Modelado y análisis de un sistema de seguridad pasivo de extracción de calor residual para un reactor integrado.

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En la presente tesis se realiza el modelado y análisis determinista de un sistema de seguridad pasivo de extracción de calor residual (SSECR), mediante los cuales se pretende adquirir conocimiento al respecto, participar y dar soporte al diseño de reactores integrados. Se exponen antecedentes sobre...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Domanski, Diana B.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2018
Materias:
Cuestiones de seguridad de los reactores
Isolation condensers
Condensadores aislados
[Passive systems
Sistemas pasivos
Deterministic analysis
Análisis deterministas
RELAP5
Integral type reactor
Reactor integrado
CAREM25]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/730/1/1Domanski_1.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description En la presente tesis se realiza el modelado y análisis determinista de un sistema de seguridad pasivo de extracción de calor residual (SSECR), mediante los cuales se pretende adquirir conocimiento al respecto, participar y dar soporte al diseño de reactores integrados. Se exponen antecedentes sobre la experiencia operativa de este tipo de condensadores en reactores tipo BWR y se mencionan distintos reactores avanzados que los están incorporando en sus diseños. De esta búsqueda bibliográfica se encontró que este tipo de condensadores constituyen una buena opción para sistemas de remoción de calor residual ya que, en general, el historial de funcionamiento de los mismos en centrales nucleares ha sido bueno. Los análisis que se presentan en este trabajo se aplican a un reactor integrado tipo CAREM, por lo que se requirió un estudio previo de sus características principales y fenomenología involucrada, así como también, sobre los sistemas que posee, haciendo énfasis en el sistema de seguridad de extracción de calor residual que se toma como base para el trabajo. Este sistema de seguridad opera condensando vapor del sistema primario en tubos que transfieren el calor a piletas ubicadas en la contención, y retornando el condensado al RPR mediante circulación natural. El mismo debe ser diseñado de acuerdo a ciertos criterios y consideraciones para cumplir con su función de limitar y reducir la presión en el reactor. Por lo tanto, con sustento analítico, se realiza un análisis detallado para establecer criterios de dimensionamiento para la potencia mínima que debe extraer el SSECR y para su altura respecto del nivel de agua dentro del recipiente de presión, a fin de que se establezca la circulación natural en el sistema para la remoción de potencia. Además, se presentan los criterios de dimensionamiento y cuantificación del volumen de agua mínimo requerido en las piletas a las cuales el SSECR entrega la potencia removida. Luego, se describen las distintas etapas comprendidas en el análisis determinista de seguridad que se llevan a cabo para realizar este trabajo, siendo una de las principales tareas el desarrollo de un modelo detallado del sistema de extracción de calor residual y de la pileta a la cual se transfiere el calor, utilizando el código de planta RELAP5. Una vez desarrollado este modelo, se lo utiliza de manera aislada (con datos del sistema primario como condiciones de contorno) para realizar una caracterización del sistema con los datos y características originales. Así, se estudia el comportamiento del fluido dentro de los tubos del condensador, se analizan los coeficientes de transferencia de calor donde se observa, entre otras cosas, que la resistencia térmica dominante es la del tubo. Asimismo, se obtiene la curva de eficiencia del equipo. Luego, se estudia la performance del sistema frente a variantes de diseño mediante estudios paramétricos en longitud de los tubos del condensador, fracción de vacío a la entrada del sistema y fricción equivalente del circuito. Se apreció una disminución en la eficiencia del equipo frente a una reducción en la longitud de los tubos, cuando el equipo funciona con líquido y frente a un aumento de las fricciones en el circuito. Finalmente, este modelo del sistema de seguridad se integra al modelo RELAP5 existente del reactor para estudiar la fenomenología asociada a eventos donde interviene este sistema. Se analizan eventos de la familia de disminución de remoción de calor por el sistema secundario, en donde la función principalmente afectada es la de refrigeración del sistema primario, verificándose que la actuación exitosa de este sistema de seguridad resulta suficiente para cumplir con las funciones de seguridad sin requerir acciones humanas. También se incluye la descripción de un evento de fallas múltiples a fin de demostrar la capacidad de auto-extinción del reactor, limitación de la presión y refrigeración adecuada a través del sistema de seguridad. En todos los casos, se verifica el cumplimiento de los criterios de diseño del equipo.
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De esta búsqueda bibliográfica se encontró que este tipo de condensadores constituyen una buena opción para sistemas de remoción de calor residual ya que, en general, el historial de funcionamiento de los mismos en centrales nucleares ha sido bueno. Los análisis que se presentan en este trabajo se aplican a un reactor integrado tipo CAREM, por lo que se requirió un estudio previo de sus características principales y fenomenología involucrada, así como también, sobre los sistemas que posee, haciendo énfasis en el sistema de seguridad de extracción de calor residual que se toma como base para el trabajo. Este sistema de seguridad opera condensando vapor del sistema primario en tubos que transfieren el calor a piletas ubicadas en la contención, y retornando el condensado al RPR mediante circulación natural. El mismo debe ser diseñado de acuerdo a ciertos criterios y consideraciones para cumplir con su función de limitar y reducir la presión en el reactor. Por lo tanto, con sustento analítico, se realiza un análisis detallado para establecer criterios de dimensionamiento para la potencia mínima que debe extraer el SSECR y para su altura respecto del nivel de agua dentro del recipiente de presión, a fin de que se establezca la circulación natural en el sistema para la remoción de potencia. Además, se presentan los criterios de dimensionamiento y cuantificación del volumen de agua mínimo requerido en las piletas a las cuales el SSECR entrega la potencia removida. Luego, se describen las distintas etapas comprendidas en el análisis determinista de seguridad que se llevan a cabo para realizar este trabajo, siendo una de las principales tareas el desarrollo de un modelo detallado del sistema de extracción de calor residual y de la pileta a la cual se transfiere el calor, utilizando el código de planta RELAP5. Una vez desarrollado este modelo, se lo utiliza de manera aislada (con datos del sistema primario como condiciones de contorno) para realizar una caracterización del sistema con los datos y características originales. Así, se estudia el comportamiento del fluido dentro de los tubos del condensador, se analizan los coeficientes de transferencia de calor donde se observa, entre otras cosas, que la resistencia térmica dominante es la del tubo. Asimismo, se obtiene la curva de eficiencia del equipo. Luego, se estudia la performance del sistema frente a variantes de diseño mediante estudios paramétricos en longitud de los tubos del condensador, fracción de vacío a la entrada del sistema y fricción equivalente del circuito. Se apreció una disminución en la eficiencia del equipo frente a una reducción en la longitud de los tubos, cuando el equipo funciona con líquido y frente a un aumento de las fricciones en el circuito. Finalmente, este modelo del sistema de seguridad se integra al modelo RELAP5 existente del reactor para estudiar la fenomenología asociada a eventos donde interviene este sistema. Se analizan eventos de la familia de disminución de remoción de calor por el sistema secundario, en donde la función principalmente afectada es la de refrigeración del sistema primario, verificándose que la actuación exitosa de este sistema de seguridad resulta suficiente para cumplir con las funciones de seguridad sin requerir acciones humanas. También se incluye la descripción de un evento de fallas múltiples a fin de demostrar la capacidad de auto-extinción del reactor, limitación de la presión y refrigeración adecuada a través del sistema de seguridad. En todos los casos, se verifica el cumplimiento de los criterios de diseño del equipo. In the present thesis, the modeling and deterministic analysis of a Passive Heat Removal Safety System (PHRSS) is carried out. It is oriented to develop knowledge about this system in order to give support to the design of an integral-type reactor with passive safety systems. The background of the operational experience of this type of condenser in BWR reactors is exposed and several advanced reactors are mentioned that are incorporating them in their design. From this bibliographic research it was found that these condensers are a good option for heat removal systems since, in general, their performance history in nuclear power plants has been good. The analyses presented in this paper are applied to a CAREM type reactor. For this purpose, the design characteristics, phenomena involved and main systems (emphasizing in the PHRSS) were previously studied. This safety system operates by condensing steam from the primary system into condensers immersed in containment pools. Then, the condensate returns to the reactor vessel establishing a two-phase natural circulation circuit. It must be designed according to certain criteria and considerations to fulfill its function of limiting and reducing the pressure in the reactor. Therefore, with analytical support, a detailed analysis is carried out to establish sizing criteria for the minimum removal power required and for its height with respect to the water level inside the pressure vessel, in order to establish the circulation natural in the system. In addition, the sizing and quantification criteria of the minimum water volume required in the pools for heat transfer are presented. Then, the different stages included in the deterministic safety analysis are described; being one of the main tasks the development of a detailed PHRSS model as well as the pool to which the heat is transferred, using the well known plant code RELAP5. Once this model has been developed, some studies are made with the system isolated by setting boundary conditions to characterize its phenomenology under nominal operation and data. Thus, the behavior of the fluid inside the condenser tubes is studied, the heat transfer coefficients are analyzed where it is observed that the dominant one is the tube and the efficiency curve of the equipment is obtained. Then, the system performance is studied through out of parametric studies on the condenser tubes length, the void fraction at the system inlet and the equivalent friction of the circuit. A decrease in the PHRSS efficiency is observed when the condensers length is reduced, when the system runs with liquid and with an increase in the circuit friction. Finally, the PHRSS model is integrated to an existing RELAP5 reactor model with the aim to analyze postulated events. Its performance and the plant evolution are analyzed in Loss of Heat Sink (LOHS). The PHRSS demand ensures cooling and decay heat removal without requiring power energy or human actions during 36 hours, avoiding the safety valves demand. Also it was included a LOHS simulation without SCRAM to demonstrate the reactor's self-extinguishing capability, pressure limitation and adequate cooling through the safety system. For all cases, compliance with the system design criteria is verified. 2018-04-04 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/730/1/1Domanski_1.pdf es Domanski, Diana B. (2018) Modelado y análisis de un sistema de seguridad pasivo de extracción de calor residual para un reactor integrado. / Modeling and analysis of a passive heat removal safety system of an integral - type reactor. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/730/

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