Analiza popolne izgube napajalne vode v tlačnovodnem reaktorju s programom RELAP5

Dr. Andrej Prošek z Odseka za reaktorsko tehniko Instituta »Jožef Stefan« je v reviji »Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science« objavil znanstveni članek z naslovom »Total Loss of Feedwater Analysis of PWR using RELAP5« (https://doi.org/10.1115/1.4063009).

Članek obravnava analizo razširjene projektne nesreče v tlačnovodni jedrski elektrarni, do katere bi prišlo ob hipotetični izgubi vse napajalne vode za uparjalnika. Namen študije je bil s programom RELAP5/MOD3.3 za različne scenarije določiti čas, ki je voljo, da je sredica pokrita z vsaj 60 cm vode, kar ustreza približno 60 % nivoja v reaktorski posodi in pokazati, da se da z dodatnim sistemom za razširjene projektne nesreče preprečiti odkrivanje in segrevanje sredice.

Proučevali smo dve skupini scenarijev, brez in z upoštevanjem dodatnih sistemov za razširjene projektne nesreče.

V prvi skupini smo simulirali naslednje štiri scenarije s predpostavljenim: (1) delovanjem sistemov za normalno obratovanje in zaustavitvijo reaktorja od predpisanem času (od 0 do 50 s s korakom 10 s, glej sliko 1), (2) delovanjem sistemov za normalno obratovanje in zaustavitvijo reaktorske črpalke ob predpisanih časih (od 10 min. do 60 min. s korakom 10 min.), (3) delovanjem sistemov za normalno obratovanje (TLOFW_N) in (4) delovanjem varnostnih sistemov (TLOFW_S).

V drugi skupini smo simulirali naslednje štiri scenarije s predpostavljenim: (1) delovanjem varnostnih sistemov in sistema alternativne napajalne vode (TLOFW_S_AAF), (2) delovanjem sistemov za normalno obratovanje in sistema alternativne napajalne vode (TLOFW_N_AAF), (3) delovanjem varnostnih sistemov in alternativnega razbremenilnega ventila na tlačniku (TLOFW_S_APORV), (4) delovanjem sistemov za normalno obratovanje in alternativnim razbremenilnim ventilom na tlačniku (TLOFW_N_APORV).

Slika 1 kaže rezultate simulacije scenarija (1) iz prve skupine, iz katerih se vidi, da ima na odkritje sredice zelo pomemben vpliv čas zaustavitve reaktorja. Prej ko se reaktor zaustavi (glej sliko 1(a)), manj se porabi vode v uparjalniku (glej sliko 1(b)) za ohlajanje reaktorskega hladilnega sistema (opomba: zaradi prenesene zaostale toplote iz reaktorskega hladilnega sistema se voda v uparjalniku uparja in skozi razbremenile ventile sprošča v okolje), zato dlje časa lahko ohranjamo zadosten nivo hladila nad sredico (glej sliko 1(b)) in s tem preprečujemo segrevanje sredice (glej sliko 1(d)). Ko voda v uparjalnikih izpari, se začne uparjati hladilo v reaktorskem hladilnem sistemu, kar vodi do odkrivanja sredice.

Slika 1: Vpliv časa zaustavitve reaktorja na scenarij popolne izgube napajalne vode z delovanjem normalnih sistemov

Slika 2 kaže rezultate simulacije primerjavo scenarijev brez in z upoštevanjem dodatnih sistemov za razširjene projektne nesreče 15 minut po začetku nezgode. Kot se vidi iz rezultatov na sliki 2(b), upoštevanje dodatnega sistema za razširjene projektne nesreče prepreči odkritje sredice, saj nivo v reaktorski posodi ne pade pod merilo sprejemljivosti 60 %, ki zagotavlja, da se sredica ne segreva (glej sliko 2(d)). V primeru upoštevanja delovanja sistema alternativne napajalne vode se uparjalniki napolnijo na normalni nivo (glej sliko 2(c)).

Slika 2: Primerjava scenarijev brez in z upoštevanjem dodatnih sistemov za razširjene projektne nesreče

Zaključimo lahko, da v primeru pravočasnega vklopa enega sistema za razširjene projektne nesreče lahko preprečimo odkrivanje sredice za dogodek, ko nam odpovejo vsi sistemi napajalne vode, katerih funkcija je dodajanje vode uparjalnikoma.