DE3219512A1

DE3219512A1 - Kernreaktor, fluidleitungsanordnung und verfahren zum bestimmen des speisefluidleckdurchflusses

Info

Publication number: DE3219512A1
Application number: DE3219512A
Authority: DE
Inventors: Hwang Choe; Yuen Hing Kong; Kenneth Richard San Jose Calif. Miller
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1982-05-25
Publication date: 1982-12-23
Also published as: ES512497A0; IT1190841B; ES8402451A1; IT8221534A0; SE8203336L; JPS57207892A; JPS6018035B2

Description

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Kernreaktor, Fluidleitungsanordnung und Verfahren zum Bestimmen des Speisefluidleckdurchflusses

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor, eine Fluidleitungsanordnung und ein Verfahren zum Bestimmen des Speisefluidleckdurchflusses der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 12 bzw. 11 und 13 angegebenen Art.

Hui einer Anzahl von industriellen Prozessen wird ein relativ kaltes Speisefluid in einen Behälter eingeleitet und mit heißerem Fluid darin vermischt. Beispiele dafür sind Wärmetauscher und Dampferzeuger. Z.B. ist in einem Dampfgenerator, wie einem Siedewasserkernreaktor, die Wärmequelle ein Kernbrennstoffkern, der in einem Druckbehälter enthalten ist. üblicherweise ist ein Speisewasserrohr mit dem Druckbehälter durch eine Verstärkungseinlaßdüse verbunden, die zwischen das Speisewasserrohr und die Wand des Druckbehälters geschweißt ist. Speisewasser wird aus dem Speisewasserrohr über die Düse mittels eines entfernbaren Rohrabschnitt

tes, einer sogenannten "Wärmebüchse", eingespeist, deren stromaufwärtiges Ende in die Düse eingeführt ist und deren stromabwärtiges Ende mit einer SpeisewasserverteilvorrLchtung, wie einem Wasserzerstäuber, verbunden ist, der mehrere relativ kleine Auslässe oder Düsen aufweist, über die das kalte Speisewasser mit dem heißen Wasser in dem Behälter vermischt wird.

In einer Anzahl von Fällen sind nach längerem Einsatz Risse an der Innenfläche der Einlaßdüse entdeckt worden. Es ist herausgefunden worden, daß diese Risse auf die thermische Wechselbeanspruchung der Innenfläche der Düse zurückzuführen sind, weil diese abwechselnd dem heißen Wasser in dem Behälter und dem relativ kälteren Speisewasser oder durch das Speisewasser gekühltem Wasser ausgesetzt ist.

Die US-PS 4 168 071, auf die im folgenden Bezug genommen wird, beschreibt eine Wärmebüchse (dort als "thermischer Isolator" bezeichnet), die einen Hauptteil des Leckdurchflusses von der Einlaßdüse wegleitet, um so eine thermische Wechselbeanspruchung der Innenfläche der Einlaßdüse am wesentlichen zu eliminieren.

Gemäß der ausführlichen Beschreibung in der US-PS 4 168 enthält die Wärmebüchse oder der thermische Isolator ein Zerstäuberrohr, das lösbar in die Einlaßdüse eingeführt ist, wobei ein erster Dichtring zwischen dem. stromaufwärtigon Ende des Zerstäuberrohres und der Düse angeordnet ist und wobei das stromabwärtige Ende des Zerstauberrohres mit einem Zerstäuberabschnitt verbunden ist. Konzentrisch zu und mit Abstand von dem Zerstäuberrohr umgibt eine erste Büchse das Zerstäuberrohr und schafft einen ersten Fluidraum. Ein zweiter Dichtring bildet eine Dichtung zwischen der ersten Büchse und der Innenfläche der Düse stromabwärts

von der Dichtung zwischen dem Zerstäuberrohr und der Düse. Das ergibt einen Ringraum zum Sammeln von Speisewasser, das an dem ersten Dichtring vorbeileckt (Primärleckage). öffnungen in dem Teil der ersten Büchse, der dem Ringraum benachbart ist, leiten den Hauptteil dieser Primärleckage in den ersten Fluidraum und von diesem aus zu dem offenen stromabwärtigen Ende der ersten Büchse hinaus in das Innere des Druckbehälters und so von der Düse weg.

Eine geringe Menge der Primärleckage leckt aus dem Ringraum, an dem zweiten Dichtring vorbei (Sekundärleckage) in das Gebiet zwischen der Wärmebüchse und der Düse, wobei die Menge dieser Sekundärleckströmung normalerweise nicht ausreicht, um eine nennenswerte thermische Wechselbeanspruchung der Innenfläche der Düse zu verursachen.

Zum weiteren Isolieren der Düse von dem eintretenden Speise- "■ wasser schafft eine zweite Büchse, die konzentrisch zu und mit Abstand radial außerhalb von der ersten Büchse angeordnet ist, einen zweiten Fluidraum zwischen der ersten und der zweiten Büchse sowie einen dritten Fluidraum zwischen der zweiten Büchse und der Innenfläche der Düse: Die drei Fluidräume, die von einander durch mit Abstand voneinander angeordnete Büchsen isoliert sind, schaffen so eine Wärmeisolierung der Düse gegenüber dem Speisewasser in dem Zerstäuberrohr.

Diese Wärmebüchse oder dieser Wärmeisolator nach der US-PS 4 168 071 hat sich zwar beim Isolieren des kalten Speisewassers von der Innenfläche der Düse als sehr wirksam erwiesen, es ist jedoch zu befürchten, daß Korrosion und Erosion über längere Betriebszeitspannen zu einer unerwünschten Zunahme der Leckströmung führen können. Es ist deshalb erwünscht, den Leckdurchfluß (insbesondere den Sekundärleckdurchfluß) zu Überwachen, so daß rechtzeitig korrigierend

Gingagriffen werden kann, beispielsweise; durch oder Austausch.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Leckströmung von Einlaßfluid durch die Verbindungsstelle zwischen einer Wärmebüchse und einer Einlaßdüse zu überwachen.

Der Leckdurchfluß zwischen der Wärmebüchse und der Einlaß düse soll durch die Verwendung von Abfühlvorrichtungen außerhalb des Behälters, der Düse oder der Speisefluidleitungen überwacht werden.

Weiter soll der Leckdurchfluß zwischen der Wärmebüchse und der Einlaßdüse unabhängig von der Speisefluidtemperatur und der Behälterfluidtemperatur gemessen und angezeigt werden.

Schließlich soll der Leckdurchfluß zwischen der Wärmebüchse und der Einlaßdüse in einer Kernreaktoranlage so gemessen werden, daß die Bestrahlung von die Messung ausführendem Personal minimiert und der normale Anlagenbetrieb nicht gestört wird.

Die Überwachung des Leckdurchflusses durch die Verbindungsstelle zwischen der Wärmebüchse und der Fluideinlaßdü;;·· erfolgt gemäß der Erfindung durch Anbringen eines Temperaturfühlers zum Messen der Außenflächentemperatur der Einlaßdüse in der Nähe des stromabwärtigen Endes der Verbindungsstelle mit der Wärmebüchse. Es ist herausgefunden worden, daß sich diese Düsentemperatur in Abhängigkeit von dem Leckdurchfluß ändert.

Aus den Änderungen dieser Düsentemperatur aufgrund von Änderungen der Leckströmung über einem Bereich von interessierenden bekannten Leckdurchflüssen kann eine Eichkurve bestimmt werden, durch die die Temperaturwerte in

Durchflußwerte umgewandelt werden können. Durch Normieren der Düsentemperaturen mit Bezug auf Speisefluid- und Behälterfluidtemperaturen kann die Anzeige der Leckströmung von Speisefluid- und Behälterfluidtemperaturänderungen unabhängig gemacht werden.

Ausführungsbuispiele der Erfindung werden im folgenden unti_'r Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Dampferzeugersystem,

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung einer Anord

nung aus einer Einlaßdüse und einer Wärmebüchse,

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die Normierung

der gemessenen Temperaturen veranschaulicht,

Fig. 4 Eichkurven, die die normierte Temperatur

über dem Leckdurchfluß zeigen,

Fig. 5A eine Darstellung einer Testanordnung zum

Messen von Temperaturen, um eine Eichkurve zu bilden, durch die die innere Fluidtemperatur und die äußere Temperatur der Düse in Beziehung zu dem Leckdurch· fluß gesetzt werden können, und

Fig. 5B eine ausführliche Darstellung eines Teils

der Anordnung von Fig. 5A.

Als Hintergrund für das Verständnis und als ein Beispiel für

/Ιό

-Sr-

die Verwendung der Erfindung ist in Fig. 1 eine Wärmetauscher- oder Dampferzeugeranordnung gezeigt. In einem Druckgefäß 20 ist eine Wärmequelle 22 (dargestellt durch gestrichelte Linien) untergebracht, bei der es sich beispielsweise um den Kern eines Kernreaktors handeln kann. Die Wärmequelle 22 ist von einem Mantel 24 umgeben. Der Druckbehälter ist bis zu einer durch eine gestrichelte Linie 26 angezeigten Höhe mit einem verdampfbaren Arbeitsfluid, wie beispielsweise Wasser, gefüllt. Das Wasser wird durch die Wärmequelle 22 hindurch mittels einer Pumpe ?.8 umgewälzt, welche Wasser einem Ringraum 30 entnimmt und einen unteren Sammelraum 32 unter Druck setzt, wodurch das Wasser durch die Wärmequelle hindurchgedrückt und ein Teil des Wassers verdampft wird. Das sich ergebende Dampf/Wasser-Gemisch geht durch mehrere Dampfabscheider 34 hindurch. Der Dampf wird in einem oberen Sammelraum 36 gesammelt, während das abgeschiedene Wasser zu dem Wasserbad in dem Druckbehälter zurückkehrt. Der Dampf wird dem oberen Sammelraum über eine Dampfleitung 38 entnommen und einem Verbraucher in Form einer Turbine 40 zugeführt, die einen elektrischen Generator 42 antreibt. Der Turbinenabdampf wird in einem Kondensator 44 kondensiert und als Speisewasser über eine oder mehrere Speisewasserheizvorrichtungen 46 und eine Pumpe 48 wieder in den Druckbehälter 20 zurückgeleitet. Frischwasser kann der Speisewasserheizvorrichtung 46 über eine Leitung 50 aus einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) zugeführt werden.

In elementarer Form ist in Fig. 1 eine Anordnung gezeigt, über die das Speisewasser in den Druckbehälter 20 eingeleitet wird. Das Speisewasser wird von der Pumpe 48 über ein Speisewasserrohr 52 geliefert. Zwischen dem Rohr 52 und der Behälterwand ist eine Einlaßdüse 54 als Verstärkungsübergangsteil angeschlossen (beispielsweise angeschweißt). In die

Dü:;c 54 ist ein Zerstäuberrohr 56 lösbar eingepaßt, dessen sti omabwürLicj(.-υ Ende mit einem gekrüniiuten Zerstüuberabschnitt 58 eines Speisewasserverteilzerstäuberringes verbunden ist. (Das Zerstäuberrohr 56 wird manchmal als "Wärmebüchse" bezeichnet.) Das Speisewasser verläßt den Zerstäuberabschnitt über eine Reihe von Löchern oder knieförmigen Zerstäuberdüsen 60, wodurch das Speisewasser in dem Wasser, das in dem Druckbehälter 20 zirkuliert, verteilt und mit diesem vermischt wird. (Ähnliche Einlaßdüsen- und Zerstäub(jrrohranordnungen, die nicht dargestellt sind, führen Speisewasser den anderen Zerstäuberabschnitten des Zerstäuberringes zu.)

Ein Beispiel für eine Anordnung aus einer Einlaßdüse und einer Wärmebüchse ist ausführlicher in Fig. 2 gezeigt. Diese Anordnung ist in der oben erwähnten US-PS 4 168 071 ausführlich beschrieben. Die Wärmebüchse 56 dieser Anordnung enthält, kurz gesagt, ein Zerstäuberrohr 356 und zwei konzentrisch angeordnete Büchsen 78 und 80. Das Zerstäuberrohr 356 ist mit einem Flanschteil 370 an seinem stromaufwärtigen Ende versehen, der eine Umfangsnut aufweist, die einen ersten Dichtring 372 enthält, welcher mit der Innenfläche der Düse 54 in Berührung ist.

An den stromaufwärtigen Enden der Büchsen 78 und 80 ist ein Dichtringflansch 88 befestigt, der mit einer Umfangsnut versehen ist, die einen zweiten Dichtring 372' enthält, der mit der Innenfläche der Düse 54 in Berührung ist. Die Dichtringe 372 und 372' bilden so eine dichtende Verbindungsstelle zwischen der Wärmebüchse 56 und der Düse 54. Diese Anordnung bildet einen ringförmigen Fluidhohlraum 90, der durch die Dichtringflansche 88 und 370, die Innenfläche der Düse 54 und den stromaufwärtigen Teil 84 der ersten Büchse 78 begrenzt wird. Der stromaufwärtige Teil 84 der Büchse 78 ist mit einer Reihe von öffnungen oder Schiit-

zen 92 versehen, die einen Fluidströmungsdurchlaß aus dem Hohlraum 90 in einen ersten Fluidraum 82 bilden. In Betrieb fließt daher der Hauptteil der Primärleckage (bezeichnet mit L) an dem ersten Dichtring 372 vorbei, tritt in den Hohlraum 90 ein und gelangt aus diesem über die Schlitze 92 und den ersten Fluidraum 82 in den Druckbehälter 20. Zum Minimieren von Wärmeverlusten ist die Einlaßdüse 54 mit einer Abdeckung 81 aus Isoliermaterial versehen.

Ein kleiner Teil der Primärleckage L kann als Sokundüileckage (mit L₀ bezeichnet) an dem zweiten Dichtring 372' vorbei in den Zwischenraum zwischen der Düse 54 und der zweiten Büchse 80 lecken. In einem typischen modernen Kernreaktor kann der Speisewasserdurchfluß in den Reaktordruckbehälter in der Größenordnung von 22713 l/min (6000 gal./min.) und der Primärleckdurchfluß L in dem Bereich von 19 bis 227 l/min (5-60 gal./min.) liegen. Zum Vermeiden der Möglichkeit einer thermischen Wechsel beanspruchung, die zum Reißen der Innenfläche der Ein]aß düse 54 führen könnte, ist es erwünscht, den Sekundärleckdurchfluß L auf 1,89 bis 6,06 l/min (0.5-1.6 gal./min.) zu begrenzen, und zwar in Abhängigkeit von der Speisewassertemperatur .

Die Wärmebüchsen- oder -isolatoranordnung von Fig. 2 (die ausführlicher in der oben erwähnten US-PS 4 168 071 beschrieben ist) hat sich beim Isolieren des kalten Speisewassers von der Innenfläche der Düse 54 und beim Begrenzen der Sekundärleckage L auf einen Wert deutlich unterhalb der maximal zulässigen Menge als sehr wirksam erwiesen.

Wegen der Möglichkeit, daß Korrosion und Erosion der dichtenden Verbindungsstelle über längere Betriebszeitspannen

eine Zunahme des Leckdurchflusses verursachen können, ist es jedoch erwünscht, den Leckdurchfluß (insbesondere

Geschwindigkeit
die der Seckundärleckage L ) zu überwachen. Die Notwendigkeit, die Sekundärleckage L zu messen, stellt ein großes Problem dar, und zwar weil die Sekundärlockage L, einen scihr geringen Durchflußwert hat und weil es äußerst unerwünscht ist, die Kinlaßdüso Ij4 zu durchdringen, um irgendeine Art von Durchflußmeßvorrichtung darin anzubringen, insbesondere bei einem Kernreaktor.

Die Betrachtung dieses Problems und von potentiellen Lösungen desselben ergaben, daß die kalte Sekundärleckage L zwischen dem Dichtringflansch 88 und der Innenfläche der Düse 54 als ein ringförmiger Strahl austritt, der seine Stromabwärtsbewegungsenergie auf einer Strecke von wenigen Millimetern verliert. Weil die Dichte der kalten Sekundärleckage L größer ist (beispielsweise um 15 bis 25 λ) als die des erhitzten Wassers in dem Reaktordruckbehü1 tor 2O₇ zirkuliert die Sekundärleckage L, durch Schwerkraft zum Boden der Düse 54 auf einer Strecke von wenigen Zentimetern, und zwar zu einem Gebiet 83 (Fig. 2) zwischen der Wärmebüchse 56 und der Düse 54 in der Nähe des Dichtringflansches 88.

Da der Durchfluß der Sekundärleckage L die Hauptbestimmungs-

größe für den Grad der Vermischung mit dem heißeren Reaktorwasser ist, ist dieser Durchfluß außerdem die Hauptbestimmungsgröße für die Temperatur des Wassers in dem Gebiet 83. Die Temperatur dos Wassers in dem Gebiet 83 ist deshalb eine Funktion, des Durchflusses der Sekundärleckage L . Da die Düse 54 durch die Abdeckung 81 gut isoliert ist, ist die Temperatur der Außenfläche der Düse 54 in dem Gebiet 83 nahe bei der Temperatur des Wassers in dem Gebiet 83 und ändert sich ebenfalls als Funktion des Durchflusses der Sekundär-

- MT-

leckage L . Es wurde somit herausgefunden, daß der Durchfluß der Sekundärleckage L überwacht werden kann, indem die Temperatur der äußeren unteren Fläche der Düse 5 4 nahe dem stromabwärtigen Ende der Verbindungsstelle zwischen der Wärmebüchse und der Einlaßdüse gemessen wird. Für diese Temeraturmessung ist ein Temperaturfühler 85 an dieser äußeren unteren Fläche der Düse 54 angebracht und liefert ein die Temperatur angebendes Signal T .

Wenn Sekundärbedingungen, wie die Umgebungslufttemperatur, vernachlässigt werden, da deren Einflüsse sehr klein sind, sind die übrigen Hauptfaktoren (zusätzlich zu dem Leckdurchfluß), die die Temperatur des Wassers in dem Gebiet und damit die Temperaturanzeige T_q beeinflussen, die Temperatur des Speisewassers (die sich von etwa 121 bis etwa 216 ⁰C oder· von 250 bis 420 ⁰F ändern kann) und die Temperatur des Fluids in dem Reaktordruckbehälter 20 (typischerweise etwa 288 ⁰C oder 550 ⁰F).

Die Messung der Speisewassertemperatur kann vorgenommen werden, indem ein Temperaturfühler 87 an der Außenfläche des Speisewasserrohres 52 stromaufwärts der Düse 54 angeordnet wird, um eine Speisewassertemperaturanzeige T zu erhalten. Die Messung der Temperatur des Fluids innerhalb des Behälters 20 kann auf irgendeine zweckmäßWe Weise erfolgen, beispielsweise durch Anordnen eines Temperaturfühlers 89 (Fig. 1) an der Außenfläche der Dampfleitung 38, um eine Behälterfluidtemperaturanzeige T_n zu erhalten. (Statt dessen kann die Behälterfluidtemperaturanzeige T_n

als eine Konstante geliefert werden, die über einem geeigneten Bereich manuell einstellbar ist, da sich die Behälterfluidtemperatur während einer Reaktorbetriebsperiode nicht nennenswert ändern wird. Diese Alternative ist in Fig. 1 funktional dargestellt und mit 51 bezeichnet.)

BAD

Die Temperaturfühler 85, 87 und 89 können von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise kann ihr Abfühlelement ein Widerstandselement sein, wie es von der Fa. Hy CaI Engineering als Modell RTS-61 hergestellt wird, bei dem der sich mit der Temperatur verändernde Widerstand in ein sich entsprechend veränderndes Spannungssignal umgewandelt wird.

Änderungen in den Speisewasser- und Reaktorfluidtemperatüren bewirken im wesentlichen lineare Änderungen der Temperatur des Wassers in dem Gebiet 83 (Fig. 2), die durch den Fühler 85 erkannt werden. Wegen dieser Linearität ist es möglich, die Temperaturanzeigen T₀, T_ und T so zu verknüpfen, daß sich eine normierte Temperaturanzeige T_n ergibt, die sich im wesentlichen nur in Abhängigkeit von dem Durchfluß der Sekundärleckage L ändert. Fig. 3 zeigt die Normierungsbeziehung und veranschaulicht schematisch das Normierungsverfahren. Die Temperaturanzeigesignale Τ_ς, T„ und T_ werden über geeignete Verstärker 101 an bekannte Differenzverstärker 102 angelegt, die die erforderlichen Differenzsignale liefern. Diese Differenzsignale werden an eine geeignete Teilerschaltung 103 angelegt, die das Verfahren vervollständigt und die normierte Temperaturanzeige T liefert. Die Temperaturanzeige T ist daher im wesentlichen eine Anzeige der Änderung der Temperatur des Wassers in dem Gebiet 83 (Fig. 2) aufgrund des Leckdurchflusses allein.

Das normierte Temperaturanzeigesignal T^ kann an eine geeignete Aufzeichnungseinrichtung 104 angelegt werden, um eine Aufzeichnung des Leckdurchflusses zu erhalten, und, bei Bedarf an eine geeignete Alarmeinrichtung 105, um ein sichtbares und/oder hörbares Signal zu liefern, wenn das Temperaturanzeigesignal angibt, daß der Leckdurchfluß einen vorbestimmten Wert überschritten hat.

-Ur-

(Es ist klar, daß Fig. 3 zwar das Verfahren funktional veranschaulicht, daß jedoch verschiedene im Handel erhältliche Vorrichtungen zum Verarbeiten der Temperatursignale benutzt werden können. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist das von der Accurex Corp. erhältliche Autodata Ten/5 Calculating Data Acquisition System.)

Nachdem eine Temperaturanzeige T erhalten worden ist, die sich in Abhängigkeit von der Änderung des Durchflusses der Sekundärleckage L ändert, wird als nächstes eine Eichkurve benötigt, durch die die Temperaturanzeige T in Beziehung zu dem Durchfluß der Sekundärleckage L gesetzt werden kann. Fig. 4 zeigt typische Eichkurven, wobei die mit ausgezogener Linie dargestellte Kurve 106 die Beziehung zwischen der Äußenflächentemperatur T und dem Lockig

durchfluß L angibt, während die mit gestrichelter Linie dargestellte Kurve 107 die Beziehung zwischen der Innenfluidtemperaturanzeige T_T und dem Leckdurchfluß L angibt.

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Es sei beachtet, daß die normierten Temperaturen T_n in Prozent angegeben sind. Wenn T^ gleich 100% ist, so ist sie gleich der Behälterfluidtemperatur Τ_π, und, wenn T gleich 0% ist, so ist sie gleich der Speisewassertemperatur

Die Beziehungen, die durch die Kurven 106 und 107 dargestellt sind, können zwar durch Betrachtung von richtigen Grenzbedingungen und der Gleichungen über inkompressible Fluids im Beharrungszustand analysiert werden, diese Beziehungen ergeben sich jedoch am besten durch Experimentieren mit einer Einrichtung, mittels welcher die tatsächlichen Betriebsbedingungen simuliert werden.

Eine derartige geeignete Testeinrichtung ist in den Fig. 5Λ und 5B dargestellt. Diese Testeinrichtung enthält einen Te·;I

ORIGINAL

-VS-

behälter 120, der ein geeignetes Fluid (z. B. Wasser) und eine Heizvorrichtung oder einen Wärmetauscher 122 enthält, durch den das Fluid auf der geeigneten Temperatur gehalten werden kann, die durch einen Fühler 189 gemessen wird, der die Behälterfluidtemperaturanzeige T liefert.

In der Wand des Behälters 120 ist eine Einlaßdüse 154 befestigt, die hinsichtlich Größe und Aufbau der Einlaßdüse 54 gleichwertig ist, welche üblicherweise in dem Reaktordruckbehälter 20 von Fig. 1 benutzt wird. An ihrem äußeren Ende ist die Düse 154 an einem Rohr 152 befestigt, um simuliertes Speisewasser zu empfangen, dessen Temperatur durch einen Fühler 187 gemessen wird, der die Speisewassertemperaturanzeige T liefert.

In die Einlaßdüse 154 ist eine Wärmebüchse 156 eingepaßt, die hinsichtlich Größe und Aufbau der Produktionswärmebüchse, wie der Wärmebüchse 56 von Fig. 2, gleichwertig ist. Das stromabwärtige Ende der Wärmebüchse 156 ist mit einem Ende einer geeigneten Leitung 107 verbunden, deren anderes Ende mit einer Wärmebüchse 108 verbunden ist, welche in eine Auslaßdüse 109 eingepaßt ist, welche über eine geeignete Leitung 110 mit einem Wärmetauscher 146 verbunden ist. Eine geeignete Pumpe 148 mit veränderbarer Drehzahl entnimmt dem Wärmetauscher Wasser und gibt es an das Einlaßspeisewasserrohr 152 ab, wodurch die simulierte Speisewasserumwälzschleife geschlossen wird. Durch Umwälzen des simulierten Speisewassers, statt dasselbe in den Behälter 120 zu entleeren, werden die Anforderungen an die Wärmetauscher 122 und 146 stark verringert. Die Testeinrichtung von Fig. 5A ermöglicht somit die Steuerung der Behälterfluidtemperatur, der Temperatur des simulierten Speisewassers und des Durchflusses dos simulierten Speisewassers. Zu beschreiben bleibt die Steuerung des Leckdurchflusses.

-M-

Zum Schaffen eines gesteuerten und ohne weiteres meßbaren simulierten Leckdurchflusses ist eine Anordnung vorgesehen zum festen Verschließen des stromaufwärtigen Endes der Einlaßwärmebüchse 156 und zum Einleiten einer abgemessenen simulierten Leckströmung stromaufwärts der normalen Verbindungsstelle zwischen der Wärmebüchse und der Einlaßdüse. Diese Anordnung ist insgesamt in Fig. 5A und ausführlicher in Fig. 5B gezeigt.

Gemäß Fig. 5A erfolgt die Abdichtung des stromaufwärtigen Endes der Wärmebüchse 156 durch eine abgesetzte ringförmige Büchse 111, die an dem Ende der Wärmebüchse 156 abgedichtet ist. Eine Umfangsnut in der Außenfläche der Büchse 111 enthält einen O-Ring 112, der eine Dichtung zwischen der Büchse 111 und der benachbarten Innenfläche der Wärmebüchse 156 bildet, um eine nennenswerte Leckage des simulierten Speisewassers dadurch auszuschließen.

Der abgesetzte Teil der Büchse 111 bildet einen ringförmigen Hohlraum 113 zum Empfangen und umfangsmäßigen Verteilen des eingeleiteten simulierten Leckwassers. Die Wand des stromaufwärtigen Teils der Einlaßdüse 154 ist im Here ich des Hohlraums 113 mit einer oder mehreren Gewindedurchgan'isbohrungen zur Aufnahme von einem oder mehreren geeigneten Anschlußstücken 114 zum Einleiten des simulierten Leckwassers in den ringförmigen Hohlraum 113 versehen. Das simulierte Leckwasser kann mit der Speisewassertemperatur aus einer stromaufwärtigen Anzapfung 115 in dem Speisewasserrohr 152 erhalten und den Anschlußstücken 114 über ein Steuerventil 116 und einen geeigneten Durchflußmesser 117 zugeführt werden.

Ein Temperaturfühler 185 mißt die äußere Temperatur im unteren Tail der WärmebUchso 154, die auf die Lecksirömunq

BAD

in dem Gebiet 183 unmittelbar stromabwärts von der Verbindungsstelle zwischen der Wärmebüchse und der Einlaßdüse zurückzuführen ist, und liefert die Temperaturanzeige T_c. Zum direkten Messen der Temperatur T., des Fluids in dem Gebiet 183 ist die benachbarte Wand der Wärmebüchse 154 mit einer (k'windedurchyangsbohrunq zur Aufnahme eines einen Temperaturfühler 118 (beispielsweise ein Thermoelement) enthaltenden Anschlußstückes versehen, der die Temperaturanzeige T- liefert.

(Die Temperaturfühler 118 und 185 sind zwar der einfacheren Darstellung halber in Fig. 5A in gegenseitigem Längsabstand dargestellt, vorzuziehen ist jedoch, sie in engem Abstand in derselben Querebene anzuordnen, so daß sie dieselbe Entfernung von der Verbindungsstelle zwischen der Einlaßdüse und der Wärmebüchse haben.)

Mit der in Fig. 5A dargestellten Testeinrichtung können daher die Eichkurven 106 und 107 von Fig. 4 erhalten werden, indem die Behälterfluidtemperatur T_n, der Spoisewasserdurch-

SS

fluß und die Speisewassertemperatur T„, die erforderlich sind, ermittelt werden und indem die eingeleitete simulierte Leckströmung inkrementell verändert wird (mit dem Ventil 116). Die Temperaturanzeigen T₀ (oder T_r), T„ und T_, die so erhalten werden, werden der Schaltung von Fig. 4 zugeführt, damit für das Aufzeichnen für jeden Leckdurchfluß die sich ergebende normierte Temperaturanzeige T., erhalten wird.

Die Anordnung zum Abdichten der Wärmebüchse 156, um eine normale Leckströmung zu verhindern, und das Einleiten der simulierten Leckströmung sind, wie oben erwähnt, in vereinfach tor Form in Fig. 5A und ausführlicher in Fig. 5B dargestellt.. In Fig. bll ist die abgesetzte ringförmige Büchse 111 an dem stromaufwärtigen Ende des Dichtringflan-

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sches 88 befestigt, um den Weg der Sekundärleckage L gegen die Primärleckage L abzudichten.

Um festzustellen, ob der Primärleckdurchfluß L einen nennenswerten Einfluß, wenn überhaupt, auf die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Sekundärleckdurchfluß L hat, kann eine ähnliche abgesetzte ringförmige Büchse 111' (versehen mit einem O-Ring 112' und einen ringförmigen Hohlraum 113' zum Aufnehmen von eingeleiteter simulierter Priiuürleckage bildend) an dem stromaufwärtigen Ende des Dichtringflansches 370 befestigt werden. Speisewasser kann der Anzapfung 115 über ein Steuerventil 116' und einen Durchflußmesser 117' entnommen und in den Hohlraum 113' über ein oder mehrere Anschlußstücke 114' eingeleitet werden, um einen simulierten Primärleckdurchfluß mit wählbaren Durchflußwerten zu erzeugen.

Testreihen zeigten, daß sowohl Änderungen im Speisewasserdurchfluß als auch im Primärleckagedurchfluß L sekuncäre Einflüsse auf die Sekundärleckage L sind und vernachlässigt werden können, wobei ein Gesamtmeßfehler für den Sekundärleckdurchfluß L von weniger als 1,14 l/min (0.3 gal./min.) erhalten bleibt, was eine Genauigkeit darstellt, die als ausreichend anzusehen ist zum Bestimmen, wann die Wännebüchsenanordnung einer Reparatur oder eines Austausches bedarf.

Die Kurven 106 und 107 von Fig. 4 zeigen, daß die Änderung zwischen der Außenflächentemperatür T_g und der Innenfluidtemperatur T_T über dem Bereich von interessierenden Leck-

-J_l

durchflüssen ziemlich klein ist. Das ist wegen der Isolierung 81 (Fig. 2), mit der die Einlaßdüse 54 bedeckt ist, zu erwarten. Die Differenzen, die vorhanden sind, rühren von der Axial- und Umfangswärmeleitung über day MeLaII der

-Yh-

Düse 54 her, die durch den besonderen Aufhau oder die Geometrie der Düse 54 beeinflußt wird.

In der Praxis sind die Einlaßdüsen, die in verschiedenen Anlagen benutzt werden, in der Geometrie etwas verschieden. Da es nicht praktisch ist, Düsen sämtlicher unterschiedlicher Geometrien zu testen, kann die Verfügbarkeit der Kurve 107 für die Innenfluidtemperatur T₁. als Basis für das Konstruieren einer Eichkurve für die Außenflachen temperatur T_c dienen, wenn die besondere Einlaßdüsengeometrie sich von der bei dem Eichtest benutzten unterscheidet. Das kann beispielsweise erfolgen, indem die Gleichung für die axialsymmetrische Wärmeleitung im Beharrungszustand durch eine Methode der finiten Elemente gelöst wird, um die Auswirkung der axialen Wärmeleitung über die Einlaßdüsenwand zu berechnen, und indem die Wärinelei tungsgleichung für den Beharrungszustand in radialer Richtung und in Umfangsrichtung durch konforme Abbildung gelöst wird, um die Auswirkung der Umfangswärmeleitung abzuschätzen. Diese beiden Lösungen können dann miteinander verknüpft werden, um die Differenz zwischen der Innenf Iu idteniperatur T₁. und der Außenflächentemperatur T_c abzuschätzen, wodurch eine Eichkurve ähnlich der Kurve 106 konstruiert worden kann.

Schließlich ist eine wichtige Überlegung Leim Gewinnen einer genauen Eichkurve das Überwachen und Aufzeichnen der normierten Außenflächentemperaturaiizeige T während des Hochlauf es, nachdem eine neue oder reparierte Wärmebüchse 56 eingebaut worden ist. Typischerweise werden solche Wärmebüchsen maschinell so bearbeitet und in die Einlaßdüse eingebaut, daß ein diametraler Festsitz zwischen dem Sekundärdiehtringflansch 88 (Fig. 2) und dem Innendurchmesser der benachbarten Innenfläche der Einlaßdüse vorhanden ist. Das Ergebnis ist, daß der Sekundärleckdurchfluß L am Anfang Lm wesentlichen null ist. Das Aufzeichnen der normier-

ten Außenf lachen temperaturanzeige T„ während dieser Iiochlaufperiode liefert somit den sehr bedeutsamen Nullsakundärleckageeichpunkt, dem die Eichkurve angepaßt werden kann.

Oben sind eine Anordnung und ein Verfahren zum überwachen der Leckstiömung durch die Verbindungsstelle zwischen einer Wärmebüchse und einer Düse beschrieben, bei denen dai Personal keiner Strahlung ausgesetzt und der normale Anlagenbetrieb nicht gestört wird.

Claims

Λ η :» ρ r ii c Ii c· :

Kernreaktor mit einem Druckbehälter (20), der eine Einlaßdüse (54) hat, die mit einem Speisefluidrohr (52), welches dem Druckbehälter Speisefluid zuführt, verbunden ist, mit einer Wärmebüchse (56), die in der Düse angeordnet ist, um das Speisefluid zu einer Verteilvorrichtung (58) innerhalb des Druckbehälters zu leiten, und mit einer Verbindungsstelle (372, 372') zwischen der Einlaßdüse und der. stromaufwärtigen Ende der Wärmebüchse, g e k e· η η zeichnet durch einen Temperaturfühler (85) , der an der Außenfläche der Einlaßdüse (54) in der Nähe dei stromabwärtigen Seite der Verbindungsstelle (372, 372') angeordnet ist, und durch eine Einrichtung zum Überwachen des Signals aus dem Temperaturfühler als eine Anzeige der Leckage eines Teils des Speisefluids durch die Verbindungsstelle, wodurch die Leckage überwacht wird, ohne daß die Einlaßdüse (54) oder der Druckbehälter (20) durchdrungen wird und ohne daß das Personal einer Strahlung ausgesetzt wird.

BAD ORlGlMAL
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Einlaßdüse (54) mit einem Wärmeisoliermaterial (81) bedeckt ist.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßdüse (54) und die Wärmebüchse (56) horizontal angeordnet sind und daß der Temperaturfühler (85) an der unteren Außenfläche der Einlaßdüse angeordnet ist.
4. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch qekunnzeichnet, daß der Temperatur fühler (8Γ>) eine Temperaturanzeige 'J· liefert, daß Einrichtungen (87, 89) vorgesehen sind, die eine Spexsefluidtemperaturanzexge T_ und eine Behälterfluidtemperaturanzeige T₀ liefern, und daß eine Einrichtung (102, 103) vorgesehen ist zum Verknüpfen der Temperaturanzeigen, um eine normierte Temperaturanzeige. T_n gemäß der Beziehung T_n = (T_g - T_p)/(T_ " T_p) zu liefern.
5. "Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die eine Speisefluidtemperaturanzeige liefert, einen Temperaturfühler (87) aufweist, der an der Außenfläche des Speisefluxdrohres (52) stromaufwärts der Einlaßdüse (54) angeordnet ist.
6. Kernreaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die eine Behälterfluidtemperaturanzeige liefert, einen Temperaturfühler (89). aufweist, der an der Außenfläche eines Fluidauslaßrohres (38) des Druckbehälters (20) angeordnet ist. " ..
7. Kernreaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die eine Behälterfluidtemperaturanzeige liefert, eine manuell einstellbare Behälterfluidtemperaturdarstellung (51) aufweist.
8. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (372, 372¹) eine erste Dichtvorrichtung (372) zwischen der Wärmebüchse (56) und der Einlaßdüse (54) und eine zweite Dichtvorrichtung (372') zwischen der Wärmebüchse und der Einlaßdüse und mit Abstand stromabwärts von der ersten Dichtvorrichtung aufweist und daß der Temperaturfühler (85) an dem stromabwärtigen Ende der zweiten Dichtvorrichtung angeordnet ist.
9'. Kernreaktor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (82, 92) zum Wegleiten einea wesentlichen Teils einer Speisefluidleckage durch die erste Dichtvorrichtung (372) von der Innenfläche der Einlaßdüse (54).
10. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebüchse (56) in die Einlaßdüse (54) mit einem Festsitz eingebaut ist, wodurch am Anfang eine minimale Leckage des Speisefluids durch die Verbindungsstelle (372, 372') vorhanden ist, so daß das Signal aus dem Temperaturfühler (85) am Anfang des Betriebes im Anschluß an den Einbau der Wärmebüchse einen Leckdurchfluß von im wesentlichen null anzeigt-
11. Verfahren zum Bestimmen des Speisefluidleckdurchflusses in einem Kernreaktor mit einem Fluid enthaltenden BehäLter, der eine Einlaßdüse hat, die mit einem Speisefluidrohr verbunden ist, um dem Behälter Speisefluid zuzuleiten, und eine in der Düse angeordnete Wärmebüchse, die das Speisefluid einer Verteilvorrichtung innerhalb des Behälters zuleitet, und mit einer Verbindungsstelle zwischen der Einlaßdüse und dem stromaufwärtigen Ende der Wärmebüchse, wobei der Speisefluidleckdurchfluß durch die Verbindungsstelle in einen Raum zwischen der Einlaßdüse und der WärmebüchsG bestLmraL· wird, gekennzeichne L

durch folgende Schritte:

1) Positionieren eines Temperaturfühlers zum Messen der-

- Temperatur an der unteren Außenfläche der Einlaßdüse' nahe dem stromabwärtigen Ende der Verbindungsstelle und zum Liefern einer ersten Temperaturanzeige, die sich irr Ab-. hängigkeit von dem Leckdurchfluß ändert;

2) Liefern einer zweiten Temperaturanzeige, die von der Temperatur des Speisefluids abhängig ist;

3) Liefern einer dritten Temperaturanzeige, die von der Temperatur des Fluids in dem Behälter abhängig ist;.

4) Verknüpfen der ersten, der zweiten und der dritten Temperaturanzeige derart, daß sich eine normierte vierte Temperaturanzeige ergibt, die sich im wesentlichen· nur mit Änderungen der ersten Temperaturanzeige ändert; und

5) Vergleichen der vierten Temperaturanzeige mit einer Eichkurve, die die vierte Temperaturanzeige über dem Leckdurchfluß darstellt, um den Leckdurchfluß zu erhalten,
12. Fluidleitungsanordnung mit einer Fluid weiterleitenden ersten Leitung (56; 156), die ein Einläßende zum Empfangen von Fluid und ein Auslaßende zum Abgeben von. Fluid hat, mit einer zweiten Leitung (54; 154), die wenigstens einen Teil der ersten Leitung umgibt und mit Abstand.von dieser angeordnet ist, um einen Fluid enthaltenden Raum zwischen sich und der zweiten Leitung zu bilden, und mit einer Verbindungs-· stelle (372, 372') zwischen der ersten und der zweiten Leitung nahe dem Einlaßende der ersten Leitung, g e k e η η zeichnet durch eine Vorrichtung (48; 148) zur Zufuhr eines Speisefluids zu dem Einlaßende der.ersten Leitung (56; 156), wobei dieses Speisefluid eine Temperatur hat, die von der Temperatur des Fluids in dem Fluid enthaltenden Raum (83; 183) zwischen der ersten und der zweiten Leitung beträchtlich verschieden ist, durch einen Temperaturfühler (85; 185), der so angeordnet ist, daß er die Außen-

flächentempertur der zweiten Leitung (54; 154) nahe dem stromabwärtigen Ende der Verbindungsstelle mißt, und durch eine Einrichtung (102, 103) zum überwachen des Temperaturanzeigesignals aus dem Temperaturfühler auf Temperaturen, die eine Leckage von Speisefluid durch die Verbindungsstelle in den Fluid enthaltenden Raum anzeigen.
13. Verfahren zum Bestimmen des Speisefluidleckdurchflasses in einer Anordnung zur Zufuhr eines kälteren Speisefluids zu einem Behälter, der ein erhitztes Fluid onth.'ilt, wobei eine insgesamt horizontale Speisef luid<;inlaßdü.sc- in der Wand des Behälters mit einem Speisefluidrohr zum Zuleiten von Speisefluid zu dem Behälter verbunden ist und wobei eine Speisefluidwärmebüchse in die Speisefluideinlaßdüse eingeführt ist zum Zuleiten von Speisefluid zu einer Verteilvorrichtung innerhalb des Behälters, mit einer zwischen der Speisefluideinlaßdüse und dem stromaufwärtigen Ende der Speisefluidwärmebüchse vorgesehenen Verbindungsstelle, durch die Leckspeisefluid, dessen Durchfluß bestimmt wird, hindurch und in einen Raum zwischen der Speisefluideinlaßdüse und der Speisefluidwärmebüchse geht, gekennzei c h n e t durch folgende Schritte:

1) Positionieren eines Temperaturfühlers zum Messen der Temperatur an der unteren Außenfläche der Einlaßdüse nahe

. dem stromabwärtigen Ende der Verbindungsstelle und zum Liefern einer Temperaturanzeige, die sich in Abhängigkeit von dem Leckdurchfluß ändert, und

2) Beziehen der Temperaturanzeige auf eine die Temperatur über dem Leckdurchfluß angebende Eichkurve.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichkurve erzielt wird durch:

1) Bereitstellen eines Testbehälters, welcher erhitztes

br

Fluid enthält und in einer Wand eine Testeinlaßdüse. aufweist, die insgesamt der Speisefluideinlaßdüse gleicht und mit einer Quelle kälteren Fluids verbunden ist;

2) Einführen einer Testwärmebüchse, die der Speisefluidwärmebüchse gleicht, in die Testeinlaßdüse, wobei die Testwärmebüchse eine Dichtvorrichtung an ihrem stromaufwar- " tigen Ende zur Abdichtung zwischen der Testwärmebüchse und der Testeinlaßdüse hat, um einen Durchfluß des kältoron Kluids '/ax dor VerbindunyKStol Io zwischen der Tosteinlaßdüse und der Testwärmebüchse im wesentlichen zu verhindern;

3) Schaffen eines ringförmigen Hohlraums zwischen.der Dichtvorrichtung und der Verbindungsstelle zwischen der Testeinlaßdüse und der Testwärmebüchse zum Aufnehmen einer gesteuerten Menge des kälteren Fluids als simulierte Leckströmung;

4) Anordnen eines Testtemperaturfühlers an der Außenfläche der Testeinlaßdüse nahe dem stromabwärtigen.Ende der Verbindungsstelle zwischen der Testeinlaßdüse und der Testwärmebüchse;

5) Einleiten von abgemessenen, vorbestimmten Mengen des kälteren Fluids in den ringförmigen Hohlraum; und

6) Bestimmen der Eichkurve aus Änderungen in der von dem Testtemperaturfühler gelieferten Anzeige in Abhängigkeit von Durchflußänderungen der eingeleiteten' Mengen des kälteren Fluids.
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet, durch folgenden weiteren Schritt: Korrigieren der Eichkurve zur Verwendung bei einer anderen Einlaßdüse, die eine etwas andere Geometrie als die Testeinlaßdüse hat, durch Ausführen einer axialen und umfangsmäßigen Wärmeleitungsanalyse bezüglich der anderen Einlaßdüse/ um die Wärmeleitung über die Wand der anderen Einlaßdüse zu dem Temperaturfühler zu ermitteln,

und entsprechendes Einstellen der Eichkurve.
16. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

1) Einführen der Speisefluidwärmebüchse in die Speisefluideinlaßdüse mit einem Pestsitz, wodurch die Leckströmung des Speisefluids durch die Verbindungsstelle zwischen der Speisefluideinlaßdüse und der Speisefluidwärmebüchse am Anfang minimal ist; und

2) überwachen der anfänglichen Betriebstemperaturanzeige, die der Temperaturfühler liefert, um einen die Temperatur bei dem Leckdurchfluß von null angebenden Eichpunkt für die Eichkurve zu erhalten.