Effects of secondary depressurization on core cooling in PWR vessel bottom small break LOCA experiments with HPI failure and gas inflow

高圧注入系不作動と非凝縮性ガス流入を想定したPWR底部小破断LOCA実験における2次系減圧の炉心冷却に及ぼす影響

鈴木 光弘; 竹田 武司 ; 浅香 英明; 中村 秀夫  

Suzuki, Mitsuhiro; Takeda, Takeshi; Asaka, Hideaki; Nakamura, Hideo

原研のROSA-V/LSTFを用いてPWRの原子炉容器底部計装管破断を模擬する小破断LOCA実験を行い、高圧注入系不作動時にアクシデントマネージメント(AM)策として行う蒸気発生器(SG)の2次系減圧を通じた1次系冷却操作に、蓄圧注入系(AIS)から流入する非凝縮性ガスが及ぼす影響を明らかにした。AISからガス流入がない場合の計装管9本破断実験では、工学的安全施設作動(SI)信号から10分後に定率(-55K/h)のSG減圧を開始することで、低圧注入系(LPI)を作動させることができた。しかしガス流入を想定した計装管10本破断実験では、SG伝熱管の凝縮熱伝達が低下して1次系減圧が阻害され、LPIの作動以前に炉心露出が生じた。これに対し、SGの2次系逃がし弁全開による急減圧と補助給水系の連続作動を仮定した実験では、炉心露出以前にLPIが作動し長期冷却の可能性を示した。これらのガス流入によるSG伝熱管内凝縮熱伝達阻害についてRELAP5/MOD3コードを用いた解析を行い、実験結果をよく再現できた。さらに、PWRの事故過程を的確にとらえ、AM策の実施判断を行ううえで、1次系圧力と保有水量を指標とするマップが有用なことを示した。

Effects of non-condensable gas from the accumulator tanks on secondary depressurization, as one of accident management (AM) measures in case of high pressure injection system failure, are studied at the ROSA-V/LSTF experiments simulating a ten instrument-tube break LOCA at the PWR vessel bottom. In an experiment with no gas inflow, the secondary depressurization at -55 K/h initiated by SI signal with 10 minutes delay succeeded in the LPI actuation. On the other hand, the gas inflow in another experiment degraded the primary depressurization and resulted in core uncovery before the LPI start. The third experiment with rapid secondary depressurization and continuous auxiliary feedwater supply, however, showed a possibility of long-term core cooling by the LPI actuation. RELAP5/MOD3 code analyses well predicted these experiment results and clarified that condensation heat transfer was largely degraded by the gas in the U-tubes. In addition, a primary pressure - coolant mass map was found to be useful for indication of key plant parameters of AM measures.