DE2828153A1 - Kernreaktor mit einem fluessigen kuehlmittel - Google Patents

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Kernreaktor mit einem flüssigen Kühlmittel

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem flüssigen Kühlmittel in einem Kühlkreis, insbesondere mit Wasser, dem Wasserstoff zugesetzt wird, mit einem Volumenausgleichsbehälter für das Kühlmittel und mit einer Hochdruckpumpe, die aus dem Kühlkreis entnommenes Kühlmittel nach einer Reinigung wieder in den Kühlkreis einspeist.

In dem Buch "VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970", insbesondere Seite 41, ist für einen Druckwasserreaktor ein Volumenregelsystem beschrieben, das u.a. auch zum Einspeisen von Chemikalien verwendet wird. Zu diesem System, das ständig von einem Teil des Primärkühlwassers durchströmt wird, gehört auch eine Begasung mit Wasserstoff. Damit soll der radiolytischen Zersetzung des Kühlmittels im Kernbereich entgegengewirkt werden.

Beim Bekannten wird der Wasserstoff in den zum Volumen-

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regelsystem gehörenden Volumenausgleichsbehälter eingegeben, in dem er über dem Flüssigkeitsspiegel als Gaspolster vorhanden ist. Der H2-Partialdruck im Gaspolster wird entsprechend der gewünschten Wasserstoffkonzentration im Kühlwasser eingestellt.

Das Volumenregelsystem enthält, wie die genannte Literaturstelle zeigt, Hochdruckpumpen, weil das im Volumenregelsystem auf relativ niedrigem Druck befindliche Kühlwasser wieder in den Primärkreis des Druckwasserreaktors zurückgespeist werden muß, in dem bekanntlich Drücke von zum Beispiel 16O bar herrschen.

Aufgabe der Erfindung ist eine Abwandlung des bekannten Volumenregelsystems mit dem Ziel, die außerhalb des Flüssigkeitsvolumens im Volumenausgleichsbehälter vorhandenen Wasserstoffanteile zu verringern, damit die Gefahr von Knallgasexplosionen bei Leckagen vollständig vermieden ist.
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Erfindungsgemäß erreicht man das genannte Ziel dadurch, daß dem Volumenausgleichsbehälter eine Umgehungsleitung zugeordnet ist, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe in Verbindung steht, und daß die Einspeisestelle für den Wasserstoff in einem flUssigkeitsgefüllten Leitungsteil auf der Saugseite der Hochdruckpumpe liegt.

Bei der Erfindung wird der zuzuführende Wasserstoff unmittelbar in die Flüssigkeit eingegeben. Somit ist es nicht mehr erforderlich, an den Volumenausgleichsbehälter sehr hohe Anßrderungen in bezug auf die Dichtigkeit zu stellen, da bei Leckagen kein zündfähiges Gemisch mehr entstehen kann.

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Der Einspeisestelle kann eine Mischstrecke nachgeschaltet sein. Dies ist ein Rohrleitungsstück mit Einbauten, das eine intensive Umlenkung der hindurchströmenden Flüssigkeit und damit eine Durchmischung von zugesetzten Gasanteilen bewirkt.

Der Mischstrecke kann ein Gasabscheider nachgeschaltet sein. Damit wird vermieden, daß größere Gasblasen auf der Saugseite der Hochdruckpumpe durch Wasserstoff-Überschuß auftreten. Außerdem kann der Gasabscheider vorteilhaft mit einer Regeleinrichtung verbunden sein, die die Liefermenge einer Wasserstoffquelle steuert. Als Wasserstoffquelle kommen handelsübliche Gasflaschen mit einer geeigneten Regelvorrichtung, zum Beispiel einem Reduzierventil, in Frage.

Zusätzlich kann man den Gasauslaß des Gasabscheiders über einen Kompressor, vorzugsweise einen Membrankompressor, mit der Einspeisestelle verbinden. Hier wird der im Gasabscheider aufgefangene Wasserstoff über die Einspeisestelle erneut in den flüssigkeitsgefüllten Leitungsteil mit der Einspeisestelle zurückgefordert. Ein weiterer Zusatz von Wasserstoff kann dann unterbleiben, bis die mit dem Gasabscheider in Verbindung stehende Regeleinrichtung einen Bedarf an zuzuspeisendem Wasserstoff feststellt. Dabei wird vorausgesetzt, daß im Gasabscheider hinter der Wasserstoffeinspeisung praktisch nur Wasserstoff als Gas abgeschieden wird.

Die Feststellung des Wasserstoffgehalts kann mit Meßeinrichtungen, zum Beispiel mit einem Prozeß-Chromatographen, erfolgen. Des weiteren kann man auch mit anderen Gasanalysatoren arbeiten, wobei die Feststellung des Wasserstoffgehaltes nicht unbedingt kontinuierlich

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erfolgen muß, sondern auch in gewissen Zeitabständen durchgeführt werden kann.

Die Einspeisestelle für den Wasserstoff kann vorteilhaft als Keramik-Filterkerzen ausgeführt sein. Man erreicht dadurch eine feine Verteilung, die die Lösung des Wasserstoffes im Kühlmittel begünstigt.

Der Gasraum des Volumenausgleichsbehälters, der bei der Erfindung nicht mehr zur Wasserstoffanreicherung benötigt wird, sollte so mit einem Abgassystem verbunden sein, daß im Gegensatz zum Bekannten der Wasserstoffgehalt im Gasraum mit Sicherheit unter k% bleibt. Da nur oberhalb von k% die Gefahr von Knallgasexplosionen besteht, wird hier die Verbindung mit dem Abgassystem dazu benutzt, die Wasserstoffmenge klein zu halten, während beim Bekannten zum Zwecke der Begasung ein reines Wasserstoffpolster vorhanden ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben, die jeweils anhand eines Ausschnitts aus einem Rohrlaufplan des Volumenregelsystems eines Druckwasserreaktors dargestellt sind.

In Fig. 1 ist mit 1 ein von dem nicht dargestellten Primärkühlkreis des Druckwasserreaktors kommender Leitungsstrang bezeichnet, der in einen Volumenausgleichsbehälter 2 führt. Der Volumenausgleichsbehälter ist in seinem unteren Bereich 3 mit Kühlwasser gefüllt. Der Flüssigkeitsspiegel wird mit einer Meßeinrichtung 4 erfaßt, die eine Regeleinrichtung 5 beaufschlagt. Von dieser wird ein Abgabeventil 6 im Leitungsstrang 1 bzw. eine Nachspeisung über eine Leitung 7 mit einem Ven-

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til 8 gesteuert. Das Ende 9 des Leitungsstranges 1 liegt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels.

Im Volumenausglöichsbehälter ist der Gasraum 10 oberhalb des FlUssIgkeitsvolumens in ein nicht weiter dargestelltes Abgassystem eingefügt. Zu diesem Zweck führt ein Leitungsstrang 12 vom Abgassystem über ein Ventil 13» dessen Öffnung durch eine Regeleinrichtung 14 in Abhängigkeit von einer Meßstelle 15 zum Beispiel auf einen konstanten Durchsatz geregelt wird, zum Volumenausgleichsbehälter 2.

Ein anderer Leitungszweig 18, der ebenfalls ein Regelventil 19 besitzt, führt vom Gaai-aum 10 zum Abgassystem. Seine Regeleinrichtung 20 wird jedoch von einer Meßstelle 21 auf konstantem Druck eingestellt. Mithin wird dex^! Gasraum 10 ständig gespült und zugleich auf einen bestimmten Druck von zum Beispiel 3 bar gebracht. Der Druck sollte über dem Wasserstoff-Partialdruck für den gewünschten Wasserstoffgebalt liegen.

Der Volumertausgleichsbehälter 2 ist durch eine Saugleitung 25 mit drei Hochdruckpumpen 26, 27 und 28 verbunden. Die Hochdruckpumpen sind über Mischstrecken 30, 31 und 32 und diesen vorgeschaltete Ventile 35, 36 und 37 parallelgeschaltet. Sie fördern das Kühlwasser in den Primärkühlkreis zurück, von dem der Leitungsstrang alizweigt.

Parallel zum Yolumenausgleichsbehälter 2 ist eine Umgehungsleitung 40 angeordnet, die von dem Leitungsstrang 1 zur Saugleitung 25 führt und mit einem handbetätigten Ventil 41 absperrbar ist. An der Umgehungsleitung 40 Ist eine Einspeisestelle 43 für Wasserstoff (Hp) vorgesehen, die eine Rückschlagklappe 44 und ein

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Regelventil 45 umfaßt. Das Regelventil 45 wird von einer Regeleinrichtung 46 gesteuert, die in nicht weiter dargestellter Weise mit den Werten des Wasserstoffgehalts im Kühlwasser und dem Betriebszustand eines Entgasungssystems gespeist wird. Die Meßleitungen dafür sind bei 47 und 48 angedeutet.

Zwischen der Einspeisestelle 43 und der Verbindungsstelle 50 der Saugleitung 25 mit den drei Hochdruckpumpen 26, 27 und 28 ist eine Mischstrecke 51 angeordnet, die zum Beispiel vier einzelne Glieder 52, 53» 54 und 55 umfaßt. Mit dieser Mischstrecke wird der eingespeiste Wasserstoff innig mit dem Kühlwasser vermischt, so daß einemöglichst vollständige Lösung des Wasser-Stoffs im Wasser erreicht wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Mischstrecke 51 ein Gasabscheider 58 nachgeschaltet, dessen Gasabzug 59 über ein Regelventil 60 mit einem Abgassystem verbunden ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß hinter der Mischstrecke 51 kein freier Wasserstoff vorhanden ist, der im Bereich der Hochdruckpumpen 26, und 28 etwa zu Gasblasen oder zu Kavitationen führen könnte. Das Regelventil 60 kann von seinem Regelsystem 61 geöffnet werden, wenn im Gasabscheider 58 Gas auftritt. Die Regeleinrichtung 46 speist dagegen Wasserstoff aus einer zentralen Quelle zwischen 2 ppm und 4 ppm Wasserstoffgehalt im Kühlmittel ein, wobei der Durchsatz als Fördermenge der Pumpen 26 bis 28 berücksichtigt wird.

Der Druck im Volumenausgleichsbehälter 2 wird auf den Wasserstoffpartialdruck bei 4 ppm eingestellt. Damit ist eine Überschreitung des Wasserstoffgehalts von

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4 ppm hinter dem Abscheider 58 nicht mehr möglich, und es müssen daher auch keine hohen Anforderungen an die Überwachung der Wasserstoffkonzentration gestellt werden. So kann eins diskontinuierliche Überwachung durchaus genügen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Einspeisestelle 43 ein Gasabscheider 58' nachgeschaltet, an dessen Dom 64 in Parallelschaltung zwei Membrankompressoren 65 und 66 angeschlossen sind. Die Membrankompressoren fördern über eine Leitung 68 in die Einspeisestelle 43. Mithin wird überschüssiger Wasserstoff, der im Abscheider 58' anfällt, in die Leitung 40 zurückgespeist. Gleichzeitig wird mit einer Regeleinrichtung 70 der Gasgehalt im Abscheider 58' über eine Meßeinrichtung 71 erfaßt. Damit wird das Regelventil 45 betätigt, wie durch die Wirkungslinie 72 angedeutet ist. Hier wird also die Wasserstoffeinspeisung von einer nicht weiter dargestellten Wasserstoffquelle unmittelbar vom Wasserstoffgehalt im Kühlmittel abhängig gemacht, der hinter der Mischstrecke 51 ermittelt wird.

Beim Ausführungsbaispiel nach Fig. 4 ist die Einspeisestelle 43' in Parallelschaltung den Saugleitungen der Pumpen 26, 27 und 28 zugeordnet. Die Einspeisestelle endet in Keramik-Filterkerzen 75 und umfaßt Regelventile 45*, die mic einer Regeleinrichtung 76 in Verbindung stehen. Me Regeleinrichtung berücksichtigt als Führungsgrößen die Anzahl der eingeschalteten Pumpen 26 bis 28, wie durch die Wirkungslinien 77 angedeutet ist.

Außerdem wird der nach den Pumpen vorliegende Wasserstoffgehalt, der kontinuierlich ermittelt wird, in der Regeleinrichtung 76 verarbeitet, wie durch die Wirkungslinien 78 angedeutet ist.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Kernreaktor mit einem flüssigen Kühlmittel in einem Kühlkreis, insbesondere mit Wasser, dem Wasserstoff zugesetzt wird, mit einem Volumenausgleichsbehälter für das Kühlmittel und mit einer Hochdruckpumpe, die aus dem Kühlkreis entnommenes Kühlmittel nach einer Reinigung wieder in den Kühlkreis einspeist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Volumenausgleichsbehälter (2) eine Umgehungsleitung (40) zugeordnet ist, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe (26 bis 28) in Verbindung steht, und daß die Einspeisestelle (43) für den Wasserstoff in einem flüssigkeitsgefüllten Leitungsteil (25) auf der Saugseite der Hochdruckpumpe liegt.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspeisestelle (43) eine Mischstrecke (51) nachgeschaltet ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischstrecke (51) ein Gasabscheider (58) nachgeschaltet ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheider (58') mit einer Regeleinrichtung (70) verbunden ist, die die Liefermenge einer Wasserstoffquelle steuert.

5. Kernreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (64) des Gasabscheiders (58') über einen Kompressor (65,66) mit der Einspeisestelle (43) verbunden ist.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisestelle eine Keramik-Filterkerze (75) ist.

7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß der Gasraum (10) des Volumenausgleichsbehälters (2) in an sich bekannter Weise mit einem Abgassystem verbunden

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