A structural integrity evaluation program (STEP) was developed for the high temperature reactor design evaluation according to the ASME Boiler and Pressure Vessel Code (ASME B&PV), Section III, Rules for Construction of Nuclear Facility Components, Division 5, High Temperature Reactors, Subsection HB. The program computerized HBB-3200 (the design by analysis procedures for primary stress intensities in high temperature services) and Appendix T (HBB-T) (the evaluation procedures for strain, creep and fatigue in high temperature services). For evaluation, the material properties and isochronous curves presented in Section II, Part D and HBB-T were computerized for the candidate materials for high temperature reactors. The program computerized the evaluation procedures and the constants for the weldment. The program can generate stress/temperature time histories of various loads and superimpose them for creep damage evaluation. The program increases the efficiency of high temperature reactor design and eliminates human errors due to hand calculations. Comparisons that verified the evaluation results that used the STEP and the direct calculations that used the Excel confirmed that the STEP can perform complex evaluations in an efficient and reliable way. In particular, fatigue and creep damage assessment results are provided to validate the operating conditions with multiple types of cycles.
We evaluated the optimal conditions for fluidization of nickel oxide (NiO) and its reduction into high-purity Ni during hydrogen reduction in a laboratory-scale fluidized bed reactor. A comparative study was performed through structural shape analysis using scanning electron microscopy (SEM); variance in pressure drop, minimum fluidization velocity, terminal velocity, reduction rate, and mass loss were assessed at temperatures ranging from 400 to $600^{\circ}C$ and at 20, 40, and 60 min in reaction time. We estimated the sample weight with most active fluidization to be 200 g based on the bed diameter of the fluidized bed reactor and height of the stocked material. The optimal conditions for NiO hydrogen reduction were found to be height of sample H to the internal fluidized bed reactor diameter D was H/D=1, reaction temperature of $550^{\circ}C$, reaction time of 60 min, superficial gas velocity of 0.011 m/s, and pressure drop of 77 Pa during fluidization. We determined the best operating conditions for the NiO hydrogen reduction process based on these findings.
Nuclear power plants have logical loop structures in their system configuration. This paper explains the method to solve a loop structure in reliability analysis. As examples of loop structured systems, the reactor core isolation cooling system and high-pressure core injection system of a boiling water reactor are considered and analyzed under a station blackout accident condition. The analysis results show the important role of loop structures under severe accidents. For the evaluation of the safety of nuclear power plants, it is necessary to accurately evaluate a loop structure's reliability.
Eui-Kyun Park;Jun-Won Park;Yun-Jae Kim;Kukhee Lim;Eung-Soo Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2859-2874
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2024
This paper presents the finite element deformation and failure simulation of a typical Korean high-power reactor vessel under a severe accident characterized by large break loss of coolant (LBLOCA) with in-vessel retention of molten corium through external reactor vessel cooling (IVR-ERVC) conditions. Temperature distributions calculated using Modular Accident Analysis Program Version 5 (MAAP5) as thermal boundary conditions were used, and ABAQUS thermal and structural analyses were performed. After full ablation, the temperature of the inner surface in the thinnest section remained high (920 ℃), but the stress remained relatively low (less than 6 MPa). At the outer surface, the stress was as high as 250 MPa; however, the resulting plastic strain was small owing to the low temperature of 200 ℃. Variations in stress, inelastic strain, and temperature with time in the thinnest section suggest that the plastic and creep strains are saturated owing to stress relaxation, resulting in low cumulative damage. Thus, the lower head of the vessel can maintain its structural integrity under LBLOCA with IVR-ERVC conditions. The sensitivity analysis of internal pressure indicates the occurrence of failure in the thinnest section at an internal pressure >9.6 MPa via local necking followed by failure due to high stresses.
Kim, Ki-Tae;Lee, Tae-Gu;Moon, Seung-Jae;Lee, Jae-Heon
Plant Journal
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v.4
no.2
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pp.60-65
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2008
As the operating conditions in a supercritical oxidation reactor are set in high temperature with high pressure causing a reactor suffering from the harsh circumstances. It means the reactor adopts itself with Fe-Cr alloy in acidic atmosphere with low pH value and Ni alloy in basic atmosphere with high pH value due to its superior corrosion resistance. The study, whose target waster water is pertinent to the latter part, has selected Ni alloy such as ostenite type stainless steel 304 and 316, superstainless steel AL6XN, Inconel 625, MAT 21, and titanium Gr. 5 in order to measure corrosion resistance against those samples under the same conditions of temperature and pressure applied for a supercritical oxidation reactor. The result shows the identifiable difference in corrosion resistance by observing the surface states through a scanning probe microscope as well as measuring the weight loss through making the samples above deposited in wastewater for two-week and four-week stay. The purpose of this corrosion experiment is to identify the most corrosion-resistant material among sample species pre-selected according to pH concentration of wastewater in pursue of applying for a reactor exposed to the extreme corrosion environment. It is because such a reactor made of a verified material enables to safeguard a stable operation under the supercritical wastewater processing facility.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.6
no.1
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pp.57-64
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2010
PHE(Process Heat Exchanger) is a key component required to transfer heat energy of $950^{\circ}C$ generated in a VHTR(Very High Temperature Reactor) to the chemical reaction that yields a large quantity of hydrogen. Korea Atomic Energy Research Institute established the gas loop for the performance test of components, which are used in the VHTR, and they manufactured a PHE prototype to be tested in the loop. In this study, as part of the high-temperature structural-integrity evaluation of the PHE prototype, which is scheduled to be tested in the gas loop, we carried out high-temperature structural-analysis modeling, thermal analysis, and thermal expansion analysis of the PHE prototype. The results obtained in this study will be used to design the performance test setup for the PHE prototype.
In nuclear power plant, the reactor cooling system has maintained high-Reynolds-number flow above 1E+07 to cool a heat generated by the reactor. To minimize uncertainty for flow calibration, it is necessary to simulate the high Reynolds' number flow. Y-connection is selected to connect four (4) parallel high flow circulation pumps for maintaining the high flow rate. This paper describes the characteristics for Y-connection by computer flow simulation. It was confirmed through the results that the pressure loss of the Y-connection was lower than that of T-connection. Also as the connection angle of Y-connection was small, as the pressure loss was low.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.7
no.3
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pp.48-53
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2011
A PHE (Process Heat Exchanger) is a key component required to transfer heat energy of $950^{\circ}C$ generated in a VHTR (Very High Temperature Reactor) to the chemical reaction that yields a large quantity of hydrogen. A small-scale PHE prototype made of Hastelloy-X is being tested in a small-scale gas loop at Korea Atomic Energy Research Institute. In this study, as a part of the evaluation on the high-temperature structural integrity of the small-scale PHE prototype, we carried out macroscopic high-temperature structural analysis of the small-scale PHE prototype under the gas loop test conditions considering the pipeline stiffness.
Granular sludge formation and it's activity change are the most important factors in achieving successful start-up and operation of UASB reactor. Nevertheless, the detailed mechanism is still unknown. On the basic of the experiments in laboratory-scale UASB reactor, the effect of hydrogen partial pressure on sludge granulation was evaluated. Size distribution method and specific metabolic activity of the sludge with the operation time were used as a means for estimating the degree of the sludge granulation. At the constant hydrogen loading, the granulation increased as starvation periods in hydrogen supply increased, resulting in high organic removal efficiency. It was evidient that hydrogen play very important role in granulation and sludge granulation was achieved through mutual symbiosis between hydrogen utilizing bacteria and hydrogen producing bacteria under the hydrogen dificient conditions. Key words : granular sludge, UASB reactor, hydrogen partial pressure.
The thermalhydraulic performance of a CANDU-6 reactor loaded with various CANFLEX fuel bundles is evaluated by the NUCIRC code, which is incorporated with recent models of pressure drop and critical heat flux (CHF) predictions based on high-pressure steam-water tests for the CANFLEX bundle as well as a 37-element bundle. The distributions of channel flow rate, channel exit quality, critical channel power (CCP), and critical power ratio (CPR) for the CANFLEX bundles (with natural or recycled uranium fuel) in the CANDU-6 reactor fuel channel are calculated by the code. The effects of axial and radial heat flux on CCP are evaluated by assuming that the recycled uranium fuel (CANFLEX-RU) has the same geometric data as the natural uranium fuel bundle (CANFLEX-NU), but a different power distribution due to different fuel composition and refueling scheme. In addition, the effects of pressure tube creep and bearing-pad height are examined by comparing various results of uncrept, and $3.3\%\;and\;5.1\%$ crept channels loaded with CANFLEX bundles with 1.4 mm or 1.7 mm high bearing-pads with those of the 37-element bundle. The distributions of the channel flow rate and CCP for the CANFLEX-NU or -RU bundle show a typical trend for a CANDU-6 reactor channel, and the CPRs are maintained above at least 1.444 (NU) or 1.455 (RU) in the uncrept channel. The enhanced CHF of the CANFLEX bundle (particularly with 1.7mm height bearing-pads) produces a higher thermal margin and considerably less sensitivity to CCP reduction due to the pressure tube creep than the 37-element bundle. The CCP enhancement due to the raised bearing-pads is estimated to be about $3\%\~5\%$ for the CANFLEX-NU and $2\%\~6\%$ for the CANFLEX-RU bundle, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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