Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.1
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pp.101-106
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2016
NSSS (Nuclear Steam Supply System) and BOP (Balance of Plant) design works for PGSFR (Prototype Gen-IV Sodium Fast Reactor) have been conducted in Korea. NSSS major components, e.g. reactor vessel, steam generator and secondary sodium main pipes, are designed according to the rule of ASME boiler and pressure vessel code division 5, in which DBA (Design by Analysis) methods are used in the stress assessments. However, there is little discussions about detail rules for BOP piping design. In this paper, the detail methodologies of BOP piping stress assessment are discussed including safety systems and non-safety system pipings. It is confirmed that KEPIC MGE(ASME B31.1) and ASME BPV code division 5 HCB-3600 can be used in stress assessments of non-safety pipes and class B pipes, respectively. However, class A pipe design according to ASME BPV code division 5 HBB-3200 has many difficulties applying to PGSFR BOP design. Finally, future development plan for class A pipe stress assessment method is proposed in this paper.
Boric acid is used as a coolant for pressurized-water reactors, and the degree of burnup is controlled by the concentration of boric acid. Therefore, accurate measurement of the concentration of boric acid is an important factor in reactor safety. An improved system was proposed for the accurate determination of boron concentration. A new boron-concentration measurement technique, called multisensitive detection, was developed to improve the measurement accuracy of boron meters. In previous studies, laboratory-scale experiments were performed based on different sensitivity detectors, confirming a 65% better accuracy than conventional single-detector boron meters. Based on these experimental results, an experimental system simulating the coolant-circulation environment in the reactor was constructed; accuracy analysis of the boron meter with a multisensitivity detector was performed at the actual coolant pressure and temperature. In this study, the boron concentration conversion equation was derived from the calibration test, and the accuracy of the boron concentration conversion equation was examined through a repeatability test. Through the experiment, it was confirmed that the accuracy was up to 87.5% higher than the conventional single-detector boron meter.
The Emergency Core Cooling System in current nuclear power plants typically has a considerable number of complex functions and largely cumbersome operator interfaces. Functions for initiation, switch-over between various phases of operation, interlocks, monitoring, and alarming are usually performed by relays and analog comparator logic which are difficult to maintain and test. To improve problems of an analog based ECC (Emergency Core Cooling) System, the trip computer for ECCS based on Dynamic Safety System (DSS) is implemented. The DSS is a computer based reactor protection system that has fail-safe nature and performs a dynamic self-testing. The most important feature of the DSS is the introduction of test signal that send the system into a tripped state. The test signals are interleaved with the plant signals to produce an output which switches between a tripped and health state. The dynamic operation is a key feature of the failsafe design of the system. In this work, a possible implementation of the DSS using PLC is presented for a CANDU Reactor. ECC System of the CANDU Reactor is selected as the reference system.
Important safety parameters such as the fuel temperature coefficient (FTC) and the power coefficient of reactivity (PCR) of the CANada Deuterium Uranium (CANDU-6) reactor have been evaluated using the Monte Carlo method. For accurate analysis of the parameters, the Doppler broadening rejection correction scheme was implemented in the MCNPX code to account for the thermal motion of the heavy uranium-238 nucleus in the neutron-U scattering reactions. In this work, a standard fuel lattice has been modeled and the fuel is depleted using MCNPX. The FTC value is evaluated for several burnup points including the mid-burnup representing a near-equilibrium core. The Doppler effect has been evaluated using several cross-section libraries such as ENDF/B-VI.8, ENDF/B-VII.0, JEFF-3.1.1, and JENDL-4.0. The PCR value is also evaluated at mid-burnup conditions to characterize the safety features of an equilibrium CANDU-6 reactor. To improve the reliability of the Monte Carlo calculations, we considered a huge number of neutron histories in this work and the standard deviation of the k-infinity values is only 0.5-1 pcm.
This paper revisits the Fukushima accident to draw lessons in the aspect of nuclear safety considering the fact that the Fukushima accident resulted in core damage for three nuclear power plants simultaneously and that there is a high possibility of a failure of the integrity of reactor vessel and primary containment vessel. A brief review on the accident progression at Fukushima nuclear power plants is discussed to highlight the nature and characteristic of the event. As the severe accident management measures at the Fukushima Daiich nuclear power plants seem to be not fully effective, limitations of current severe accident management strategy are discussed to identify the areas for the potential improvements including core cooling strategy, containment venting, hydrogen control, depressurization of primary system, and proper indication of event progression. The gap between the Fukushima accident event progression and current understanding of severe accident phenomenology including the core damage, reactor vessel failure, containment failure, and hydrogen explosion are discussed. Adequacy of current safety goals are also discussed in view of the socio-economic impact of the Fukushima accident. As a conclusion, it is suggested that an investigation on a coherent integrated safety principle for the severe accident and development of innovative mitigation features is necessary for robust and resilient nuclear power system.
A reinforced concrete (RC) framed structure detailed according to non-seismic detailing provisions as per Indian Standard was tested on shake table under dynamic loads. The structure had 3 main storeys and an additional storey to simulate the footing to plinth level. In plan the structure was symmetric with 2 bays in each direction. In order to optimize the information obtained from the tests, tests were planned in three different stages. In the first stage, tests were done with masonry infill panels in one direction to obtain information on the stiffness increase due to addition of infill panels. In second stage, the infills were removed and tests were conducted on the structure without and with tuned liquid dampers (TLD) on the roof of the structure to investigate the effect of TLD on seismic response of the structure. In the third stage, tests were conducted on bare frame structure under biaxial time histories with gradually increasing peak ground acceleration (PGA) till failure. The simulated earthquakes represented low, moderate and severe seismic ground motions. The effects of masonry infill panels on dynamic characteristics of the structure, effectiveness of TLD in reducing the seismic response of structure and the failure patterns of non-seismically detailed structures, are clearly brought out. Details of design and similitude are also discussed.
The slosh height and the possibility of water spill from rectangular Spent Fuel Storage Bays (SFSB) and Tray Loading Bays (TLB) of Nuclear power plant (NPP) are studied during 0.2 g, Safe Shutdown Earthquake (SSE) level of earthquake. The slosh height obtained through Computational Fluid dynamics (CFD) is compared the values given by TID-7024 (Housner 1963) and American concrete institute (ACI) seismic codes. An equivalent amplitude method is used to compute the slosh height through CFD. Numerically computed slosh height for first mode of vibration is found to be in agreement the codal values. The combined effect in longitudinal and lateral directions are studied separately, and found that the slosh height is increased by 24.3% and 38.9% along length and width directions respectively. There is no liquid spillage under SSE level of earthquake data in SFSB and TLB at convective level and at free surface acceleration data. Since seismic design codes do not have guidelines for combined excitations and effect of higher modes for irregular geometries, this CFD procedure can be opted for any geometries to study effect of higher modes and combined three directional excitations.
In a CANDU (CANada Deuterium Uranium) reactor, fuel channel integrity depends on the coolability of the moderator as an ultimate heat sink under transient conditions such as a loss of coolant accident (LOCA) with coincident loss of emergency core cooling (LOECC), as well as normal operating conditions. This study presents assessments of moderator thermal-hydraulic characteristics in the normal operating conditions and one transient condition for CANDU-6 reactors, using a general purpose three-dimensional computational fluid dynamics code. First, an optimized calculation scheme is obtained by many-sided comparisons of the predicted results with the related experimental data, and by evaluating the fluid flow and temperature distributions. Then, using the optimized scheme, analyses of real CANDU-6 in normal operating conditions and the transition condition have been performed. The present model successfully predicted the experimental results and also reasonably assessed the thermal-hydraulic characteristics of a real CANDU-6 with 380 fuel channels. A flow regime map with major parameters representing the flow pattern inside a calandria vessel has also proposed to be used as operational and/or regulatory guidelines.
LEE WON-JAE;JEONG JAR-JUN;LEE SEUNG-WOOK;CHANG JONGHWA
Nuclear Engineering and Technology
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v.37
no.6
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pp.587-594
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2005
In an effort to develop a thermal-hydraulic (TH) safety analysis code for Gas-cooled Reactors (GCRs), the MARS code, which was primarily developed for TH analysis of water reactor systems, has been extended here for application to GCRs. The modeling requirements of the system code were derived from a review of major processes and phenomena that are expected to occur during normal and accident conditions of GCRs. Models fur code improvement were then identified through a review of existing MARS code capability. Among these, the following priority models necessary fur the analysis of limiting high and low pressure conduction cooling events were evaluated and incorporated in MARS-GCR/V1 : 1) Helium (He) and Carbon Dioxide ($CO_2$) as main system fluids, 2) gas convection heat transfer, 3) radiation heat transfer, and 4) contact heat transfer models. Each model has been assessed using various conceptual problems for code-to-code benchmarks and it was demonstrated that MARS-GCR/V1 is capable of capturing the relevant phenomena. This paper describes the models implemented in MARS-GCR/V1 and their verification and validation results.
Severe accident scenarios in nuclear reactors, such as nuclear meltdown, reveal that an extremely hot molten core may fall into the nuclear reactor cavity and seriously affect the safety of the nuclear containment vessel due to the chain reaction caused by the reaction between the molten core and concrete. This paper reports on research focused on the type and amount of vapor produced during the reaction between a high-temperature molten core and concrete, as well as on the erosion rate of concrete and the heat transfer characteristics at its vicinity. This study identifies themass fraction and melting temperature as the most influential properties of concrete necessary for a safety analysis conducted in relation to the thermal interaction between the molten core and the basemat concrete. The types of concrete that are actually used in nuclear reactor cavities were investigated. The $H_2O$ content in concrete required for the computation of the relative amount of gases generated by the chemical reaction of the vapor, the quantity of $CO_2$ necessary for computing the cooling speed of the molten core, and the melting temperature of concrete are evaluated experimentally for the molten core-concrete interaction analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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