Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.8
no.2
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pp.33-41
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2012
The component cooling water heat exchangers are critical components in a nuclear power plant. As the operation years of the heat exchanger go by, the maintenance costs required for continuous operation also increase. Most heat exchangers have carbon steel shells, tube support plates and flow baffles. The titanium tube is susceptible to flow induced vibration. The damage on carbon steel tube support rod and titanium tube around cooling water entrance area is inevitable. Therefore, analysis of internal flow around the component cooling water entrance and tube channel is a good opportunity to seek for failure prevention practice and maintenance method. The numerical study was carried out by FLUENT code to find out the causes of tube failure and its location.
Hydride blisters were formed on the outer surface of Zr-2.5Nb pressure tube by a non- uniform steady thermal diffusion process. A thermal gradient was applied to the pressure tube with a heat bath kept at a temperature of 415$^{\circ}C$ and an aluminum cold finger cooled with flowing water of 15$^{\circ}C$. Optical microscopy and tree-dimensional laser profilometry were used to characterize the hydride blisters with different hydrogen concentrations and thermal diffusion time. Hydride blisters were expected to start at a hydrogen concentration of 30 - 70 ppm and a thermal diffusion time of 4 - 6$\times$10$^{5}$ sec. The hydride blister size increases with higher hydrogen concentrations and longer thermal diffusion time . Some of the samples revealed cracks on the hydride blisters. The ratio of hydride blister depth to height was estimated as approximately 8: 1.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.15
no.4
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pp.549-560
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1996
The purpose of this study is to investigate the usefulness of small punch(SP) test using miniaturized specimens as a method for fracture strength evaluation of CANDU pressure tube embrittled by hydrogen. According to the test results, the fracture strength evaluation as a function of hydrogen concentration at $-196^{\circ}C$ was much better than that at room temperature, as the difference of SP fracture energy(Esp) with hydrogen concentration was more significant at $-196^{\circ}C$ than at room temperature for the hydrogen concentration up to 300ppm-H. It was also observed that the peak of average AE energy, the cumulative average AE energy and the cumulative average AE energy per equivalent fracture, strain increased with the increase of hydrogen concentration. From the results of load-displacement behaviors, Esp behaviors, macro- and micro-SEM fractographs and AE test it has been concluded that the SP test method using miniaturized specimen($10mm{\times}10mm{\times}0.5mm$) will be a useful test method to evaluate the fracture strength for CANDU pressure tube embrittled by hydrogen.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.11
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pp.1986-1996
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2003
Methodology based on the elastic-plastic fracture mechanics has been widely accepted in predicting the critical crack length(CCL) of pressure tubes of CANDU nuclear plants. A conservative estimate of CCL is obtained by employing the J-resistance curves measured with the specimens satisfying plane strain condition as suggested in the ASTM standard. Due to limited thickness of the pressure tubes the curved compact tension(CT) specimens taken out from tile pressure tube have been used in obtaining J-resistance curves. The curved CT specimen inevitably introduce slant fatigue crack during precracking. Hence, effect of specimen geometry and slant crack on J-resistance curve should be explored. In this study, the difference of J integral values between the standard CT specimens satisfying plane strain condition and the nonstandard curved CT with limited thickness (4.2mm) is estimated using finite element analysis. The fracture resistance curves of Zr-2.5Nb obtained previously by other authors are critically discussed. Various finite element analysis were conducted such as 2D analysis under plane stress and plane strain conditions and 3D analysis for flat CT, curved CT with straight crack and curved CT with slant crack front. J-integral values were determined by local contour integration near the crack tip, which was considered as accurate J-values. J value was also determined from the load versus load line displacement curve and the J estimation equation in the ASTM standard. Discrepancies between the two values were shown and suggestion was made for obtaining accurate J values from the load line displacement curves obtained by the curved CT specimens.
Since Zr-2.5Nb pressure tubes have a high risk for the formation of blisters during their operation in pressurized heavy water reactors, there has been a strong incentive to develop a method for the non-destructive detection of blisters grown on the tube surfaces. However, because there is little mismatch in acoustic impedance between the hydride blisters and zirconium matrix, it is not easy to distinguish the boundary between the blister and zirconium matrix with conventional ultrasonic methods. This study has focused on the development of a special ultrasonic method, so called ultrasonic velocity ratio method for a reliable detection of blisters formed on Zr-2.5Nb pressure tubes. Hydride blisters were grown on the outer surface of the Zr-2.5Nb pressure tube using a cold finger attached to a steady state thermal diffusion equipment. To maximize a difference in the ultrasonic velocity in hydride blisters and the zirconium matrix, the ultrasonic velocity ratio of longitudinal wave to shear wave, $V_L/V_S$, has been determined based on the flight time of the longitudinal echo and reflected shear echo from the outer surface of the tubes. The feasibility of the ultrasonic velocity ratio method is confirmed by comparing the contour plots reproduced by this method with those of the blisters grown on the Zr-2.5Nb pressure tubes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.3
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pp.510-519
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2001
The tensile and fracture toughness tests have been conducted to investigate the degradations of mechanical properties induced mainly by neutron irradiations in Zr-2.5Nb CANDU pressure tube materials operated in Wolsung Unit-1. the tests were performed at room, 150, 200, 250, 300 $\^{C}$ for the irradiated and unirradiated specimens in hot cell. The specimens were directly machined from the tube retaining original curvature using specially designed electric discharge machine(EDM). From the tensile tests of the irradiated specimens, it was found that tensile strength was increased and total elongation was decreased compared to those of the unirradiated ones. The active voltages in the fracture toughness tests for the irradiated showed the discontinuous abrupt increases caused by crack jumping in lower temperature. In the crack resistance curves we found the stable crack growth in the unirradiated, whereas the unstable and three crack growth stages in the irradiated specimens due to the accumulated irradiation defects. The various fracture characteristic values in the irradiated are remarkably lower than those of the unirradiated. Through the fractography, we found in the irradiated that smaller dimple and shorter fissures than the unirradiated, and that the fractured surface had three regions that were flat, transition and slant/shear area. These can explain the difference in the crack growth characteristic values of the irradiated and the unirradiated ones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.1
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pp.188-195
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2002
To investigate the degradation of mechanical properties induced mainly by neutron irradiation, the tensile tests were conducted from room temperature to 300\\`c using the irradiated and the unirradiated Zr-2.5Nb pressure tube materials. The irradiated longitudinal and transverse specimens were collected from the coolant inlet, middle, and outlet parts of M-11 tube which had been operated in Wolsung CANDU Unit-1 and exposed to different operating temperatures and irradiation fluences. The different tensile behavior was characterized not by the fluences of irradiation but by the tensile loading direction. The transverse specimen showed the higher strength and lower elongation than those of the longitudinal one. It was believed that these phenomena resulted from the microstructure anisotropy caused by the extrusion process. The increased strength hardening and decreased elongation embrittlement of the irradiated material were compard to those of the unirradiated one. While the tensile strength of the inlet was higher than that of the outlet, the elongation of the inlet was lower than that of outlet. Considering the operation condition, it was proposed that the operating temperature could be a more effective parameter than the irradiation fluence for long-time life. Through the TEM observation, it was found that while the a-type dislocation density was increased, the c-type dislocation was not changed in the irradiated. The fact that the higher dislocation density was sequentially distributed over the inlet, the middle, and the outlet parts was consistent with the distribution of the tensile strength.
Seon Oh YU;Kyung Won LEE;Kyung Lok BAEK;Manwoong KIM
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.1
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pp.18-27
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2021
This study aims to develop an improved evaluation technology for assessing CANDU-6 safety. For this purpose, the multiple steam generator tube rupture (mSGTR) followed by an unmitigated station blackout (SBO) in a CANDU-6 plant was selected as a hypothetical event scenario and the analysis model to evaluate the plant responses was envisioned into the MARS-KS input model. The model includes logic models for controlling the pressure and inventory of the primary heat transport system (PHTS) decreasing due to the u-tubes' rupture, as well as the main features of PHTS with a simplified model for the horizontal fuel channels, the secondary heat transport system including the shell side of steam generators, feedwater and main steam line, and moderator system. A steady state condition was successfully achieved to confirm the stable convergence of the key parameters. Until the turbine trip, the fuel channels were adequately cooled by forced circulation of coolant and supply of main feedwater. However, due to the continuous reduction of PHTS pressure and inventory, the reactor and turbine were shut down and the thermal-hydraulic behaviors between intact and broken loops got asymmetric. Furthermore, as the conditions of low-flow coolant and high void fraction in the broken loop persisted, leading to degradation of decay heat removal, it was evaluated that the peak cladding temperature (PCT) exceeded the limit criteria for ensuring nuclear fuel integrity. This study is expected to provide the technical bases to the accident management strategy for transient conditions with multiple events.
The aim of this study is to investigate the effect of hydrogen embrittlement od Zr-2.5Nb CANDU pressure tube. The test were performed at three hydrogen contents for transverse tensile and CCT specimens while the test temperatures were changed (RT to 300$^{\circ}C$). The specimens were directly machined from the tube retaining original curvature using electric discharge machine. Both the transverse tensile and the fracture toughness tests showed the hydrogen embrittlement clearly at RT but this phenomenon was disappeared while the test temperature arrived over 250$^{\circ}C$. From the fracture toughness test, it was found that fracture toughness dJ/da was increased up to 200$^{\circ}C$ and then decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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