläche oder Seite vollständig verschmutzt sein wird. Der Gesamtdurchfluß kann dann nur mehr in einem Strömungsquerschnitt fließen_s der etwa 3/10 des GesamtquerSchnitts des Ringraums entspricht_s wodurch in Höhe der Gitter erhebliche Geschwindigkeiten auftreten. Diese Erscheinung begünstigt insbesondere die Verstopfung_s die jedoch auf das.äußerste

/0721

vermieden werden soll. Weiter ist noch festzustellen, daß bei einer derartigen Anordnung das Ansaugen praktisch vertikal verfolgt in Höhe oder in Verlängerung der Saugleitung, wodurch die Gefahr der Wirbelbildung besteht, was für einen guten Betrieb der Pumpen sehr schädlich ist. Schließlich bildet ein derartiger Abzug ein Hindernis in der Mitte des Umwälzraumes im Ringraum, was die Fortbewegung des Personals und die Förderung der Materialien während des allgemeinen Unterhalts des Reaktorgebäudes erschwert .

Bei Weiterbildungen dieser Anordnungen wurden insbesondere mehrere aufnehmende Öffnungen an der Basis des Abzugs vorgesehen, wobei diese Öffnungen über einen Sammler mit der allgemeinen Abführleitung verbunden sind. In diesem Fall werden auch feine Gitter vertikal um jede der Abführöffnungen angeordnet.

Eine derartige Lösung, die möglicherweise eine bessere Verteilung der Durchflüsse erlaubt, hat jedoch einen erheblichen Lastverlust zur Folge, was es erforderlich macht, die Pumpen doch tiefer unter dem unteren Pegel des Reaktorgebäudes anzuordnen. Wenn schließlich der Abzug einer starken Saugkraft am Unterteil und einer schwachen Saugkraft am Oberteil ausgesetzt ist, ist es möglich, daß ein Teilchen mehrere feine Gitter vollständig durchsetzt hat, wodurch die Gefahr der Verschmutzung erhöht wird. Es gibt auch in Höhe jeder Abführöffnung eine praktisch vertikale Ansaugung, die eine erhebliche Wirbelbildungsgefahr zur Folge hat. Darüber hinaus sind die Hinterseiten der feinen Gitter wahrscheinlich unwirksam und sehr verstopfungsanfällig.

809839/0721

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen nicht verschmutzungsanfälligen Abzug anzugeben.

Die Aufgabe wird bei einem Wiederumwälz-Abzug für die Sicherheitseinspritzkreise und die Sprühkreise eines Kernreaktors , bei dem das wiederumzuwälzende Fluid in einem Ringraum zwischen zwei vertikalen oder im wesentlichen vertikalen Wänden gesammelt wird, und wobei filternde Füllungen verwendet werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die filternden Füllungen vertikal beiderseits einer mittigen unteren horizontalen Vollplatte oder -füllung in Höhe des Bodens des Ringraums und zwischen zwei seitlichen oberen horizontalen Vollplatten oder -füllungen angeordnet sind derart, daß ein mittiger Kanal mit vertikalen Seitenwänden gebildet ist, der zu zwei Seitenkammern filtert, wobei die Seitenkammern über im wesentlichen horizontale Durchtritte mit einer mittigen Sammelkammer in Verbindung stehen, die unter der mittigen Vollplatte angeordnet ist und in der die Hauptsaugleitung des Kreises mündet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verringert sich der Querschnitt des mittigen Kanals in Strömungsrichtung des Fluids.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2 schematisch einen Sicherheitseinspritzkreis und einen Sprühkreis eines Kernreaktors, der einen erfindungsgemäßen Abzug verwendet, wobei Fig. 1 einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt des Reaktorgebäudes zeigen;

809839/0721

Pig. 3 vergrößert einen Doppel-Abzug von oben im Ringraum zwischen dem Absperrbehälter und der Geschoßschutzwand;

Pig. Λ einen Schnitt längs der Mittellinie des Ringraums der Hälfte des Doppel-Abzugs gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 den Schnitt V-V in Fig. 4.

Die Figuren 1 und 2 zeigen in schematischer Skizze einen Hauptbehälter 1 des Reaktors mit hier drei Primärumwälzkreisen zwischen dem Hauptbehälter 1 und Wärmetauschern 2 mit jeweils einer Primärumwälzpumpe 3· Die Anordnung des Hauptbehälters 1 und der Primärumwälzkreise ist im Inneren einer Geschoßschutzwand 5 angeordnet, die ihrerseits konzentrisch zu einer Absperrwand 6 des Reaktorgebäudes ist, um so einen Ringraum 7 zu bilden.

Ein Speicher 9jder üblicherweise zur Aufnahme eines Wasservorrats des (nicht dargestellten) Reaktorbeckens vorgesehen ist, ist ebenso über ein schematisch dargestelltes Ventil 10 mit zwei Pumpen 11, 12 verbunden. Die Pumpe 11 fördert zu Sprührampen 14 die im Reaktorgebäude vorgesehen sind, um Wasser in das Innere des Gebäudes zu zerstäuben. Die Pumpe 12 fördert zu einer Wiedereinspritzleitung, die an einem der Elemente des Primärteils jedes Primärkreises abzweigt. Selbstverständlich sind, auch wenn das in der sehr schematischen Zeichnung nicht dargestellt ist, die Pumpen 12 doppelt, gegebenenfalls auch dreifach ausgeführt, ebenso wie die Leitungen, in denen sie angeordnet sind. Das gleiche trifft für die Pumpe 11 zu sowie für die Sprühram-

809839/0721

pen l4 oder -leitungen, die ebenfalls durch mehrere unabhängige Kreise gebildet sind, abhängig von der Grundkonzeption der Sicherheitsleitungen oder -kreise. Das kann davon abhängen, ob Sicherheitskreise mit zwei oder mehr Zügen vorgesehen sind.

Im Fall eines Fehlers oder Unfalls an einem der Primärkreise des Reaktors, der sich durch einen Druckanstieg im Reaktorbehälter zeigt, werden Sicherheitsfühler verwendet, die hier nicht dargestellt sind, da sie üblicher Bauart sind, um die Pumpen 11 und 12 mit Öffnung des Ventils 10 sofort in Betrieb zu setzen, und im Speicher 9 enthaltenes Wasser wird einerseits in den sich abschwächenden oder ausfallenden Primärkreis so eingespritzt_s daß die Abkühlung des Kerns des Reaktors aufrechterhalten bleibt, während andererseits einEinsprühen von Wasser in die Gesamtanordnung -des Gebäudes den lampf kondensiert und den Druck im Inneren herabsetzt. Wenn das gesamte im Speicher 9 enthaltene Wasser verwendet worden ist, hat sich eine ausreichende Menge an Rieselwasser im Ringraum 7 angesammelt, und die Pumpen 11 und 12 können zur Wiederumwälzung betrieben werden durch Sammeln des Wassers in einem Abzug 16 nach öffnung eines Ventils 13·

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Abzugs 16 wird im folgenden anhand der Figuren 3₅ 4 und 5 näher erläutert. Es handelt sich um einen Doppel-Abzug, dessen beide Teile symmetrisch beiderseits einer Trennmauer angeordnet sind, die den Ringraum 7 in Querrichtung versperrt. Die Sicherheitsmauer 20 weist außerdem ein in ihrem Mittelteil angeordnetes Türchen oder Tor 21 auf.

Jeder eigentliche Abzug weist eine Folge von vertikalen

ι Q Q g Ϊ Q / .Q 7

filternden Platten oder Füllungen 23 auf, die jeweils aufeinanderfolgend drei Gitter besitzen mit immer feiner werdenden Durchtrittsöffnungen. Die Folge der Platten oder Füllungen 23 bildet so zwei vertikale Mauern, die einen mittigen Durchgang oder Kanal 24 abgrenzen oder einsperren, der sichin Strömungsrichtung des Wassers verengt, wie das in Vollinien in der Zeichnung dargestellt ist. Der Kanal 24 ist an seiner Unterseite einerseits an der Eintrittsseite durch den Betonboden selbst des Ringraums 7 und andererseits weiter hinten durch eine Vollplatte 25 begrenzt, die in gleicher Höhe wie der Betonboden denRingraum 7 ververlängert und die über eine Reihe von Längs- und Querträgern 26, 27 auf Betonpfosten oder -führungen 28 ruht.

Aus Blech bestehende horizontale seitliche Vollplatten 30, 31 trennen,einerseits an der Seite des Absperrbehälters β und andererseits an der Seite der Geschoßschutzwand 5; zwei Seitenkammern 32, 33 ab. Unter der aus Blech bestehenden Vollplatte 5 ist der Boden des Ringraums 7 vertieft durch eine Samme!kammer 35, in der die Haupt-Saugleitung 36 des Wiederumwälzkreises mündet. Die Seitenkammern 32, stehen über ihr Unterteil mit der Sammelkammer 35 über im wesentlichen horizontale Durchtritte in Verbindung, die zwischen den Auflagepfosten 28 hindurchtreten.

Es ist zunächst festzustellen, daß bei einem derart ausgebildeten Abzug der im Ringraum strömende Fluid- oder Wasserstrahl tangential an den durch die Füllungen 23 gebildeten Gittern ankommt, und daß die Durchsetzgeschwindigkeit durch die filternden Füllungen 23 vollständig unabhängig von der Tangentialgeschwindigkeit des Fluids längs der Füllungen 23 ist. Die Durchsetzgeschwindigkeit durch

B08839/0721

die Gitter wird einfach dadurch erhalten_s daß sie gewollt oder beliebig abhängig von der festgestellten Geschwindigkeit bestimmt wird und daß ein Nutzkoeffizient berücksichtigt wird von beispielsweise 0_s5₅ der der Annahme entspringt daß die Hälfte des Gitters verschmutzt ist. Die Tangentialgeschwindigkeit des Fluidstrahls geht im übrigen entgegen der Verschmutzung des Gitters. Darüber hinaus ist die Bedeutung des Durchtrittquerschnitts zwischen den Seitenkammern 32_S 33 und der mittigen Sammelkammer 35 festzustellen, der keine erhebliche Geschwindigkeitserhöhung nahe den Gittern im Inneren des Filters zur Folge hat. In gleicher Weise ist die horizontale Führung des Fluids am Eingang in die Sammelkammer 35 ungünstig für die Wirbelbildung.

Um die Durchsätze durch die verschiedenen filternden Füllungen 23 auszugleichen., sind sie hier derart angeordnet_s daß der mittige Kanal 24 flügeiförmig ausgebildet ist₃ dadurchj, daß er sich vom Eingang mit Vollquerschnitt zu einem verringerten Querschnitt verengt nahe der Trennmauer Es können auch im wesentlichen radiale Platten im Inneren der Filter-Kammern 32 ₃ 33 vorgesehen werden zur besseren Ausrichtung der· Fluidstrahlen im Inneren der Kammern 32_s 33»

Es ist weiter festzustellen_s daß ein so ausgebildeter Abzug nicht die Kontinuität des Durchtrittes im Inneren des Ringraums 7 zerstört_s sondern lediglich eine bestimmte Verengung in der Zone des Abzugs aufweist_s wobei er stets auf der gleichen Höhe des Bodens des Ringraums 7 verbleibt.

Selbstverständlich sind noch Weiterbildungen der Erfindung möglichj beispielsweise die Verwendung von Einfach-^, Doppel- oder auch Dreifach-Abzügen sowie bezüglich der Wahl

9 / D 1 9 1

deren Einsetzung in den Ringraum_s abhängig von der Gesamtkonzeption des Sicherheitssystems und insbesondere bezüglich der Anzahl der für die Sicherheitseinspritzung und für das Sprühen verwendeten Züge oder Wege.

&Q9839/072

Leerseite

Claims

A η s ρ r ü c h e

/IJ Aufnehmender Abzug für Wiederumwälzung für die Sicherheitseinspritz- und Sprühkreise eines Kernreaktors₃ bei dem das zur Umwälzung rückzuführende Fluid in einem Ringraum zwischen zwei vertikalen oder im wffientlichen vertikalen Wänden unter Verwendung filternder Füllungen gesammelt wird j

dadurch gekennzeichnet ,

daß die filternden Füllungen (23) vertikal beiderseits einer unteren horizontalen mittigen Vollfüllung (24) auf Höhe des Bodens des Ringraums (7) und zwischen zwei oberen seitlichen horizontalen Vollfüllungen (30, 31) so angeordnet sind, daß ein mittiger Kanal mit in zwei Seitenkammern (32, 33) filternden vertikalen Wänden gebildet ist, wobei die beiden Seitenkammern (32, 33) über im wesentlichen horizontale Durchtritte mit einer mittigen Sammelkammer (35) in Verbindung stehen, die unter der mittigen Vollfüllung. (24) angeordnet ist und in der die Haupt-Saugleitung (36) des Kreises mündet.
2. Abzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

310-(77/2O)-Me-V

B09839/0721

der Querschnitt des mittigen Kanals (24) in Strömungsrichtung des Fluids abnimmt.
3. Abzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aneinanderstoßend zwei Abzüge (16) nebeneinanderliegend angeordnet sind, mit einer ortsfesten Wand (Mauer 20) an jeder Seite zur Abtrennung der beiden Seitenkammern (32, 33)_a die sich an jedem der beiden Abzüge (16) fortsetzen, und mit einer zu öffnenden Wand (Tor 21) zur Abtrennung der beiden mittigen Kanäle (24).
4. Abzug nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abzüge (16) am Ende ihrer mittigen Kanäle (24) mit geringem Querschnitt miteinander verbunden sind.

Ö09839/0721