DE2430174C2

DE2430174C2 - Wärmedämmende Abdeckung eines Verschlußdeckels eines Kernreaktorbehälters

Info

Publication number: DE2430174C2
Application number: DE2430174A
Authority: DE
Inventors: Guy Le-Puy-Saint-Reparade Lemercier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-06-26
Filing date: 1974-06-24
Publication date: 1984-07-12
Also published as: ES427687A1; DE2430174A1; US3945887A; SE397225B; JPS5756714B2; FR2235329B1; GB1434895A; JPS5036895A; SE7408293L; FR2235329A1; IT1020633B

Description

Die Erfindung betrifft eine wärmedämmende Abdekkung eines Verschlußdeckels eines Kernreaktorbehälters, der den flüssigmetall-gekühlten Reaktorkern mitsamt einer darüberliegenden Schutzgasschicht enthält, wobei die Abdeckung eine Anordnung von tafelartigem Füllmaterial aufweist, das aus einem Stapel von parallel zu dem mit Wärmeisolierung zu versehenden Verschlußdeckel verlaufenden Netzen oder Gittern aus Metall besteht, und das durch ein Deckblech mittels eines Befestigungsbolzens fest gegen den Verschlußdeckel gehalten ist.

Aus der FR-PS 21 25 927 ist eine solche wärmedämmende Abdeckung für die Betonwände eines gasgekühlten Kernreaktors bekannt, in dem das als Wärmeüberträger dienende Gas, Kohlendioxyd oder Helium, sich bei hohem Druck und bei hoher Temperatur von 500⁰C oder darüber befindet Die bekannte wärtnedämmende Abdeckung besteht aus einem Stapel von dünnen, gewellten Metalldrahtnetzen, deren Wellungen von einem zum benachbarten Drahtnetz senkrecht zueinander verlaufen, mit dünnen Metailblechen, die jeweils mehrere Drahtnetzlagen voneinander trennen. Ein Deckblech ist an der zu isolierenden Wand mit mehreren, den Stapel durchsetzenden Bolzen so befestigt, daß es den Stapel auf eine über die ganze Isolation gleichmäßige Dicke leicht zusammendrückt. Die Stapel sind jeweils an allen Seitenflächen offen, also insgesamt porös.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine wärmedämmende Abdeckung, die für einen mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor bestimmt ist, um einen Wärmeschutz für einen Verschlußdeckel zu liefern, der den oberen Teil der Schutzkammer eines solchen Reaktors verschließt. Diese Schutzkammer enthält einen offenen Metallbehälter mit senkrechter Achse, der eine Masse aus flüssigem Metall, im allgemeinen Natrium, zum Kühlen des Reaktorkerns durch Abführung der durch die Kernspaltung erzeugten Wärme enthält. Die Erfindung ist besonders in dem Fall anwendbar, wo der über dem freien Niveau des flüssigen Metalls im Behälter befindliche Verschlußdeckel vom Metall nur durch eine abdeckende Schutzgasschicht, im allgemeinen Argon, getrennt ist und der Verschlußdeckel aus einer waagrechten Betonplatte besteht, die an ihrer mit dem Schutzgas in Berührung stehenden Fläche mit einer metallischen Deckplatte aus rostfreiem Stahl verkleidet ist. Dieser Deckel weist im übrigen öffnungen auf, welche den Zugang zum im Inneren der Schutzkammer befindlichen Reaktorkern mittels der Handhabungselemente sowie die dichte Durchführung von Bauteilen, wie Wärmeaustauschern und Pumpen, die für den Betrieb der Anlage erforderlich sind, ermöglichen.

Bei den mit schnellen Neutronen arbeitenden natriumgekühlten Kernreaktoren erreicht die Temperatur in der über dem Niveau des flüssigen Metalls befindlichen Neutralgasatmosphäre im allgemeinen die Größenordnung von 500⁰C, was in der Schutzgasschicht zur Bildung von Aerosolen und Natriumdämpfen führt, welche, wenn keine Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden,

in Berührung mit der Deckplatte des Deckels kommen und diese durch Korrosion sowie mechanische Spannungen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen rasch beschädigen können.

Eine wärmedämmende Abdeckung nach der FR-PS 21 25 927 ist für solche natriumgekühlte kernreaktoren nicht geeignet, denn sie verhindert t.;cht, daß Aerosole und Natriumdämpfe in Berührung mit dem Verschlußdeckel kommen.

Aus der US-PS 34 88 255 ist eine wärmedämrcende Abdeckung für den Mantel eines natriumgekühlten Kernreaktors bekannt, die in unmittelbarer Berührung mit dem flüssigen Metall steht und aus mehreren Schichten von Platten besteht, die ihrerseits von je einem Paar im wesentlichen paralleler Metallbleche gebildet sind, die miteinander längs Linien so verschweißt sind, daß sie mehrere voneinander abgeschlossene gasgefüllte Kammern bilden. Die Plattenschichten sind in geringem Abstand voneinander gehalten, so daß flüssiges Metall zwischen sie eindringen, aber im Zwischenraum nicht zirkulieren kann. Diese wännedämmende Abdeckung ist aber nicht zur Isolation gegenüber einer Gasatmosphäre bestimmt.

Durch die Erfindung soll nun eine wärmedämmende Abdeckung geschaffen werden, die den oben angegebenen Betriebsbedingungen eines natriumgekühlten Kernreaktors angepaßt ist, und die dessen Verschlußdeckel thermisch und gegen Korrosion schützen kann, wobei diese Abdeckung nur Bauelemente aus Metall aufweist, welche gegen die Korrosion durch flüssiges Natrium beständig sind und keine mineralischen Wärmeisolationsmaterialien aufweisen, welche mit den Natriumdämpfen und Aerosolen nicht verträglich sind.

Diese Aufgabe wird gelöst, durch eine wärmedämmende Abdeckung mit den im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmalen.

Das aus einem Stapel von zueinander parallelen Netzen, Geweben, Matten, Fachwerk oder Gittern aus Metall bestehendes, gasdurchlässige tafelartige Material bestimmter Dicke ist einem faserigen Werkstoff ähnlich und erzeugt zwischen der Deckplatte des Verschlußdekkels und der über dem Niveau des flüssigen Metalls befindlichen Schutzgasschicht einen für die möglichen Betriebszustände des Kernreaktors annehmbaren Wärmegradienten, und zwar sowohl im Normalbetrieb, als auch bei einem Zwischenfall an den Förderpumpen mit plötzlichem Temperaturanstieg.

Bei einer besonders in Betracht gezogenen Anwendung sind die Bauteile der wärmedämmenden Abdekkung so gegen den Verschlußdeckel der Kernreaktorschutzkammer gehalten, daß sich ihr eines Abdichtungsblech, das in Berührung mit dem Verschlußdeckel ist, bei einer verhältnismäßig tiefen Temperatur und das andere, in Berührung mit der Schutzgasschicht stehende Abdichtungsblech bei der hohen Temperatur des Gases befinden. Der Wärmegradient, der sich in der wärmedämmenden Abdeckung durch das tafelartige Füllmaterial aus Metallgeweben oder -gittern ausbildet, bewirkt die Kondensation der Aerosole des flüssigen Metalls in dem zwischen den beiden seitlichen Eckblechen ausgebildeten Kapillarraum, wobei ein Ring von erstarrtem Metall gebildet wird, der das Gehäuse gegenüber der Umgebung abdichtet. Die Dämpfe und Aerosole des flüssigen Metalls können daher nicht in das Gehäuse eindringen und allmählich die Zwischenräume zwischen den Gewebemaschen verstopfen, wodurch die Wärmedämmwirkung der Abdeckung rasch nachließe. Unter diesen Bedingungen und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung öffnet sich der Kapillarraum zwischen den von den Eckbiechen gebildeten Seitenwänden am Gehäuse nach außeu vorzugsweise in der über dem Niveau des flüssigen Metalls im Schutzbehalter befindlichen Schutzgasschicht, also in der Nähe des »heißen« Abdichtungsblecks der wärmedämmenden Abdeckung, statt bei dem gegen die Metallplatte des Verschlußdeckels gehaltenen »kalten« Abdichtungsblech.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der wärmedämmenden Abdeckung, die besonders seine Anpassung an die Oberflächen von Verschlußdeckeln mi*, großen Abmessungen oder komplizierten geometrischen Profilen ermöglicht, bestehen die Eckbleche des Gehäu-

!5 ses aus mehreren Eckblechelementen, von denen jedes an einem Ende einen ebenen Absatz aufweist, um ihre fortlaufende ununterbrochene Überdeckung zu ermöglichen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung, die sich auf die Zeichnung bezieht, erläutert. Hierin zeigt

— F i g. 1 schematisch einen axialen Schnitt eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors mit einem oberen Verschlußdeckel, der mit der wärmedämmenden Abdeckung versehen ist;

— Fi g. 2 eine angeschnittene und auseinander gezogene Partie der wärmedämmenden Abdeckung in grö-

ßerem Maßstab;

— F i g. 3 einen Querschnitt der wärmedämmenden Abdeckung nach F i g. 2.

Fig. 1 zeigt den Reaktorkern 1 eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, der zur Kühlung

im Betrieb in eine Masse von flüssigem Metall 2, insbesondere Natrium, eingetaucht ist. Das flüssige Metall 2 füllt den Innenraum eines offenen Reaktorbehälters 3 bis zu einem gewissen Niveau 4, und darüber befindet sich eine Schutzgasschicht 5, im allgemeinen Argon. Der

oben offene Reaktorbehälter 3 ist selbst von einem Sicherheitsbehälter 6 umgeben, und die Anordnung dieser beiden Behälter mit gemeinsamer senkrechter Achse ist in einer äußeren Schutzkammer 7 angeordnet. Diese Schutzkammer weist in ihrem oberen Bereich eine gro-

ße kreisförmige Öffnung 8 auf. in der ein Verschlußdekkel 9 gehalten ist, der sich waagrecht, parallel zum Niveau 4 des flüssigen Natriums im Reaktorbehälter 3 erstreckt und eine Mittelöffnung 10 aufweist. In die Mittelöffnung 10 ist ein System von zwei Stopfen 11 und 12 eingesetzt, die durch ihre kombinierten gegenseitigen Drehungen und nach einem üblichen Verfahren ermöglicht, Eingriffe und Hantierungen am Reaktorkern 1 mittels einer dicht durch einen der Stopfen geführten Bedienungsvorrichtung 12a vorzunehmen.

Der Verschlußdeckel 9 weist noch andere Durchlaßöffnungen 13 auf, um für den Betrieb des Reaktors und besonders den Kreislauf des flüssigen Natriums und die Abführung der beim Durchgang durch den Reaktorkern aufgenommene Wärme erforderliche Vorrichtungen.

besonders Pumpen und Wärmeaustauscher 14 einbauen zu können.

Der Verschlußdeckel 9 ruht mittels eines Stützelements 15, das die Anordnung unbeweglich häli und die Schutzkammer 7 auf einem der Schutzkammer 7 ausge-

bildeten Auflage abdichtet. Schließlich weist der Verschlußdeckel 9 vorzugsweise einen zusammengesetzten Aufbau auf, und zwar im wesentlichen eine dicke Betonplatte 16. die an ihrer dem Niveau 4 des flüssigen Me-

tails im Reaktorbehälter 3 zugewandten Fläche mit einer Deckplatte 17 versehen ist. Wegen des Vorhandenseins der wärmedämmenden Abdeckung kann diese Deckplatte 17 aus Schwarzstahl bestehen, der mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist. Im Betrieb hat die im Reaktorbehälter 3 über dem flüssigen Natrium befindliche Schutzgasatmosphäre einen Druck nahe beim Atmosphärendruck und eine verhältnismäßig hohe Temperatur von etwa 500⁰C. Unter diesen Bedingungen enthält die Atmosphäre Aerosole oder Dämpfe des flüssigen Metalls, welche die Deckplatte 17 rasch korrodieren, wenn keine Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, und sie auch wegen der durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen auftretende mechanische Spannungen verformen.

Um unter diesen Bedingungen den Verschlußdeckel 9 und besonders seine untere Deckplatte 17 aus Metall wärmedämmend zu schützen, wird zwischen der dem Niveau 4 des flüssigen Metalls zugewandten Seite der Deckplatte und in Berührung mit der Schutzgasschicht eine wärmedämmende Abdeckung angeordnet.

Die F i g. 2 und 3 zeigen die wärmedärnmende Abdekkung, die im wesentlichen aus zwei übereinander angeordneten Partien von tafelartigem Füllmaterial 18 und

res Gewindeende 28 aufweisen, zusammengehalten und an die Deckplatte 17 angeschraubt. Die Befestigungsbolzen 27 sind durch die Bauteile der wärmedämmenden Abdeckung mittels senkrechter Bohrungen 29 und anschließend durch eine Stütz- und Schutzwand 30 aus Metall geführt. Das andere Ende 31 des Befestigungsbolzens 27 ist ebenfalls mit einem Gewinde versehen, auf das eine Blockierungsmutter 32 aufgeschraubt werden kann, die über eine Unterlegscheibe 33 gegen die

ίο Schutzwand 30 drückt und gleichzeitig das tafelartige Füllmaterial 18 und 19 zwischen den Abdichtungsblechen 21 und 22 und den Winkeleckblechen 23 und 24 einspannt, so daß die Gesamtanordnung auf diese Weise starr unter der Deckplatte 17 befestigt ist. Vorteilhafterweise sind auf jedem Befestigungsbolzen 27 gegen die Abdichtungsbleche 21 und 22 anliegende Unterlegscheiben 34 und 35 vorgesehen, um die Abdichtung des Gehäuses zu gewährleisten. Schließlich sind die äußeren Gewindeabschnitte der Befestigungsbolzen 27, auf welehe die Blockierungsmuttern 32 aufgeschraubt sind, durch von unten an die Schutzwand 30 angeschweißte Kappen 36 geschützt. Es sei bemerkt, daß die Schutzwand 30 aus mehreren benachbarten Teilen bestehen kann, die durch Schlitze oder öffnungen getrennt sind,

19 besteht, die jeweils aus einem Stapel von geeigneten 25 welche ihre gegenseitigen Ausdehnungen ermöglichen. Geweben, Netzen, Fachwerken oder Gittern aus Metall Diese Teile sind untereinander durch die Unterlegscheibestehen. Die Eigenschaften dieser Gewebe oder Gitter

werden entsprechend dem im Betrieb des Reaktors zu erwartenden Wärmefluß gewählt. Im einzelnen können diese Gewebe aus Metallfaden mit einem Durchmesser von 0,4 mm hergestellt werden, wobei die Maschenweite einem regelmäßigen quadratischen Netz von 4 mm Seitenlänge entspricht Das so ausgebildete Füllmaterial 18 und 19 ist durch ein dünnes Zwischenblech 20 aus

ben 33 verbunden, die an den entsprechenden benachbarten Teilen teilsweise angeschweißt sind, um ihre Verschiebung relativ zueinander zu ermöglichen.

Der eine Kapillardichtung zwischen den senkrechten Rändern der seitlichen Winkeleckbleche 23 und 24 bildende enge Spalt 25 ermöglicht so im Betrieb des Reaktors das Abfangen der Dämpfe und Aerosole des Natriums, wobei die in diesem zur Schutzgasschicht offe-Metall von etwa 0.2 mm Dicke getrennt und miteinan- 35 nen Spalt entstehende flüssige oder feste Lamelle das der im Inneren eines geschlossenen halbdichten Genau- Eindringen dieser Dämpfe in den Bereich des tafelartises angeordnet. gen Füllmaterials 18 und 19 verhindert. Auf diese Weise

Dieses Gehäuse besteht aus zwei Abdichtungsble- bleibt das Gehäuse dicht, und die Eigenschaften des chen 21 und 22, die sich parallel zur entsprechenden tafelartigen Füllmaterials werden nicht verändert. Des-Fiäche der Deckplatte 17 erstrecken und gegen die ge- 40 sen lufthaltige Struktur verleiht ihm einen sehr geringen genüberliegenden Flächen des tafelartigen Füllmateri- Wärmekoeffizienten, was einen guten Schutz der Deckais 18 und 19 gehalten sind. Die Abdichtungsbleche 21 platte des Verschlußdeckels gegenüber der im Inneren und 22 sind im übrigen an den Seiten des Gehäuses des Reaktorbehälters über dem Niveau des flüssigen durch Winkeleckbleche 23 und 24 abgedeckt, von denen Metalls herrschenden Temperatur gewährleistet Bejedes zwei rechtwinklig abgebogene Ränder aufweist, 45 merkt sei, daß die der Befestigung der Bauteile der wär- und von denen einer gegen das entsprechende Abdich- medämmenden Abdeckung unter dem Verschlußdeckel tungsblech 21 bzw. 22 anliegt während die beiden anderen Ränder der beiden Winkeleckbleche zueinander parallel verlaufen und miteinander einen engen Spalt 25
begrenzen, der gegenüber der außen vorhandenen
Schutzgasschicht 5 eine Kapillardichtung bildet

Wenn die Oberfläche des mit einer Wärmedämmung
zu versehenden Verschlußdeckels erhebliche Abmessungen hat ist jedes der Eckbleche 23 oder 24 vorzugsweise in Form einer Reihe von Eckblechelementen ausgebildet, die aneinanderpassen, wobei sie sich jeweils
paarweise zum Teil überdecken. Zu diesem Zweck sind
die Eckblechelemente an ihren Enden mit einem flachen
Absatz 26 ausgebildet, der in F i g. 2 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Eckblechelemente 24a und 24b ge- 60 bolzen vorgesehenen Schutzkappen auch die Erwärzeigt ist wobei der Absatz 26 eines der Eckblechele- mung der Befestigungsbolzen wesentlich begrenzen mente 24a durch den entsprechenden Teil des folgenden und außerdem als Sicherheitseinrichtung verhindern, Eckblechelements 24b überdeckt ist daß im Fall eines Bolzenbruchs der Befestigungsbolzen Die vom tafelartigen Füllmaterial 18 und 19 aus Me- mit seiner Blockierungsmutter in das flüssige Metall des tallnetzen, dem Zwischenblech 20, den Abdichtungsble- 65 Reaktorbehälters herabfällt chen 21 und 22 und den Winkeleckbiechen 23 und 24

dienenden Befestigungsbolzen Wärmebrücken zwischen der heißen Seite der Wärmeisolation an der Schutzwand aus Metall und der von der Deckplatte des Verschlußdeckels selbst gebildeten Seite bilden können. Um diese Wärmebrücken auszuschalten, können verschiedene an sich übliche Maßnahmen ergriffen werden, sei es daß die Wärmeleitfähigkeit der Bolzen durch geeignete Wahl ihres Werkstoffs herabgesetzt wird, oder daß in diesen Bolzen eine axiale Bohrung vorgesehen wird, die einen mit einem Inertgas, das im allgemeinen gleich dem Gas der Schutzgasschicht ist, gefüllten geschlossenen Hohlraum bildet Es sei auch darauf hingewiesen, daß die rings über dem Kopf der Befestigungs

gebildete Anordnung wird durch Befestigungsbolzen 27, die ein unmittelbar in die Deckplatte 17 schraubba-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmedämmende Abdeckung eines Verschlußdeckels eines Kernreaktorbehälters, der den flüssigmetall-gekühlten Reaktorkern mitsamt einer darüberliegenden Schutzgasschicht enthält, wobei die Abdeckung eine Anordnung von tafelartigem Füllmaterial aufweist, das aus einem Stapel von parallel zu dem mit Wärmeisolierung zu versehenden Verschlußdeckel verlaufenden Netzen oder Gittern aus Metall besteht, und das durch ein Deckblech mittels eines Befestigungsbolzens fest gegen den Verschlußdeckel gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß. die Anordnung von tafelartigem Füllmaterial (18,19) in mindestens ein Metallgehäuse eingeschlossen ist, das fest gegen den Verschlußdeckel (9) gehalten ist und dessen zum tafelartigen Füllmaterial parallele Boden- und Deckenteile von am tafelartigen Füllmaterial anliegenden Abdichtungsblechen (21, 22) gebildet sind, während die die Abdichtungsbleche verbindenden Seitenwände des Metallgehäuses aus mindestens zwei ineinandergreifenden Winkeleckblechen (23,24) bestehen, die zwei rechtwinklig zueinander umgebogene Randabschnitte aufweisen, wobei jeweils einer der Ränder jedes Winkeleckblechs ein Abdichtungsblech überdeckt, während die beiden anderen Ränder miteinander einen eine Kapillardichtung bildenden engen seitlichen Spalt (25) begrenzen.

2. Wärmedämmende Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Spalt (25) zwischen den Rändern der beiden Winkeleckbleche (23,24) sich vom Metaligehäuse nach außen zur Schutzgasschicht (5) öffnet.

3. Wärmedämmende Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeleckbleche (23,24) des Metallgehäuse* aus mehreren Eckblechelementen (24a, 24b) bestehen, von denen jedes an einem Ende einen flachen Absatz (26) aufweist, welcher eine fortlaufende durchgehende Überdeckung der aufeinanderfolgenden Elemente ermöglicht.

4. Wärmedämmende Abdeckung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das im Metallgehäuse übereinander angeordnete tafelartige Füllmaterial (18, 19) durch zu den Abdichtungsblechen (21, 22) parallele, ebene Zwischenbleche getrennt ist.

5. Wärmedämmende Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeleckbleche (23, 24), die Abdichtungsbleche (21, 22) und die Zwischenbleche (20) mit dem tafelförmigen Füllmaterial (18, 19) durch Befestigungsbolzen (27) zusammengehalten sind, die vom Verschlußdeckel (9) bzw. dessen Schutzplatte (17) getragen sind und sich senkrecht dazu erstrecken, wobei das Metallgehäuse durch Muttern (32) gehalten ist, die auf ein Gewindeende dieser Bolzen (27) aufgeschraubt sind und gegen unter dem Metallgehäuse angebrachte Stütz- und Schutzwand (30) aus Metall drücken.

6. Wärmedämmende Abdeckung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Muttern (32) unter Zwischenschaltung einer beim Anziehen der Muttern angedrückten Unterlegscheibe oder -platte (33) gegen die Metallschutzwand (30) angezogen sind.

7. Wärmedämmende Abdeckung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede auf das Ende eines Bolzens (27) aufgeschraubte Mutter (32) von einer auf die Schutzwand {30) aus Metall aufgeschweißten dichten Kappe (36) umgeben ist.