Byoung-Uhn Bae;Seok Cho;Jae Bong Lee;Yu-Sun Park;Jongrok Kim;Kyoung-Ho Kang
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2438-2446
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2023
To cool down a nuclear reactor core and prevent the fuel damage without a pump-driven active component during any anticipated accident, the passive emergency core cooling system (PECCS) was designed and adopted in an advanced light water reactor, i-POWER. In this study, for a validation of the cooling capability of PECCS, thermal-hydraulic integral effect tests were performed with the ATLAS facility by simulating intermediate and small break loss-of-coolant accidents (IBLOCA and SBLOCA). The test result showed that PECCS could effectively depressurize the reactor coolant system by supplying the safety injection water from the safety injection tanks (SITs). The result pointed out that the safety injection from IRWST should have been activated earlier to inhibit the excessive core heat-up. The sequence of the PECCS injection and the major thermal hydraulic transient during the SBLOCA transient was similar to the result of the IBLOCA test with the equivalent PECCS condition. The test data can be used to evaluate the capability of thermal hydraulic safety analysis codes in predicting IBLOCA and SBLOCA transients under an operation of passive safety system.
Three small-break loss-of-coolant accident (SBLOCA) tests with safety injection pumps were carried out using the integral-effect test loop for SMART (System-integrated Modular Advanced ReacTor), i.e., the SMART-ITL facility. The types of break are a safety injection system line break, shutdown cooling system line break, and pressurizer safety valve line break. The thermal-hydraulic phenomena show a traditional behavior to decrease the temperature and pressure whereas the local phenomena are slightly different during the early stage of the transient after a break simulation. A safety injection using a high-pressure pump effectively cools down and recovers the inventory of a reactor coolant system. The global trends show reproducible results for an SBLOCA scenario with three different break locations. It was confirmed that the safety injection system is robustly safe enough to protect from a core uncovery.
This paper presents an experimental investigation of the small-break loss-of-coolant accident (SBLOCA) and the loss-of-feedwater accident (LOFW) in a scaled integral test facility of REX-10. REX-10 is a small integral-type PWR in which the coolant flow is driven by natural circulation, and the RCS is pressurized by the steam-gas pressurizer. The postulated accidents of REX-10 include the system depressurization initiated by the break of a nitrogen injection line connected to the steam-gas pressurizer and the complete loss of normal feedwater flow by the malfunction of control systems. The integral effect tests on SBLOCA and LOFW are conducted at the REX-10 Test Facility (RTF), a full-height full-pressure facility with reduced power by 1/50. The SBLOCA experiment is initiated by opening a flow passage out of the pressurizer vessel, and the LOFW experiment begins with the termination of the feedwater supply into the helical-coil steam generator. The experimental results reveal that the RTF can assure sufficient cooldown capability with the simulated PRHRS flow during these DBAs. In particular, the RTF exhibits faster pressurization during the LOFW test when employing the steam-gas pressurizer than the steam pressurizer. This experimental study can provide unique data to validate the thermal-hydraulic analysis code for REX-10.
Park, Rae-Joon;Hong, Seong-Wan;Kim, Sang-Baik;Kim, hee-Dong
Nuclear Engineering and Technology
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v.41
no.7
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pp.921-928
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2009
As part of an evaluation for an in-vessel severe accident management strategy, a coolant injection into the reactor vessel under depressurization of the reactor coolant system (RCS) has been evaluated in detail using the SCDAP/RELAP5 computer code. A high-pressure sequence of a small break loss of coolant accident (SBLOCA) has been analyzed in the Optimized Power Reactor (OPR) 1000. The SCDAP/RELAP5 results have shown that safety injection timing and capacity with RCS depressurization timing and capacity are very effective on the reactor vessel failure during a severe accident. Only one train operation of the high pressure safety injection (HPSI) for 30,000 seconds with RCS depressurization prevents failure of the reactor vessel. In this case, the operation of only the low pressure safety injection (LPSI) without a HPSI does not prevent failure of the reactor vessel.
Ham, Jaehyun;Cho, Jaehyun;Kim, Jaewhan;Kang, Hyun Gook
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.2
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pp.402-409
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2019
When a loss of coolant accident (LOCA) occurs in a nuclear power plant, accident scenarios which can prevent core damage are defined based on break size. Current probabilistic safety assessment evaluates that core damage can be prevented under small-break LOCA (SBLOCA) and steam generator tube rupture (SGTR) with rapid cool down (RCD) strategy when all safety injection systems are unavailable. However, previous research has pointed out a limitation of RCD in terms of initiation time. Therefore, RCD success criteria estimation based on allowable coping time under a SBLOCA or SGTR when all safety injection systems are unavailable was performed based on time-line and thermal-hydraulic analyses. The time line analysis assumed a single emergency operating procedure flow, and the thermal hydraulic analysis utilized MARS-KS code with variables of break size, cooling rate, and operator allowable time. Results show while RCD is possible under SGTR, it is impossible under SBLOCA at the APR1400's current cooling rate limitation of 55 K/hr. A success criteria map for RCD under SBLOCA is suggested without cooling rate limitation.
The phenomenon identification and ranking table (PIRT) is an important basis in the nuclear power plant (NPP) thermal-hydraulic analysis. This study focuses on the importance ranking of the input parameters when lacking the PIRT, and the target scenario is the small break loss of coolant accident (SBLOCA) in a pressurized water reactor (PWR) CPR1000. A total of 54 input parameters which might have influence on the figure of merit (FOM) were identified, and the sensitivity measure of each input on the FOM was calculated through an optimized moment-independent global sensitivity analysis method. The importance ranking orders of the parameters were transformed into the Savage scores, and the parameters were categorized based on the Savage scores. A parameter importance ranking table for the SBLOCA scenario of the CPR1000 reactor was obtained, and the influences of some important parameters at different break sizes and different accident stages were analyzed.
The purpose of this paper is to evaluate the structural integrity of a reactor pressure vessel subjected to the pressurized thermal shock(PTS) during the transient events, such as main steam line break(MSLB) and small break loss of coolant accident(SBLOCA). For postulated surface or subsurface cracks, variation curves of stress intensity factor are obtained by using the three different methods, including ASME section XI code anlysis, the finite element alternating method and the finite element method. From the stress intensity factor curves, the maximum allowable nil-ductility transition temperatures(RT/NDT/) are determined by the tangent criterion and the maximum criterion for various crack configurations and two initial transient events. As a result of the analysis, it is noted that axial cracks have smaller maximum allowable RT$_{NDT}$ values than same-sized circumferential cracks for both the transient events in the case of the tangent criterion. Axial cracks have smaller RT$_{NDT}$ values than same-sized circumferential cracks for MSLB and circumferential cracks have smaller values than axial cracks for SBLOCA in the case of the maximum criterion.
The aim in the present work is to simulate accident scenarios of AP1000 during the small-break loss-of-coolant accident (SBLOCA) and investigate the performance and behavior of automatic depressurization system (ADS) during accidents by using MIDAC (The Module In-vessel Degradation severe accident Analysis Code). Four types of accidents with different hypothetical conditions were analyzed in this study. The impact on the thermal-hydraulic of the reactor coolant system (RCS), the passive core cooling system and core degradation was researched by comparing these types. The results show that the RCS depressurization becomes faster, the core makeup tanks (CMT) and accumulators (ACC) are activated earlier and the effect of gravity water injection is more obvious along with more ADS valves open. The open of the only ADS1-3 can't stop the core degradation on the basis of the first type of the accident. The open of ADS1-3 has a great impact on the injection time of ACC and CMT. The core can remain intact for a long time and the core degradation can be prevent by the open of ADS-4. The all results are significant and meaningful to understand the performance and behavior of the ADS during the typical SBLOCA.
The accumulator is a passive safety injection device for emergency core cooling systems. As an important safety feature for providing a high-speed injection flow to the core by compressed nitrogen gas pressure during a loss-of-coolant accident (LOCA), the accumulator injects its precharged nitrogen into the system after its coolant has been emptied. Attention has been drawn to the possible negative effects caused by such a nitrogen injection in passive safety nuclear power plants. Although some experimental work on the nitrogen injection has been done, there have been no comparative tests in which the effects on the system responses and the core safety have been clearly assessed. In this study, a new thermal hydraulic integral test facility-the advanced core-cooling mechanism experiment (ACME)-was designed and constructed to support the CAP1400 safety review. The ACME test facility was used to study the nitrogen injection effects on the system responses to the small break loss-of-coolant accident LOCA (SBLOCA) transient. Two comparison test groups-a 2-inch cold leg break and a double-ended direct-vessel-injection (DEDVI) line break-were conducted. Each group consists of a nitrogen injection test and a nitrogen isolation comparison test with the same break conditions. To assess the nitrogen injection effects, the experimental data that are representative of the system responses and the core safety were compared and analyzed. The results of the comparison show that the effects of nitrogen injection on system responses and core safety are significantly different between the 2-inch and DEDVI breaks. The mechanisms of the different effects on the transient were also investigated. The amount of nitrogen injected, along with its heat absorption, was likewise evaluated in order to assess its effect on the system depressurization process. The results of the comparison and analyses in this study are important for recognizing and understanding the potential negative effects on the passive core cooling performance caused by nitrogen injection during the SBLOCA transient.
A small-break loss of coolant accident (SB-LOCA) test with a break size equivalent to a 3-inch cold leg break of the APR1400 was carried out as the first transient integral effect test using the ATLAS (Advanced Thermal-hydraulic Test Loop for Accident Simulation). This was the first integral effect test to investigate the integral performance of the test facility and to verify its simulation capability for one of the design-basis accidents. Reasonably good thermal hydraulic data was obtained so that an integral performance of the fluid sub-systems was identified and control performance of the ATLAS was confirmed under real thermal hydraulic conditions. Based on the measured data, a post-test calculation was carried out using the best-estimate thermal hydraulic safety analysis code, MARS 3.1, and the similarity between the expected and actual data was investigated. On the whole, the post-test calculation reasonably predicts the major thermal hydraulic parameters measured during the SB-LOCA test. The obtained data will be used to enhance the simulation capability of the ATLAS and to improve an input model of the ATLAS for simulation of other target scenarios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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