Hydrogen mitigation using Passive Autocatalytic Recombiners (PARs) has been widely accepted methodology inside reactor containment of accident struck Nuclear Power Plants. They reduce hydrogen concentration inside reactor containment by recombining it with oxygen from containment air on catalyst surfaces at ambient temperatures. Exothermic heat of reaction drives the product steam upwards, establishing natural convection around PAR, thus invoking homogenisation inside containment. CFD models resolving individual catalyst plate channels of PAR provide good insight about temperature and hydrogen recombination. But very thin catalyst plates compared to large dimensions of the enclosures involved result in intensive calculations. Hence, empirical correlations specific to PARs being modelled are often used in integral containment studies. In this work, an experimentally validated CFD model of PAR has been employed for developing an empirical correlation for Indian PAR. For this purpose, detailed parametric study involving different gas mixture variables at PAR inlet has been performed. For each case, respective values of gas mixture variables at recombiner outlet have been tabulated. The obtained data matrix has then been processed using regression analysis to obtain a set of correlations between inlet and outlet variables. The empirical correlation thus developed, can be easily plugged into commercially available CFD software.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.2
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pp.112-119
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2016
Many studies have been conducted on the performance of a passive autocatalytic recombiner (PAR), but not many have focused on the locations where the PAR is installed. During a severe accident in a nuclear reactor containment, a large amount of hydrogen gas can be produced and released into the containment, leading to hydrogen deflagration or a detonation. A PAR is a hydrogen mitigation method that is widely implemented in current and advanced light water reactors. Therefore, for this study, a PAR was installed at different locations in order to investigate the difference in hydrogen reduction rate. The results indicate that the hydrogen reduction rate of a PAR is proportional to the distance between the hydrogen induction location and the bottom wall.
In water-cooled power reactor, hydrogen is generated in case of steam zirconium reaction during severe accident condition and later on in addition to hydrogen; CO is also generated during molten corium concrete interaction after reactor pressure vessel failure. Passive Autocatalytic Recombiners (PARs) are provided in the containment for hydrogen management. The performance of the PARs in presence of hydrogen and carbon monoxide along with air has been evaluated. Depending on the conditions, CO may either react with oxygen to form carbon dioxide (CO2) or act as catalyst poison, reducing the catalyst activity and hence the hydrogen conversion efficiency. CFD analysis has been carried out to determine the effect of CO on catalyst plate temperature for 2 & 4% v/v H2 and 1-4% v/v CO with air at the recombiner inlet for a reported experiment. The results of CFD simulations have been compared with the reported experimental data for the model validation. The reaction at the recombiner plate is modelled based on diffusion theory. The developed CFD model has been used to predict the maximum catalyst temperature and outlet species concentration for different inlet velocity and temperatures of the mixture gas. The obtained results were used to fit a correlation for obtaining removal rate of carbon monoxide inside PAR as a function of inlet velocity and concentrations.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.5
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pp.516-521
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2015
This study is about a hydrogen mitigation system in a containment building like an offshore or a nuclear plant. A hydrogen explosion is possibly happened after condensation of steam if hydrogen releases with steam in a containment buildings. Passive autocatalytic recombiner is the one of the measures, but the performance of this equipment is not sure because the distribution of hydrogen is very irregular and is not predicted correctly. This study proposes a new approach for improving the hydrogen removing performance with hydrogen-guiding property. The steam is simulated and analysed. The results show that the shallow air containment reduced over 55% of the released hydrogen and the deep air containment type reduces over 80% of released hydrogen.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.4
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pp.302-309
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2017
If a hydrogen explosion occurs in a containment building, its multiplex defense wall may be destroyed and a large amount of radioactive material may be released. The hydrogen occurred interacting with melting fuel rods must be effectively controlled and removed. however, the countermeasures for reducing explosion risk are difficult to carry out, due owing to the various variety of accident scenarios causes and the irregularity of hydrogen distribution and behavior. In this study, We examine the guide structures while considering the ambient flows, in order to improve the efficiency of PAR the widely used Passive Autocatalytic Recombiner(PAR). We simulate the fluid behavior and the hydrogen reduction rate were simulated when a guide is attached to the two-step catalyst PAR. For an upward flow, the consisting of a height of 150mm, a gap of 0mm, and a performs $60^{\circ}$ showed the best. In contrast, for a sideways flow, a consisting of the height of 150mm, a gap of 100mm, and a performs $60^{\circ}$ showed the best in the case of side ward flow. for a downward flow, a consisting of the height of 50mm and a directly attached guide produce the best in the case of down ward flow results.
During the past 10 years, the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has performed a study to control hydrogen gas in the containment of the nuclear power plants. Before the Fukushima accident, analytical activities for gas distribution analysis in experiments and plants were primarily conducted using a multidimensional code: the GASFLOW. After the Fukushima accident, the COM3D code, which can simulate a multidimensional hydrogen explosion, was introduced in 2013 to complete the multidimensional hydrogen analysis system. The code validation efforts of the multidimensional codes of the GASFLOW and the COM3D have continued to increase confidence in the use of codes using several international experimental data. The OpenFOAM has been preliminarily evaluated for APR1400 containment, based on experience from coded validation and the analysis of hydrogen distribution and explosion using the multidimensional codes, the GASFLOW and the COM3D. Hydrogen safety in nuclear power has become a much more important issue after the Fukushima event in which hydrogen explosions occurred. The KAERI is preparing a large-scale test that can be used to validate the performance of domestic passive autocatalytic recombiners (PARs) and can provide data for the validation of the severe accident code being developed in Korea.
Passive auto-catalytic recombiners (PARs) are widely used to mitigate a hydrogen hazard. The first step to evaluate the hydrogen safety by PARs is to obtain qualified test data of the PARs for validation of their analytical model. SPARC PAR tests SP8 and SP9 were conducted to evaluate the hydrogen recombination characteristics of a honeycomb-shaped catalyst PAR. To obtain the hydrogen recombination rate from the PAR test data, two methods, Method-1 and Method-2, introduced by the THAI project, were applied. Since a large gradient of hydrogen concentration developed during hydrogen injection can cause a large error in the hydrogen mass obtained by integrating the measured hydrogen concentrations, a gate was installed at the PAR inlet to homogenize hydrogen in the test vessel before the PAR operation in the tests. A computational fluid dynamics (CFD) code with a PAR model was also applied to evaluate the characteristics of the PAR recombination according to the PAR inlet conditions, and the results were compared with those from Method-1 and Method-2. It was confirmed that the recombination rates from Method-1 require a correction factor to be compatible with results from Method-2 and the CFD simulation in the case of the SPARC-PAR tests.
Dehjourian, Mehdi;Sayareh, Reza;Rahgoshay, Mohammad;Jahanfarnia, Gholamreza;Shirani, Amir Saied
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.5
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pp.1174-1183
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2016
Hydrogen release during severe accidents poses a serious threat to containment integrity. Mitigating procedures are necessary to prevent global or local explosions, especially in large steel shell containments. The management of hydrogen safety and prevention of over-pressurization could be implemented through a hydrogen reduction system and spray system. During the course of the hypothetical large break loss-of-coolant accident in a nuclear power plant, hydrogen is generated by a reaction between steam and the fuel-cladding inside the reactor pressure vessel and also core concrete interaction after ejection of melt into the cavity. The MELCOR 1.8.6 was used to assess core degradation and containment behavior during the large break loss-of-coolant accident without the actuation of the safety injection system except for accumulators in Beznau nuclear power plant. Also, hydrogen distribution in containment and performance of hydrogen reduction system were investigated.
Passive autocatalytic recombiner (PAR) is considered as an explosive gas control system in operating NPP plants. This work investigates and evaluates hydrogen recombination performance over manufactured $Pt/TiO_2$ catalysts. When the space velocity increases, the hydrogen conversion decreased, while hydrogen depletion rate (g/sec) increases highly in $35000{\sim}100000hr^{-1}$ Gas Hourly Space Velocity (GHSV). Hydrogen conversion and depletion rate with Pt loading is investigated. As a result, there were no differences in the hydrogen conversion, but exothermic heating rate (K/sec) is increases as Pt loading increases. The catalyst showes a high hydrogen conversion efficiency of 80% under atmospheric conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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