Substantiation of straregies for the management of blackout accident at Nucler Power Plants with WWER-type reactors

Abstract

A conservative thermohydrodynamic model of an accident at a nuclear power plant with WWER has been developed for a design and modernized blackout accident management strategy. The design blackout accident management strategy is based on passive safety systems (that do not require power supply): a pressurizer system, a reactor level control system, and a secondary steam relief system. The modernized blackout accident management strategy is based on the additional use of promising passive safety systems: a steam generator driven auxiliary feed pump and an afterheat removal passive system using natural circulation through a steam generator. Two strategies of blackout accident management are modelled: the first one is design blackout accident management strategy implemented by passive safety systems of pressurizer and the secondary steam relief system, and the second is modernized blackout accident management strategy that implemented by passive safety systems of pressurizer, by steam relief system, steam generator driven auxiliary feed pump and afterheat removal passive system through a steam generator. Based on the developed conservative thermohydrodynamic model, a calculation analysis has found that the design blackout accident management strategy does not ensure the successful safety functions to remove residual heat from the reactor core and to maintain the required level of feed water in steam generators. The design blackout accident management strategy violates safety conditions for the maximum temperature of the fuel claddings and the maximum level of feed water in the steam generator. A modernized blackout accident management strategy ensures the successful safety functions and conditions. The results of blackout accident modelling presented in this work can be used to improve accident management strategies in accident management operational documentation and symptom-informed accident regulations for nuclear power plants with WWERs.

Розроблено консервативну теплогідродинамічну модель аварії на ядерній енергоустановці з реакторами типа ВВЕР для проектної та модернізованої стратегії управління аваріями з повним тривалим знеструмленням. Проектна стратегія управління аварією з повним тривалим знеструмленням заснована на пасивних системах безпеки (які не потребують енергопостачання): система компенсації тиску та рівня теплоносія в реакторі, а також система пароскидальних пристроїв другого контуру. Модернізована стратегія управління аварією з повним тривалим знеструмленням заснована на додатковому застосуванні перспективних пасивних систем безпеки: система аварійного живильного насоса з пароприводом від парогенератора і система пасивного відводу тепла природною циркуляцією через парогенератор. Проведено розрахункове моделювання для двох стратегій управління аваріями з повним тривалим знеструмленням: проектної, що здійснюється пасивними системами безпеки компенсатора тиску і пароскидальних пристроїв другого контуру, та модернізованої, що здійснюється пасивними системами безпеки компенсатора тиску, пароскидальних пристроїв, аварійного живильного насоса з пароприводом від парогенератора і пасивного відводу тепла від активної зони реактора через парогенератор. У результаті розрахункового аналізу на основі розробленої консервативної теплогідродинамічної моделі встановлено, що проектна стратегія управління аваріями з повним тривалим знеструмленням не забезпечує успішного виконання функцій безпеки щодо відведення залишкових тепловиділень від активної зони реактора і щодо підтримки необхідного рівня живильної води в парогенераторах. Умови безпеки щодо максимальної температури оболонок тепловиділяючих елементів і максимально припустимого рівня живильної води в парогенераторі порушені при проектній стратегії управління аварією з повним тривалим знеструмленням. Модернізована стратегія управління аваріями з повним тривалим знеструмленням забезпечує успішне виконання функцій і умов безпеки. Результати моделювання аварії з повним тривалим знеструмленням, представлені в цій роботі, можуть бути використані для вдосконалення стратегій управління аваріями в експлуатаційній документації з управлінню аваріями та симптомно-орієнтованих аварійних інструкціях для ядерних енергоустановок з реакторами типу ВВЕР.