Input data preparation for PWR large-break LOCA analysis with RELAP5/MOD3.3 code

RELAP5/MOD3.3コードによるPWR大破断LOCA解析のための入力データの整備

竹田 武司 

Takeda, Takeshi

JAEAでは、加圧水型軽水炉(PWR)解析のためのRELAP5/MOD3.3コードの入力データを、主に大型非定常実験装置(LSTF)の参照4ループPWRである敦賀発電所2号機の設計情報を基に作成してきた。PWR解析に関する代表的なOECD/NEAの活動として、BEMUSEプログラムの枠組みにおける低温側配管大破断冷却材喪失事故(LBLOCA)の計算が挙げられる。また、わが国の新規制基準に係るPWRの炉心損傷防止対策の有効性評価事象には、低温側配管LBLOCA時の非常用炉心冷却系(ECCS)の再循環機能喪失事象が含まれる。本検討において、PWRの安全設計上想定すべき設計基準事故の一つであるLBLOCAを解析するための入力データを整備した。本報告書では、PWRLBLOCA解析の入力データの主な特徴を示す。PWRの原子炉容器、加圧器(PZR)、高温側配管、蒸気発生器(SG)、SG二次系、クロスオーバーレグ、低温側配管、ECCSなどをモデル化し、参照4ループPWRを2ループで模擬した。その際、PZRは3ループ分を模擬するループAに接続し、破断口は1ループ分を模擬するループBに設置した。PWRのコンポーネントのノード分割は、LSTFのコンポーネントのノード分割を参照した。また、PWRLBLOCA解析の主な入力データに対して、解釈を加えるとともに、設定根拠などの付加情報を提供した。さらに、整備した入力データを用いて、ECCS再循環機能喪失事象を対象とした過渡解析を実施した。RELAP5/MOD3.3コードによる既往研究の計算と比較することにより、過渡解析は概ね妥当であることを確認した。加えて、RELAP5/MOD3.3コードを用いて感度解析を実施し、破断口の流出係数や代替再循環注水流量が燃料棒被覆管表面温度に及ぼす影響を明らかにした。本報告書では、設定した条件の範囲内での感度解析結果について示し、ECCS再循環機能喪失事象に対する既往研究の計算内容の一部を補完する。

JAEA has been creating input data for pressurized water reactor (PWR) analysis with RELAP5/MOD3.3 code, mainly based on design information for the four-loop PWR's Tsuruga Power Station Unit-2 as the reference reactor of the Large Scale Test Facility (LSTF). The cold leg large-break loss-of-coolant accident (LBLOCA) calculation in the flamework of the BEMUSE program is cited as a representative OECD/NEA activity related to the PWR analysis. The new regulatory requirements for PWRs in Japan include the event of loss of recirculation functions from emergency core cooling system (ECCS) in the cold leg LBLOCA. This event should be evaluated the effectiveness of measures against severe core damage. The input data for this study were made preparations to analyze the PWR LBLOCA, which is one of the design basis accidents that should be postulated in the safety design. This report describes the main features of the input data for the PWR LBLOCA analysis. The PWR model comprised a reactor vessel, pressurizer (PZR), hot legs, steam generators (SGs), SG secondary-side system, crossover legs, cold legs, and ECCS. A four-loop PWR was simulated by two loops in the LBLOCA calculation. Specifically, loop-A attached with the PZR corresponded to three loops, and loop-B mounted with the break was equal to one loop. The nodalization schemes of the PWR components were referred to those of the LSTF components. Moreover, interpretations were added to the main input data for the PWR LBLOCA analysis, and further information such as the basis for determining the input data was provided. In addition, transient analysis was performed employing the prepared input data for the loss of ECCS recirculation functions event. The present transient analysis was confirmed to be appropriate generally by comparing with the calculation in the previous study using the RELAP5/MOD3.3 code. Furthermore, sensitivity analyses were executed exploiting the RELAP5/MOD3.3 code to clarify the effects of a discharge coefficient through the break and water injection flow rate of the alternative recirculation on the fuel rod cladding surface temperature. This report explains the results of the sensitivity analyses within the defined ranges, which complement some of the content of the previous study's calculation for the loss of ECCS recirculation functions event.