Mérési útmutató. APROS laboratóriumi gyakorlatok 2. Az AMDA tartály modellezése az APROS kóddal

Átírás

1 Mérési útutató APROS laboratóriui gyakorlatok 2. Az AMDA tartály odellezése az APROS kóddal Mottó: Those who cannot reeber the past are condened to repeat it. A gyakorlat célja: A gyakorlat célja a 2003 áprilisában a Paksi Atoerőű 2. blokki 1. száú aknájában üzezavart szenvedett AMDA tartály egyszerűsített APROS odelljének elkészítése, és az AMDA tartály hűtési viszonyainak vizsgálata. Bár a gyakorlatnak ne célja a április 10-én történt eseények rekonstrukciója, az útutatóban leírt feladatok sikeres elvégzése során a hallgatók egiserik az AMDA tartály és hűtőrendszere alapvető tervezési hibáját, és azt, hogy ilyen terohidraulikai odellel lehetett volna ezt a hibát a tervezés során feliserni. A érésleírás feltételezi, hogy a hallgatók elvégezték az "Iserkedés az APROS kóddal" cíű gyakorlatot, és tisztában vannak a nyoottvizes reaktorral szerelt atoerőűvek felépítésének alapjaival, a VVER-440 üzeanyagkazetták felépítésével, valaint a reanens hő fogalával. Bevezető A Paksi Atoerőű 1., 2. és 3. blokkjában a 2000-es évek elején üzeviteli probléákat okozott a prier kör felületeire lerakódott agnetit szennyeződés. A lerakódások kiváltó oka a gőzfejlesztők hőátadó csöveinek prier oldali vegyszeres osatási technológiájának hibája volt. A dekontaináció célja a gőzfejlesztők köpenyterében dolgozó karbantartók dózisterhelésének csökkentése volt. Az üzeanyagpálcák felületére lerakódott agnetit rontotta a kazetták hűtési viszonyait, ezért döntés született a részlegesen kiégetett kazetták vegyszeres tisztításáról. A tisztításhoz először egy 7 kazetta befogadására alkalas tisztítótartály készült, aivel hosszabb ideig pihentetett kazettákat tisztítottak eg. A lerakódással terhelt kazetták nagy száa iatt döntés született egy nagyobb kapacitású (30 kazetta befogadására képes) tisztítótartály beszerzéséről és használatáról, aelyben rövid idővel a reaktorblokk leállítása után az aktív zónából kirakott nagy reanens hőterelésű kazetták is tisztíthatóak. A tisztítótartályból és a hozzá kapcsolódó, vegyi tisztítást végző berendezésekből (szivattyúk, szűrők, hőcserélők, ioncserélők stb.) álló rendszer az AMDA (Autoatische Mobile Dekontainationsanlage autoatikus hordozható dekontaináló berendezés) nevet kapta. Magát a tisztítási technológiát és annak száos eleét korábban nyugati atoerőűvekben többször sikerrel alkalazták a reaktorok hűtőkörében lévő beredezések (szivattyúk, szelepek, csőszakaszok) dekontainálására, de Pakson kívül sose használták jelentős reanens hővel terhelt besugárzott üzeanyag kazetták tisztítására. Az AMDA tartályt 2003 árciusában telepítették a 2. blokk pihentető edencéjéhez kapcsolódó 1. száú szervízaknába. 1

2 1. feladat: Határozza eg, hogy iniu ekkora vízforgalora van szükség az AMDA tartályba berakott, részben kiégetett üzeanyag hűtéséhez! Az AMDA tartály tervezési alapja szerint a belerakott kazetták reanens hőteljesíténye axiu összesen 500 kw lehetett. A vegyi tisztítás után a pihentető edence 1. sz. akna kapcsolt rendszer axiu 50 C-os vizét egy kis teljesítényű búvárszivattyúval keringették át a tartályon. Határozza eg egy egyszerű pontodellel, hogy állandósult állapotban ekkora vízforgalora van szükség a hő elviteléhez! A víz fajhője 4,2 kj/kgk, a hűtőközeg forrása ne egengedett! 1. ábra: Az AMDA tartály az 1. sz. aknában 2. feladat: Határozza eg a tartály APROS odelljének egépítéséhez szükséges paraétereket, és töltse ki az APROS odulok adatait tartalazó táblázatokat! 2. ábra: az AMDA tartály seatikus rajza A 2. ábrán az AMDA tartály seatikus rajza látható a hűtőközeg (víz) áralási irányával. A víz a tartály oldalán lép be. A vizet szállító cső a kettős falú tartály két fala között leegy a tartály aljáig, ahol belép az alsó keverőtérbe. Az alsó keverőtér tetejét képző féleezben kialakított fészkekbe vannak behelyezve az üzeanyag-kazetták. A tartályban egyszerre 30 db. üzeanyagkazetta tisztítható. A kazetták alján található, üzeanyagot ne tartalazó lábrész ül be az alsó keverőtér tetején kialakított fészkekbe. A kazettákban a láb fölött található a hároszögrácsba rendezett 126 db. üzeanyagpálcából és a pálcaköteget körbezáró hatszögletű cirkóniu palástból álló aktív rész, ajd a kazettafej. Az üzeanyag-kazettákon lentről felfelé átáraló víz a felső keverőtérbe jut, ahol egfordul, és a kazetták közötti térben leáralik, ajd a tartály alján a kilépő vezetékbe kerül. 2

3 A 3. ábra azt utatja be, hogyan feleltethetőek eg APROS oduloknak az AMDA tartály részei: 3. ábra: Az AMDA tartály APROS odellje A odulok felparaéterezéséhez szükséges adatok és inforációk: Az egész AMDA tartály egy 13 ély, 35 C-os vízzel feltöltött edencében foglal helyet. A tartályban lévő szerkezeti eleek hőkapacitását hanyagolja el, a hidraulikai egyenérték átérők eghatározásához a 4F/K képletet alkalazza! A száításokhoz az APROS 6 egyenletes odelljét kell használni. Az alsó keverőteret (LOWER_PLENUM) 40 c agas, 1 2 alapterületű hengeres tartályként (PRO Tanks / Tank) odellezze! A tartály 9-es száú csatlakozási pontja a tartály odul tetejével legyen egy szintben, ide fog becsatlakozni a kazetta lábrészeket odellező cső. A 30 darab kazetta lábrészt (RK_LEG) egyetlen függőleges csővel (PRO Pipes / Pipe) odellezze! Egy kazetta lábrész 45 c hosszú, 9,6 c átérőjű függőleges hengerrel közelíthető. A lábrészeket odellező cső belépő oldala az alsó keverőtér tetejéhez, kilépő oldala a lábrészt és az aktív hosszot összekötő ponthoz kapcsolódik. A odulhoz 1 száítási szintű nódus legyen rendelve, és az alaki ellenállás tényező legyen 0. Egy pont (RK_LEG_POINT, PRO Point and Node / Point) szükséges a lábrészt és az aktív 3

4 hosszot odellező eleek összekapcsolásához. A 30 darab kazetta üzeanyagot tartalazó fűtött szakaszát (RK_FUEL) egyetlen függőleges fűtött csővel (PRO Pipes / Pipe with Heat Structure) odellezze! Az aktív hossz 2,42, az áralási keresztetszet 30 kazetta összes áralási keresztetszete. A kazetták szabályos hatszög keresztetszetűek, 144 külső kulcsérettel, 2 falvastagsággal. Minden kazetta 126 db., 9,15 külső átérőjű üzeanyagpálcát tartalaz. A odul által odellezett párhuzaos csövek száát állítsa be a kazetták száának egfelelően. A odulhoz 1 száítási szintű nódus legyen rendelve, és a kapcsolódó pontokhoz rendelt hőterelés legyen kikapcsolva. Az alaki ellenállás tényező értéke 6. Egy pont (RK_HEAD_POINT, PRO Point and Node / Point) szükséges a fejrészt és az aktív hosszot odellező eleek összekapcsolásához. A 30 darab kazetta fejrészt (RK_HEAD) egyetlen függőleges csővel (PRO Pipes / Pipe) odellezze! Egy kazetta fejrész 30 c hosszú, 9,5 c átérőjű függőleges hengerrel közelíthető. A fejrészeket odellező cső belépő oldala az aktív hosszot és a fejrészt összekötő ponthoz, kilépő oldala a felső keverőtér aljához kapcsolódik. A odulhoz 1 száítási szintű nódus legyen rendelve, és az alaki ellenállás tényező legyen 0. A felső keverőteret (UPPER_PLENUM) 40 c agas, 1 2 alapterületű hengeres tartályként (PRO Tanks / Tank) odellezze! A kazetták közötti tér felső részét (DOWNCOMER) egyetlen függőleges csővel (PRO Pipes / Pipe) odellezze! A cső hossza a felső keverőtér alsó síkja, és az RK_LEG_POINT ele agasságkülönbsége. Az áralási keresztetszet egy 1,5 átérőjű körlap, aiből le kell vonni a 30 darab üzeanyag-kazetta által elfoglalt felületet. A cső belépő oldala a felső keverőtér aljához, kilépő oldala a kazetták közötti tér alsó részét odellező tartály tetejéhez kapcsolódik. A odulhoz 1 száítási szintű nódus legyen rendelve, az alaki ellenállás tényező értéke 0. A kazetták közötti tér alsó részét (DOWNCOMER_BOTTOM) egy hengeres tartály (PRO Tanks / Tank) odellezze, ai az alsó keverőteret felülről határoló, az üzeanyagkazettákat tartó 5 c vastag acélleez felső síkjától az üzeanyag-kazetták lábrészében található pont (RK_LEG_POINT) agassági szintjéig tart. A tartály alapterülete egyezzen eg az előző ele áralási keresztetszetével, a tartály 9-es száú csatlakozási pontja a tartály tetejével legyen egy szintben. A kilépő vezeték (OUTLET_, PRO Pipes / Pipe) 10 c átérőjű, 15 hosszú cső, ai a kazetták közötti tér legalsó pontját köti össze az 1. sz. aknát odellező ponttal. Az 1. sz. aknát odellező pont (POOL, PRO Point and Node / Point) a tartály aljától 12 - rel agasabban legyen, 1 -rel a vízfelszín alatt. A pontot definiálás után ki kell venni a sziulációból, hogy végtelen nyelőként (és forrásként) viselkedjen! A belépő vezeték (INLET_, PRO Pipes / Pipe) geoetriai adatai egegyeznek a kilépő vezeték adataival. A odulhoz ne legyen száítási szintű nódus rendelve. A vezeték az 1. sz. aknát odellező pontot köti össze az alsó keverőtér legalsó pontjával. A csövet vegye ki a sziulációból, és állítsa be neki az 1. feladatban kiszáított töegáraot. Az így beállított forgalo lesz az AMDA tartály belépő forgala. 4

5 Module nae: LOWER_PLENUM TANK Flow odel Teperature C Liquid level Height of tank Cross-sectional free area of tank 2 Elevation of tank botto fro reference level Elevation of connection point fro botto[9] Module nae: RK_LEG Flow area 2 Hydraulic diaeter For loss coefficient Nuber of calculation nodes inside the pipe Module nae: RK_LEG_POINT POINT Flow odel Teperature C Elevation fro reference level Module nae: RK_FUEL HEAT_ Flow area 2 Hydraulic diaeter Nuber of parallel pipes For loss coefficient Nuber of calculation nodes inside the pipe Is heat transferred to connection points 5

6 Module nae: RK_HEAD_POINT POINT Flow odel Teperature C Elevation fro reference level Module nae: RK_HEAD Flow area 2 Hydraulic diaeter For loss coefficient Nuber of calculation nodes inside the pipe Module nae: UPPER_PLENUM TANK Flow odel Teperature C Liquid level Height of tank Cross-sectional free area of tank 2 Elevation of tank botto fro reference level Module nae: DOWNCOMER Flow area 2 Hydraulic diaeter For loss coefficient Nuber of calculation nodes inside the pipe 6

7 Module nae: DOWNCOMER_BOTTOM TANK Flow odel Teperature C Liquid level Height of tank Cross-sectional free area of tank 2 Elevation of tank botto fro reference level Elevation of connection point fro botto[9] Module nae: OUTLET_ Flow area 2 Hydraulic diaeter Module nae: POOL POINT Flow odel Teperature C Elevation fro reference level Module nae: INLET_ Liquid ass flow kg/s Flow area 2 Hydraulic diaeter Nuber of calculation nodes inside the pipe 7

8 3. feladat: Építse eg és tesztelje az AMDA tartály APROS odelljét! Hozzon létre egy "AMDA" nevű séaképet, és építse eg a 2. feladatban eghatározott paraéterek és a 3. ábra alapján az AMDA tartály APROS odelljét! Először a odulokat hozza létre és paraéterezze fel, ajd kapcsolja össze őket "Nae reference" típusú kapcsolattal! Tegye ki a grafikus felületre az EXPO, ECCO, SPEED odulokat az előző gyakorlatban beutatott ódon. Az ECCO odulban állítsa be az iterációk száát: iniu 5, axiu 10. A SPEED odulban állítsa be a sziuláció elvárt sebességét (Desired siulation tie / wall clock tie) 1000-re. Rendeljen onitorokat a odulokhoz: írassa ki a POINT odulok nyoását és hőérsékletét, a és HEAT_ odulok forgalát, a TANK odulok hőérsékletét és vízszintjét! Mentés után tesztelje a odellt! Végig tud haladni a közeg a odellen a belépéstől a kilépésig? Minden csővezetéken ugyanannyi a töegára? Minden pontban és tartályban ugyanannyi a hőérséklet? A nyoások egfelelőek? Aennyiben ind a 4 kérdésre igen a válasz, állítsa be a tervezési alapban szereplő hőteljesítényt, és ellenőrízze a felelegedést! 4. feladat: Modellezze az üzeanyagkazettákon található terheléskiegyenlítő furatokat és vizsgálja hatásukat a tartály hűtési viszonyaira! Az üzeanyag-kazetták hatszögletű burkolatán, a fej- és lábrészeinek találkozásának közelében oldalanként 2-2 darab, 9 átérőjű furat található, ait egyetlen csővel (BYPASS, PRO Pipes / Pipe) odellezzen! A cső az RK_LEG_POINT pontot köti össze a DOWNCOMER_BOTTOM tartály tetejével, alaki ellenállás tényezője 2,7. Module nae: BYPASS Flow area 2 Hydraulic diaeter For loss coefficient Hogyan változik a bypass hatására a kazetták hűtéséhez szükséges iniális töegára? 8

9 5. feladat: Végezzen érzékenységvizsgálatot a kazetták és a köztük lévő tér felosztására! Futtassa a odellt 10 kg/s belépő forgaloal, 35 C belépő hőérséklettel az állandósult állapot eléréséig! Állítson be adatkiíratást: az output file-ba kerüljön be a felső keverőtér hőérséklete, az adatokat ásodpercenként írja ki a kód. Állítsa be a sziulációs időt 0-ra, és entse el a odellt. A és HEAT_ odulok "Nuber of calculation nodes inside the pipe" nevű paraétere egadja, hogy az adott eleet hány száítási szintű térrészre (nódusra) osztja fel a kód a odellben. A kazetták fűtött szakaszát és a kazetták közötti tér felső részét odellező eleeknek jelenleg 1-1 nódus van beállítva, futtassa ezt a odellt s-ig. Ezután töltse vissza az állandósult állapotot és isételje eg a futtatást 2, 4, 8, 16, 32 és 64 nódussal. Az érzékenységvizsgálatot érdees egy script segítségével elvégezni. A script egy APROS parancsokat tartalazó,.que kiterjesztésű szöveges file, ai az aktuális unkakönyvtárban foglal helyet. A script írásához és használatához szükséges parancsok: cwrite <azonosító> : az aktuális odellállapot elentése cread <azonosító> : az elentett odellállapot visszatöltése odify <odul neve> <paraéter neve> <új érték> : egy paraéter egváltoztatása do <szá> : a sziuláció futtatása <szá> ásodpercig. use_fro_file <script> - script.que futtatása Ábrázolja közös grafikonon a felső keverőtér hőérsékletét az idő függvényében az összes futtatásra! Melyik nodalizációval érdees odellezni a berendezést és iért? 6. feladat: Végezzen további vizsgálatokat a kiválasztott odellel! A odellel végezzen tranziens száítást: először nagy belépő forgaloal (50 kg/s) állítsa be az egyensúlyi állapotot, ajd ha a hőérsékletek ár ne változnak, csökkentse le a belépő forgalat 10 kg/s-ra! Ábrázolja az output file-ba kiíratott paraétereket az idő függvényében, és értelezze a tartályban lezajló folyaatokat! Végezzen további száításokat az alábbi variációkra: a reanens hőteljesítény 250 kw, illetve 100 kw, a bypass áralási keresztetszete a névleges 66%-a, illetve 33%-a, a kiinduló hőérséklet 55 C, a lecsökkentett forgalo 5,56 kg/s (35 C belépő hőérséklet ellett), a hőteljesítény 241 kw, a bypass a névleges 11/30-ad része. Értelezze a kapott eredényeket! 9