CH618805A5

CH618805A5 - Method and circuit on a pressurised water reactor for the removal of the afterheat of the reactor in an accident.

Info

Publication number: CH618805A5
Application number: CH1386975A
Authority: CH
Inventors: Dieter Bohm; Peter Dipl Ing Caspar; Gottfried Dipl Ing Gess; Hermann Dipl Ing Kley
Original assignee: Babcock Brown Boveri Reaktor; Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1974-12-14
Filing date: 1975-10-27
Publication date: 1980-08-15
Also published as: DE2459150B2; ATA930175A; DE2459150C3; FR2294517B1; GB1525020A; FR2294517A1; DE2459150A1; AT380119B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Schaltung an einem Druckwasserreaktor zur Abfuhr der Nach-zerfalls-Wärme des Reaktors bei Betriebsleckagen von der Primär* zur Sekundärseite im Dampferzeuger, bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder bei Frischdampfleitungsbruch.

Für eine Druckwasser-Reaktoranlage ist bei Ausfall der Hauptwärmesenke zur Kühlung des Reaktorkerns - das heisst der Brennelemente im Reaktordruckbehälter - die Nachzerfallswärme auf dem Wege über die Dampferzeuger über längere Zeit, etwa 6 bis 10 Stunden abzuführen. Es ist hierbei üblich, in Störfällen den anfallenden sekundärseitigen Dampf in die Atmosphäre abzublasen (siehe zum Beispiel Druckschrift Nr. GEA-9575) von General Electric «Developments in Nuclear Plant Effluent Managment»).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei Betriebsleckagen von der Primär- zur Sekundärseite im Dampferzeuger, bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder Frischdampfleitungsbruch die Abgabe von radioaktiven Bestandteilen an die Atmosphäre während der Nachwärme-Abfuhr-Phase zu verhindern.

Die Lösung besteht darin, dass die Nachwärme-Dampfmenge unter Ausnutzung eines Notkreislaufs kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise dem Dampferzeuger wieder zugeführt wird.

Zur Erfüllung dieser Funktion kann der bestehende Notkreislauf eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Notkreislauf mit erweiterter Form und Kapazität benutzt.

Unter Messung bestimmter Kriterien des Störfall-Ablaufes oder des Ausfalles der Hauptwärmesenke erfolgt zweckmässigerweise von der Sekundärseite aus eine Regelung des Druk-kes im Dampferzeuger auf einen Wert, der oberhalb des maximalen Betriebsdrucks und unterhalb des Konzessionsdruckes liegt. Dabei werden als Stellglieder in vorteilhafter Weise die vordruckgeregelten Reduzierventile in den Frischdampfleitungen benutzt.

Die Nachwärme-Abfuhr wird zweckmässig durchgeführt, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist. Anschliessend kann der Drucksollwert der Reduzierventile in den Frischdampfleitungen herabgesetzt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren 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 kann diese Funktion durch einen Nachzerfalls-Wärmetauscher erfüllt werden, der bis zur höchstmöglichen Speisewassertemperatur arbeitet. Die Hilfswärmesenke kann folglich klein bemessen werden.

b) Da bei der Nachwärmeabfuhr kein Dampf an die Atmosphäre abgeblasen wird, tritt kein Wasserverlust ein.

c) Eine anderenfalls mögliche stärker eintretende Kontamination der Hauptwärmesenke wird durch die oben beschriebenen Massnahmen verhindert

Die Erfindung bedient sich zur Durchführung des Verfahrens bei einem Reaktor mit mindestens zwei Dampferzeugern und Kühlmittelpumpen sowie einem Sekundärsystem aus Frischdampfleitungen, Sicherheitsventilen und Abschlussorganen vor den Turbinenanschlüssen, wobei die Frischdampfleitungen sich mindestens zweifach parallel an jeden Dampferzeuger anschliessen, einer Schaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Frischdampfleitungen regelbare Reduzierventile enthalten, dass sich an jedes der Reduzierventile ein Nach-wärmeabfuhr-Wärmetauscher anschliesst, der über ein Not-speisewasser-Regelventil an den Dampferzeuger angeschlossen ist.

Vorzugsweise wird der Notkreislauf zusätzlich mit einem Kondensatkühler ausgerüstet, der dem Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher nachgeschaltet ist

Vorzugsweise wird jedes Reduzierventil mit den Sicherheitsventilen und den Anschlussorganen in einem Armaturkörper zusammengefasst, der so an jede der Frischdampfleitungen 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 einer Anordnung können der Nachwär-

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meabfuhr-Warmetauscher mit den nachgeschalteten Kondensatkühlern, die Notspeisewasserpumpe und das Notspeisewas-ser-Regelventil im Reaktorgebäude, aber ausserhalb des Sicherheitsbehälters, installiet sein. Ferner können das Reduzierventil und der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher im Sicherheitsbehälter und die Sicherheitsventile und Abschlussorgane im gebunkerten Zwischengebäude angeordnet sein.

Die erfindungsgemässe Schaltung stellt eine dreifache und sichere Schranke gegen Aktivitäts-Freisetzung zum Kühlwasser bzw. Vorfluter dar, weil Leckagen an drei Stellen, Dampferzeuger, Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher und 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 für die Ableitung in einen Wasserrückgabekanal dekontaminiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert und der mit der Erfindung erzielbare Fortschritt dargestellt.

Es zeigen die Fig. 1 bis,3 jeweils den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemässen Schaltung und unterscheiden sich im weiteren durch die Anordnung von Elementen der Sekundärseite.

Innerhalb eines Reaktorgebäudes 1 und eines Sicherheitsbehälters 2 befindet sich der Reaktordruck-Behälter 3, die Kühlmittelpumpen 4, die Dampferzeuger 5, die verbindenden Primär-Druckwasserleitungen 6 und die Frischdampfleitungen 7 (Fig. 1).

Bisher war es üblich, die anfallende Nachzerfalls-Wärme bei Störfällen in Kernkraftwerken über die Sicherheitsventile 8 in Richtung der Pfeile 18 an die Umwelt abzugeben.

Die Sicherheitsventile 8, die Abschlussorgane 9 und die Reduzierventile 10 sind zu einem in Reaktorqualität hergestellten Armaturenkörper zusammengefasst, der so in jede Frischdampfleitung 7 eingebaut ist, dass er eine Verlängerung des Sicherheitsbehälters 2 nach aussen darstellt. Dieser integrierte Armaturenkörper ist gegen Einwirkungen von aussen in einem' gebunkerten Zwischengebäude 11 untergebracht. Mit den Pfeilen 12 sind die Anschlüsse zur Turbine angedeutet.

Im Zwischengebäude 11 befinden sich auch ein Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit nachgeschaltetem Kondensatkühler 17, eine Notspeisewasserpumpe 14 und ein Notspei-sewasser-Regelventil 15, das seinerseits an einen im Sicherheitsbehälter liegenden Anschlussstutzen 16 des Dampferzeugers 5 angeschlossen ist.

Der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher kann als Wasser/ Wasserwärmetauscher ausgebildet und an ein Nebenkühlwassersystem angeschlossen werden. Gegebenenfalls sind zusätzliche Nebenkühlwasserpumpen in redundanten Nebenkühlwasser-Pumpenhäusern anzuordnen.

Bei normalem Betrieb des Reaktors wird der im Dampferzeuger entwickelte Dampf über die Frischdampfleitungen 7 beispielsweise an eine oder mehrere Turbinen weitergeleitet. Tritt einer der bereits oben erwähnten Störfälle auf, so wird der Reaktor in wenigen Sekunden von dem augenblicklichen Betriebszustand auf wenige Prozent Wärmeleistung zurückgefahren. Die dennoch über längere Zeit hinaus entstehende Nachzerfalls-Wärme erzeugt immer noch eine grössere Menge an Dampf, der aufgrund seiner Kontamination nicht in die Atmosphäre abgeblasen werden kann, sondern über den oben

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beschriebenen Notkreislauf an den Dampferzeuger zurückgeführt wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten lediglich durch die Anordnung des Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13, des Kondensatkühlers 17, der Notspeisewasserpumpe 14 und des Notspeisewasser-Regelventils 15 im Reaktorgebäude 1. Dabei ist zu beachten, dass das Regelventil 15 sich jedoch ausserhalb des Sicherheitsbehälters 2 befindet. Lediglich der integrierte Armaturenkörper mit dem Reduzierventil 10 bleibt in dem gegen Einwirkungen von aussen gebunkerten Zwischengebäude 11, das gegenüber der Ausführung in Fig. 1 wesentlich kleiner ausgebildet werden kann. Zur verbesserten Übersicht ist das Zwischengebäude 11 in die Zeichenebene geklappt.

Bei der Anordnungsvariante nach Fig. 3 befindet sich das Reduzierventil 10, der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 mit dem nachgeschalteten Kondensatkühler 17 die Notspeisewasserpumpe 14 und das Notspeisewasser-Regelventil 15 im Sicherheitsbehälter 2. Der integrierte Armaturenkörper besteht nur noch aus dem Sicherheitsventil 8 und den Anschlussorganen 9 und ist im gebunkerten Zwischengebäude 11, ausserhalb des Sicherheitsbehälters 2 angeordnet. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 kann das gebunkerte Zwischengebäude 11 wesentlich kleiner ausgeführt werden.

Die Erfindung schliesst auch die Möglichkeit von unterschiedlichen Elementen-Anordnungen zwischen dem Sicherheitsbehälter 2, dem Reaktorgebäude 1 und dem Zwischengebäude 11 ein.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Schaltung beschrieben:

Die Reaktor-Anlage wird im Störfall in wenigen Sekunden von Vollast oder Teillast auf wenige Prozent Wärmeleistung zurückgefahren. Die Nachwärmeabfuhr beginnt je nach Anlagentyp mit einem bestimmten prozentualen Anteil der Nenndampfmenge im Störfall. Wegen der mindestens doppelt vorhandenen, parallel arbeitenden Frischdampfleitungen 7 und der mindestens vierfach vorhandenen Rückleitungen im Notkreislauf reagiert das System auch auf Störfall-Kombinationen wie Ausfall der Hauptwärmesenke und Frischdampfleitungsbruch sicher.

Die Kühlsysteme für Nebenkühlwasser und den Notkreislaus 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 Betriebsdruk-kes, jedoch unterhalb des Konzessionsdruckes der Dampferzeuger 5 liegt.

Der gedrosselte Nachwärmeabfuhr-Dampf wird dem Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 zugeführt und dort unter Kühlung durch den Notkreislauf zu Kondensat niedergeschlagen.

Das Kondensat läuft den Notspeisewasserpumpen 14 zu und wird von diesen über das Notspeisewasser-Regelventil 15, das für konstanten Wasserstand im Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher 13 sorgt, den Dampferzeugern 5 an den .Notspeisestutzen 16 wieder zugeführt. Aus der zu stützenden Funktion ergibt sich, dass die Nachwärmeabfuhr zunächst so lange durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist. Erst dann kann, um eine weitere Abkühlung im Primärsystem hervorzurufen, der Drucksollwert des Reduzierventils 10 tiefergestellt werden.

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3 Blatt Zeichnungen

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618805 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Abfuhr der Nachzerfalls-Wärme eines Druckwasser-Reaktors bei Betriebsleckagen von der Primär-zur Sekundärseite im Dampferzeuger, bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder bei Frischdampfleitungsbruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachwärme-Dampfmenge unter Ausnutzung eines Notkreislaufs (13,14,15,16,17) kondensiert und das Kondensat mindestens teilweise dem Dampferzeuger (5) wieder zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rückführung der Nachwärme-Dampfmenge zum Dampferzeuger (5) ein Notkreislauf (13,14,15,16,17) mit einem Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) mit Kondensatkühler (17) benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betriebsleckagen von der Primär- zur Sekundärseite im Dampferzeuger sowie bei Ausfall der Hauptwärmesenke und/oder bei Frischdampfleitungsbruch von der Sekundärseite aus eine Regelung des Drucks im Dampferzeuger (5) auf einen Wert erfolgt, der oberhalb des maximalen Betriebsdruckes und unterhalb des Konzesssiondruckes für den Dampferzeuger (5) liegt, und dass als Stellglieder vordruckgeregelte Reduzierventile (10) in den Frischdampfleitungen (7) dienen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachwärmeabfuhr durchgeführt wird, bis der Druck im Primärsystem annähernd gleich dem im Sekundärsystem ist, und anschliessend der Drucksollwert der Reduzierventile (10) in den Frischdampfleitungen (7) herabgesetzt wird.

5. Schaltung an einem Druckwasser-Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der Reaktor mindestens zwei Dampferzeuger (5) und Kühlmittelpumpen (4) sowie ein Sekundärsystem aus Frischdampfleitungen (7), Sicherheitsventilen (8) und Abschlussorganen (9) vor den Turbinenanschlüssen umfasst und die Frischdampfleitungen (7) sich mindestens zweifach parallel an jeden Dampferzeuger (5) anschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischdampfleitungen (7) regelbare Reduzierventile (10) enthalten, dass sich jeweils an das Reduzierventil (10) ein Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) anschliesst, der über ein Notspeisewasser-Regelventil (15) an den Dampferzeuger (5) angeschlossen ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) mit einem zusätzlichen, nachgeschalteten Kondensatkühler (17) ausgerüstet ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) und den Dampferzeuger (5) eine Notspeisewasserpumpe (14) geschaltet ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachwärmeabfuhr-Wärmetauscher (13) als Wasser/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und an ein Nebenkühlsystem angeschlossen ist.