Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M

Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 1 Oriol Noguera Oliva Resum Els primers capítols de la Memòria detallen l’objecte del Projecte i es fa una petita descripció del codi de càlcul TRAC-M, descrivint lleugerament les seves característiques principals. A continuació s’exposen les característiques més rellevants de la instal·lació experimental PKL i del test PKL III E2.2, que és simulat en aquest projecte, amb la posterior descripció del model desenvolupat per a TRAC-M, comparant detalladament amb el model patró escrit per a RELAP5/MOD3.2. Tot seguit s’expliquen les mesures preses per simular el test PKL III E2.2, comparant els resultats amb les dades experimentals i els valors obtinguts amb el codi de càlcul RELAP. Recolzant aquest anàlisi hi ha un conjunt de les gràfiques comparatives dels paràmetres més significants. Abans de les conclusions finals es recullen les observacions de caire més tècnic, derivades de les comparacions anteriors. Finalment s’exposen les conclusions a les que s’arriba sobre l’estat actual del codi de càlcul TRAC-M, actualment en fase de desenvolupament. 2 Memòria Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 3 Oriol Noguera Oliva Sumari Resum 1 Sumari 3 1. Glossari 5 2. Prefaci 7 3. Introducció 9 3.1. Objectius 9 3.2. Desenvolupament 9 4. Apunts de TRAC-M 11 4.1. Introducció 11 4.2. Paràmetres de control i components 12 4.2.1. Paràmetres de control 13 4.2.2. Components 14 5. Planta experimental PKL 19 5.1. Descripció de la planta experimental PKL 20 5.2. Experiment PKL III E2.2 22 5.2.1. Descripció i objectius 22 5.2.2. Consideracions més rellevants de l’experiment 31 6. Nodalització de PKL en TRAC-M 33 6.1. Descripció de la nodalització en TRAC-M 33 6.1.1. Sistema primari 35 6.1.2. Sistema secundari 38 6.1.3. Sistemes auxiliars 39 6.1.4. Característiques de l’input 43 6.2. Simulació de la fase de condicionament 45 6.2.1. Obtenció del condicionament 45 6.2.2. Comparació amb els resultats experimentals i els de RELAP5/MOD3.2 49 6.2.3. Gràfiques comparatives 51 6.3. Simulació de la fase test 60 6.3.1. Obtenció de la fase test 60 4 Memòria 6.3.2. Comparació amb els resultats experimentals i els de RELAP5/MOD3.2 62 6.3.3. Gràfiques comparatives 63 6.4. Anomalies i punts oberts 73 Conclusions 75 Agraïments 77 Referències 79 Annex A: Pressupost Annex B: Estudi de la sensibilitat de les estructures de calor del pressionador Annex C: Dades sobre el codi de càlcul TRAC-M Annex D: Descripció de la planta experimental PKL Annex E: Test PKL III E2.2 Annex F: Altres gràfiques comparatives Annex G: Bibliografia Annex H: Input de PKL I Annex I: Input de PKL II Annex J: Input de PKL III Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 5 Oriol Noguera Oliva 1. Glossari Abreviacions B Boron ([B]: boron concentration) Bor ([B]: concentració de bor) COMBO Continuous Measurement of Mesura continua de la Boron Concentartion concentració de bor CDC 7600 Control Data Corporation CN Circulació Natural CTC Codi Termohidràulic Consolidat ECC Emergency core cooling Refrigerant del nucli d’emergència ECCS Emergency core cooling system Sistema de refrigeració del nucli d’emergència EOT End of test Final del test FORTRAN Llenguatge de programació HPSI HP safety injection Injecció de seguretat de HP KWU Kraftwerk Union AG LB Large break Trencament gran LOCA Loss of coolant accident Accident de pèrdua de refrigerant LP Large pressure Alta pressió LPSI LP safety system Sistema de seguretat de LP LWR Light water reactor Reactor d’aigua lleugera MS Main steam Via de vapor principal MS-RCV MS-Relief control valve Vàlvula control alleujament de MS NRC Nuclear Regulatory Comission OECD Organization for Economic Cooperation and Development PANDA Passive Nachwärmeabfuhr und Druckabbau (instal·lació experimental) PKL Primärkreisläufe (instal·lació experimental) PRZ Pressionador PWR Pressurized water reactor Reactor d’aigua a pressió RCL Reactor coolant line Línia de refrigerant del reactor RCP Reactor coolant pump Bomba del refrigerant del reactor RCS Reactor coolant system Sistema de refrigerant del reactor 6 Memòria RCV Relief control valve Vàlvula d’alleujament de control RELAP Reactor Excursion Leak Codi de càlcul Analysis Program RPV Reactor pressure vessel Vas a pressió del reactor SB Small break Trencament petit SETH SESAR Thermalhydraulics SESAR Termahidràulic SG/GV Steam generator Generador de vapor SIP Safety injection pump Bomba de injecció de seguretat (SIP = HPSI pump) SOT Start of test Començament del test UPTF Upper plenum test facility Plènum superior de la instal·lació experimental USNRC Unit States NRC Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 7 Oriol Noguera Oliva 2. Prefaci És ben coneguda la problemàtica entorn l’energia nuclear, motivada pel impacte ambiental, la perillositat i un difícil tractament dels residus radioactius generats. No és d’estranyar, doncs, que la seguretat en l’explotació de les centrals nuclears (CCNN) sigui objecte d’estudi i anàlisi, sobretot després d’accidents com els de Txernòbil i Three Mile Island. Els estudis dinàmics mitjançant els codis de càlcul esdevenen llavors una eina de treball molt important en la millora de seguretat i prevenció d’accidents, gràcies a l’augment de capacitat de coneixement que procuren a les pròpies plantes. Els codis de càlcul més utilitzats fins avui han estat RELAP i TRAC, creats per la Nuclear Regulatory Comission (NRC), essent el primer el més usat i fiable en simular processos en reactors d’aigua a pressió, així com per reactors d’aigua en ebullició ho ha estat TRAC. La pròpia NRC va encetar l’any 1996 la tasca de unificar i consolidar tots dos codis amb l’objectiu d’establir un codi més adaptat al moment actual, tant pel que fa a tècniques de programació com a la llarga fiabilitat de resultats (ref. [1]). El codi termohidraùlic consolidat de la NRC permetrà aprofitar les experiències anteriors aplicables als criteris i condicions de seguretat per a les centrals nuclears existents i per aquelles que estan en projecte, mitjançant l’estudi de diferents transitoris simulats a través de models de reactors experimentals i plantes en operació existents. En reacció a aquest projecte, i amb la idea de posar en marxa una participació espanyola, el Consell de Seguretat Nuclear (CSN) i UNESA van considerar convenient l’establiment, en el marc del Pla Coordinat de Investigació (PCI) CSN-UNESA, d’un projecte per a “l’Obtenció i Assimilació del Codi Termohidràulic Consolidat (CTC) de la USNRC” La base de la consolidació ha esta TRAC-M, versió modernitzada del codi TRAC-P, bastant diferent de RELAP en estructura informàtica i numèrica, pel que aquesta diferència suposa una dificultat pels nombrosos usuaris espanyols de RELAP del CSN i UNESA, i obliga a examinar amb atenció la compatibilitat entre tots dos. És per això que l’objectiu últim ha estat assegurar que TRAC-M el manté i va camí de millorar les capacitats adquirides a Espanya amb versions anteriors dels codis termohidràulics de la USNRC. Aquesta experiència adquirida és resultat d’extensos treballs previs del Sector elèctric i el CSN per la simulació de comportaments transitoris en les CCNN espanyoles en cas d’accidents. 8 Memòria En aquest projecte s’ha cregut convenient incloure la instal·lació experimental PKL i intentar simular un transitori succeït en la mateixa planta per provar les condicions en les que es troba la versió preliminar rebuda del codi TRAC-M. La instal·lació PKL i els seus experiments recents (SETH-OECD) són objecte d’una altra iniciativa del CSN i UNESA destinada a donar suport a l’exercici internacional, de comparació de dades experimentals amb prediccions de codis de càlcul. El Departament de Física i Enginyeria Nuclear (DFEN) de l’Escola d’Enginyeria Industrial de Barcelona participa en el projecte de consolidació i el Institut de Tècniques Energètiques (INTE) al projecte SETH. El present projecte final de carrera, tot i sent part del projecte SETH (INTE), té relació també amb el projecte CTC (DFEN) Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 9 Oriol Noguera Oliva 3. Introducció 3.1. Objectius Aquest projecte final de carrera té com a objectiu principal l’aportació de dades, amb un bon grau d’objectivitat, sobre el nivell assolit actualment, la fiabilitat i exactitud del codi de càlcul TRAC-M en vies de desenvolupament. En definitiva, la detecció d’errors, punts febles i problemes que presenta. L’acompliment d’aquests objectius servirà per avaluar la maduresa del Codi Termohidràulic Consolidat, verificar la capacitat de simular transitoris en reactors d’aigua a pressió i com a font de dades per a possibles versions posteriors del codi. 3.2. Desenvolupament A partir del model realitzat amb el codi RELAP, s’escriu la instal·lació experimental PKL en TRAC-M, es simula l’experiment PKL III E2.2 i posteriorment s’avaluen els resultats extrets resumint-los finalment en les conclusions. Per tal d’aconseguir els objectius descrits, primer s’exposen les principals diferencies entre els dos codis i quines possibilitats hi ha de salvar-les a nivell d’usuari seguint els manuals corresponents. Aquest plantejament obvia les característiques d’entrada de dades en TRAC, enunciant, però, aquells punts d’interès en la traducció del codi. Un cop es descriu la instal·lació experimental PKL i el transitori que es simula, es presenta el model de la planta en TRAC amb les modificacions introduïdes respecte el model ja existent. El següent pas és l’ajust del model perquè reprodueixi la fase de condicionament prèvia al transitori, comparant amb les dades experimentals, a part dels valors obtinguts amb RELAP. Finalment es prepara altre cop el model per simular el transitori (test PKL III E2.2) i s’analitzen els resultats extrets de la simulació comparant-los amb els de la instal·lació i els de RELAP. 16 Memòria PLENUM Representa un volum de grans dimensions en el que s’hi poden unir un nombre arbitrari de components hidràulics de 1D (excepte aquells que són incompatibles, “fill”, “break” i altres “plenum’s”), comportant-se com un convector de moment en una direcció. Aquest pot ser un bon substitut pel component “branch” en RELAP, el qual també pot anar unit a varis components, excepte en els casos que no simuli un volum de grans dimensions. Quan això succeeix, s’opta per utilitzar un component “tee” (que més avall s’exposa) si la “branch” només té tres unions, havent de dividir-la quan en són més de tres, passant a utilitzar “pipe’s” i “tee’s”. PL-XXX Fig. 4.5: Simbolització del “plenum” PUMP Aquests components simulen les bombes centrífugues en 1D, tot tenint en compte els efectes bifàsics. Són les encarregades de impulsar el refrigerant del primari. En TRAC aquest element es modela forçosament amb dues cel·les, i no amb una com en RELAP, havent de dividir-les en dos un cop s’escriuen en l’input de TRAC. XXX YYY ZZZ AAA BBB CCC DDD YYY XXX PU-XXX Fig. 4.6: Simbolització del “pump” Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 17 Oriol Noguera Oliva TEE Un altre component és la “tee”, que fonamentalment és una “pipe” amb bifurcació en la branca principal, anomenada branca secundaria, podent connectar així tres components. Aquest component s’utilitza en els casos que, en RELAP, hi hagi components amb tres unions, com ara “branch’s” o “pipe’s”. T-XXX Fig. 4.7: Simbolització del “tee” VALVE Per últim e component que simula les vàlvules de la instal·lació. Aquest pot tenir tantes cel·les com es desitgi però amb un mínim de dues. A RELAP, el component “valve” és una unió (valve junction component), per tant no té volum ni longitud. Conseqüentment, en TRAC caldrà incorporà les vàlvules en els volum que uneixi ja que precisa de volum i longitud, passant a ser llavors part dels volums que descriuen la instal·lació simulada. ZZZ XXX YYY YYY XXX V-XXX Fig. 4.8: Simbolització del “valve” Com s’indicava anteriorment, aquest codi facilita també la utilització d’altres elements com ara el PRIZER, SEPD i VESSEL. El primer simula part del pressionador o tot ell, però no s’ha utilitzat perquè es procura ser tant fidel com sigui possible a la nodalització feta amb RELAP. El mateix succeeix amb el component “vessel”, que modela enterament el vas del reactor (amb el nucli, downcomers, plènums superior i inferior, etc...) en 1D, 2D o 3D, però que no s’incorpora perquè en RELAP aquest component no existeix.. 18 Memòria En canvi, el component “sepd”, que si l’usa l’input escrit per RELAP, no apareix en el fitxer escrit per TRAC. Funciona semblant al component “tee” però separant la fase líquid del vapor en les unions de sortida, però al comportar problemes de funcionament s’opta per utilitzar una “tee” que, introduint uns valors adequats de fricció en les unions de sortida, actua com un separador ideal. Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 19 Oriol Noguera Oliva 5. Planta experimental PKL La planta PKL és una instal·lació experimental de gran escala que modela un reactor d’aigua a pressió (PWR) a escala, amb tot el sistema primari i parts essencials del secundari (sense turbines ni condensadors). El interès d’aquest tipus de instal·lacions és la recerca en seguretat de reactors, tant en l’anàlisi experimental com teòric, i proporcionen una bona font de dades per la validació de codis de càlcul com ara RELAP o bé TRAC. En particular, la planta experimental PKL ha estudiat en primer lloc accidents de pèrdua de refrigerant de grans trencaments (LB-LOCA), enfocant en la verificació de l’efectivitat dels sistemes de refrigeració d’emergència del nucli (ECCS) necessaris per controlar aquests accidents. El conjunt d’experiències realitzades en els projectes PKL I i PKL II són les que segueixen aquesta línia. Més tard el projecte PKL III tenia com a principal objectiu la investigació experimental de processos termohidràulics en els sistemes primari i secundari d’una planta PWR durant diferents escenaris d’accidents amb i sense pèrdua de refrigerant, mostrant cada vegada més interès en el tema de les dilucions de bor. La importància en la seguretat en els escenaris de dilució de bor recau en la possibilitat que aigua no borada o poc borada entri a la regió del nucli, arribant així a la recriticitat i conseqüentment a una excursió de potència (ref.[2]). Això va mostrar que els SB-LOCAs (accidents de pèrdua de refrigerant de trencament petits) havien de ser investigats al respecte. Doncs successos com aquests combinats amb una disponibilitat limitada del ECCS poden comportar una reducció temporal del inventari de refrigerant, resultant en unes condicions de condensació i reflux1 (reflux-condenser en terminologia anglesa) i posteriorment l’aparició de dilucions de bor inherent (ref.[3]). Llavors, quan el sistema de refrigeració del reactor (RCS) és reomplert més tard durant el transcurs de l’accident, les masses poc borades podrien ser transportades dins el nucli amb el restabliment de la circulació natural. Així doncs, els tests PKL III E tenen com a principal tema les dilucions de bor inherents després de SB-LOCAs com també són investigats els accidents en estats de parada. A l’abril del 2001, el projecte PKL esdevingué (juntament amb el projecte suís PANDA) part del projecte internacional de SETH (SESAR Thermalhydraulics) configurats per la OECD (Organització per la Cooperació i Desenvolupament Econòmic). Amb el suport financer 1 Fenomen així denominat a la documentació referent a la instal·lació PKL per bé que el procés de condensació té lloc tant al costat ascendent i al descendent dels tubs en U dels generadors de vapor. 20 Memòria proporcionat pels estats membres i per la pròpia amfitriona Alemanya en participacions equivalents. A continuació es fa una breu descripció de la planta experimental, que es pot veure ampliada en l’annex E, i del experiment PKL III E2.2 en particular. 5.1. Descripció de la planta experimental PKL La instal·lació experimental PKL de gran escala (figura3.1.) és un model a escala 1:145 d’un reactor d’aigua a pressió de disseny KWU (Kraftwerk Union AG) de 1300 MW, amb Philippsburg 2 com a planta de referència. Com s’ha dit anteriorment aquesta modela tot el sistema primari i les parts essencials del secundari sense incloure-hi les turbines i els condensadors. Línia de vapor Aigua d’alimentació 1 Vas del reactor a pressió 2 Downcomer 3 Generador de vapor 4 Bomba 5 Pressionador Fig. 5.1: Instal·lació experimental PKL Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 21 Oriol Noguera Oliva Com per altres instal·lacions experimentals d’aquests tipus , el concepte d’escala apunta a simular totalment el comportament termohidràulic d’una central a plena escala. A continuació es mostren les principals característiques d’aquesta instal·lació que la diferencien de la central de referència i d’altres centrals PWR comercials: Elevacions hidroestàtiques a plena escala (1:1) • • • • • • • Potència, volum i àrees de secció transversal a un factor d’escala de 1:145 Pèrdues de pressió per fricció pels cabals d’una fase a plena escala Simulació de tots quatre llaços Nucli i generadors de vapor simulats com una secció dels sistemes actuals, en unes altres paraules, dimensions de les varetes i dels tubs en U a plena escala, també els espaiadors i la capacitat d’emmagatzematge de calor; però el número de varetes i tubs en U està escalat En casos de discrepàncies en els requisits, en la simulació dels fenòmens es donava preferència a la simulació de la geometria. Per exemple, per representar fenòmens importants en les branques calentes com ara separació de cabal o limitació de cabal a contracorrent, la geometria de les branques calentes es basava en la conservació del nombre de Froude i fou finalment dissenyat en la base d’experiments a plena escala UPTF (plènum superior de la instal·lació experimental) El downcomer del vas del reactor a pressió (RPV) està modelat per un component anular a la regió superior i continua amb dues canonades (canonades del downcomer) cap al plènum inferior. Aquesta configuració permet la connexió simètrica de les quatre branques al RPV, preservant les pèrdues de pressió per fricció i no distorciona la relació entre volum i superfície. Una altra diferència a tenir en compte és el nucli, que en aquesta instal·lació experimental es tracta d’un feix de 314 varetes escalfadores elèctricament que proporcionen una potència de fins a 2.5 MW corresponents al 10 % de la potència de la central de referència. La pressió d’operació de PKL està limitada a 45 bar en el costat primari i a 56 bar en el secundari. Això permet simular sobre un ampli rang de temperatures (250ºC a 50ºC) que és particularment aplicable als processos de investigació de refredament o cooldown en anglès. 22 Memòria 5.2. Experiment PKL III E2.2 Aquest test pertany al projecte PKL III E, anteriorment esmentat, en el que s’estudien fenòmens de dilució inherent de bor després de SB-LOCAs. Aquest tipus de tests poden ser conservadors de dues maneres; respecte la diferència de temps entre la restauració de la circulació natural en els diferents llaços o bé respecte de la quantitat de condensat acumulat. En aquest cas es tracta de la segona categoria de test ja que les seves condicions són conservadores en termes de la grandària de la massa condensada acumulada. Les condicions de contorn d’aquests tests estan tancades de manera que la massa de condensat produïda és gran, la influència dels processos de mescla és petita i no tots quatre llaços són alimentats com seria en el cas de la primera categoria. A continuació es descriu el procediment i objectius de l’experiment PKL III E2.2 així com les conclusions extretes de l’experiència. Aquesta informació està ampliada a l’annex E. 5.2.1. Descripció i objectius La principal qüestió d’aquest tipus de tests és si la dilució inherent de bor post SB-LOCA podria comportar una concentració de bor inferior als nivells acceptables a l’entrada del nucli. Això podria succeir en un escenari en que té lloc una pèrdua de refrigerant amb un trencament petit combinat amb una reducció dels sistemes de injecció de seguretat d’alta pressió (HPSI). Amb aquestes condicions i a alta pressió la taxa de fuga (blowdown) és major que la taxa d’injecció de les SIPs (bombes d’injecció de seguretat o HPSI), per tant, la massa de refrigerant es veu reduïda. Llavors l’energia podria ser temporalment transportada des del primari al secundari sota condicions de condensació i reflux on només petites quantitats de bor són transferides a la fase vapor. Això comportaria que el condensat format sobretot a la part ascendent dels tubs dels generadors de vapor fos pràcticament lliure de bor, i podent-se acumular posteriorment al sistema de refrigeració del reactor i en especial a les branques intermitges (també loop seal segons terminologia anglesa). Llavors, com que a baixa pressió la taxa de fugues és menor que la taxa d’injecció del ECCS, el sistema primari es reompla fins que comença la circulació natural amb la possibilitat que el condensat en qüestió es desplaci cap el vas del reactor a pressió (RPV). Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 23 Oriol Noguera Oliva Així doncs, l’experiment PKL III E2.2 representa un escenari com l’anterior on el petit trencament té una grandària suficient perquè hi hagi una llarga fase de condensació i reflux i per omplir el nivell de mescla aigua/vapor present en el sistema primari perquè no disminueixi per sota del límit superior de la línia de refrigerant del reactor (RCL) en cap moment durant la fase de condensació i reflux, amb l’adequada aportació d’aigua del ECCS en les branques fredes. Amb aquestes condicions els càlculs i estimacions prediuen que les zones d’aigua poc borada no només es formaran en les branques intermitges sinó que també en les branques calentes i a l’entrada dels generadors de vapor (GV). L’objectiu d’aquest test és llavors veure què succeiria en la restauració de la circulació natural, si aquestes masses d’aigua poc borada entrarien dins el vas del reactor i si llavors la concentració de bor seria inferior als nivells acceptables, amb els punts de interès fonamentals que són els següents: Grandària dels paquets de condensat formats • • • • • • Efectes de mesclat en els GVs i en la RCL Intensitat de la circulació natural transportant refrigerant poc borat al RPV Concentració mínima de bor al RPV després del començament de la circulació natural Retràs temporal amb que qualsevol paquet de refrigerant poc borat dels llaços individuals arriben al RPV. Aquest test consta de dues fases, la de condicionament i la del transitori en qüestió. La fase de condicionament és per obtenir les condicions inicials del transitori que començaria aproximadament uns 2100 s després d’un accident semblant en una planta nuclear comercial de 1300 MW. Això és així ja que la pressió màxima del primari és de 45 bar i de 56 bar en el secundari, per tant, al no poder arribar a pressions superiors com les que assoleix una planta comercial es va realitzar la fase de condicionament que portava la instal·lació experimental a un punt a mig camí del que succeiria després de l’accident i amb les condicions esmentades anteriorment en una planta de 1300 MW. Aquest punt és quan el primari disminueix la pressió fins a 40 bar, 2 bar per sobre de la del secundari. Abans de veure les dues fases cal senyalar quines són les condicions de contorn en la planta experimental PKL: Trencament petit (32cm2/145, on 145 és el factor d’escala) en el llaç 1 en la branca freda 24 Memòria entre la RCP (bomba del refrigerant del primari) i RPV (mirant en la direcció de circulació: aigües amunt del punt de injecció, a dalt en la circumferència de la RCL) Tots quatre GVs descendint a 100 K/h via 4 vàlvules de control d’alleujament de vapor principal (MS-RCV), el costat secundari dels generadors de vapor connectats amb el col·lector de vapor principal cap a turbina. • • • • • • • 2 de les 4 SIPs en els llaços 1 i 2 del sistema de refrigerant del reactor en la branca freda Sistema de refrigerant del reactor en la branca freda sostingut pels sistemes de injecció a baixa pressió (LPSI) en els llaços 1 i 2 quan la pressió del sistema de refrigeració del reactor disminueixi per sota dels 10 bar per primer cop. Fase de condicionament La fase de condicionament establia les condicions bàsiques pel test E2.2 (condicions de condensació i reflux a alt reompliment del nivell al costat primari amb acumulació de condensat en els generadors de vapor en l’entrada dels canals i les branques intermitges). Abans de començar la fase de condicionament, el test s’iniciava, excepte pel pressionador (a un nivell de 0.5 m), completament omplert amb 2300 kg d’aigua amb una concentració homogènia de bor de 1000 ppm. El feix de varetes de potència era de 530 kW. A una pressió de 42 bar en el RCS, la temperatura de sortida del nucli era de 250 ºC. El subrefredament a la sortida del nucli era per tant de 3 K. La calor era extreta pel costat secundari amb circulació natural subrefredada als quatre llaços. La pressió de vapor principal era de 28 bar. La fase de condicionament pot ser dividida en quatre parts tal com segueix: Fase 1: Augment de la pressió del secundari Fase 2: Establiment de les condicions de condensació i reflux Fase 3: Apareix el condensat Fase 4: Transició al inici del test Durant tota la fase de condicionament (totes quatre subfases) la potència es mantingué constant a 530 kW. Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 25 Oriol Noguera Oliva Fase 1: Augment de la pressió del secundari La fase de condicionament inicialment involucra l’acompliment de la transició de circulació natural en fase única a condicions de condensació i reflux. Aquest fet és necessari, entre altres coses, per la significant reducció de la diferència de temperatures entre primari i secundari. Per a aquest propòsit, la fase de condicionament va ser iniciada a t = -6450 s per aïllament del costat de vapor principal dels GVs amb el trencament encara tancat. Com que la temperatura i pressió del secundari augmenta, també augmenta la temperatura a l’entrada del nucli. El calentament a una velocitat constant redueix el subrefredament a la sortida del nucli a 0. Degut a la formació fixada de vapor a la sortida del nucli, el nivell del pressionador (PRZ) i la pressió del RCS augmenten. Fase 2: Establiment de les condicions de condensació i reflux A t = -5270 s i a una pressió de 44 bar al RCS, el trencament en la branca freda 10 es va obrir (sense alimentació en el RCS). El resultat de la pèrdua de massa dugué inicialment a una circulació natural (CN) amb dues fases. La pressió del RCS disminuí a 1 o 2 bar per sobre de l’encara creixent pressió del secundari. Durant aquest temps, el upper head del RPV es va buidar ràpidament, el nivell assolia la RCL. El pressionador i els generadors de vapor drenaren. A t = -4430 s, l’augment de la pressió general fou aturada per la reactivació del secundari dels generadors de vapor. Des d’aquest moment cap endavant i fins el començament del test, la pressió de vapor principal fou controlada perquè la pressió del RCS pogués ser de 40 bar aproximadament. El cabal màssic de la circulació natural decreixé. Tot i això, el transport de refrigerant de l’entrada dels GV via els tubs en U a la sortida d’aquests no parà completament abans que els nivells de fluid en els canals de sortida dels GV disminuïssin permanentment per sota els tubs (sota els tubesheets) (sempre amb la quantitat permesa per la fluctuació natural en els nivells). En aquest moment (t = -3950 s), el trencament es tancà altre cop. La massa de refrigerant que restava en el RCS era de 1170 – 1180 kg. Les condicions de condensació i reflux imperaren. 32 Memòria Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 33 Oriol Noguera Oliva 6. Nodalització de PKL en TRAC-M En aquest capítol es comenta, en primer lloc, com s’ha escrit el fitxer input de la planta experimental PKL en TRAC-M i com és aquest. En segon lloc s’explica el procediment per l’obtenció de la fase de condicionament fent posteriorment una comparació, recolzada per unes gràfiques dels aspectes més importants de l’experiència, amb els resultats obtinguts amb RELAP i les dades experimentals, i amb les corresponents observacions. Finalment es fa el mateix però per la fase del transitori. 6.1. Descripció de la nodalització en TRAC-M El fitxer d’input de la planta experimental PKL utilitzat en la simulació del test PKL III E2.2, tant per la fase de condicionament com pel test en si, està basat a partir del model creat pel codi de càlcul RELAP5/MOD3.2 per l’UPC, tot i que conté certes diferències, tant de numeració com d’elements constitutius, motivades per les característiques del codi TRAC-M. Aquesta nodalització defineix el circuit primari amb el vas del reactor, el pressionador, la banda primària dels generadors de vapor i els quatre llaços, el circuit secundari que inclou la banda secundaria dels generadors de vapor, el sistema d’aigua d’alimentació i el sistema de vapor principal. També recull elements auxiliars com els sistemes de injecció de cada llaç, tant d’alta com de baixa pressió i els acumuladors en les branques calentes i fredes. Així que, per tal de implementar tots aquests elements, el fitxer escrit pel codi de càlcul TRAC-M està constituït per: 210 components hidràulics d’una cel·la o més • • • • • • 132 unions entre aquests components 89 estructures de calor i per tal de governar-lo es tenen: 239 variables de senyal 240 blocs de control 36 trips La nodalitazació es pot veure a la figura 4.1 de la pàgina següent. 34 Memòria B-892P-891 PL-890 V-986 V-786 V-886 V-686 V-982 V-782 V-882 V-682 V-992 PL-990 B-994 PL-680 P-630 T-620 P-610 F-679 -678 P-601 P-230 625 P-247 P-249 P-235 PU-260 P-210 T-265 T-275 T-270 F-217 P-216 V-215 P-281 F-282 V-280 T-582 F-580 F-583 PL-880 P-830 T-820 P-810 F-879 P-801 P-430 825 P-447 P-449 P-435 P-410 T-470 P-481 V-480 T-592 F-590 F-593 F-878 F-482 PU-460 T-465 T-475 F-417 P-416 V-415 B: break F: fill P: pipe PL: plenum PU: pump T: tee V: valve PL-160 P-150 PL-140 P-120 T-130 PL-110 P-104 P-108 P-109 PL-100 T-597 F-595 F-598 T-075 T-065 T-070 PU-060 P-049 P-010 P-035 P-040 P-047 P-030 P-901 P-081 V-080 F-082 F-017 P-016 V-015 F-978 F-979 T-925 T-900 P-910 T-920 P-930 PL-980 PU-360 P-349 P-335 P-340 P-347 P-330 P-701 F-778 F-779 T-725 T-700 P-710 T-720 P-730 PL-780 P-320T-312 T-310 T-375 T-365 T-370 T-587 F-585 F-588 F-317 P-316 V-315 P-381 V-380 F-382 P-510 B-566 P-525 V-565 P-520 PL-519 P-522 F-560 F-562 P-240 T-625 T-600 T-825 T-800 P-440 NODALITZACIÓNODALITZACIÓ DE PKL PER TRACDE PKL PER TRAC--MM nions V-554 B-558 P-521 T-518 Llaç 1 Llaç 2 Llaç 3 Llaç 4 Generador de vapor 1 Generador de vapor 2 Generador de vapor 3 Generador de vapor 4 891 890 886 686 786 986 882 682 782 982 992 990 880 680 980 780 881 681 781 981 F 630 620 610 621 600 615 230240 225 245 247 249 260 265 270 271 281 282 217 216 210 276 583580 830 820 810 821 430440 445 447 449 465 470 471 476 593 815 425 460 481 482 417 416 410 590 800 150 160 140 120 132 131 130 104 109 108 100 275 375 475 075 209 309 409 009 598 595 076 070 065 060 049 071 047 045 040 025 030 915 081 082 010 016 017 925 978 979 900 921 910 920 930 360 349 347 345 340 325 330 715 779 700 721 710 720 730 725 778 365 370 312 311 371 588585 376 310 316 317 381 382 318 565 525 520 510 679 678 879 878 XXX: u 261 554 519 518 562 560 521 522 Fig. 6.1: Nodalització de la instal·lació experimental PKL per a TRAC Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 35 Oriol Noguera Oliva A continuació s’explica la composició d’aquesta nodalització analitzant primer el sistema primari, el secundari i finalment els sistemes auxiliars. Cal senyalar però que gairebé tots els components que formen aquesta nodalització tenen associada una o més estructures de calor, que en la major part dels casos es tracta de simular les pèrdues a l’ambient, però que en altres casos representen escalfadors o bescanviadors de calor, i són aquestes últimes que es comenten a continuació allà on estan acoblades, per tant, totes aquelles que no s’anomenen es tracta de pèrdues a l’ambient. Els components que no disposen d’estructures de calor són els que componen els sistemes auxiliars, el trencament o components tal com “brek’s” i “fill’s” ja que, apart que TRAC-M no permet acoblar-li estructures de calor, sempre s’incorporen per donar condicions de contorn. 6.1.1. Sistema primari El sistema primari es pot separar en tres parts: el vas del reactor a pressió, el pressionador i les branques que constitueixen cada llaç. Vas del reactor Començant pel punt més baix de la instal·lació hi ha l’element PL-110 que és el plènum inferior seguit del T-130, on el cos principal representa la sortida del plènum inferior cap el nucli i el cos secundari és el bypass del nucli. El nucli doncs és l’element P-120 amb 7 cel·les, després hi ha el PL-140 que a més de ser part del plènum superior és d’on surten del reactor els 4 llaços, i el segueixen els components P-150 i PL-160, que són el plènum superior i el upper head respectivament. La regió superior i anular del downcomer són els components PL- 100 i P-108, separats per l’entrada de tots quatre llaços en el PL-100, i les canonades del downcomer cap el plènum inferior estan representades per l’element P-104 de 4 cel·les. Finalment el bypass de l’upper head és el component P-109 que va del PL-160 al P-108. Les estructures de calor destacables en el reactor són les següents: 3 que estan acoblades al nucli (component P-120), que simulen les 314 varetes escalfadores elèctricament del nucli i representen cadascuna de les tres zones en que estan dividides, tal i com s’especifica en la instal·lació experimental PKL, segons la taxa de potència que desenvolupen. La primera representa la zona interna formada per 63 varetes (estructura de calor 101), la segona és la 36 Memòria zona intermitja amb 118 varetes (102) i la tercera que en té 133 és la zona exterior (103); l’estructura de calor 119 simula els escalfadors del upper head (PL-160), que són uns compensadors per pèrdues; a part d’escalfadors també hi ha bescanviadors de calor com l’element 118 que per una banda veu el nucli i per l’altre el bypass d’aquest (T-130); i finalment l’estructura de calor 123 que també és un bescanviador del PL-140 al PL-100. P-150 PL-140 P-120 T-130 PL-110 PL-160 P-109 P-108 PL-100 P-104 Upper head Plènum superior Plènum inferior Nucli By-pass Nucli Downcomer canonada Downcomer By-pass Upper head 150 140 160 109 108 100 104 130 131 120 132 275 375 475 075 209 309 409 009 Fig. 6.2: Esquema de nodalització del vas del reactor Pressionador El pressionador està unit al llaç 2 a través de la línia d’equilibri, representada pel component P-510 i el braç secundari del T-312. El pressionador inclou els components PL-519, on s’uneix amb la línia d’equilibri, el T-518, el P-520 i el P-525. De les estructures de calor ubicades en el pressionador, la 503 és la que representa els 16 calefactors que hi ha entre els volums PL-519 i la part més baixa del P-520, la potència dels Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 37 Oriol Noguera Oliva quals es regula per controlar la pressió del sistema. L’estructura 505 acoblada al llarg del component P-520 és per compensar les pèrdues en el pressionador. P-525 P-520 P-510 PL-519 Surge line T-518 522521 510 519 318 520 Fig. 6.3: Esquema de nodalització del pressionador Branques calentes i fredes Els 4 llaços són pràcticament iguals excepte en alguns punts que es comenten tot seguit. Cada llaç es pot separar en la branca calenta, el costat ascendent i descendent dels tubs dels GV o primari dels generadors de vapor, la branca intermitja i la branca freda, el llaç 1, tal i com en RELAP, està compost per aquells elements que comencen per 2, el llaç 2 pels 300s, el tercer llaç (3) amb 4 i els del llaç 4 comencen amb 0. Només es fa referència al llaç 1 per explicar com estar format, comentant si és necessari en quins llaços és diferent. La branca calenta, que surt del volum PL-140 del vas del reactor, la forma el volum T-210 i els volums T-310, T-312 i P-320 en el llaç 3 ja que en aquest és on hi ha la línia d’equilibri del pressionador (T-312) del pressionador. El primari del generador de vapor i la branca calenta són iguals per tots quatre llaços i estan simulats, pel cas del primari dels generadors de vapor, pels components P-230 i P-240 que representen l’entrada i sortida als generadors i el component P-235 que representa tot el conjunt de tubs en U que componen el primari del GV. La branca intermitja són els components P-247 i P-249, el primer dels quals representa la 38 Memòria P-210 T-270 T-275 T-265 PU-260 P-249 P-247 P-230 P-240 P-235 P-320T-312T-310 225 245 230 240 247 249 310 318 210 554 271 276 312 311 209 275 270 265 260 sortida anular dels generadors de vapor. Finalment la branca freda, composta en primer lloc per la bomba del refrigerant del reactor representada pel component PU-260 seguit del volums T-270 i el T-275 que s’uneix al downcomer del reactor (PL-100). El llaç 1 es caracteritza en la branca freda per allotjar el trencament que especifica el test PKL III E2.2 en el component T-265, que en les altre branques és igual excepte que no té braç secundari (són una PIPE). Totes les estructures de calor acoblades en els llaços són per simular les pèrdues a l’ambient. Fig. 6: Esquema de nodalització de les branques del primari 6.1.2. Sistema secundari El sistema secundari comprèn el secundari dels quatre generadors de vapor, els quals són iguals per tots els llaços i s’identifiquen pels 600s, 700s, 800s i 900s des del llaç 1 al llaç 4. El downcomer dels generadors de vapor és semblant al del vas del reactor, en la regió superior es tracta d’un cos anular que llavors segueix fins a la part inferior del generador de vapor amb dues canonades. Fent referència només al generador de vapor del llaç 1, el downcomer anular està representat en part pel volum T-600 i en part pel volum T-625, en els quals hi va a parar l’aigua d’alimentació. Les dues canonades del downcomer estan simulades amb el component P-601 que va a parar al P-610, element que acull els tubs en U del primari (P-235) i hi ha el Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 39 Oriol Noguera Oliva bescanvi de calor entre aquests dos, és a dir, entre el primari i el secundari de la instal·lació experimental PKL (a través de l’estructura de calor 650). Després d’aquest hi ha el separador (T-620) que deixa passar l’aigua en fase vapor cap el plènum de vapor (P-630) o retorna la fase líquida al downcomer (T-625). P-610 T-620 P-630 P-601 T-600 T-625 P-235 Plènum de vapor Separador Riser Downcomer anular Downcomer canonades 620 630 610 615 621 625 600 679 678 230 240 Fig. 6.5: Esquema de nodalització dels generadors de vapor 6.1.3. Sistemes auxiliars Els sistemes auxiliars són, pel primari, els sistemes d’acumuladors, el sistemes de injecció de seguretat d’alta i baixa pressió (HPSI i LPSI respectivament), els sistemes de control del pressionador, alleujament del pressionador i el trencament. Pel secundari els sistemes d’aigua d’alimentació i sistemes d’aigua d’alimentació d’emergència a més del sistema de vapor principal. Sistema d’acumuladors El sistema d’acumuladors consta de dos acumuladors per llaç, un a la branca calenta i un altre a la branca freda. Cada acumulador està format per tres components: una vàlvula (“valve”) que va unida a la branca en qüestió; una “pipe” seguida de la vàlvula; i tancant l’acumulador 40 Memòria hi ha un component “fill”. Els de la branca calenta es numeren V-215, P-216 i F-217 i s’uneixen al volum P-210. Els acumuladors de la branca freda estant numerats V-280, P-281 i F-282, i van units en el component T-270 (per els altre llaços és exactament igual però amb la numeració característica de cada llaç). F-217 P-216 V-215 F-282 P-281 V-280 Acumulador branca calenta Acumulador branca freda 217 216 210 282 281 271 Fig. 6.6: Esquema de nodalització del acumuladors Sistemes de injecció de seguretat Els sistemes de injecció de seguretat d’alta pressió són el F-580, F-585, F-590 i F-595 i els de baixa pressió els F-583, F-588, F-593 i F-598. En cada llaç es reuneixen el HPSI i el LPSI en un volum que després va unit al components T-275 (pel llaç1, T-375, T-475 i T-075 pels demés), just abans de l’entrada al reactor. Aquests components són el T-582, T-587, T-592 i T-597. T-582 F-580 F-583 580 583 276 HPSI LPSI Fig. 6.7: Esquema de nodalització dels sistemes de injecció de seguretat Sistema de control del pressionador i alleujament del pressionador El pressionador usa dos sistemes de control units en el seu volum PL-518 per tal de, en el cas del esquematitzat pels volums P-521 i F-560, controlar el nivell del pressionador, i per donar Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 41 Oriol Noguera Oliva el cabal que surt per la vàlvula V-565 amb els components P-522 i F-562. B-566 V-565 565 525 522521 562 560 261 554 P-521 P-522 F-560 F-562 Fig. 6.8 i 6.9: Nodalització del sistema de control del pressionador El sistema d’alleujament del pressionador el formen la ja esmentada vàlvula V-565 i el B-566 que en fixa la pressió. Fig. 6.10:Esquema de nodalització de l’alleujament del pressionador Trencament S’ha optat en nodalitzar el trencament tal i com és en la instal·lació experimental, una llarga canonada unida al propi orifici de la branca freda, amb una vàlvula al final que obre el sistema a dos separadors de fase a pressió (annex D). Els volums que simulen aquesta estructura són el braç secundari del T-265, la vàlvula V-554, que amb les seves 9 cel·les reprodueix tota la longitud de la canonada, i el volum B-558, que es posa enlloc dels separadors, i simula l’entorn a la pressió atmosfèrica. V-554 B-554 Fig. 6.11: Esquema de nodalització del trencament 48 Memòria model de flux crític, segons el model de Ramson-Trapp, i que s’introdueixen com a INOPTS. Aquests coeficients són els següents: chm1i: coeficient per la fase subrefredada d’aigua, i • • chm2i: coeficient per fluxos bifàsics, líquid i vapor, on la i serà 2 per la primera parella de coeficients, 3 per la segona i així fins a 5. El funcionament de Ramson-Trapp (ref.[6]), per les característiques del trencament en qüestió i l’estat del refrigerant en el moment d’obrir-se el trencament en la fase de condicionament del test PKL III E2.2, es pot explicar, de forma aproximada, de la següent manera: just quan s’obre el trencament, el sistema de refrigeració del reactor estar completament ple d’aigua en fase líquida, de manera que actua el primer coeficient (chm12) augmentant o disminuint el cabal del trencament segons el valor que s’introdueix. Posteriorment, quan el cabal que surt pel trencament comença a ser bifàsic, actua el segon coeficient de la mateixa manera que el primer. Així doncs, cal ajustar aquests valors per obtenir la quantitat total de massa evacuada pel trencament especificada. Aquests valors per la fase de condicionament són chm12=1.20 i chm22=1.05. Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 49 Oriol Noguera Oliva 6.2.2. Comparació amb els resultats experimentals i els de RELAP5/MOD3.2 Un cop realitzada la simulació de la fase de condicionament es grafiquen les variables i blocs de control de més interès, tal i com es pot veure en el següent apartat (6.2.3 Gràfiques comparatives). En general s’aconsegueixen, al final de la fase de condicionament, les condicions inicials especificades per la fase test, com es pot comprovar a la taula 6.2. Paràmetre Experimental RELAP5/MOD3.2 TRAC-M Massa refrigerant 1440 kg 1440 kg 1330 kg Potència escalfadors nucli 530 kW 530 kW 530 kW Pressió del primari 40.5 bar 40.5 bar 40.8 bar Temperatura del primari 252 ºC 251 ºC 250 ºC Subcooled sortida del nucli 0 K 0 K 0 K Nivell pressionador 1.1 m 0.8 m 0.67 m Concentració de bor Branca intermitja Sortida del nucli < 50 ppm > 2000 ppm < 300 ppm > 2000 ppm < 500 ppm > 2000 ppm Pressió del secundari 39 bar 38.9 bar 38.9 bar Temperatura del secundari 249 ºC 249 ºC 249 ºC Nivell GV’s 12.2 m 12.3 m 12.2 m Taula 6.2: Variables de la fase de condicionament Tot i així es poden observar certes discrepàncies amb els resultats obtinguts amb RELAP i les dades experimentals. Cal recordar, però, que la fase de condicionament té l’objectiu d’establir les condicions inicials de la fase test. Per aquesta raó, la flexibilitat en certs esdeveniments al llarg del condicionament és permissible en quan s’assoleixin els valors finals de forma raonable (les esmentades condicions inicials). 50 Memòria Un exemple d’això és que el trencament no estar obert el mateix temps en RELAP i TRAC que en la planta experimental. Això és així perquè el període que roman oberta la vàlvula del trencament, experimentalment, no és suficient en cap dels dos codis per evacuar el refrigerant especificat, per aquesta raó s’obre la vàlvula del trencament abans (per t = -5450 s, 180s abans) i es tanca més tard (600 s després). Aquest fet el podem observar principalment en la gràfica del cabal de trencament (Fig. 6.2) o també en la de la pressió del pressionador (Fig. 6.1), on el descens brusc de pressió degut a l’obertura del trencament succeeix abans en ambdós codis que experimentalment. També s’observa en la figura 6.1 que les pressions són molt semblants en tots tres casos excepte que, en RELAP, abans del trencament augmenta més en el pressionador, possiblement degut a les diferents potències de les estructures de calor del pressionador (l’escalfador i el compensador per pèrdues). En el nivell d’aigua líquida dels tubs en U dels generadors de vapor, des dels canals d’entrada al marge superior d’aquests (Fig. 6.6) s’observa que en el cas de TRAC aquests no queden completament buits mantenint així el nivell a 1.3 m aproximadament, augmentant fins a gairebé 5 m just al final del condicionament, després d’activar-se les SIP’s. D’aquesta manera, tot i descarregar la quantitat de refrigerant en el trencament especificada, el sistema de refrigeració del reactor (RCS) no queda només omplert fins la RCL, sinó que aigua en fase vapor persisteix encara per sota de la línia de refrigeració del reactor ocupant el lloc de l’aigua líquida retinguda en el primari dels GV’s. Aquest fenomen es reflecteix en el nivell d’aigua del RPV, que és aproximadament 1 m inferior (Fig. 6.3). El nivell del pressionador (Fig. 6.4), tot i evolucionar semblant als altres valors, a partir del moment que s’aïllen els GV’s fins ja el final de la fase és inferior, quedant aproximadament 0.5 m per sota del nivell especificat en el final de la fase de condicionament. En canvi, el nivell dels generadors de vapor (Fig. 6.5) assoleix perfectament el valor indicat en la taula anterior. Ara bé, en el període que els generadors de vapor resten aïllats, s’observa un increment del nivell experimental tornant als 12.2 m posteriorment, contrari a l’augment a Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 51 Oriol Noguera Oliva 12.4 m en que es manté el nivell de RELAP a partir d’aproximadament la meitat d’aquest període. Aquest petita discrepància entre els dos codis possiblement sigui la causa del major acostament de la temperatura d’entrada al nucli (Fig. 6.7) resultant del càlcul amb TRAC. Pel que fa a l’aigua d’alimentació, (Fig. 6.9) els valors obtinguts en tots tres casos són pràcticament iguals excepte en el moment que, després de ser nul·la la càrrega al aïllar el GV’s, torna a aparèixer per la reactivació dels secundaris, ja que en els codis això succeeix abans que l’experimental, com es pot comprovar en la pressió del secundari de la figura 6.1. La concentració de bor es mesura experimentalment pels senyals de COMBO (Continuous Measurement of Boron Concentration, annex E) que estan calibrats amb la condició que la RCL fos completament omplerta d’aigua. Tenint en compte això, si s’observen les gràfiques de la concentració de bor (Fig. 6.11 i 6.12), els valors obtinguts en el període on la RCL està buida o parcialment buida (de t = -5000 s a t = -710 s, aproximadament) són negligibles. Per la resta de valors s’aconsegueixen les concentracions mesurades experimentalment, més baixes en els llaços 3 i 4 (gairebé nul·la), que en els llaços 1 i 2. En els loop seals o branques intermitges, en canvi, la concentració de bor és major en TRAC (Fig. 6.13), sobretot en el instant abans que les SIP’s comencin a injectar aigua (t = -710 s). La resta de valors s’aproximen molt als obtinguts experimentalment i especialment amb els valors resultants de la simulació amb RELAP, doncs allà on TRAC s’allunya lleugerament de la instal·lació PKL també ho fa RELAP i en la mateixa magnitud. Exemples d’això són les temperatures en el primari (Fig. 6.10), la temperatura en el secundari dels GV (Fig. 6.16), la temperatura de sortida del nucli (Fig. 6.8), el cabal en el primari (Fig. 6.15) o la massa de refrigerant en el primari (Fig. 6.14). 6.2.3. Gràfiques comparatives En les següents pàgines s’observen les figures que s’han citat en l’apartat anterior. En l’annex F es troben la resta de gràfiques dels paràmetres estudiats en la fase de condicionament. 52 Memòria Pressió del pressionador i del secundari -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 20 25 30 35 40 45 50 pPRZ_exp pPRZ_RELAP pPRZ_TRAC psec_exp psec_RELAP psec_TRAC Pressió (bar) Temps (s) Fig.6.1: Pressió del pressionador i del secundari Cabal del trencament -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 cabalbrek_exp cabalbreak_RELAP cabalbreak_TRAC Cabal (kg/s) Temps (s) Fig.6.2: Cabal del trencament Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 53 Oriol Noguera Oliva Nivell del vas del reactor (RPV) -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 NivRPV_exp NivRPV_RELAP NivRPV_TRAC Nivell (m) Temps (s) Fig. 6.3: Nivell del vas del reactor Fig. 6.4: Nivell del pressionador Nivell del pressionador (PRZ) -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Nivell PRZ (m) Temps (s) NivPRZ_exp NivPRZ_RELAP NivPRZ_TRAC 54 Memòria Nivell del generador de vapor 1 (GV1) Fig. 6.6: Nivell dels tubs del generador de vapor 1 -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 0 2 4 6 8 10 12 NvGVU1_exp NvGVU1_TRAC Nivell (m) Temps (s) -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 11.4 11.6 11.8 12.0 12.2 12.4 12.6 NiGV1_exp NiGV1_RELAP NiGV1_TRAC Nivell (m) Temps (s) Fig. 6.5: Nivell del generador de vapor 1 Nivell dels tubs del generador de vapor 1 (GVU1) Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 55 Oriol Noguera Oliva Temperatura d’entrada al nucli -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 200 210 220 230 240 250 260 270 TeNucli_exp TeNucli_RELAP TeNucli_TRAC Temperatura (ºC) Temps (s) Fig. 6.7: Temperatura d’entrada al nucli Temperatura de sortida del nucli -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 210 220 230 240 250 260 270 TsNucli_exp TsNucli_RELAP TsNucli_TRAC Temperatura (ºC) Temps (s) Fig. 6.8: Temperatura de sortida del nucli 56 Memòria Cabal d’aigua d’alimentació del GV 1 -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 CabalFW1_exp CabalFW1_RELAP CabalFW1_TRAC Cabal (kg/s) Temps (s) Fig. 9: Cabal d’aigua d’alimentació del GV 1 Temperatura de la branca intermitja 1 Fig. 10: Temperatura de la branca intermitja 1 -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 200 210 220 230 240 250 260 270 TLoopSeal1_exp TLoopSeal1_RELAP TLoopSeal1_TRAC Temperatura (ºC) Temps (s) Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 57 Oriol Noguera Oliva COMBO llaç 1 -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 combo1_exp combo1_RELAP combo1_TRAC combo (ppm) Temps (s) Fig. 6.11: COMBO llaç 1 Fig. 6.12: COMBO llaç 3 COMBO llaç 3 -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 combo (ppm) Temps (s) combo3_exp combo3_RELAP combo3_TRAC 64 Memòria Pressió del pressionador i del secundari 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 5 10 15 30 pPRZ_exp pPRZ_RELAP pPRZ_TRAC psec_exp psec_RELAP psec_TRAC Temps (s) 20 25 35 40 45 50 Pressió (bar) Fig. 6.17: Pressió del pressionador i del secundari Cabal del trencament 0.0 0.6 0.8 1.2 1.4 1.0 0.2 0.4 Cabal (kg/s) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 -0.2 cabalbreak_exp cabalbreak_RELAP cabalbreak_TRAC Temps (s) Fig. 6.18: Cabal del trencament Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 65 Oriol Noguera Oliva Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 65 Oriol Noguera Oliva Nivell del vas del reactor (RPV) 12 0 6 10 8 2 4 Nivell (m) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 NivRPV_exp NivRPV_RELAP NivRPV_TRAC Temps (s) Fig. 6.19: Nivell del vas del reactor Nivell del pressionador (PRZ) 6 Fig. 6.20: Nivell del pressionador 0 1000 2000 3000 4000 5000 -1 0 6000 7000 8000 9000 5 3 4 1 2 NivPRZ_exp NivPRZ_RELAP NivPRZ_TRAC Nivell PRZ (m) Temps (s) 66 Memòria Nivell del generador de vapor 1 (GV1) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10.5 11.5 12.0 NiGV1_exp NiGV1_RELAP NiGV1_TRAC Nivell (m) Temps (s) 12.5 11.0 Fig. 6.21: Nivell del generador de vapor 1 Nivell del tubs del generador de vapor 1 (GVU1) Fig. 6.22: Nivell dels tubs del generador de vapor 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 2 4 6 8 10 12 NivGVU1_exp NivGVU1_RELAP NivGVU1_TRAC Nivell (m) Temps (s) Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 67 Oriol Noguera Oliva Temperatura d’entrada al nucli 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 50 100 150 200 250 TeNucli_exp TeNucli_RELAP TeNucli_TRAC Temperatura (ºC) Temps (s) Fig. 6.23: Temperatura d’entrada al nucli Cabal d’aigua d’alimentació del generador de vapor 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 CabalFW1_exp CabalFW1_RELAP CabalFW1_TRAC Cabal (kg/s) Temps (s) Fig. 6.24: Caba dor de vapor 1 l d’aigua d’alimentació del genera 68 Memòria Temperatura de la branca intermitja 1 Fig. 6.26: COMBO llaç 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 combo1_exp combo1_RELAP combo1_TRAC combo (ppm) Temps (s) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 50 100 150 200 250 300 TLoopSeal1_exp TLoopSeal1_RELAP TLoopSeal1_TRAC Temperatura (ºC) Temps (s) Fig. 6.25: Temperatura de la branca intermitja 1 COMBO llaç 1 Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 69 Oriol Noguera Oliva COMBO llaç 3 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 combo3_exp combo3_RELAP combo3_TRAC combo (ppm) Temps (s) Fig. 6.27: COMBO llaç 3 Fig. 6.28: Concentració de bor a la branca intermitja 1 Concentració de bor a la branca intermitja 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Concentració de bor (ppm) Temps (s) boronloopseal1_RELAP boronloopseal1_TRAC 70 Memòria Concentració de bor a la branca intermitja 2 Fig. 6.30: Cabal sistema primari llaç 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 boronloopseal2_RELAP boronloopseal2_TRAC Concentració de bor (ppm) Temps (s) F ig. 6.29: Concentració de bor a la branca intermitja 2 Cabal sistema primari llaç 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Qprim1_exp Qprim1_RELAP Qprim1_TRAC Cabal (kg/s) Temps (s) Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 71 Oriol Noguera Oliva Cabal sistema primari llaç 2 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Qprim2_exp Qprim2_RELAP Qprim2_TRAC Cabal (kg/s) Temps (s) Fig. 6.31: Cabal sistema primari llaç 2 Temperatura del secundari del GV 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100 120 140 160 180 200 220 240 260 TempGV1_exp TempGV1_RELAP TempGV1_TRAC Temperatura (ºC) Temps (s) Fig. 6.32: Temperatura del secundari del llaç 1 72 Memòria Preparació d’un model de la instal·lació experimental PKL pel codi de càlcul TRAC-M 73 Oriol Noguera Oliva 6.4. Anomalies i punts oberts Dels resultats obtinguts de la simulació de la instal·lació experimental PKL amb TRAC-M se’n poden extreure les següents qüestions: - El codi reprodueix satisfactòriament l’accident tipus de dilució inherent de bor post SB-LOCA, concloent que la concentració de bor en l’entrada del nucli no descendirà a valors inferiors als acceptables. - El pressionador, tot i haver estat subjecte d’estudi en quan a la sensibilitat de les estructures de calor, no s’apropa al nivell de líquid obtingut experimentalment. - El nivell del upper head mostra una gran discrepància, fent necessari un anàlisi de la geometria i de les estructures de calor acoblades. - El costat ascendent dels tubs del generador de vapor no arriben a buidar-se del tot, possiblement degut a la geometria d’aquests i la del cap del vas del reactor. - La gran inestabilitat observada en el secundari dels generadors de vapor, tot i haver estat millorada, hauria de minimitzar-se analitzant la geometria d’aquests. - El model de flux crític, senvolupament (ref.[7]), acosta satisfactòriament la descàrrega del trencament als valors precedents. - Queda palès que el model per solucions diluïdes amb àcid ortobòric té un bon comportament en TRAC (ref.[8]). La pressió del sistema primari normalment és regulada pel pressionador. En el test PKL III E2.2, però, les potències dels calefactors del pressionador són constants, segurament degut a la regulació d’aquestes, en la central de referència, en moments anteriors del inici de la fase test (fase que reconstrueix la despressurització de la planta de referència a partir d’una mitja hora després de l’accident, com s’ha senyalat anteriorment). Tant la potència dels calefactors com la dels compensadors per pèrdues, i els coeficients de transferència de calor de les estructures de calor acoblades al pressionador (també de les que simulen les pèrdues a l’ambient) han de ser ajustades minuciosament per bé de simular la fase de condicionament i la fase test. En l’annex B es mostra un estudi de la sensibilitat de les estructures de calor en el pressionador, analitzant com afecten al llarg de les dues fases i comparant els valors presos finalment en contraposició als introduïts en el codi RELAP o la potència desenvolupada pels calefactors de la instal·lació exper tot i està en fase de de imental PKL. 80 Memòria Ref. [7] Flow Process Model in the System Codes United States Nuclear Regulatory Commission ef. [8] CRC Handbook of Chemistry and Physics, 62nd ed. The CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1981) R