Forrócsatorna számítások a csatolt KIKO3D- COBRA kóddal az új blokkok biztonsági elemzéseihez Panka István, Keresztúri András, Maráczy Csaba, Temesvári Emese TSO Szeminárium OAH, 2017. május 31.
Tartalom Bevezetés, célok bemutatása A KIKO3D-COBRA-TABCO-FRAPTRAN számítási rendszeren alapuló forrócsatorna metodika A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter meghatározására Konklúziók 2
Bevezetés, célok bemutatása Általános cél: a szállítótól független kódrendszer létrehozása az új blokkok (VVER-1200) zónatervezési és reaktivitási üzemzavari folyamatainak elemzésére Korábban: KARATE-1200, KIKO3D-COBRA fejlesztés a VVER-1200-as reaktorokra Jelen cél: a forrócsatorna számítások metodikájának kidolgozása és metodikai vizsgálatok végzése a KIKO3D-COBRA csatolt kódra alapozva További célok : off-line kapcsolat megteremtése a KIKO3D-COBRA kód és a FRAPTRAN fűtőelem-viselkedési program között Az utóbbi program adatokkal való ellátásához szubcsatorna szintű forrócsatorna számítási modellt is létre kell hozni (TRABCO kód) Vizsgálatok a normálüzemi limitáló keretparaméterek meghatározására RIA események során a forrócsatorna számítások szempontjából 3
A KIKO3D-COBRA-TABCO-FRAPTRAN számítási rendszeren alapuló forrócsatorna metodika, folyt. A számítási rendszer első eleme a csatolt KIKO3D-COBRA számítás, amellyel nodális szinten, a visszacsatolások figyelembe vételével számolhatók a RIA tranziensek eredményei A KIKO3D-COBRA számítások eredményeként előállnak az egyes kazetták időfüggő nodális teljesítményei. A forrócsatorna számítások során a zóna egyes kazettákat csoportosítjuk és minden csoportból egy reprezentatív elemet használunk Kulcsfontosságú, hogy az egyes kazetták ún. forrócsatorna faktorát, a kazettán belüli teljesítmény-egyenlőtlenségeket hogyan vesszük figyelembe. Ehhez a keretparamétereket használjuk fel, amelyek jól meghatározott állapotokban megadják a limiteket. Ilyen pl. a lineáris hőteljesítményre vonatkozó limit, a másik lehet pl. a maximális pálcateljesítmény A forrócsatorna számítások során zárt csatorna közelítésben, egy csatornát vizsgálunk a TRABCO kóddal. Az ehhez szükséges teljesítmény inputokat a KIKO3D-COBRA futásokból állítjuk elő és szorozzuk a forrócsatorna faktorral 4
A KIKO3D-COBRA-TABCO-FRAPTRAN számítási rendszeren alapuló forrócsatorna metodika, folyt. Probléma DNBR ( forráskrízistől való távolság ) kazettán belüli helyfüggése Egyenletes teljesítményeloszlás, 300 W/cm 5
A KIKO3D-COBRA-TABCO-FRAPTRAN számítási rendszeren alapuló forrócsatorna metodika, folyt. Modellek: 1. TRABCO (alap): Ebben az esetben a szubcsatorna átömlési keresztmetszete megfelel a geometriának, konzervatívan 3 pálca fűti a szubcsatornát 2 helyett (nagyon konzervatív modell) 2. TRABCO (módosított): Ebben az esetben a szubcsatorna átömlési keresztmetszete nem felel meg a fenti geometriának, azt megnöveltük, ugyanakkor 3 pálca fűti a szubcsatornát 2 helyett 240 W/cm-es egyenletes teljesítmény-eloszlás esetén a COBRA és TRABCO számítások összehasonlítása: 240 W/cm DNBR Relatív eltérés [%] COBRA sokcsatorna 2.645-1. TRABCO (alap) 1.963-25.8 2. TRABCO (módosított) 2.639-0.2 6
A KIKO3D-COBRA-TABCO-FRAPTRAN számítási rendszeren alapuló forrócsatorna metodika, folyt. 300 W/cm-es egyenletes teljesítmény-eloszlás esetén a COBRA és TRABCO számítások összehasonlítása: 300 W/cm DNBR Relatív eltérés [%] COBRA 1.424-1. TRABCO (alap) 0.842-40.9 2. TRABCO (módosított) 1.276-10.4 Konklúzió: a módosított TRABCO modell ésszerűen konzervatív eredményeket ad A TRABCO számítási eredmények, időfüggő axiális teljesítmény- és burkolathőmérséklet-eloszlások inputjai a FRAPTRAN fűtőelemviselkedési számításoknak (konverzió) 7
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre Azonos kazettákból összerakott teszt zóna Kis (1%) teljesítményről induló rúdkilökődés (~0.1 s), kezdetben a 11. és 12. csoport abszorbensei betolva 8
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, nodális szintű eredmények Kezdeti Kq (normált radiális teljesítményeloszlás) eloszlás 9
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, nodális szintű eredmények, folyt. 4000.0 3500.0 3000.0 Zóna teljesítmény [W/cm] 2500.0 2000.0 1500.0 1000.0 500.0 0.0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Idő [s] Zóna teljesítmény, átlagos lineáris hőteljesítményben megadva 10
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, nodális szintű eredmények, folyt. 0.0080 0.0070 0.0060 0.0050 0.0040 0.0030 Reaktivitás [-] 0.0020 0.0010 0.0000-0.0010 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5-0.0020-0.0030-0.0040-0.0050-0.0060-0.0070-0.0080 Idő [s] Reaktivitás 11
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, nodális szintű eredmények, folyt. Zónatérkép a többszörös forrócsatorna vizsgálatokhoz használható felosztás bemutatására, Kc = Kq(tmax)/ Kq(t0) 12
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények A forró csatorna faktorok, teljes teljesítményű kihúzott rudas állapot: Forró sorszám cs. k x értéke a lin. hőteljesítmény alapján k x értéke a pálcateljesítmény alapján Választott k x csatorna érték 1 1.340 1.353 1.340 2 1.624 1.642 1.624 3 1.372 1.386 1.372 4 1.482 1.498 1.482 5 1.725 1.745 1.725 6 1.076 1.084 1.076 7 1.058 1.066 1.058 8 1.200 1.211 1.200 forró 13
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények, folyt. A forrócsatorna számítások eredményei, nincs limitsértés, de van forráskrízis az1.-3. esetekben, konzervatív DNBR limit=1.33: Csatorna sorszám Min. hőfluxus DNBR kritikus arány Max. átlagolt [J/gUO 2 ] radiálisan entalpia Max. fűtőelemhőmérséklet [ o C] Max. burkolathőmérséklet [ o C] 1 1.24 242.0 992.0 679.6 2 1.29 239.2 981.6 673.5 3 1.14 227.8 937.3 650.3 4 2.09 154.5 729.3 353 5 4.18 133.2 611.3 351 Tervezési üzemzavarok (PA) esetben korlátozott számú fűtőelemben a forráskrízis előfordulása megengedett, másrészt nem túl hosszú idejű DNB (forráskrízis) nem feltétlenül vezet fűtőelem sérüléshez. Az, hogy fellép-e egyáltalán fűtőelem sérülés, a továbbiakban elvégzett üzemzavari fűtőelem viselkedési számítási eredmények alapján lehet eldönteni 14
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények, folyt. 5.0 4.5 4.0 3.5 DNBR_min [-] 3.0 2.5 2.0 DNBR minimuma az 1. forrócsatornában 1.5 1.0 0.5 0.0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Idő [s] 15
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények, folyt. 1100.0 1000.0 Középponti és max. fűtőelem hőmérséklet [ o C] 900.0 800.0 Középponti fűtőelem hőmérséklet az 1. forrócsatornában 700.0 Max. fűtőelem hőmérséklet az 1. forrócsatornában 600.0 500.0 400.0 300.0 200.0 100.0 0.0 0.00E+00 5.00E-01 1.00E+00 1.50E+00 2.00E+00 2.50E+00 3.00E+00 3.50E+00 Idő [s] 16
A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények, folyt. 800.0 700.0 Max. burkolat hőmérséklet [ o C] 600.0 Max. burkolat hőmérséklet az 1. forrócsatornában 500.0 400.0 300.0 200.0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Idő [s] 17
Cladding Hoop Strain A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények, FRAPTRAN, folyt. Cladding Hoop Strain vver.stripf 5.00E-03 4.50E-03 4.00E-03 3.50E-03 3.00E-03 2.50E-03 2.00E-03 1.50E-03 1.00E-03 5.00E-04 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A burkolat kerületi megnyúlása az idő függvényében 0.00E+00 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Time (sec) 18
Thermal Radial Gap (mm ) A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények, FRAPTRAN, folyt. Thermal Radial Gap (mm ) vver.stripf 4.50E-02 4.00E-02 3.50E-02 3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A pasztilla és a burkolat közti rés változása az idő függvényében 0.00E+00 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Time (sec) 19
Rad Ave Fuel Enthalpy 298.15K Ref (J/kg ) A forrócsatorna metodika demonstrációja egy rúdkilökődéses tranziensre, forrócsatorna szintű eredmények, FRAPTRAN, folyt. Rad Ave Fuel Enthalpy 298.15K Ref (J/kg ) vver.stripf 3.00E+05 2.50E+05 1 2.00E+05 2 3 4 5 1.50E+05 6 1.00E+05 5.00E+04 0.00E+00 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Time (sec) 7 8 9 10 11 Az üzemanyagpálca radiálisan átlagolt entalpiája az idő függvényében 20
A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter meghatározására KARATE-1200-zal számolt teljesítmény-eloszlások vizsgálata A teljesítmény-eloszlások torzítása (nyújtása) abból a célból, hogy különböző kazettán belüli teljesítmény-eloszlásokat tudjunk vizsgálni Azonos nyomásesés feltételezése üzemzavari esetekben Kazettán belüli keveredési folyamatok figyelembevétele A tendenciák a fontosak A maximális pálcateljesítményt vizsgáljuk, kezdetben normálüzemben korlátozzuk, kérdés, hogy mi van üzemzavari esetben Részletes COBRA számítások: 1.5-szeres és 1.2-szeres teljesítményszorzó a normálüzemhez képest 21
A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter meghatározására, folyt. A műszerezési cső mellett lévő maximum a teljesítményeloszlásban, Kk = pálcánkénti teljesítményeloszlás 22
A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter meghatározására, folyt. A kazetta belsejében lévő maximum a teljesítményeloszlásban, Kk = pálcánkénti teljesítményeloszlás 23
A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter meghatározására, folyt. A kazetta szélén lévő maximum a teljesítményeloszlásban, Kk = pálcánkénti teljesítményeloszlás 24
1.400 1.300 1.200 1.100 A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter meghatározására, folyt. Műszerezési csőnél Belső Oldal élen DNBR min 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 K k 1.5-szeres teljesítményszorzó ( ATWS ), a kezdeti állapotban a pálcateljesítmény szerinti korlátozás 25
A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter meghatározására, folyt. 1.300 1.250 1.200 DNBR min 1.150 1.100 Műszerezési csőnél 1.050 1.000 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 K k 1.2-szeres teljesítményszorzó ( Rúdhúzás ), a kezdeti állapotban a pálcateljesítmény szerinti korlátozás 26
Konklúziók Bemutattuk az új blokkok geometriájára, jellemzőire kifejlesztett új KIKO3D- COBRA-TRABCO-FRAPTRAN számítási rendszert, annak céljából, hogy a forrócsatorna és fűtőelemviselkedési számításokat szubcsatorna szinten is el lehessen végezni. Konzervatív forrócsatorna metodikát dolgoztunk ki A kidolgozott metodikát egy rúdkilökődéses tranziensen keresztül demonstráltuk és megállapítottuk, hogy a KIKO3D-COBRA-TRABCO- FRAPTRAN számítási rendszer alkalmas az új blokkokra vonatkozóan a tekintett gyors tranziensek (pl. rúdkilökődés) és RIA események forrócsatorna szintű mennyiségeinek konzervatív számítására A hűtőközeg felmelegedését limitáló normálüzemi keretparaméter tekintetében - a KARATE-1200 kóddal számolt, többfajta kazettán belüli teljesítményeloszlást felhasználva részletes COBRA sokcsatorna számítások eredményei alapján azt találtuk, hogy a pálcateljesítmény normálüzemi korlátozása megfelelő keretparaméter az üzemzavari elemzésekhez, és ilyenkor a kötegen belüli egyenletes pálcánkénti teljesítmény-eloszlás feltételezése konzervatív eredményhez vezet. 27
Köszönöm a figyelmet!