Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter October 4, 2019

Simulation of LOCA-typical containment conditions with COCOSYS on the basis of THAI-test TH-29.3

Simulation von typischen Atmosphärenbedingungen in einem Sicherheitsbehälter während eines KMV mit COCOSYS auf Basis des TH-29.3
J. Hoffrichter and M. K. Koch
From the journal Kerntechnik

Abstract

In case of a postulated loss-of-coolant accident (LOCA) in a light water reactor, core degradation might occur if emergency measures fail. During this process a large amount of hydrogen might be generated by the oxidation of the fuel rod cladding. If the hydrogen leaks into the containment of a pressurized water reactor and if passive autocatalytic recombining fails, it might form a combustible mixture with air. In case of ignition, pressure peaks can occur that are relevant for containment integrity. During LOCA the third relevant component of the containment atmosphere is steam. Test TH-29.3 aims at expanding knowledge regarding the interaction of steam and light gas (e.g. hydrogen) and was conducted in the THAI test facility. During the test steam and helium (as ta substitute for hydrogen) are injected into the test vessel. A steam-helium cloud expands downwards and a helium-rich layer forms at the boundary of the cloud. The test is simulated by the use of the lumped parameter code COCOSYS (Containment Code System) which itself is part of the software package AC2 developed by Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH.

Kurzfassung

Im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls (KMV) in einem Leichtwasserreaktor kann es bei gleichzeitigem Versagen von Sicherheitseinrichtungen zu einer Kernzerstörung und der Erzeugung einer großen Menge Wasserstoff durch die Oxidation der Brennstabhüllrohre kommen. Der Wasserstoff könnte im Sicherheitsbehälter (SHB) eines Druckwasserreaktors bei Versagen der autokatalytischen Rekombinatoren ein brennbares Gemisch mit Luft bilden und im Falle einer Zündung Druckspitzen verursachen, die für die Integrität des SHB von Relevanz sind. Neben Luft und Wasserstoff ist Dampf die dritte relevante Komponente der SHB-Atmosphäre während eines KMV. Der Versuch TH-29.3 zielt darauf ab, das Wissen um die Interaktion von kondensierendem Dampf und Leichtgas (z.B. Wasserstoff) zu vergrößern und wurde in der THAI Versuchsanlage durchgeführt. In diesem Versuch werden Dampf und Helium (letzteres als Substitut für Wasserstoff) in die Anlage eingespeist. An der Front der sich abwärts ausdehnenden Dampf-Helium Wolke bildet sich in Folge eine heliumreiche Schicht aus. Der Versuch wird mit dem Containment Code System COCOSYS, welches Teil des von der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH entwickelten Codesystems AC2 ist, simuliert.


E-mail: , ORCID: 0000-0003-4534-5179, 0000-0001-7260-5250

References

1 Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH: Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke Phase B. Eine Untersuchung im Auftrag des Bundesministers für Forschung und Technologie, ISBN: 3-88585-809-6, TÜV Rheinland, Köln, 1989 Search in Google Scholar

2 Schmidt, E.; et al.: Investigation of thermal hydraulic phenomena during core melt scenarios in a PWR containment, Test TH-29. Ein- und Mehrraumversuche zum Spaltprodukt- und Wasserstoffverhalten im Sicherheitsbehälter, (THAI V), 1501455-TR-TH29, Becker Technologies GmbH, Eschborn, 2017 Search in Google Scholar

3 Freitag, M.; et al.: Extension of the THAI test facility by a second vessel: THAI+. 1501455-FB/TR-THAIPLUS, Becker Technologies GmbH, Eschborn, 2016 Search in Google Scholar

4 Stereolithography file (stl) for the THAI+ facility provided by Becker Technologies GmbH Search in Google Scholar

5 Klein-Heßling, W.; et al.: COCOSYS V2.4v5 User's Manual, GRS-P-3/1, Revision 29, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH, Köln, 2018 Search in Google Scholar

6 Gupta, S.; et al.: Single- and Multi-Compartment Tests on Fission- Product and Hydrogen Behaviour in the Containment- THAI-V. Final Report 1501455-FR, Becker Technologies GmbH, AREVA GmbH, Eschborn, Erlangen, 2017 Search in Google Scholar

Received: 2019-03-13
Published Online: 2019-10-04
Published in Print: 2019-10-14

© 2019, Carl Hanser Verlag, München