Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter June 18, 2021

Study of PWR hot leg creep rupture and RCS depressurization strategy during an SBO accident

Studie zum DWR Heißstrang-Kriechbruch und dessen Auswirkungen auf die Störfallmanagement-Richtlinie
L. Wu, H. Miao, P. Yu, Z. Huang, J. Zheng, J. Li, Z. Zhai and T. Jia
From the journal Kerntechnik

Abstract

Preventing the leakage of radioactive materials is important to nuclear safety. During a station blackout accident in pressurized water reactors, the hot leg creep rupture caused by hot leg countercurrent flow occurs before the reactor pressure vessel failure that caused by lower head rupture. The secondary fission products barrier is lost after hot leg creep rupture. An analysis for this phenomenon was done using the Modular Accident Analysis Program version 4.0.4 code. A station blackout accident for CPR1000 is simulated and the occurrence and influence of hot leg creep rupture phenomenon are analyzed in detail. After that, a sensitivity analysis of the opening of different pressurizer pilot-operated relief valves at five minutes after entering severe accident management guideline (before the hot leg creep rupture occurs) is studied. The results show that reactor pressure vessel failure time can be extended by at least 4 h if at least one pilot-operated relief valve is opened and direct containment heating phenomenon can be eliminated if at least two pilot-operated relief valves are opened.

Abstract

Die Verhinderung des Austretens von radioaktiven Stoffen ist eines der drei Sicherheitsschutzziele beim Betrieb von kerntechnischen Anlagen. Bei einem Station-Blackout-Szenario in Druckwasserreaktoren kommt es vor dem Beginn des Versagens des Reaktordruckbehälters durch den Gegenstrom im heißen Strang zum sogenannten Heißstrang-Kriechbruch. Als Folge wird die zweite Barriere zur Rückhaltung der Spaltprodukte zerstört und die Zeit bis zum Versagen des Reaktordruckbehälters verkürzt. In diesem Beitrag wird eine Analyse zu diesem Phänomen mit dem Code Modular Accident Analysis Program Version 4.0.4 (MAAP4) vorgestellt. Dazu wird ein Stations-Black-Out-Szenario für den CPR1000 modelliert und das Auftreten und der Einfluss des Heißstrang-Kriechbruches im Detail analysiert.

Danach wird eine Sensitivitätsanalyse der Öffnung verschiedener Druckbegrenzungsventile nach fünf Minuten nach Beginn des Betriebs des CPR1000 entsprechend der Richtlinie für das Management von schweren Unfällen (bevor der Kriechbruch des heißen Strangs auftritt) untersucht, entsprechend der Beschreibung der Arbeitsschritte zur Druckentlastung des Reaktorkühlsystems wie sie in der Richtlinie für das Management von schweren Unfällen der Westinghouse Owners Group enthalten sind. Die Ergebnisse zeigen, dass der Heißstrang-Kriechbruch vor dem Beginn des Reaktordruckbehälterversagens auftritt und dass der Beginn dieses Versagens um mindestens 4 Stunden hinausgezögert werden kann, wenn ein vorgesteuertes Überdruckventil geöffnet wird. Das Öffnen von zwei Überdruckventilen kann das Phänomen der direkten Containmenterwärmung verhindern und den Verlust der Integrität der dritten Barriere reduzieren.

Nomenclature

AC

power Alternating Current power

APR1400

Advanced Power Reactor 1400

B-loop

Broken loop

DCH

Direct Containment Heating

HLCR

Hot Leg Creep Rupture

MAAP

Modular Accident Analysis Program

PORV

Pilot-Operated Relief Valve

PSRV

Pressurizer Safety Relief Valve

PWR

Pressurized Water Reactor

PZR

Pressurizer

RCS

Reactor Coolant System

RCP

Reactor Coolant Pump

RPV

Reactor Pressure Vessel

SAMG

Severe Accident Management Guideline

SBO

Station Blackout

SG

Steam Generator

SRV

Safety Relief Valve

TAF

Top of the Active Fuel

TWCR

Temperature of Water in Core

U-loop

Unbroken loop

Acknowledgements

The project was supported by the Natural Science Foundation of Fujian Province of China (No. 2020J01038) and Fujian innovation strategy research program (No. 2020R0011).

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Received: 2021-01-14
Published Online: 2021-06-18
Published in Print: 2021-06-30

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