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Dokumentenidentifikation DE10213608A1 16.10.2003
Titel Kernkraftanlage
Anmelder Framatome ANP GmbH, 91058 Erlangen, DE
Erfinder Pflug, Volker, 63505 Langenselbold, DE;
Domschat, Frank, 63128 Dietzenbach, DE
Vertreter E. Tergau und Kollegen, 90482 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 27.03.2002
DE-Aktenzeichen 10213608
Offenlegungstag 16.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.2003
IPC-Hauptklasse G21C 13/02
Zusammenfassung Um den Zeit- und Personalaufwand bei einem Brennelementwechsel einer Kernkraftanlage, insbesondere einer Siedewasserreaktoranlage, zu reduzieren, wird erfindungsgemäß zwischen dem Reaktordruckbehälter (26) und dem Flutbecken (48) der Kernkraftanlage eine fest installierte Abdichtung zum Beispiel in Form einer Dichtmembran (54) vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernkraftanlage, insbesondere einen Siedewasserreaktor (SWR) mit einem in einem Sicherheitsbehälter angeordneten Reaktordruckbehälter.

Derartige Kernkraftanlagen sind zum Beispiel aus der DE 198 53 618 C1 oder der DE 195 38 009 A1 bekannt. Der Innenraum des Sicherheitsbehälters solcher Kernkraftanlagen ist durch mehrere Innenwände und Zwischendecken in verschiedene Teilräume unterteilt und weist einen dicht verschließbaren Ladedeckel auf. Im zentralen Innenbereich ist der Reaktordruckbehälter (RDB) angeordnet, der in seinem unteren Bereich einen Reaktorkern, in dem die Brennelemente angeordnet sind, und oben eine durch einen Deckel dicht verschließbare Öffnung aufweist. Die Außenräume des Sicherheitsbehälters dienen als Kondensationskammern und Flutbecken zur Kühlung des Reaktordruckbehälters und sind über verschiedene Leitungen mit diesem verbunden.

Für das Austauschen der Brennelemente ist es erforderlich, dass nach dem Entfernen des Ladedeckels und des RDB-Deckels der Reaktorraum ab der Oberkante des Reaktordruckbehälters mit vollentsalztem Wasser geflutet wird. Hierbei muss sichergestellt werden, dass zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Flutbecken eine Abdichtung vorhanden ist. Bei herkömmlichen Kernkraftanlagen wird zu diesem Zweck bei jedem Brennelementwechsel ein sogenannter Flutkompensator von einigen Tonnen Gewicht eingesetzt, der während der übrigen Zeit außerhalb des zu flutenden Raums gelagert werden muss. Der Einsatz solcher Flutkompensatoren bringt einige Nachteile mit sich. So ist der Brennelementwechsel sehr zeitaufwändig und erfordert viel Personal, der Flutkompensator ist teuer in seiner Herstellung, benötigt einen Abstellplatz und muss gewartet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kernkraftanlage mit einem in einem Sicherheitsbehälter angeordneten Reaktordruckbehälter anzugeben, bei der ein Brennelementwechsel ohne großen Zeit- und Personalaufwand und damit kostensparend durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird für eine Kernkraftanlage mit einem Sicherheitsbehälter, einem im Sicherheitsbehälter angeordneten Reaktorraum, einem im Reaktorraum angeordneten Reaktordruckbehälter und einem im Sicherheitsbehälter angeordneten Flutbecken, wobei der Reaktordruckbehälter eine mit einem Deckel verschließbare Öffnung aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Flutbecken eine fest installierte Abdichtung vorgesehen ist.

Bei einer fest installierten Abdichtung zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Flutbecken entfällt bei einem Brennelementwechsel das aufwändige und viel Personal erfordernde Einsetzen und Herausnehmen eines herausnehmbaren Flutkompensators. Außerdem wird kein Abstellplatz außerhalb des Flutraumes benötigt, und der Aufwand für Wartung, Reinigung und wiederkehrende Prüfungen kann gering gehalten werden. Zudem ist die Herstellung der fest installierten Abdichtung weniger aufwändig und damit kostengünstiger als die des herkömmlichen herausnehmbaren Flutkompensators einschließlich der notwendigen Montagevorrichtungen. Durch den geringeren Personalaufwand beim Brennelementwechsel wird auch die Strahlenbelastung des Personals reduziert. Ferner ist auch die Dekontamination der fest installierten Abdichtung relativ einfach durchzuführen.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Abdichtung zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem Flutbecken in Form einer fest installierten Dichtmembran. Diese ist zweckmäßigerweise einerseits mit der Oberkante des Reaktordruckbehälters und andererseits mit einer Wand des diesen umgebenden Reaktorraums verbunden und besteht aus mehreren miteinander dicht verbundenen, beispielsweise verschweißten Segmenten.

Zum Abführen von Restflüssigkeit nach dem Brennelementwechsel kann die Abdichtung wenigstens eine Entleerungsleitung aufweisen.

Um eine für das An- und Abfahren der Kernkraftanlage erforderliche hohe Wärmehaltung innerhalb der Abdichtung zu erzielen, ist es zweckmäßig, an der Unterseite der Abdichtung eine Wärmedämmvorrichtung anzubringen.

Ein bevorzugtes Material für die Abdichtung ist ein Austenit, insbesondere das mit der DIN-Bezeichnung X6CrNiTi 1810.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsbehälters mit darin eingebautem Reaktordruckbehälter für eine Kernkraftanlage gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht des Reaktordruckbehälters mit fest installierter Abdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entlang Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Abdichtung der Kernkraftanlage gemäß Einzelheit III in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Sicherheitsbehälter 10 einer Siedewasserreaktoranlage (SWR- Anlage) skizziert. Der Innenraum des Sicherheitsbehälters 10 ist durch einen Innenzylinder 12 und eine Zwischendecke 14 in verschiedene Teilräume unterteilt, wobei der Aufbau des Sicherheitsbehälters 10 insgesamt im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Mittellängsachse 16 ist. In der Decke 18 ist eine zentrale Öffnung 20 vorgesehen, die durch einen kuppelförmigen Ladedeckel 22 dicht verschließbar ist. Sämtliche Wände und Zwischenwände des Sicherheitsbehälters 10 sind vorzugsweise aus Beton.

Im vom Innenzylinder 12 umgebenen zentralen Reaktorraum 24 ist ein Reaktordruckbehälter (RDB) 26 angeordnet, der sich über eine Zarge 28 am Innenzylinder 12 abstützt. Der Reaktordruckbehälter 26 weist in seinem unteren Bereich den Reaktorkern 30 auf, in dem die (nicht dargestellten) Brennelemente angeordnet sind. Zur Leistungssteuerung werden in den Reaktorkern 30 mittels eines Steuerstabantriebs 32, der am unteren Ende außerhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet ist, Steuerstäbe eingefahren. Steuerstabführungsrohre 34 reichen vom Steuerstabantrieb 32 durch die Wandung des Reaktordruckbehälters 26 hindurch in den Reaktorkern 30.

Der Reaktordruckbehälter 26 weist an seinem oberen Ende eine Öffnung 36 auf, die mittels eines Deckels 38 dicht verschließbar ist. Der Reaktordruckbehälter 26 und dessen Deckel 38 sind vollständig von einer Isolierhülle 40a bzw. 40b umgeben. Die den Reaktordruckbehälter 26 umgebende Isolierhülle 40a ist mit einer Vielzahl von Abstandshaltern 42 am Innenzylinder 12 befestigt und unter Bildung eines Zwischenraums 44 vom Reaktordruckbehälter 26 beabstandet, damit dieser von außen für Wartungszwecke zugänglich ist. Die Isolierhüllen 40a, 40b dienen der thermischen Isolation des Reaktordruckbehälters 26, so dass die Temperatur im Zwischenraum 44 bei Betrieb des Reaktors bei etwa 275°C und damit im Bereich der Betriebstemperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters 26 gehalten werden kann. Außerhalb der Isolierhülle 40a, 40b beträgt die Temperatur typischerweise nur etwa 50°C, wozu von unten her ein Kühlluftstrom L zwischen der Isolierhülle 40a und dem Innenzylinder 12 vorgesehen ist.

Durch den Innenzylinder 12 ist im Innenraum des Sicherheitsbehälters 10 weiter ein ringförmiger Außenraum gebildet, der durch die Zwischendecke 14 in einen oberen und einen unteren Außenraum aufgeteilt ist. Der untere ringförmige Außenraum bildet eine Kondensationskammer 46 und der obere ringförmige Außenraum bildet ein Flutbecken 48, die beide eine Kühlflüssigkeit F, insbesondere Kühlwasser, enthalten. Flutbecken 48 und Kondensationskammer 46 dienen zur Kühlung des Reaktordruckbehälters 26, wenn in diesem oder im Reaktorraum 24 ein kritischer Druck überschritten wird. Hierzu sind zudem mehrere Kühlleitungen und Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) zwischen dem Reaktordruckbehälter 26 und dem Flutbecken 48 bzw. der Kondensationskammer (46) vorhanden.

Zur Kühlung des Reaktordruckbehälters 26 ist u. a. eine Außenkühlung oder Außenflutung des Reaktordruckbehälters 26 vorgesehen, bei der die Kühlflüssigkeit F aus dem Flutbecken 48 beispielsweise durch eine Flutleitung 50 in den Zwischenraum 44 einströmt, so dass die Kühlflüssigkeit F mit der Außenwand des Reaktordruckbehälters 26 in Kontakt kommt. Bei der Außenflutung wird die Kühlflüssigkeit F durch den heißen Reaktordruckbehälter 26 erhitzt, wodurch im Zwischenraum 44 Dampf entsteht, der über einen (nicht dargestellten) Strömungsweg aus dem Zwischenraum 44 in den oberen Bereich des Flutbeckens 48 gelangen kann. Im oberen Bereich des Flutbeckens 48 ist ein Kondensator 52 angeordnet, an dem der Dampf kondensiert, wodurch der Druck im Sicherheitsbehälter 10 abgebaut werden kann.

Bei einem Brennelementwechsel ist es u. a. erforderlich, dass nach dem Entfernen bzw. Öffnen des Ladedeckels 22 des Sicherheitsbehälters 10 und des Deckels 38 des Reaktordruckbehälters 26 der Reaktorraum 24 ab der Oberkante des Reaktordruckbehälters 26 mit vollentsalztem wasser geflutet wird. Aus diesem Grunde muss sichergestellt werden, dass zwischen dem Reaktordruckbehälter 26 und dem Flutbecken 48 zumindest während dieser Zeit eine Abdichtung vorgesehen ist. Gemäß der Erfindung ist hierzu zwischen dem Reaktordruckbehälter 26 und der Wand des Reaktorraums 24, d. h. dem Innenzylinder 12 des Sicherheitsbehälters 10, eine Abdichtung 54 vorgesehen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in der Draufsicht entlang Linie II-II von Fig. 2 dargestellt, wird der Reaktorraum 24 oberhalb des Reaktordruckbehälters 26durch die Abdichtung 54 über die Isolierhülle 40a vollständig zur Wand 12 des Reaktorraums 24 hin abgedichtet.

Diese Abdichtung 54 ist fest installiert, muss also weder vor einem Brennelementwechsel eingebaut noch nach einem erfolgten Brennelementwechsel herausgenommen werden. Aus diesem Grunde wird für einen Brennelementwechsel weniger Zeit und weniger Personal benötigt, was zu deutlichen Kostenersparnissen beim Betrieb der Kernkraftanlage führt. Außerdem wird außerhalb des Reaktorraums 24 kein separater Platz für die Abdichtung 54 benötigt, wie dies bei den herkömmlichen herausnehmbaren Flutkompensatoren der Fall war. Weiter kann aufgrund der permanent eingebauten Abdichtung 54 eine gleichbleibend gute Funktionalität gewährleistet werden, da die Dichtwirkung nicht von der jeweiligen Montage vor einem Brennelementwechsel abhängt.

Ein Kriterium bei der Konstruktion der fest installierten Abdichtung 54 gemäß der Erfindung ist, dass die Abdichtung während des Betriebs, insbesondere beim An- und Abfahren des Reaktors die auftretenden Wärmedehnungen aufnehmen kann. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist der Reaktordruckbehälter 26 im oberen Bereich des Sicherheitsbehälters 10 aufgenommen, so dass hier im Vergleich zu Anlagen mit Reaktordruckbehältern im unteren Bereich des Sicherheitsbehälters eine geringere axiale Wärmedehnung zu berücksichtigen und somit der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag der fest installierten Abdichtung 54 mit annehmbarem Aufwand realisierbar ist. Die hier zu berücksichtigende, notwendige axiale Dehnungsaufnahme der Abdichtung 54 liegt im Bereich von etwa 20 bis 30 mm, während ihre radiale Dehnungsaufnahme im Bereich von etwa 8 bis 15 mm liegt, wobei der Temperaturbereich bei Betrieb der Kernkraftanlage von etwa Raumtemperatur (Wand des Reaktorraums) bis etwa 290°C (Reaktordruckbehälter) reicht. Außerdem muss die Abdichtung 54 natürlich der Druckbelastung durch die darüber stehende Wassersäule bei geflutetem Reaktorraum 24 standhalten.

Für einen Brennelementwechsel bei einer Kernkraftanlage, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind nur die folgenden Aktivitäten erforderlich. Zunächst wird das Kühlwasser F aus dem Flutbecken 48 abgelassen und dann der Ladedeckel 22 des Sicherheitsbehälters 10 entfernt bzw. geöffnet. Dann werden in üblicher Weise die Schraubenbolzen am Flansch des Deckels 38 des Reaktordruckbehälters 26 entfernt. Nun müssen die Gewindelöcher dieser Schraubenbolzen durch Dichtscheiben verschlossen werden, wie dies allgemein bekannt ist, damit das vollentsalzte Wasser nicht mit den ferritischen Gewindelöchern in Verbindung kommen kann. Schließlich müssen vor dem Öffnen des Deckels 38 des Reaktordruckbehälters 26 auch alle Öffnungen wie Mannlöcher, Lüftungsklappen und dergleichen im Reaktorraum 24 dichtgesetzt werden. Nun kann der Reaktorraum 24 für den Brennelementwechsel mit vollentsalztem Wasser geflutet werden und der Brennelementwechsel durchgeführt werden.

Anhand von Fig. 3, die einer vergrößerten Darstellung des Details III von Fig. 1 entspricht, wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer fest installierten Abdichtung gemäß der Erfindung näher erläutert.

Die in Fig. 3 dargestellte Abdichtung ist in der Form einer Dichtmembran 54 ausgebildet. Die Dichtmembran 54 ist kreisringförmig ausgebildet, um die gesamte obere Kante des Reaktordruckbehälters 26 zu umgeben, und weist beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte halbkreisförmige Querschnittsform auf. Dabei kann die Dichtmembran 54 vorzugsweise aus zum Beispiel sechs Segmenten aufgebaut sein, die bei der Montage vor Ort sehr sorgfältig zusammengeschweißt werden. Der Aufbau der Dichtmembran 54 aus mehreren Segmenten ist in der Draufsicht von Fig. 2 zu erkennen.

Die Dichtmembran 54 des bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht aus einem austenititischen Material, beispielsweise einem Material mit der DIN-Bezeichnung X6CrNiTi 1810. Die Dichtmembran 54 ist gleichmäßig etwa 2 bis 3 mm, vorzugsweise etwa 2,5 mm dick und die Halbkreisform des Querschnitts hat einen Radius von etwa 150 bis 250 mm, vorzugsweise etwa 200 mm, so dass ein Abstand von etwa 300 bis 500 mm, im bevorzugten Fall von etwa 400 mm zwischen dem Reaktordruckbehälter 26 und der Wand 12 des Reaktorraums 24 bzw. der innerhalb des Reaktorraums 24 vorgesehenen Isolierhülle 40a über dem Zwischenraum 44 abgedichtet werden kann.

Um den Reaktorraum 24 nach erfolgtem Brennelementwechsel wieder vollständig von verbleibendem Restwasser entleeren zu können, weist die Dichtmembran 54 an ihrem unteren Scheitelpunkt wenigstens eine Entleerungsleitung 56 auf, die im Normalzustand natürlich dicht verschlossen ist.

Um eine möglichst hohe Wärmehaltung der Dichtmembran 54 zu erzielen, die insbesondere für das An- und Abfahren der Kernkraftanlage erforderlich ist, ist die Dichtmembran 54 an ihrer Unterseite mit einer Wärmedämmung 58 versehen. Durch die Wärmedämmung 58 kann ein zu schnelles Abkühlen der Dichtmembran 54 verhindert werden. Die Wärmedämmung 58 besteht beispielsweise aus einer chloridfreien Mineralwolle und besitzt eine Dicke von etwa 15 bis 60 mm, die über den Kreisbogen der Dichtmembran 54 von innen nach außen zunehmen kann, wie in Fig. 3 dargestellt.

Die Dichtmembran 54 ist an ihrer Innenseite mit der austenitischen Plattierung 60 des die Öffnung 36 des Reaktordruckbehälters 26 umgebenden Flansches 62 des Reaktordruckbehälters 26 verschweißt. Die Außenseite der Dichtmembran 54 ist dagegen mit der Wand 12 des Reaktorraums 24 bzw. der innerhalb des Reaktorraums angeordneten Isolierhülle 40a verschweißt, d. h. mit anderen Worten unmittelbar oder mittelbar mit der Wand 12 des Reaktorraums 24 verbunden. Die Anbindungen der Dichtmembran sollten neben dem Erfordernis der Dichtheit auch eine gute Wärmeleitung vorsehen.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist ferner oberhalb der Dichtmembran 54 im Reaktorraum 24 ein umlaufender, begehbarer Gitterrost 64 vorgesehen, der den ohnehin nur geringen Wartungsaufwand der Dichtmembran 54 vereinfachen soll. Der Abstand zwischen Dichtmembran 54 und Gitterrost 64 beträgt beispielsweise etwa 100 mm. Mannlöcher für den Zugang zu dem begehbaren Gitterrost 64 müssen vor dem Fluten des Reaktorraums 24 für einen Brennelementwechsel selbstverständlich abgedichtet werden.

Während die erfindungsgemäße, fest installierte Abdichtung oben anhand einer bevorzugten Ausführungsform in Form einer Dichtmembran beschrieben wurde, können selbstverständlich auch andere Konstruktionen von Abdichtungen vorgesehen werden, sofern sie eine entsprechende Dichtwirkung gewährleisten und den thermischen Beanspruchungen bei Betrieb der Kernkraftanlage ebenso standhalten.

Beispielsweise ist es auch denkbar, einen fest installierten Flutraumkompensator im Reaktorraum vorzusehen. Dieser würde die gleichen Zeit-, und Personalvorteile bezüglich des Brennelementwechsels mit sich bringen, wäre allerdings aufwändiger bei seiner Herstellung und Montage. Bezugszeichenliste 10 Sicherheitsbehälter

12 Innenzylinder

14 Zwischendecke

16 Mittellängsachse

18 Decke

20 zentrale Öffnung

22 Ladedeckel

24 Reaktorraum

26 Reaktordruckbehälter

28 Zarge

30 Reaktorkern

32 Steuerstabantrieb

34 Steuerstabführungsrohre

36 Öffnung

38 Deckel

40a, 40b Isolierhülle

42 Abstandshalter

44 Zwischenraum

46 Kondensationskammer

48 Flutbecken

52 Kondensator

54 Dichtmembran

58 Wärmedämmung

64 Gitterrost

F Kühlflüssigkeit


Anspruch[de]
  1. 1. Kernkraftanlage mit einem Sicherheitsbehälter (10), einem im Sicherheitsbehälter angeordneten Reaktorraum (24), einem im Reaktorraum angeordneten Reaktordruckbehälter (26) und einem im Sicherheitsbehälter angeordneten Flutbecken (48), wobei der Reaktordruckbehälter eine mit einem Deckel (38) verschließbare Öffnung (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reaktordruckbehälter (26) und dem Flutbecken (48) eine fest installierte Abdichtung vorgesehen ist.
  2. 2. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reaktordruckbehälter (26) und dem Flutbecken (48) eine fest installierte Dichtmembran (54) vorgesehen ist.
  3. 3. Kernkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (54) einerseits mit der Oberkante des Reaktordruckbehälters (26) und andererseits mit einer Wand des Reaktorraums (24) verbunden ist.
  4. 4. Kernkraftanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (54) aus mehreren miteinander dicht verbundenen Segmenten besteht.
  5. 5. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (54) wenigstens eine Entleerungsleitung (56) zum Abführen von Restflüssigkeit aufweist.
  6. 6. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (54) an ihrer Unterseite eine Wärmedämmvorrichtung (58) aufweist.
  7. 7. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (54) im wesentlichen aus einem austenitischen Material besteht.
  8. 8. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Abdichtung (54) eine begehbare Vorrichtung (64) vorgesehen ist.






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