Data report of ROSA/LSTF experiment IB-HL-01; 17% hot leg intermediate break LOCA with totally-failed high pressure injection system

ROSA/LSTF実験IB-HL-01データレポート; 高圧注入系全故障を伴う17%高温側配管中破断冷却材喪失事故

竹田 武司 

Takeda, Takeshi

ROSA-V計画において、大型非定常実験装置(LSTF)を用いた実験(実験番号:IB-HL-01)が2009年11月19日に行われた。ROSA/LSTF IB-HL-01実験では、加圧水型原子炉(PWR)の加圧器サージラインの両端ギロチン破断による17%高温側配管中破断冷却材喪失事故を模擬した。このとき、高温側配管内面に接する様に、長いノズルを上向きに取り付けることにより破断口を模擬した。また、非常用炉心冷却系(ECCS)である高圧注入系の全故障と補助給水系の全故障を仮定した。実験では、比較的大きいサイズの破断が早い過渡現象を引き起こした。破断後一次系圧力が急激に低下し、蒸気発生器(SG)二次側圧力よりも低くなった。破断流は、破断直後に水単相から二相流に変化した。炉心露出は、ループシールクリアリング(LSC)前に、クロスオーバーレグの下降流側の水位低下と同時に開始した。低温側配管に注入されたECCSの蓄圧注入系(ACC)冷却水の蒸気凝縮により両ループのLSCが誘発された。LSC後の炉心水位の急速な回復により、全炉心はクエンチした。模擬燃料棒被覆管最高温度は、LSCとほぼ同時に検出された。ACC冷却水注入時、高速蒸気流による高温側配管からSG入口プレナムへの液体のエントレインメントにより、高温側配管とSG入口プレナムの水位が回復した。ECCSである低圧注入系の作動を通じた継続的な炉心冷却を確認後、実験を終了した。本報告書は、ROSA/LSTF IB-HL-01実験の手順、条件および実験で観察された主な結果をまとめたものである。

An experiment denoted as IB-HL-01 was conducted on November 19, 2009 using the Large Scale Test Facility (LSTF) in the Rig of Safety Assessment-V (ROSA-V) Program. The ROSA/LSTF experiment IB-HL-01 simulated a 17% hot leg intermediate break loss-of-coolant accident due to a double-ended guillotine break of pressurizer surge line in a pressurized water reactor (PWR). The break was simulated by a long nozzle upwardly mounted flush with a hot leg inner surface. The test assumptions included total failure of both high pressure injection system of emergency core cooling system (ECCS) and auxiliary feedwater system. In the experiment, relatively large size of break led to a fast transient of phenomena. The primary pressure steeply dropped after the break, and became lower than steam generator (SG) secondary-side pressure. Break flow turned from single-phase flow to two-phase flow soon after the break. Core uncovery started simultaneously with liquid level drop in downflow-side of crossover leg before loop seal clearing (LSC). The LSC was induced in both loops by steam condensation on accumulator (ACC) coolant of ECCS injected into cold legs. The whole core was quenched owing to the rapid recovery in the core liquid level after the LSC. Peak cladding temperature of simulated fuel rods was detected almost concurrently with the LSC. During the ACC coolant injection, liquid levels recovered in the hot legs and SG inlet plena because of liquid entrainment from the hot leg into the SG inlet plenum by high-velocity steam flow. After the continuous core cooling was confirmed through the actuation of low pressure injection system of ECCS, the experiment was terminated. This report summarizes the test procedures, conditions, and major observations in the ROSA/LSTF experiment IB-HL-01.