Substantiation of Modernized Blackout & Loss-of-Coolant Accident Management Strategy at Nuclear Power Plants with WWER

Abstract

The analysis of the known results of RELAP5/V.3.2 simulation for loss of coolant & blackout accidents at WWER nuclear power plants showed that the design accident management strategies with design passive safety systems do not provide the necessary safety conditions for the maximum permissible temperature of fuel claddings, the minimum permissible level of coolant in the reactor and feed water in the steam generators. A conservative thermohydrodynamic model for a design and modernized blackout & loss-of-coolant accident management strategy at a nuclear power plant with WWER has been developed. Design passive safety systems carry out the design accident management strategy: pressurizer safety valves, secondary steam relief valves, and hydraulic reservoirs of the emergency core cooling system of the reactor. Promising afterheat removal passive systems and the reactor level and steam generator water level control systems carry out the modernized blackout & loss-of-coolant accident management strategy. The main conservative assumptions of the presented model of blackout & loss-of-coolant accidents: complete long-term failure of all electric pumps of active safety systems, the temperature of nuclear fuel in the central part of the fuel matrix is assumed as the maximum allowable one, effect of “run down” flow of a turbine feed pump and the coolant level in pressurizer on accident process is not considered. Computational modelling has found that violations of the safety conditions are over the entire range of leak sizes for the design blackout & loss-of-coolant accident management strategy. For the modernized blackout & loss-of-coolant accident management strategy, safety condi-tions are provided for 72 hours of the accident and more. The presented results of computational modelling of blackout accident management strategies for nuclear power plants can be used to modernize and improve symptom-informed emergency instructions and guidelines for the severe accident management at nuclear power plants with WWER. Application of the results of computational modelling of blackout acci-dent management strategies is generally not substantiated for other types of reactor facilities. In this case, it is necessary to develop calcu-lated models for blackout accident management taking into account the specifics of the structural and technical characteristics and operating conditions for safety related systems of nuclear power plants.

Проведений аналіз відомих результатів розрахункового моделювання кодом RELAP5/V.3.2 аварій з повним тривалим знеструмленням та течами другого контуру ядерних енергоустановок з ВВЕР показав, що проектні стратегії управління такими аваріями проектними пасивними системами безпеки не забезпечують необхідні умови безпеки щодо максимально допустимої температури оболонок твелів, щодо мінімально допустимого рівня теплоносія в реакторі і живильної води в парогенераторах. Розроблено консервативну теплогідродинамічну модель проектної і модернізованої стратегії управління аваріями з течами реакторного контуру та повним тривалим знеструмленням ядерної енергоустановки з ВВЕР. Проектна стратегія управління аваріями здійснюється проектними пасивними системами безпеки: запобіжними клапанами систем компенсації тиску і пароскидальних пристроїв 2-го контуру, а також гідроємностями системи аварійного охолодження активної зони реактора. Модернізована стратегія управління аваріями з течами реакторного контуру та повним тривалим знеструмленням ядерної енергоустановки з ВВЕР. Проектна стратегія здійснюється перспективними системами пасивного відводу тепла від активної зони реактора і підтримки рівня теплоносія в реакторі та живильної води в парогенераторах. Основні консервативні допущення представленої моделі аварій з течами реакторного контуру та повним тривалим знеструмленням: повна тривала відмова усіх електронасосів активних систем безпеки; температура ядерного палива в центральній частині паливної матриці твела приймається максимально допустимою; не враховується вплив на аварійний процес витрати «вибігу» турбоживильного насоса та рівня теплоносія в компенсаторі тиску. В результаті розрахункового моделювання встановлено, що при проектній стратегії управління аваріями з течами реакторного контуру та повним тривалим знеструмленням порушення умов безпеки визначені для всього діапазону розмірів теч. При модернізованій стратегії управління аваріями умови безпеки забезпечені протягом 72 годин аварійного процесу та більше. Представлені результати розрахункового моделювання стратегій управління аваріями з повним тривалим знеструмленням ядерних енергоустановок можуть бути використані для модернізації і вдосконалення симптомно-орієнтрованих аварійних інструкцій та посібників з управління важкими аваріями на ядерних енергоустановках із реакторами типа ВВЕР. Застосування отриманих результатів розрахункового моделювання стратегій управління аваріями з повним тривалим знеструмленням у загальному випадку не обґрунтовано для інших типів реакторної установки. У цьому випадку необхідна розробка розрахункових моделей управління аваріями з повним тривалим знеструмленням, що враховують специфіку конструкційно-технічних характеристик та умов експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергоустановок.