用于核設(shè)施的反應(yīng)堆外殼的通風(fēng)系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于核設(shè)施的反應(yīng)堆外殼的通風(fēng)系統(tǒng)
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于核設(shè)施的反應(yīng)堆外殼、尤其是用于沸水反應(yīng)堆的也稱為通風(fēng) 系統(tǒng)的泄壓系統(tǒng)，其帶有集成的過(guò)濾器。此外，本發(fā)明涉及一種相關(guān)的操作方法。
[0002] 在核電站中的具有堆芯熔化的嚴(yán)重事故情況下，在也稱為反應(yīng)堆外殼的安全包體 內(nèi)出現(xiàn)非常高的空氣攜帶的放射量，其在存在高的不密封性和不允許的過(guò)壓情況下會(huì)以明 顯的量釋放到環(huán)境中。在這種情況中，尤其是由于所包含的不同的放射性核素（特別是碘 同位素和銫同位素）的長(zhǎng)半衰期，這些空氣攜帶的放射性會(huì)導(dǎo)致核電站環(huán)境中的極為不希 望的長(zhǎng)期土壤污染。
[0003] 在許多核電站中已經(jīng)安裝了不同的系統(tǒng)用于限制過(guò)壓和用于在故障情況下對(duì)反 應(yīng)堆外殼泄壓。這些設(shè)備能實(shí)現(xiàn)抑制氣溶膠以及部分地還抑制元素碘以及有機(jī)碘化合物 (Organojod)，并且通常包含用于也稱為通風(fēng)流的泄壓流的濕式清潔系統(tǒng)或洗滌系統(tǒng)（英 語(yǔ)：Scrubber)，其帶有罐和其他儲(chǔ)存容器構(gòu)型的體積巨大的儲(chǔ)水裝置。
[0004] 這些大的儲(chǔ)水裝置是需要的，以便限制來(lái)自所保留的放射性氣溶膠和碘的衰變熱 的不期望的影響，亦即溫度升高直至水蒸發(fā)，并且在通風(fēng)運(yùn)行中能實(shí)現(xiàn)將熱氣體冷卻到飽 和水溫度。洗滌設(shè)備的變干將威脅到抑制功能并且附加地引起所抑制的放射性的再釋放。
[0005] 此外對(duì)于現(xiàn)有設(shè)施的反應(yīng)堆外殼性能的研究表明：在確定的事故場(chǎng)景中可能釋放 顯著提高的放射性并因此釋放顯著提高的氣溶膠余熱和碘余熱。因此在這樣的情況下，在 通風(fēng)系統(tǒng)的洗滌設(shè)備中的水需求是顯著的并且導(dǎo)致相應(yīng)大容積的設(shè)備，這些設(shè)備大多不再 可以安置于存在的建筑中。這意味著新的搭建建筑，其導(dǎo)致巨大的成本。
[0006] 已經(jīng)改造的設(shè)備例如洗滌器或砂床過(guò)濾器以及相應(yīng)的組合部分成功地解決了有 機(jī)碘抑制的問(wèn)題（該問(wèn)題在近期基于相應(yīng)的研究成果還要重新評(píng)估）。然而這樣的設(shè)備必 然還需要保護(hù)免受外部影響，由此這樣的設(shè)備在構(gòu)造上是非常昂貴的并因此導(dǎo)致巨大的成 本。
[0007] 本發(fā)明基于如下任務(wù)，即對(duì)此實(shí)現(xiàn)補(bǔ)救并且提供一種用于核設(shè)施的反應(yīng)堆外殼的 通風(fēng)系統(tǒng)，該通風(fēng)系統(tǒng)能在同時(shí)緊湊的結(jié)構(gòu)方式下（特別是關(guān)于要準(zhǔn)備的洗滌液的量方 面）實(shí)現(xiàn)用于通風(fēng)流的濕式洗滌器的有效和可靠的運(yùn)行。此外應(yīng)提供一種對(duì)于這樣的通風(fēng) 系統(tǒng)特別有利的操作方法。
[0008] 涉及裝置的任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求1的特征解決。關(guān)于方法方面，通過(guò)權(quán) 利要求10的特征解決該任務(wù)。
[0009] 本發(fā)明有利的擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求以及以下詳細(xì)描述的主題。
[0010] 本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí)，即通過(guò)被動(dòng)地開發(fā)存在的儲(chǔ)水裝置，在已經(jīng)存在的設(shè)備中 也可以實(shí)現(xiàn)已知通風(fēng)系統(tǒng)和相關(guān)洗滌設(shè)備的改進(jìn)，以達(dá)到較高的安全標(biāo)準(zhǔn)。這能實(shí)現(xiàn)反應(yīng) 堆外殼以及相關(guān)安全系統(tǒng)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以及因此明顯降低成本。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備優(yōu)選用于：在具有堆芯熔化的破損狀態(tài)下，通過(guò)釋放的 余熱產(chǎn)生的氣體或蒸汽（包括泄漏物）在超壓情況下被完全吸出，并且在放出到環(huán)境之前 幾乎完全將空氣攜帶的放射性清除。在過(guò)濾/洗滌中保留的放射性有利地直接回送到反應(yīng) 堆外殼中。由此可以阻止相關(guān)的放射性泄漏并且因此產(chǎn)生的在發(fā)電站環(huán)境中的土地污染。
[0012] 在根據(jù)本發(fā)明的方案中成功實(shí)現(xiàn)的是，通過(guò)利用事故引起的壓力梯度來(lái)被動(dòng)產(chǎn)生 驅(qū)動(dòng)壓力，優(yōu)選結(jié)合被動(dòng)的液位調(diào)節(jié)，將洗滌設(shè)備中的水位（更一般地：洗滌液水平）分別 在通風(fēng)過(guò)程開始前或開始時(shí)填滿和/或恒定地保持在期望的范圍中。在此優(yōu)選的是，總歸 存在的或由于事故而形成的液體收集裝置用作洗滌液儲(chǔ)存裝置，使得借助尺寸非常小的外 部或附加的儲(chǔ)存容器也確?？煽康倪\(yùn)行。
[0013] 洗滌設(shè)備的填充，一方面可以在啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)、尤其是還在實(shí)際通風(fēng)之前以最 大驅(qū)動(dòng)的、靜態(tài)的壓力差進(jìn)行。
[0014] 另一方面，特別是可以通過(guò)在洗滌設(shè)備的氣體入口區(qū)域中通風(fēng)流的有目的的節(jié)流 通過(guò)使用流體動(dòng)力關(guān)系被動(dòng)地產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)壓力，該驅(qū)動(dòng)壓力將洗滌液有目的地吸入到洗滌設(shè) 備中。必要的抽吸負(fù)壓可以自動(dòng)地產(chǎn)生，例如通過(guò)文氏洗滌器的文氏管中的有目的的節(jié)流 和壓力降低產(chǎn)生。
[0015] 在此，在洗滌設(shè)備的氣體入口區(qū)域中例如通過(guò)噴嘴特別是文氏噴嘴、孔式噴嘴或 類似的變型，相對(duì)于供給的儲(chǔ)水裝置而言產(chǎn)生大于〇. 1巴的負(fù)驅(qū)動(dòng)壓差，優(yōu)選在高壓的情 況下在通風(fēng)開始時(shí)大于1巴，所述供給的儲(chǔ)水裝置例如是在沸水反應(yīng)堆情況下的冷凝室或 者在壓水反應(yīng)堆情況下的建筑槽。
[0016] 水抽吸管路此外可以如下設(shè)計(jì)尺寸：使得在沸騰的具有氣泡形成的池的情況下， 在抽吸管路中也能實(shí)現(xiàn)有效的凝塊輸送（Pfropfenf5rderung )，特別是通過(guò)足夠小的、小 于25毫米、有利地小于15毫米的直徑。
[0017] 通過(guò)不同預(yù)定寬度的抽吸管路的組合，也可以分別單獨(dú)地優(yōu)化初始的快速填充和 隨后的液位補(bǔ)充（也連同沸騰的池）。
[0018] 通過(guò)所述措施，也可以克服在儲(chǔ)水裝置（更一般地：洗滌液儲(chǔ)存裝置）與洗滌單元 之間比較大的高度差（例如5至30米或者更大）。
[0019] 在洗滌器中的液位設(shè)置和調(diào)整優(yōu)選通過(guò)浮動(dòng)液位控制裝置優(yōu)選借助于污物不靈 敏的滾球鎖閉裝置或旋轉(zhuǎn)滑閥實(shí)施。通過(guò)相繼連接兩個(gè)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)用于充滿的較高 可靠性。在此，例如可以在水出口處使用滾球鎖閉裝置并且預(yù)連接地一一集成到填充管路 中--使用旋轉(zhuǎn)滑閥。
[0020] 特別是現(xiàn)在在通風(fēng)運(yùn)行和出現(xiàn)的蒸汽的情況中，例如通過(guò)進(jìn)入的過(guò)熱氣體和/或 通過(guò)洗滌器中的衰變熱，被動(dòng)地從儲(chǔ)存裝置再供給分別被蒸發(fā)的水量。
[0021 ] 在另一有利的擴(kuò)展方案中成功實(shí)現(xiàn)的是，在沒(méi)有通過(guò)量的再通風(fēng)運(yùn)行中，在小的 例如10至小于50千瓦的小的衰變熱產(chǎn)生的情況下，通過(guò)經(jīng)由洗滌設(shè)備表面的蒸發(fā)和對(duì) 流熱輸出的組合，導(dǎo)出積累的熱量并因此也在長(zhǎng)期運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)設(shè)備的完全被動(dòng)性和自給自 足。
[0022] 最大的再供給速率（Nachspeiserate)通過(guò)填充管路中的節(jié)流裝置有利地限制 為：使得在具有非常高的、例如500kW至1000 kW的衰變熱的變型方案中一方面可以供給最 大蒸發(fā)的水量（等同于蒸發(fā)功率），并且在連接到用作儲(chǔ)存裝置的冷凝室的情況下同時(shí)實(shí) 現(xiàn)作為冷凝室的流出限制的限制裝置。通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)了在這種管路故障的情況下不 會(huì)出現(xiàn)短期的冷凝室故障，并且防止了泄露的溢出。
[0023] 通過(guò)在冷凝室中將填充管路的入口盡可能低地定位，在液位下降并且相應(yīng)地暴露 冷凝管的情況下，冷凝室中的剩余的液體量也可以用于填充洗滌裝置并且由此用于有效地 在洗滌裝置中進(jìn)行氣體凈化。特別是現(xiàn)在產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)是，例如在由于事故導(dǎo)致的、通常覆蓋 冷凝管的出口的水蒸發(fā)的情況下（在其他情況下在冷凝室中進(jìn)行的氣體過(guò)濾在這種情況 下發(fā)生故障），至少洗滌裝置中的氣體凈化得到保留，而不必短期和中期主動(dòng)地移動(dòng)另外的 水量（例如在嚴(yán)重的全廠斷電情況下，栗不可用）。通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施的可靠運(yùn)行 并且極大地提高了在嚴(yán)重故障情況下的安全性。
[0024] 此外，為了填充或再填充洗滌設(shè)備，使用附加的儲(chǔ)水裝置，例如以平地構(gòu)型布置的 儲(chǔ)存水罐和諸如此類的形式。在此，例如通過(guò)自給自足的栗單元建立到洗滌裝置的水輸送， 該栗單元借助于電池模塊或通過(guò)壓縮空氣瓶運(yùn)行。
[0025] 通過(guò)例如借助于冷凝室水的填充和/或通過(guò)上述其他儲(chǔ)水裝置的填充的組合，確 ?？煽康拈L(zhǎng)期散熱，在洗滌器中產(chǎn)生非常高的衰變熱功率的情況下也是如此。
[0026] 在文氏洗滌器中的文氏部分有利地通過(guò)長(zhǎng)形文氏管構(gòu)建，該長(zhǎng)形文氏管的洗滌液 抽吸區(qū)域位于池深處并且主要在洗滌液水平之上吹出。
[0027] 該文氏單元優(yōu)選以由德國(guó)專利文獻(xiàn)DE 103 28 773 B3已知的大于150米/秒、優(yōu) 選大于200米/秒的高的文氏速度一一關(guān)于在文丘里喉頸上的洗滌液抽吸區(qū)域一一結(jié)合另 外的隨后的臨界節(jié)流來(lái)工作。
[0028] 優(yōu)選地，使用在大于2平方厘米至20平方厘米的喉頸面積范圍中的文氏管一一圓 文氏管或扁文氏管，以便確保數(shù)量的最小化并且以便在同時(shí)小于5厘米、優(yōu)選小于3厘米的 小厚度尺寸下為了確保短的洗滌液供給路徑和小于50%的喉頸面積的洗滌液抽吸縫隙/ 面積優(yōu)選以與文氏管軸線成30°至90°的角地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的分離性能。
[0029] 在一些情況下，在水平面之下借助于短文氏管吹出的形式或者短和長(zhǎng)文氏管的組 合也可以是有利的。
[0030] 洗滌液從在文氏管中清潔的氣流的分離優(yōu)選以以下各級(jí)實(shí)現(xiàn)：
[0031] 借助于碰撞分離，已經(jīng)在文氏管出口上分離加載的洗滌液的一部分。為了在起動(dòng) 階段中將水需求進(jìn)一步最小化，可以在出口管上通過(guò)碰撞分離器和有目的地導(dǎo)回到抽吸區(qū) 域中實(shí)現(xiàn)文氏液體的分離。附加地，有利地設(shè)置例如大于1至3米/秒的非常高的空管速 度和有目的的液滴夾帶，其通過(guò)形成極為有效的反應(yīng)表面導(dǎo)致進(jìn)一步分離有害物質(zhì)。
[0032] 在隨后的高效離心力分離級(jí)中，洗滌液從氣流分離并且導(dǎo)回到池中，其中該離心 力分離級(jí)為了實(shí)現(xiàn)小于10 ym的小邊界液滴直徑優(yōu)選具有包括高速和低速區(qū)域的高速葉 片分離器，特別是帶有大于3個(gè)、優(yōu)選大于10個(gè)葉片序列，其優(yōu)選被以大于5米/秒的速度 而水平地流過(guò)。
[0033] 通過(guò)應(yīng)用前置的凝聚器/防霧裝置，可能將邊界液滴直徑減小到小于5 μ m的值， 并因此大幅提高特別是小液滴的分離率。