A teljesítménysűrűség térbeli eloszlása

Átírás

1 A teljesítménysűrűség térbeli eloszlása

2 Primer és szekunder korlátok Primer korlátok Nem vagy nem feltétlenül mérhető mennyiségek Közvetlenül megadják, hogy egy feltétel teljesül-e Szekunder korlátok Mérhető mennyiségek Ezekből lehet következtetni a primer korlátok betartására Más csoportosítás: Korlátok normál üzemi körülményekre (állandósult és tranziens) Korlátok üzemzavari/baleseti feltételek között Mi a cél?

3 A cél a fűtőelem-burkolat hermetikusságának megőrzése Primer korlátok normál üzem és tervezett üzemi tranziensek során: A fűtőelemek egyetlen pontjában sem lép fel hőátadási krízis korlát hőáramsűrűségre korlát DNBR-re Miért kell kettő? Különböznek? Burkolat maximális hőmérséklete Hűtőközeg maximális hőmérséklete Üzemzavari korlátok (tervezési üzemzavarokra): Az üzemanyag hőmérséklete sehol sem éri el az olvadáspontot ( C) Burkolat oxidációjának mértéke < falvastagság 18%-a Zr-forró gőz reakció miatt max. a burkolat tömegének 1%-a fogyhat el Burkolat hőmérséklete < 1200 C

4 Tervezésen túli üzemzavar? Zónaolvadás Ennek kezelése: 2. és 3. generációs erőművek közötti jelentős különbség

5 q ábra. A hőfluxus ( ) valamint a térfogati ( ) és a lineáris ( ) teljesítménysűrűségek összefüggése a különböző üzemanyag- és burkolatátmérők, mint paraméterérték mellett q q

6 10.2. ábra. A megengedhető maximális lineáris teljesítménysűrűség és hosszmenti teljesítménygardiens a kiégési szint függvényében 254, teljesítménysűrűség; 2 - teljesítménygradiens

7 10.3. ábra A hőfluxusok és a DNBR változása a fűtőelem hossza mentén q'' DNB DNBR q", q" DNB q'' 0 z H DNBR min 0 z H

8 10.4. ábra. A K v térfogati egyenlőtlenségi tényező és az AO axiális kitérés kapcsolata különböző reaktorállapot alapján K v AO, %

9 10.7. ábra. A belépő hőmérséklet megengedett maximális értéke és az axiális kitérés közötti kapcsolat két különböző teljesítménynél (nyomás: 16,75 MPa; hűtőközegforgalom: 18,40 m3s 1)

10 10.8. ábra. Az aktív zóna termikus korlátai ábra. Az aktív zóna termikus korlátai T be P diagramban különböző hűtőközeg-nyomások mellett T ki = T tel. Reaktorteljesítmény, %

11 ábra. A termikus tervezési fogalmak kapcsolata Egyéb bizonytalansági tényezõk (k w k Xe ) Teljesítménytartalék tényezõ (DNBR m = 1 m ) Felhasználható mérnöki bizonytalansági tényezõ (k m ) Felhasználható axiális egyenlõtlenségi tényezõ (K z ) Felhasználható radiális egyenlõtlenségi tényezõ (K r ) Teljes tervezési tartalék Meghibásodási határérték Határérték a tervezési tranziensekre Forrópont bizonytalanságokkal (mérnöki stb.) terhelt állapothoz tartozó érték Forrópont állandósult névleges értéke Maximális pálcateljesíményû fûtõelem axiális átlagértéke Állandósult névleges állapotú aktív zóna átlagos feltételekkel

12 ábra. A feltételes valószínűségi sűrűségfüggvény két különböző pontosságú mérőrendszer esetében a) p(i/i) T a = p(i/ I)dp I>I L I I L Index, I p(i/i) b) T b = p(i/ I )dp I>I L I - indexbecslés; IL - index-határérték; Î - az index méréssel meghatározott várható értéke (a) pontatlanul mérő rendszer (b) pontosabban mérő rendszer. I I L Index, I

13 Számítógépi kódok a teljesítménysűrűség illetve neutronfluxus térbeli eloszlásának meghatározásához Két fő kódfajta a számítási módszer alapján: - Determinisztikus - Monte Carlo Determinisztikus kódok fő jellemzői: - Lehet transzportkód vagy diffúziós kód - Transzport kód: - általában lassú - nagyobb pontosság - gyakran alkalmazzák kevéscsoportos hatáskeresztmetszetek előállítására - Diffúziós kód: - Gyors - Kisebb pontosság, de ez lehet teljesen megfelelő egy adott rendszerre - Szükséges előzőleg problémafüggő hatáskeresztmetszeteket előállítani - Általában a programok is problémaspecifikusak Monte Carlo kódok: Nagyon általános, problémafüggetlen Precíz, pontos számítások Nem igényel előzetes hatáskeresztmetszet-generálást De: rendkívül lassú lehet, ezért általában referencia-számításokhoz használják

14 ábra. A cellánkénti számítások geometriája az ún. szuperkazetta

15 Egyenlőtlenségek a teljes zónára nézve kazettaközi tényezők

16 A VVER-1000 kezdeti zónaelrendezése

17 Egy PWR radiális teljesítmény-eloszlása különböző feltételek mellett

18 (kazettateljesítmény per átlagos kazettateljesítmény) Középvonal A B C D E F G H B Középvonal A 7FG ,72 9HA ,94 9AH , 94 9BG ,97 8GB ,81 9CH ,98 9FG ,03 8DH ,86 9FF ,03 9DH ,08 8AH ,82 8EG ,08 8BG ,93 10BG ,36 10AH ,12 10BH , ábra. Egy tipikus PWR kazettaszintű teljesítmény- és kiégéseloszlása hagyományos fűtőelem-elrendezés esetében C 8GB ,81 9HC ,98 9GB ,91 8FG ,81 9EG ,02 8CH ,86 8DG ,92 10CH ,03 D 9FG ,02 8HD ,86 8GF ,80 8FF ,79 9BH ,07 9DG ,07 10DG ,37* 10DH ,83 E 9FF ,03 9HD ,08 9GE ,02 9HB ,07 9GF ,15 8BH ,95 10EG ,10 F 8HA ,82 8GE ,88 8HC ,86 9GD ,07 8HB ,95 10FF ,25 10FG ,82 G 8GB ,93 10GB ,36 8GD ,92 10GD ,37* 10GE ,10 10GF ,82 H 10HA ,12 10HB ,16 10HC ,03 10HD ,83 *maximális relatív teljesítmény Kezdeti üzemanyag-dúsítás: 3,2% Átlagos kiégési szint: 10,081 MWnapkg 1 Energiatermelés teljes nagysága: 896,8 GWnap 1AA ,04 Kazetta sorszáma BOC kiégési szint, MWnap/t EOC kiégési szint, MWnap/t BOC relatív teljesítmény

19 Egy tipikus PWR kazettaszintű teljesítmény- és kiégéseloszlása hagyományos fűtőelemelrendezés esetében

20 ábra. Egy tipikus PWR kazetta szintű teljesítményeloszlása kis kiszökésű zóna esetében

21 PWR kazettaszintű teljesítményeloszlása kis kiszökésű zóna esetében

22 ábra. Kazettaszintű teljesítményeloszlás a Loviisa-i atomerőmű 1. blokkjának aktív zónájában a 3. ciklus elején és végén a) Teff = 13 nap; b) Teff = 266 nap

23 ábra. Kazettaszintű teljesítményeloszlás a Loviisa-i atomerőmű 1. blokkjának aktív zónájában a 19. ciklus elején és végén a) Teff = 19 nap; b) b) Teff = 266 nap

24 ábra. Kis kiszökésű zónaelrendezés és kazettánkénti kiégéseloszlás a paksi atomerőműben

25 ábra. Kazettánkénti teljesítményeloszlás a paksi atomerőmű kis kiszökésű aktív zónájában

26 ábra. A kazettaközi egyenlőtlenségi tényező alakulása a paksi atomerőmű különböző blokkjainak különböző kiégési ciklusai alatt K q,max 1,32 1,3 3. blokk 1.ciklus 2.ciklus 3.ciklus 4. blokk 2. blokk 1.ciklus 16. ciklus 1,28 1,26 1,24 T eff,nap 1,22 1,

27 ábra. Belépési hőmérsékletek eltérése az egyenletes eloszláshoz képest az Oconee-1 aktív zónájában a kiégési ciklus végén Meleg ág Hideg ág (A1) (2,3) Hideg ág (A2) (2,3) Hideg ág (B1) ( 3,3) Hideg ág (B2) ( 3,3) Meleg ág

28 ábra. A kazettateljesítmények relatív értéke az egyenletes belépési hőmérsékleteloszlású esetben érvényes kazettateljesítményekhez képest (a ábra szerinti esetben) Meleg ág Hideg ág (A1) Hideg ág (A2) Hideg ág (B1) Hideg ág (B2) Meleg ág

29 Kazettán belüli egyenlőtlenségek

30 ábra. A kazettafalaknál kialakuló extra vízréteg (moderátortöbblet) kazettafal víz fûtõelem 12,2 mm 1,5-2 mm 3-4 mm 1,5-2 mm 9,1 mm

31 A VVER-1000 (1200) fűtőelem-kazettája

32 ábra. A VVER 440 szabályozókazetta abszorber részének méretei 20,0 51,5 5, ,5 7,4 71,9 73,5 2,1 75,6 77,2 vízacél víz acél víz víz víz acél bóracél

33 ábra. A neutronfluxus alakulása a szabályozókazettában és annak környezetében négy különböző energiacsoportban a) 1. energiacsoport b) 2. energiacsoport c) 3. energiacsoport d) 4. energiacsoport (term. neutronok)

34 ábra. A radiális termikusneutron-fluxuseloszlás a VVER 440 szabályozó kazettájának abszorbens részében

35 ábra. Gyorsneutron-fluxuseloszlás az 1. és a 2. helyszámú kazetta 16. nódusában a kiégési ciklus elején (BOC) a) 1. sz. kazetta (BOC) b) 2. sz. kazetta (BOC)

36 ábra. Gyorsneutron-fluxuseloszlás az 1. és a 2. helyszámú kazetta 16. nódusában a kiégési ciklus végén (EOC) a) 1. sz. kazetta (EOC) b) 2. sz. kazetta (EOC)

37 ábra. Termikusneutronfluxus-eloszlás az 1. és a 2. helyszámú kazetta 16. nódusában a kiégési ciklus elején (BOC) a) 1. sz. kazetta (BOC) b) 2. sz. kazetta (BOC)

38 ábra. Fluxus- és teljesítményeloszlás a középső szabályozókazetta abszorber részében és a szomszédos fűtőelemkötegekben alulról a 16. nódusban a kiégési ciklus elején (BOC) és végén (EOC) a) Termikusneutronfluxus (BOC) b) Termikusneutronfluxus (EOC) c) Gyorsneutronfluxus (BOC) d) Gyorsneutronfluxus (EOC) e) Lineáris teljesítménysűrűség (BOC) f) Lineáris teljesítménysűrűség (BOC)

39 ábra. Pálcateljesítmény-eloszlás a 33. és a 19. helyszámú kazetták keresztmetszetében c. 19. helyszámú kazetta

40 Kiégő mérgek alkalmazása

41 ábra. A fűtőelem-profilírozás különböző lehetőségei és azok hatása a keresztmetszeti egyenlőtlenségi tényezőre a) k k,max = 1,154; b) k k,max =1,143; c) k k,max =1,124 a) b) c) d) alacsony dúsítású fűtőelem (3,05%); magas dúsítású fűtőelem (3,70-3,90%); Gd tartalmú fűtőelem ; vezető cső

42 A teljesítménysűrűség axiális eloszlása

43 ábra. Axiális teljesítményeloszlás a VVER 440 néhány fűtőelemkötegében a szabályozókazetták 125 cm-es pozíciója esetében Kz 1,8 1,6 1,4 1,2 1 Kazetta Kq Kz 1 0,533 (1,066) ~2,645 (1,323) 2 0,562 ~1, ,741 ~1, ,094 ~1, ,752 ~1,682 Aktív zóna 1 ~1, Aktív zóna ,8 4 0,6 0,4 0, ,5 212,5 187,2 162,5 137,5 112,5 87,5 62,5 37,5 12,5 Magasság, H, cm

44 ábra. Axiális teljesítményeloszlás a VVER 440 néhány fűtőelemkötegében a szabályozókazetták 175 cm-es pozíciója esetében 1,6 4 Kz 1,4 1,2 Zóna ,8 1 0, Kazettaszám Kq 1 Kz 0,4 1 0,68 ~1, ,98 ~1, ,16 ~1,285 0,2 39 0,89 ~1, ,40 ~1,325 0 Zóna 1 ~1, ,5 212,5 187,2 162,5 137,5 112,5 87,5 62,5 Magasság, H, cm 37,5 12,5

45 ábra. Axiális teljesítményeloszlás a 2. számú kazetta négy különböző fűtőelemében 250 Fûtõelem lin. teljesítményeloszlása, q', Wcm , ,5 0 Magasság, H, cm

46 Magasság, H, cm ábra. Axiális teljesítményeloszlás a VVER és 2. számú fűtőelem-kötegében a kiégési ciklus három különböző időpontjában a) 1. kazetta 1,5 1,0 0,5 T eff = 307 nap (H = 250 cm) T eff = 0 nap (H = 175 cm) T eff = 160 nap (H = 175 cm) T eff,nap K q -1 Q, MWnapkg K z 0 0,68 10,36 ~1, ,68 13,73 ~1, ,01 17,30 ~1,23 1,6 1, Magasság, H, cm T eff = 307 nap (H = 250 cm) T eff = 0 nap (H = 175 cm) T eff = 160 nap (H = 175 cm) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 T eff,nap K q Q, MWnapkḡ 1 K z 0 0,98 22,85 ~1, ,99 27,73 ~1, ,07 32,80 ~1,21 b) 2. kazetta) 0,2

47 ábra. Axiális teljesítményeloszlás a VVER és 21. számú fűtőelemkötegében a kiégési ciklus három különböző időpontjában 1,5 1,0 T eff = 307 nap T eff = 0 nap T eff = 160 nap a) 4. kazetta 0,5 T eff,nap K q Q, MWnapkg -1 K z 0 1,16 12,17 ~1, ,15 17,89 ~1, ,14 23,69 ~1, Magasság, H, cm T eff = 0 nap 1,5 T eff = 307 nap T eff = 160 nap 1,0 0,5 T eff,nap K q Q, MWnapkḡ 1 K z 0 1,24 7,98 ~1, ,22 14,09 ~1, ,19 20,23 ~1,23 b) 21. kazetta Magasság, H, cm

48 ábra. A lineáris teljesítménysűrűség (q ) a termikusneutron-fluxus ( th ) és a kiégési szint (Q) relatív axiális eloszlása a VVER számú fűtőelemkötegében a kiégési ciklus utolsó szakaszának két különböző időpntjában q', th és Q relatív értéke 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Teljesítménysûrûség: =1,17 Termikusneutron-fluxus Kiégési szint K z T eff = 276,922 nap H = 175 cm K q = 1,17 Q = 10,82 MWnapkg -1 q', th és Q relatív értéke 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Teljesítménysûrûség: K z =1,17 Termikusneutron-fluxus Kiégési szint T eff = 304,816 nap H = 250 cm K q = 1,243 Q = 11,97 MWnapkg -1 0,2 0, Magasság, H, cm Magasság, H, cm

49 ábra. A lineáris teljesítménysűrűség (q ) a termikusneutron-fluxus ( th ) és a kiégési szint (Q) relatív axiális eloszlása a VVER számú fűtőelemkötegében a kiégési ciklus utolsó szakaszának két különböző időpontjában 1,6 1,6 q', th és Q relatív értéke 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 T eff = 276,922 nap H = 175 cm K q = 1,01 Q = 32,38 MWnapkg -1 Teljesítménysûrûség: K z =1,06 Termikusneutron-fluxus Kiégési szint Magasság, H, cm q', th és Q relatív értéke 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 T eff = 304,816 nap H = 250 cm K q = 1,00 Q = 33,31 MWnapkg -1 Teljesítménysûrûség: K z =1,2 Termikusneutron-fluxus Kiégési szint Magasság, H, cm

50 ábra. Az axiális teljesítményeloszlás az aktív zónában különböző feltételek mellett 1,8 1,6 K z,reak (z) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 T eff, nap H, cm K z ,336 [427] ,202 [427] ,216 [427] ,660 [427] Magasság, H, cm

51 DNBR ábra. A hőfluxusok és a DNBR változása a fűtőelem hossza mentén két különböző axiális eloszlás esetében q" DNB 1 q", q" DNB q" 2 0 H, z DNBR min,1 DNBR min,2 0 H, z

52 A térfogati egyenlőtlenségi tényező alakulása

53 ábra. A térfogati egyenlőtlenségi tényező a paksi atomerőmű 3. blokkjának első három kiégési ciklusában az üzemi szabályozókazetták állandósult helyzetéből (H = 175 cm) történő elmozdítás függvényében a kiégési ciklus három különböző időpontjában Kv 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1. kampány 20 eff.nap 280 eff.nap H, cm 120 eff.nap H, cm 1,9 3. kampány Kv 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 2. kampány 120 eff.nap 280 eff.nap 20 eff.nap H, cm 1,8 20 eff.nap 1,7 120 eff.nap Kv 1,6 1,5 1,4 1,3 280 eff.nap H, cm

54 ábra. A térfogati egyenlőtlenség alakulása a kiégési ciklus előrehaladtával a paksi atomerőmű 3. blokkjának első három kiégési ciklusában 2,0 1,9 1,8 1. kampány 2. kampány 3. kampány 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1, Effektív üzemidõ, T eff, nap

55 2,1 2, ábra. A reaktorjellemzők alakulása a paksi atomerőmű 2. blokkjának 16. kampánya alatt K v =K q k k K z K r, K q, K z, K v 1,9 1,8 1,7 K q K z 1,6 1,5 K r =K q k k 1,4 7 1,3 C b 6 1,2 1,1 H 322,73 eff.nap 303,73 eff.nap Bórsav-koncentráció, gkg H, cm T eff, eff.nap

56 ábra. A térfogati teljesítménysűrűség fűtőelemen belüli radiális eloszlása szimmetrikus eloszlás esetében. q'''(r) q''' r friss fűtőelemben részben kiégett fűtőelemben átlagos érték

57 ábra. A térfogati teljesítménysűrűség fűtőelemen belüli radiális eloszlása aszimmetrikus eloszlás esetében q'''(r). friss fűtőelemben részben kiégett fűtőelemben átlagos érték q''' r

58

59