Modeling of emergency condenser system response to loss of coolant accident in a BWR III+ generation

• Autorzy: Bryk Rafał , Schmidt Holger , Mull Thomas

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2019.3.13

Warianty tytułu

PL

Modelowanie zachowania systemu kondensatora awaryjnego w przypadku awarii utraty chłodziwa w reaktorze BWR generacji III+

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Emergency Condenser (EC) is a heat exchanger composed of a large number of slightly inclined U-tubes arranged horizontally. The inlet header of the condenser is connected with the top part of the Reactor Pressure Vessel (RPV), which is occupied by steam during critical operation. The lower header in turn is linked with the RPV below the liquid water level during normal operation of the reactor. The tube bundle is filled with cold water and it is located in a vessel filled with water of the same temperature. Thus, the EC and RPV form together a system of communicating vessels. In case of an emergency and a decrease of the water level in the RPV, the water flows gravitationally from U-tubes to the RPV. At the same time the steam from the RPV enters to the EC and condenses due to its contact with cold walls of the EC. The condensate flows then back to the RPV due to the tubes inclination. Hence, the system removes heat from the RPV and serves as a high- and low-pressure injection system at the same time. In this paper a model of the EC system is presented. The model was developed with Modelica modeling language and OpenModelica environment which had not been used in this scope before. The model was verified against experimental data obtained during tests performed at INKA (Integral Test Facility Karlstein) ̶ a test facility dedicated for investigation of the passive safety systems performance of KERENA ̶ generation III+ BWR developed by Framatome.

PL

Kondensator awaryjny jest wymiennikiem ciepła złożonym z dużej ilości U-rurek lekko nachylonych względem pozycji horyzontalnej. Kolektor wlotowy kondensatora połączony jest pojedynczym przewodem z górną częścią zbiornika ciśnieniowego reaktora, w której w trakcie normalnej pracy reaktora znajduje się para wodna. Dolny kolektor połączony jest natomiast ze zbiornikiem ciśnieniowym poniżej lustra wody w stanie ciekłym. Wiązka rurek kondensatora, w trakcie krytycznej pracy reaktora, wypełniona jest zimną wodą i zanurzona jest w basenie z wodą o tej samej temperaturze. Wiązka rurek kondensatora oraz rur doprowadzających tworzą wraz ze zbiornikiem ciśnieniowym zespół naczyń połączonych. W razie sytuacji awaryjnej, w przypadku spadku poziomu wody w zbiorniku ciśnieniowym, woda z kondensatora spływa grawitacyjnie do zbiornika ciśnieniowego, a para, która dostaje się do U-rurek kondensuje na skutek wymiany ciepła z zimną wodą otaczającą kondensator od zewnątrz. W ten sposób kondensator działając pasywnie, zastępuje wysokociśnieniowy oraz niskociśnieniowy wtrysk wody chłodzącej do zbiornika ciśnieniowego. W artykule przedstawiono model systemu kondensatora awaryjnego wraz ze zbiornikiem ciśnieniowym. Model został wykonany przy użyciu niestosowanego wcześniej w tym zakresie języka Modelica oraz środowiska OpenModelica. Następnie opracowany kod został zweryfikowany poprzez porównanie wyników z pomiarami eksperymentalnymi przeprowadzonymi na obiekcie INKA (Integral Test Facility Karlstein) – obiekcie testowym dedykowanym badaniom nad pasywnymi systemami bezpieczeństwa reaktora KERENA – reaktora BWR generacji III+ opracowanego przez firmę Framatome.

Słowa kluczowe

EN

boiling water reactor; emergency condenser; LOCA; Modelica

PL

reaktor wodny wrzący; kondensator awaryjny; awaria utraty chłodziwa; Modelica

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 21, no. 3
• Strony: 468--475
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bryk Rafał

• Institute of Heat Engineering, The Faculty of Power and Aeronautical Engineering Warsaw University of Technology ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Schmidt Holger

• Thermal Hydraulics and Components Testing, Framatome GmbH Paul-Gossen-Straße 100, 91052 Erlangen, Germany

autor

Mull Thomas

• Thermal Hydraulics and Components Testing, Framatome GmbH Paul-Gossen-Straße 100, 91052 Erlangen, Germany

Bibliografia

• 1. Areva. UK-EPR, Fundamental Safety Overview, Volume 2: Design and Safety, Chapter R: Probabilistic Safety Assessment 2007.
• 2. Bergles A E. The determination of forced-convection surface boiling heat transfer. Journal of Heat Transfer 1964; 86: 365 – 372, https://doi.org/10.1115/1.3688697.
• 3. Bryk R, Schmidt H, Mull T, Ganzmann I, Herbst O. Modeling of the water level swell during depressurization of the reactor pressure vessel of the boiling water reactor in accidental conditions. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2019; 21(1): 28 – 36, https://doi.org/10.17531/ein.2019.1.4.
• 4. Bryk R, Schmidt H, Mull T, Wagner T, Ganzmann I, Herbst O. Modeling of KERENA Emergency Condenser. Archives of Thermodynamics 2017; 38(4): 29 – 51, https://doi.org/10.1515/aoter-2017-0023.
• 5. Drescher R, Wagner T, Leyer S. Passive BWR integral LOCA testing at the Karlstein test facility INKA. VGB PowerTech 2014; 5: 33 – 37.
• 6. Flage R, Aven T. Expressing and communicating uncertainty in relation to quantitative risk analysis. Reliability and Risk Analysis: Theory and Applications 2009; 2: 9 – 18.
• 7. Kast W, Klan H, Thess A. Heat Transfer by Free Convection: External Flows. VDI Heat Atlas: Chapter F2 2010; 667 – 672, https://doi.org/10.1007/978-3-540-77877-6_120.
• 8. Kind M, Schröder. Subcooled Boiling. VDI Heat Atlas: Chapter H3.3 2010; 804 – 812.
• 9. Leyer S, Wich M. The Integral Test Facility Karlstein. Science and Technology of Nuclear Installations 2012, https://doi.org/10.1155/2012/439374.
• 10. Schaffrath A, Hicken E F, Jaegers H, Prasser H-M. Operation conditions of the emergency condenser of the SWR1000. Nuclear Engineering and Design 1999; 188: 303 – 318, https://doi.org/10.1016/S0029-5493(99)00044-8.
• 11. Shah M M. A general correlation for heat transfer during film condensation inside pipes. International Journal of Heat and Mass Transfer 1979; 22(4): 547 – 556, https://doi.org/10.1016/0017-9310(79)90058-9.
• 12. Stosic Z V, Brettshuh W, Stoll U. Boiling water reactor with innovative safety concept: the generation III+ SWR-1000. Nuclear Engineering and Design 2008; 238: 1863 – 1901, https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2007.12.014.
• 13. Tandon T N, Varma H K, Grupta C P. A new flow regimes map for condensation inside horizontal tubes. Journal of Heat Transfer 1982; 104(4): 763 – 768, https://doi.org/10.1115/1.3245197.