蒸気発生器伝熱管の高温ラプチャ型破損評価手法の整備と適用(2)

The development and Application of overheating Failure model of FBR steam generator tubes (II)

三宅 収; 浜田 広次  ; 田辺 裕美; 岡部 綾夫; 宮川 明 

Miyake, Osamu; Hamada, Hirotsugu; Tanabe, Hiromi; Okabe, Ayao; Miyakawa, Akira

高速増殖炉の蒸気発生器(以下、SGと略す)における伝熱管破損事故(ナトリウム-水反応事故)の高温ラプチャー型破損の評価手法とその適用については、既に JNC技術報告書「蒸気発生器伝熱管の高温ラプチャ型破損評価手法の整備と適用」にまとめられている。本報告書では、上記報告書以降に検討を行った以下の事項をとりまとめた。 (1)ナトリウム-水反応評価条件について、SWAT-3試験データに基づき、より現実的な熱的条件 (反応度及び局所的伝熱管加熱条件)を与える反応域モデルとして、定格運転及び40%給水運転条件に対しては反応温度1170を最高とするコサイン温度分布、 10%給水運転条件に対しては1110を最高とするコサイン温度分布を設定した。(2)ナトリウム-水反応の管内冷却条件について、ヘリカルコイル型SGの伝熱相関式に加え、軽水炉における研究成果を調査し、限界熱流速(CHF)ならびにPost-CHF伝熱相関式を検討した。具体的には、 CHF相関式としては甲藤の式、Post-CHF伝熱相関式としてはCondie-Bengston IVの式とBromleyの式の組み合わせを設定した。(3)その他、ナトリウム-水反応による伝熱管内の水/蒸気の全体的な加熱条件、伝熱管材料物性値の温度依存性等について検討を行った。以上の検討に基づく新評価手法を整備して、新評価手法を採用した実機SG体系の高温ラプチャ解析を行った。その結果、カバーガス圧力計の検出信号によれば定格運転、40%給水運転、10%給水運転条件のいずれのケースでも高温ラプチャが発生しないことを確認した。また、カバーガス圧力検出と水ブローの信頼性向上を図った設備改造後のSG体系の高温ラプチャ解析においても、いずれの運転条件でも伝熱管に高温ラプチャが発生することはなく、高温ラプチャ型破損に対する安全裕度が改善されることが分かった。

The JNC technical report "The Development and Application of overheating Failure Model of FBR Steam Generator Tubes" summarized the assessment method and its application for the overheating tube failure in an event of sodium-water reaction accident of fast breeder reactor's steam generators (SGs). This report describes the following items studied after the publication of the above technical report. (1)0n the basis of the SWAT-3 experimental data, realistic local heating conditions (reaction zone temperature and related heat transfer conditions) for the sodium-water reaction were proposed. New correlations are cosine-shaped temperature profiles with 1,170 C maximum for the 100% and 40% Monju operating conditions, and those with 1,110 C maximum for the 10% condition. (2)For the cooling effects inside of target tubes, LWR's studies of critical heat flux (CHF) and post-CHF heat transfer correlations have been examined and considered in the assessment. The revised assessment adopts the Katto's correlation for CHF, and the Condie-Bengston IV correlation for post-CHF. (3)Other additional examination for the assessment includes treatments of the whole heating effect (other than the local reaction zone) due to the sodium-water reaction, and the temperature-dependent thermal properties of the heat transfer tube material (2.25Cr-1Mo steel). The revised overheating tube failure assessment method has been applied to the Monju SG studies. It is revealed consequently that no tube failure occurs in 100%, 40%, and 10% operating conditions when an initial leak is detected by the cover gas pressure detection system. The assessment for the SG system improved for the detection and blowdown systems shows even better safety margins against the overheating tube failure.