1. i 2. Domaa zadaa iz predmeta: Nuklearna sigurnost

Student: Mario incek

1 Seminarski zadatak 7: Proraun SLB akcidenta za NEK ciklus 23 na punoj snazi

Na raspolaganju vam je program RELAP5 mod3.3 i ulazne datoteke za proraun stacionarnog stanja i generiki input za tranzijent. Va je zadatak proraunati ponaanje primarnog kruga i jezgre za dvostruki lom parovoda parogeneratora 1 na lokaciji izmeu izlaza iz parogeneratora i izolacijskog ventila parovoda (MSIV). Vrijeme trajanja prorauna je 300 s nakon otvaranja loma. Koristiti opcije za start sigurnosnih sustava kako su sadrane u ulaznoj datoteci. Elektrana je prije akcidenta na punoj snazi (HFP), na kraju ciklusa jezgre (EOC). Prikazati grafiki, kao minimum, promjene nuklearne snage, protoka, tlaka, temperature hladioca i temperature goriva u jezgri, te uvjete na mjestu loma, ukupnu masu izgubljenog fluida, tlak i nivo vode u oba parogeneratora.

Sigurnost nuklearnih postrojenja, FER 2009/2010

2 Rjeenje:Dvostruki lom parovoda na sekundarnoj strani parogeneratora 1 simulirat e se na ventilu 458 koji se moe iskoristiti odmah za zatvaranje protoka kroz tu granu i usmjeravanje protoka kroz druga 2 ventila: 992 i 993. Ventili 992 i 993 spojeni su na volumen 991, koji predstavlja volumen kontejnmenta u koji e ii para iz parovoda.

U rtrip_eol.i , tj. ulazna datoteka u kojoj se nalaze promjene s obzirom na steady-state stanje, promjene su sljedee: 1. U liniji 103 stavi se broj 25926 koji predstavlja kraj steady-state stanja, odnosno govori programu od kojeg trenutka nastavlja proraun s gore navedenim promjenama (broj se nalazi u out datoteci nastaloj pokretanjem steady-state stanja) 2. Za trip ventila 992 i 993 postavi se isti trip koji e u istom trenutku otvoriti i jedan i drugi ventil, u mojem sluaju to je trip 500. Ventili 992 i 993 su inicijalno zatvoreni u 1000.-toj sekundi, pa ih na poetku treba ukljuiti, tj. otvoriti. Definiranje ventila u ulaznoj datoteci:

9920000 break1 valve * change cv942 when break volume origin changed 9920101 459010000 991000000 0.0 1. 1. 00100 9920201 1 0.0 0.0 0.0 9920300 trpvlv 9920301 500 *----------------------------------------------------------------------* used only for double ended break *----------------------------------------------------------------------9930000 break2 valve * change cv943 when break volume origin changed 9930101 457000000 991000000 0.0 1. 1. 00100 9930201 1 0.0 0.0 0.0 9930300 trpvlv 9930301 500

Ventili 992 i 993 spajaju se na mjesta 459010000, odnosno 457000000, dok im je drugo spojno mjesto volumen 911000000. 3. Ventili 992 i 993 se otvaraju odmah u 1000.-toj sekundi pozivom tripa 500, odnosno linijom koda: 20605000 time 0 gt null 4. Definira se novi logiki trip: 20618550 -500 and -500 n 0 1000. l * break openning

koji e se postaviti za ventil 458. Ventil 458 je inicijalno otvoren, odnosno djelovanjem tripa 1855 zatvorit e se jer e ventili 992 i 993 biti otvoreni tripom 500. Promjena koda za ventil 458 :*-------------------------------------------------------------------------* ventil na parovodu *---------------------------------------------------------------4580000 stml1slb valve 4580101 457010000 459000000 0.336 0.0 0.0 01000 4580201 1 0.0 541.8 0.0 4580300 trpvlv 4580301 1855 * always true - change for slb *-----------------------------------------------------------------------

Nakon ovih promjena pokrene se ponovno program Relap5 s ulaznom datotekom rtrip_eol.i koja e sadravati gorenavedene promjene, dok e restart datoteka biti ona koja se dobila nakon steady-state stanja na koju e program nastaviti proraun. Poslije zavretka programa mogu se oitati rezultati iz nove, promijenjene restart datoteke i prikazati grafiki. Dobiveni rezulatati prikazani su u nastavku.

3 Rezultati :snaga jezgre2000 1800 1600 1400901 (MW)

cntrlvar

901 A1

1200 1000 R 5PLOT FER v2.3 13:43:53, 15/04/2010

c trlva n r

800 600 400 200 0 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300

Kad se dogodi kvar, reaktor se zaustavi pod djelovanjem sigurnosnih sustava (SCRAM) i prema tome, njegova snaga pone padati sa 2000 MW i stabilizira se na nekoj snazi ispod 100 MW koja predstavlja snagu ostatne topline. Definicija postavki tripova za SCRAM:* reactor trip setpoints 20604010 cntrlvar 009 lt null 0 12.994e+6 l * lo-1 prz pressure 20604020 p 069010000 gt null 0 16.511e+6 l * hi-1 prz pressure 20604030 cntrlvar 004 gt null 0 92.0 l * hi-1 prz level 20604040 cntrlvar 043 lt null 0 13.0 l * lo-2 sg1 level (nizak nivo vode u parogeneratoru1) 20604050 cntrlvar 053 lt null 0 13.0 l * lo-2 sg2 level (nizak nivo vode u parogeneratoru2) 20604060 cntrlvar 073 lt null 0 5.71 l * lo cl1 flow ! 90% of min cl flow 20604070 cntrlvar 074 lt null 0 5.71 l * lo cl2 flow ! after 200 sec of steady state *----------- otdt, opdt 20604080 cntrlvar 677 lt cntrlvar 672 0.0 l * otdt loop1 20604090 cntrlvar 684 lt cntrlvar 680 0.0 l * otdt loop2 20604100 cntrlvar 691 lt cntrlvar 672 0.0 l * opdt loop1 20604110 cntrlvar 698 lt cntrlvar 680 0.0 l * opdt loop2

Aktivirali su se uto obojeni tripovi i to u vremenima : Broj tripa Vrijeme aktivacije (s) opis 1610 1000.068 SCRAM signal 1613 1000.068 Reaktor trip 401 1003.132 niski tlak u tlaniku 404 1059.107 nizak nivo vode u parogeneratoru1 405 1014.079 nizak nivo vode u parogeneratoru2 406 1062.467 nizak protok primarne vode kroz hladnu granu1 407 1062.503 nizak protok primarne vode kroz hladnu granu2

protok kroz jezgru10000 9000 8000 7000111010000 (kg e ) /s c

protok kroz jezgru

6000 5000 R 5PLOT FER v2.3 21:03:39, 04/06/2010 4000 3000 2000 1000 0 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300

Definicija tripova za ECCS sustav koji ine visokotlane pumpe CVCS-a, srednjetlane pumpe SI i niskotlane pumpe RHR sustava:20605670 20605680 20605560 20605570 20605580 20605590 20605600 time time time time time time time 0 0 0 0 0 0 0 gt gt gt gt gt gt gt timeof timeof timeof timeof timeof timeof timeof 1633 1633 1633 1633 1633 1633 1633 0. l * open si 1 cl line 0. l * open si 2 cl line 5. l * hpis 1 pump running (! si sequence+5 sec for pu 5. l * hpis 2 pump running (! si sequence+5 sec for pu 10. l * lpis 1 pump running (! si sequence+5 sec for pu 10. l * lpis 2 pump running (! si sequence+5 sec for pu 0.0 l * rpv injection enabled (cycle 15 modification)

Broj tripa 556 557 558 559 560 567 568 563 564

m wj flo

Vrijeme aktivacije(s) 1005.064 1005.064 1010.068 1010.068 1000.068 1000.068 1000.068 1061.255 1061.255

opis pokrenuta 1. visokotlana pumpa ECCS-a pokrenuta 2. visokotlana pumpa ECCS-a pokrenuta 1. niskotlana pumpa ECCS-a pokrenuta 2. niskotlana pumpa ECCS-a otvoren ventil 740 za punjenje RPV downcornera otvoren ventil 718 za dodavanje vode u hladnu granu 1 otvoren ventil 818 za dodavanje vode u hladnu granu 2 Trip pumpe RCP1 Trip pumpe RCP2

Protok primarnog hladioca kroz jezgru se u poetku pojave loma parovoda povea jer se na temelju reaktor tripa aktivira ECCS sustav. Gorenavedenim tripovima aktiviraju se tripovi visokotlanih pumpi CVCS-a(sustav koji dodaje boriranu vodu), a u 1010. sekundi aktivira se niskotlani RHR sustav koji kasnije radi sve do kad se raktor dovoljno ne ohladi.

U 1061. sekundi se gase primarne pumpe, pa se protok kroz jezgru naglo smanjuje sve do vrijednosti od oko 500 kg/s na kojoj radi RHRS.maseni protoci kroz hladne grane5500 5000 4500 4000279010000 (kg e ) /s c

protok kroz hladnu granu 1 protok kroz hladnu granu 2

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300

R 5PLOT FER v2.3 00:29:05, 05/06/2010

Protoci primarnih strana smanjuju se sukladno smanjenju snage reaktora i gaenja RCP pumpi, no postoje razlike. Protok u hladnoj grani 1 poraste vie nego li u hladnoj grani 2 zbog toga to je na strani 1 poveano odvoenje topline, manji je tlak i vie vode dolazi na na tu stranu.

m wj flo

maseni protoci kroz M SI V1500

1000

500498000000 (kg e ) /s c

maseni protok kroz MSIV1 maseni protok kroz MSIV2

0

-500 R 5PL OT FER v2.3 00:51:40, 05/06/2010

m wj flo

-1000

-1500

-2000

950

1 000

1050

1100 tim e (sec)

1150

1200

1250

1300

MSIV-main steam isolation valve jest ventil na parovodu koji slui za izolaciju parovoda u sluaju puknua cijevi. U naem sluaju postoje 2 ventila na svakom parovodu jer postoje 2 parogeneratora. Budui da se lom parovoda dogodio na ventilu 458 koji je ispred MSIV1 ventila, dogaa se reverziranje protoka kroz MSIV1, a na MSIV2 protok trenutno poraste budui da se ventili nisu jo zatvorili i tako para iz parovoda2 naglo odlazi na podruje nieg tlaka, tj. na stranu parovoda1. Izolacija parovoda, odnosno zatvaranje ventila dogaa se u trenutku 1000.072 s. Broj tripa 565 566 1619 Vrijeme aktivacije(s) 1000.072 1000.072 1000.068 opis Zatvaranje MSIV1 Zatvaranje MSIV2 Zaustavljanje turbine

Na reaktor trip signal dogodio se i trip turbine.Turbine trip logic20616150 20616160 20616170 20616180 20616190 553 or 513 l 514 or 515 l 1633 or 1613 1616 or 1615 1617 or 1618 * * l l l AMSAC or manual hi-1 sg1 level + hi-1 sg2 level * si signal + reactor trip * hi-1 sgs level + manual + AMSAC * turbine trip signal

A FW (sustav pomocne pojne vode PG )55 50 45 40435010000 (kg e ) /s c

protok AFW za PG1 protok AFW za PG2

35 30 25 20 15 10 5 0 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300

R 5PLOT FER v2.3 01:05:17, 05/06/2010

TRIP 1633 je vaan SI signal. Parameteri na koje utjee ovaj signal su: TRIPS 556, 557, 558, 559, 560 (HPIS & LPIS pumps actuation trips) TRIPS 567, 568 (open SI 1 and SI2 cold leg injection lines) TRIP 593 (automatic isolation after t-signal) TRIP 597 (containment isolation signal) TRIP 1610 (scram signal) TRIP 1617 (turbine trip signal) TRIP 1623 (FW isolation signal) TRIP 1642 (AFW start signal) TRIP 1669, 1670 (SLs isolaition) TRIP 1744 (RCP subcooling trip) GENERAL TABLE 703 (card no. 20270300 - HPIS injection curve enabled) GENERAL TABLE 750 (card no. 20275000 - LPIS injection curve enabled) VALVE 722 (open HPIS line to BIT) Definiranje AFW signalne logike:* afw signal logic20616390 20616400 20616410 20616420 20616430 20616440 529 or 530 n * lo-2 sg level 1639 or 553 l * lo-2 sg level + AMSAC 1625 or 1626 l * fw isolation 526 or 1633 l * manual + si 1640 or 1641 l * lo-2 sg level + AMSAC+ fw isolation * start afw motor driven pumps 1643 xor 1642 n * reset afw signal on blackout or si sequence

m wj flo

Broj tripa Vrijeme aktivacije(s) opis 485 1025.071 start motorom pokretane AFW1 pumpe 486 1025.071 start motorom pokretane AFW2 pumpe 540 1019.079 start turbinom pokretane AFW pumpe 554 1000.072 Zatvaranje izolacijskog ventila 1 pojne vode 555 1000.072 Zatvaranje izolacijskog ventila 2 pojne vode Na signal zatvaranja izolacijskih ventila pojne vode pokrenule su se pumpe za dodavanje pomone pojne vode oko 1020.-te sekunde, a protok pomone pojne vode prikazan je na grafu iznad.protok pojne vode550 500 450 400 350(kg e ) /s c

mflowj mflowj

kroz sg1 kroz sg2

300 250 200 150 100 50 0 900 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300 R 5PLOT FER v2.3 23:24:38, 14/04/2010

Protok pojne vode kroz parogeneratore se smanji zatvaranjem izolacijskih ventila pojne vode. U poetku je prisutno malo povienje protoka pojne vode jer je puknuem parovoda povueno dosta pare s kapljicama vode( zato se mora izolirati i turbina da se ne oteti kapljicama) to je povealo protok pojne vode.

nivo vode u parogeneratorima80

70

sg1 sg2

60

50()

40 R 5PLOT FER v2.3 23:27:10, 14/04/2010

30

20

10

900

950

1000

1050

1100 tim e (sec)

1150

1200

1250

1300

Nivo vode u parogeneratoru2 rezultat je goreopisanih djelovanja sustava AFW i izolacijom parogenaratora2. Parogenerator1 gubi inventar vode jer se ne moe izolirati.temperature u hladnim granama560 550 540 530 520(k)

cold leg 1 cold leg 2

510 R 5PLOT FER v2.3 23:05:13, 14/04/2010 500 490 480 470

900

950

1000

1050

1100 tim e (sec)

1150

1200

1250

1300

Temperatura vode na primarnoj strani u hladnoj grani na strani generatora pare 1 poinje naglo padati jer se na sekundaru bre odvodi toplina jer je nastao lom na parovodu1. Budui da se iz prijanjeg grafa moglo vidjeti kako je neposredno prije izolacije parovoda MSIV ventilima pad tlaka na parovodu1 naglo povukao i dio pare iz neoteenog parovoda2, temperatura vode u hladnoj grani 2 takoer se naglo smanji u prvom trenutku. Meutim, kako se zatvorio MSIV2 tako je odvoenje topline na PG2 bilo smanjeno i temperatura primarne vode hladne grane2 postajala je sve vea sve dok nisu proradili sustavi pomone pojne vode koji uspijevaju kasnije odvesti vie topline i smanjiti temperaturu u hladnoj grani 2. No, temperatura hladioca u hladnoj grani1 je ipak puno manja od temperature hladioca u hladnoj grani2 iako se zatvorio MSIV1. Naime, lom parovoda dogodio se prije MSIV1 ventila, te njegovo zatvaranja nema nikakav utjecaj na spreavanje izlaska pare, a time i na odvoenje topline iz PG1 u kontejnment. Na taj nain se vie smanji temperatura vode u hladnoj grani1.temperature u toplim granama

590

hot leg 1 hot leg 2

580

570

560(k)

550 R 5PLOT FER v2.3 23:07:47, 14/04/2010

540

530

520

510 900 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300

Temperature u toplim granama poinju padati jer se zaustavio reaktor i snaga mu pada, pa ima sve manje i manje topline za odvesti. Meu njima nema nikakve razlike jer je reaktorska jezgra mjerodavna za zagrijavanje na odreenu temperaturu. Meutim, to znai sljedee: kako vidimo da su temperature toplih grana jednake, a temperature hladnih grana su bile razliite (temperatura hladioca u hladnoj grani1 bila je manja od temperature hladioca u hladnoj grani2) to znai da je na strani grane1 pojaano odvoenje topline. Pojaanim odvoenjem topline u uvjetima negativnog moderatorskog temperaturnog koeficijenta reaktivnosti, podhlaenje za primarni krug znai unoenje pozitivne reaktivnosti. No, zbog toga to je podhlaenje vee na strani 1, to znai da su uvjeti temperature hladioca u primarnim petljama izrazito nesimetrini. Nesimetrija se prenosi i u jezgru i izaziva asimetrinu raspodjelu reaktivnosti i snage reaktora.

tlak u tlacniku

1.5E + 07

tlak u tlacniku

1.4E + 07

1.3E + 07tla u tla n k c iku (p ) a

1.2E + 07

R 5PLOT FER v2.3 22:50:45, 14/04/2010

1.1E + 07

1.0E + 07

9.0E + 06

8.0E + 06 900 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300

Tlak u tlaniku poinje se smanjivati proporcionalno smanjenju temperature vode u toplim granama primara. Smanjenjem temperature, povea se gustoa vode, odnosno smanji volumen i tlak. Da ne bi poela kljuati voda pretjeranim smanjenjem tlaka aktiviraju se grijai u tlaniku koji poinju grijati vodu i na taj nain joj opet poveavaju volumen, odnosno tlak. Djelovanjem ECCS sustava, ukljuenjem grijaa tlanika i izolacijom parovoda MSIV ventilima tlak se stabilizirao na odreenoj vrijednosti, a nakon toga i malo porastao. Postavke tripova za ukljuenje grijaa u tlaniku:* 20604480 20604490 20617130 20617140 20617150 prz backup heaters setpoints cntrlvar 323 lt null 0 -0.1723675e6 n * prz backup h.set p.(25 psig) cntrlvar 323 lt null 0 -0.1172099e6 n * prz backup h.reset p. (17 psig) -1715 and 448 n * prz backup heaters set (lo-press) 1715 and 449 n * prz backup heaters reset (lo-press) 1713 or 1714 n * on/off backup heaters (press signal)

Poremeaj u tlaku koji ih ukljuuje jest pad tlaka od -0.1723675 Mpa. Broj tripa Vrijeme aktivacije(s) opis 448 1000.708 Signal pada tlaka u primarnom krugu za postavke grijaa 449 1000.616 Signal pada tlaka u primarnom krugu za resetiranje grijaa 1715 1000.708 Ukljuenje grijaa na primljene signale

snaga grijaca tlacnika1.1

snaga grijaca1 .9 .8 .7 .6 .5 .4 .3 .2 .1 0 900 950 1 000 105 0 1 100 tim e (sec) 1 150 1200 1 250 1 300

c trlva n r

908 ()

Zbog pada tlaka u primarnom krugu ukljuuju se grijai vode tlanika u 1000.708 oj sekundi kako bi kompenzirali pad tlaka.

R5PLOT FER v2.3 14:20:21, 15/04/2010

tlak u sg7.0E + 06

sg1 sg2

6.0E + 06

5.0E + 06

(p ) a

4.0E + 06 R 5PLOT FER v2.3 23:20:19, 14/04/2010

3.0E + 06

2.0E + 06

1.0E + 06

900

950

1000

1050

1100 tim e (sec)

1150

1200

1250

1300

U parogeneratoru 1, gdje je nastao lom parovoda, para se gubi naglo i sukladno tome tlak naglo pada. U parogeneratoru 2 tlak u poetku malo padne jer se jo nisu zatvorili MSIV ventili i para iz podruja veeg tlaka(parovod 2) odlazi na mjesto puknua (mjesto manjeg tlaka). Meutim, kako se zatvorio MSIV2 tako se dogodio i porast tlaka u parogeneratoru 2. Proradom sustava pomone pojne vode uspijeva se odvesti vie topline. Time se smanjuje temperatura, a s njome i tlak u parogeneratoru2. No, tlak u parogeneratoru1 je ipak puno manji od tlaka u parogeneratoru2 iako se zatvorio i MSIV1. Naime, lom parovoda dogodio se prije MSIV1 ventila, te njegovo zatvaranja nema nikakav utjecaj na spreavanja izlaska pare, a time i se i znaajnije smanjuje tlak u parogeneratoru1.

prosjecne temperature sekundara

575

sg1 sg2

570

(K)

565 R 5PLOT FER v2.3 23:28:45, 14/04/2010

560

555

900

950

1000

1050

1100 tim e (sec)

1150

1200

1250

1300

Temperatura na sekundaru parogeneratora 1 padne prije nego temperatura na parogeneratoru 2 zbog toga to je vei protok pare zbog loma parovoda na parogeneratoru1, a time i bre odvoenje topline.

snage parogeneratora1200

sg1 sg21000

800

s a a (kW) ng

600

R 5PLOT FER v2.3 23:12:03, 14/04/2010

400

200

0

900

950

1000

1050

1100 tim e (sec)

1150

1200

1250

1300

Snage u parogeneratorima padaju. U poetku one porastu zbog veeg protoka pare i breg odvoenja topline, dok kasnije snaga parogeneratora 1 postaje manja kako se smanjuje inventar pare, a parogenerator 2 ulazi u podruje negativne snage to znai da se primarna voda grije od sekundarne vode. Do toga je dolo jer je parogenerator1 uspio ohladiti na brzinu vodu primara koja je sada manje temperature nego voda sekundara parogeneratora 2. Hlaenjem sekundara pomou AFW sustava, negativna snaga parogeneratora2 sve je manja. Snaga parogeneratora1 ne smanji se na nulu to znai da progenerator1 odvodi toplinu jer se ne moe izolirati izlaz pare iz njega.

masa izgubljenog fluida600 000 550 000 500 000 450 000 400 000 350 000m s (kg aa )

izgubljeni fluid

300 000 R5PL O T FER v2.3 15:10:36, 15/04/2010 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0 1000 1050 1100 1150 tim e (sec) 1200 1 250 1300

Masa izgubljene pare u 1300. oj sekundi iznosi 600.000,00 kg. Ta para koja je izala u kontejnment, povisila je tlak u kontejnmentu, to se vidi na sljedeoj slici.tlak u kontejnm entu300000

p280000

260000

240000

220000p (p ) a

200000 R5PL OT FER v2.3 23:31:09, 14/04/2010

180000

160000

140000

120000 900 950 1000 1050 1100 tim e (sec) 1150 1200 1250 1300

tem peratura sipkihttemp httemp httemp httemp httemp httemp httemp httemp httemp 111900416 111900516 111900616 111900716 111900816 111900916 111901016 111901116 111901216 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1

600 590 580 570 560(k)

550 R 5PL OT FER v2.3 23:32:22, 14/04/2010 540 530 520 510 500

900

950

1000

1050

1 100 tim e (sec)

1150

1200

1 250

1300

Temperatura ipki pada sa smanjenjem toplinske snage reaktora.