atw 2018-10

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atw Vol. 63 (2018) | Issue 10 ı October ENVIRONMENT AND SAFETY 530 | | Abb. 2. Sieden im Deckel des Reaktors. Das Volumen des Dampfes verdrängt Kühlmittel in den Druckhalter. Foto: W. Debus. Ingenieure, die sich auf ihre Tätigkeit als Schichtleiter vorbereiteten, wurden Anfang der 1980er-Jahre mit den Erkenntnissen aus dem TMI-Störfall konfrontiert, und bei ihren Bemühungen, die Auswirkungen einer Zweiphasigkeit (Abbildung 2) im Primärkreis auf die auf der Warte zu verfolgenden Parameter mit den Reaktorfahrern und Meistern zu diskutieren, scheint ein geradezu babylonisches Begriffs- und Vorstellungsgewirr geherrscht zu haben. Etwa zu dieser Zeit wurden auch Integralversuche an der PKL-Anlage (PKL: Primärkreislauf) in Erlangen durch geführt, um einen zweiphasigen Natur umlauf und den Reflux-Condenser- Betrieb zu verifizieren. Hier verwundert eigentlich nur der Zeitpunkt der Untersuchungen, denn immerhin wurden Druckwasserreaktoren in Deutschland seit den 1960er-Jahren betrieben. Es scheint, dass auch Ingenieure und Entwickler hier Neuland betraten. Manchmal machen einzelne Persönlichkeiten in der Krise den Unterschied: die Kraftwerksleitung im RWE-Kernkraftwerk Biblis entschied, ein Glasmodell zu bauen. Vorbild waren sicherlich kleinere Modelle, die in der Schweiz und bei den amerikanischen Herstellern zu Demonstrationszwecken betrieben wurden. In dieser Größe und Anschaulichkeit ist es aber einmalig. Da seinerzeit die Kommunikation noch zu wesent lichen Teilen in Papierform oder mündlich erfolgte, lassen sich viele Vorstellungen und Entscheidungsprozesse nicht mehr zuverlässig verfolgen. Ungeklärt bleibt dabei, welche Vorstellung von der Nutzbarkeit die Planer hatten. Wollten sie einen thermohydraulischen Simulator schaffen, eine Art PKL-Anlage im kleineren Maßstab, aber durch das Glas anschaulich gemacht? Der Thermo hydrau liker wird sofort auf die Ähnlichkeitstheorie verweisen, die Übertragbarkeit der Turbulenz, die andere Dichte, Temperaturen und Drücke, Wärmekapazität, Zähigkeit, die anderen geodätischen Verhält nisse, die Wärmeverluste, das Glas der U-Rohre, den Siedeverzug und die vielen kleinen konstruktiven Abweichungen, die dem Glas und der Anschauung geschuldet sind: nein, ein „Simulator“ für integrale Transienten ist es nicht. Dafür gibt es die PKL-Anlage und leistungsstarke Simulationsmodelle, die z.B. an den Simulatoren des Zentrums im Einsatz sind. Aus der Sicht des Teams, welches heute das Glasmodell am Standort des Simulatorzentrums betreibt, lässt sich das Glasmodell folgendermaßen charakterisieren: Am Glasmodell können thermohydraulische Effekte visualisiert werden, die im Normalbetrieb, bei Störungen und Störfällen in Druckwasserreaktoren auftreten. Das visuelle Wahrnehmen des Phänomens bereitet den Boden für die notwendige lebendige Anschauung von den Begriffen, wie es Kant fordert. Die physikalischen Randbedingungen, unter denen diese Effekte auftreten, können unter anderem mit | | Abb. 3. Momentaufnahme zur Form von Dampfblasen. Foto: W. Debus. Hilfe der umfangreichen Instrumentierung und mit den Mitteln der eingesetzten Leittechnik PCS7 nachvollzogen werden. Das gestattet in der Diskussion der jeweiligen Übung die Übertragung auf die Bedingungen, unter denen diese Effekte in den Anlagen auftreten. Hier werden die „Begriffe“, um wieder auf Kant zu verweisen, in der Anwendung trainiert. Und in dieser Diskussion verschränken sich nun die Begriffe und die Anschauung, können Inhalte und Methoden verbunden werden. Die Verbindung der physikalischen Effekte mit den begleitenden Randbedingungen ist natürlich nicht auf den Druckwasserreaktor der KWU- Linie beschränkt. Thermohydraulik, mit einphasigen und zweiphasigen Strömungsphänomenen, ist in jedem Wasser-Dampf-Kreislauf relevant, auch in Siedewasserreaktoren oder konventionellen Kraftwerken. Die Schulung zur Entstehung und Vermeidung von Druckstößen z.B. enthält Glasmodellsequenzen, die z.B. die Verdampfung (Abbildung 3) in aufgehängten Wassersäulen, Kondensationseffekte in Kaltwasservorlagen, das Blockieren eines Anwärmvorgangs durch eingeschlossene nichtkondensierbare Gase, die unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit von Gas oder Dampf und Wasser sowie den Wellenschlag in horizontalen, halb gefüllten Leitungen zeigen – alles Phänomene, die genauso auch in konventionellen Systemen eine Rolle spielen. Als beschlossen wurde, das Glasmodell zu Beginn der 2000er-Jahre aus Biblis in das Simulatorzentrum zu verlegen, stand der Wert dieses Gerätes für die Unterstützung der kerntechnischen Ausbildung außer Frage. So war es nun möglich, für halbe oder ganze Tage während einer Fachkundewoche am kraftwerksspezifischen Simulator auch die in Environment and Safety Training and More on the Reactor-glass Model of the Simulator Center ı Frieder Hecker
atw Vol. 63 (2018) | Issue 10 ı October | | Abb. 4. Sekundärseitige Druckentlastung. Erkennbar ist die bevorzugte Dampfbildung an der Seite der U-Rohre, die dem heißen Bein zugewandt ist. Foto: R. Düringer. den Übungssequenzen auftretenden Effekte in darauf abgestimmten Demonstrationen zu visualisieren (Abbildung 4). Bis zum Kernenergieausstieg war die Nachfrage so groß, dass im Extremfall 3 Schulungs einheiten a 4 Stunden an einem Tag gefahren wurden. Die Nutzung er folgte auch durch Ingenieure und Techniker von Kernkraftwerken aus Frankreich, Belgien und der Schweiz. Auch wenn diese Auslastung aktuell nicht erreicht wird, zeigt der Blick auf die Vergangenheit doch, unter welchen Bedingungen ein solches Trainingsgerät fachlich effektiv und wirtschaftlich erschwinglich betrieben werden kann. Bis zu 17 Kernkraftwerksblöcke wurden seinerzeit am Simulatorzentrum betreut, mit einer entsprechenden Zahl an Fachkun digen. Hinzu kamen und kommen Kunden aus dem nahem Ausland, insbesondere der Schweiz, Schweden, Belgien. Die kerntechnische Grundausbildung in der nahen Kraftwerksschule nutzt ebenfalls das Glasmodell. Behörden und Gutachterorganisationen buchen regelmäßig mehrtägige Kurse. Eine vergleichbare Konzentration an nuklearer Ausbildung findet man aktuell in China und in Südkorea. Dort wird auch ein Teil des Personals für die Blöcke vorbereitet, die in anderen Ländern, z.B. in Abu Dhabi, errichtet werden. Hier gibt es bereits Überlegungen zum Bau eigener Glasmodelle. Andere neue Standorte, wie z.B. die EPR in Olkiluoto, Finnland, und Hinkley Point, Großbritannien, wären nahe genug am Modell in Essen, um es in ihre Ausbildung einzubinden, ohne die zugehörige Infrastruktur selber schaffen zu müssen. Entscheidend für den fachlichen Erfolg ist in jedem Falle, dass die Fachkundeinhalte und die Glasmodelleffekte ineinandergreifen. Es braucht etwas Übung und Erfahrung, um die Effekte am Glasmodell stabil zu erzeugen, was die Aufgabe des versierten Technikers im Team ist, Es braucht ebenso viel Kenntnis, Erfahrung und Augenmaß, die Effekte zu präsentieren und in der Diskussion auf die Belange des jeweiligen Kraftwerkes und die relevanten Anlagen situationen zu übertragen (Abbildung 5). Zudem muss, insbesondere in der Erstausbildung und bei Per sonal anderer „ Fakultäten“, die Vorkenntnis und der erreichte Ausbildungsstand berücksichtigt werden. Gelegentliche Erläuterungen zu den Effekten im häus lichen Umfeld, z.B. beim Kaffeekochen oder dem Ablassen einer Badewanne, gehören dazu. Beschränkt sich Thermohydraulik nur auf Wasser und Dampf? Im Rahmen des sCO 2 -HeRo-Projektes wird zurzeit ein Kreislauf mit superkritischem CO 2 an das Glasmodell angeschlossen, um Messungen im Rahmen laufender europäischer Forschungsprojekte zu ermöglichen (Abbildung 6). Zunächst geht es um eine alternative Wärmeabfuhr, die z.B. bei Ausfall der Stromversorgung oder der Kühlwasserversorgung die Nachzerfallsleistung an die Atmosphäre abführen könnte. Gleichzeitig kann ein Teil der Wärme über eine Turbomaschine in elektrische Energie umgewandelt werden. Das superkritische CO 2 ist dabei ein effizienter Wärmeträger, der kleinere Komponentengrößen als bei vergleichbaren Wasser- Dampf-Kreisläufen ermöglicht. | | Abb. 5. Ein Wirbelzopf an der Ansaugung eines Stutzens. Was im heimischen Bereich an einem Abfluss beobachtet werden kann, verursacht im Nachkühlsystem ggf. den Ausfall einer Pumpe. Foto: W. Debus. Mit einem Druck um bis zu 130 bar kann der Kreislauf selbst nicht in Glas ausgeführt werden. Eine dichte Instrumentierung ermöglicht aber die Verfolgung des Kreisprozesses. Die thermohydraulischen Auswirkungen auf den Glasmodell-Kreislauf werden aber an dem linken Loop in der gewohnten Weise visualisiert werden – durch das Ablaufen von Kondensat aus dem kompakten Wärmetauscher (CHX = compact heat exchanger) in eine Glasröhre, die mit der Sekundärseite des Dampferzeugers kommuniziert. So ordnet sich das Glasmodell auch 33 Jahre nach seiner Inbetriebnahme im Kernkraftwerk Biblis in das täglich neue Bemühen ein, Fachkunde anschaulich, herausfordernd, kreativ und innovativ zu vermitteln, so wie es die Einrichtungen des Simulatorzentrums im Rahmen des Energiecampus Deilbachtal in Essen weiterhin tun werden. Author Frieder Hecker GfS Gesellschaft für Simulatorschulung mbH Essen, Deutschland | | Abb. 6. Der kompakte Wärmetauscher mit CO 2 -Leitungen, Dampfzufuhr und kommunizierender Röhre für das Kondensat am linken Dampferzeuger des Glasmodells. ENVIRONMENT AND SAFETY 531 Environment and Safety Training and More on the Reactor-glass Model of the Simulator Center ı Frieder Hecker
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