The accelerated corrosion by Flow Accelerated Corrosion (FAC) has caused unexpected rupture of piping, hindering the safety of nuclear power plants (NPPs) and sometimes causing personal injury. For the safety, it may be necessary to select some pipes in terms of condition monitoring and to measure the change in thickness of pipes in real time. Direct current potential drop (DCPD) method has advantages in on-line monitoring of pipe wall thinning. However, it has a disadvantage in that it is difficult to quantify thinning due to various thinning shapes and thus there is a limitation in application. The machine learning approach has advantages in that it can be easily applied because the machine can learn the signals of various thinning shapes and can identify the thinning using these. In this paper, finite element analysis (FEA) was performed by applying direct current to a carbon steel pipe and measuring the potential drop. The fundamental machine learning was carried out and the piping thinning model was developed. In this process, the features of DCPD to thinning were proposed.
The Gaussian process model (GPM) is a flexible surrogate model that can be used for nonparametric regression for multivariate problems. A unique feature of the GPM is that a prediction variance is automatically provided with the regression function. In this paper, we estimate the safety margin of a nuclear power plant by performing regression on the output of best-estimate simulations of a large-break loss-of-coolant accident with sampling of safety system configuration, sequence timing, technical specifications, and thermal hydraulic parameter uncertainties. The key aspect of our approach is that the GPM regression is only performed on the dominant input variables, the safety injection flow rate and the delay time for AC powered pumps to start representing sequence timing uncertainty, providing a predictive model for the peak clad temperature during a reflood phase. Other uncertainties are interpreted as contributors to the measurement noise of the code output and are implicitly treated in the GPM in the noise variance term, providing local uncertainty bounds for the peak clad temperature. We discuss the applicability of the foregoing method to reduce the use of conservative assumptions in best estimate plus uncertainty (BEPU) and Level 1 probabilistic safety assessment (PSA) success criteria definitions while dealing with a large number of uncertainties.
Johansson, Cristina;Derelov, Micael;Olvander, Johan
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.2
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pp.404-410
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2017
In order to help decision-makers in the early design phase to improve and make more cost-efficient system safety and reliability baselines of aircraft design concepts, a method (Multi-objective Optimization for Safety and Reliability Trade-off) that is able to handle trade-offs such as system safety, system reliability, and other characteristics, for instance weight and cost, is used. Multi-objective Optimization for Safety and Reliability Trade-off has been developed and implemented at SAAB Aeronautics. The aim of this paper is to demonstrate how the implemented method might work to aid the selection of optimal design alternatives. The method is a three-step method: step 1 involves the modelling of each considered target, step 2 is optimization, and step 3 is the visualization and selection of results (results processing). The analysis is performed within Architecture Design and Preliminary Design steps, according to the company's Product Development Process. The lessons learned regarding the use of the implemented trade-off method in the three cases are presented. The results are a handful of solutions, a basis to aid in the selection of a design alternative. While the implementation of the trade-off method is performed for companies, there is nothing to prevent adapting this method, with minimal modifications, for use in other industrial applications.
This paper deals with the Safety Analysis for $CANDU^{(R)}$ 6 nuclear reactors as affected by main Heat Transport System (HTS) aging. Operational and aging related changes of the HTS throughout its lifetime may lead to restrictions in certain safety system settings and hence some restriction in performance under certain conditions. A step in confirming safe reactor operation is the tracking of relevant data and their corresponding interpretation by the use of appropriate thermal-hydraulic analytic models. Safety analyses ranging from the assessment of safety limits associated with the prevention of intermittent fuel sheath dryout for a slow Loss of Regulation (LOR) analysis and fission gas release after a fuel failure are summarized. Specifically for fission gas release, the thermal-hydraulic analysis for a fresh core and an 11 Effective Full Power Years (EFPY) aged core was summarized, leading to the most severe stagnation break sizes for the inlet feeder break and the channel failure time. Associated coolant conditions provide the input data for fuel analyses. Based on the thermal-hydraulic data, the fission product inventory under normal operating conditions may be calculated for both fresh and aged cores, and the fission gas release may be evaluated during the transient. This analysis plays a major role in determining possible radiation doses to the public after postulated accidents have occurred.
Lee, Seung Wook;Chung, Bub Dong;Bang, Young-Seok;Bae, Sung Won
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.4
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pp.481-488
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2014
An analysis of the uncertainty quantification related to LBLOCA using the Monte-Carlo calculation has been performed and compared with the tolerance level determined by the Wilks' formula. The uncertainty range and distribution of each input parameter associated with the LOCA phenomena were determined based on previous PIRT results and documentation during the BEMUSE project. Calulations were conducted on 3,500 cases within a 2-week CPU time on a 14-PC cluster system. The Monte-Carlo exercise shows that the 95% upper limit PCT value can be obtained well, with a 95% confidence level using the Wilks' formula, although we have to endure a 5% risk of PCT under-prediction. The results also show that the statistical fluctuation of the limit value using Wilks' first-order is as large as the uncertainty value itself. It is therefore desirable to increase the order of the Wilks' formula to be higher than the second-order to estimate the reliable safety margin of the design features. It is also shown that, with its ever increasing computational capability, the Monte-Carlo method is accessible for a nuclear power plant safety analysis within a realistic time frame.
Kim, Sun-Hye;Choi, Jae-Boong;Park, Jung-Soon;Choi, Young-Hwan;Lee, Jin-Ho
Nuclear Engineering and Technology
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v.45
no.2
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pp.237-248
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2013
Thermal stratification has continuously caused several piping failures in nuclear power plants since the early 1980s. However, this critical thermal effect was not considered when the old nuclear power plants were designed. Therefore, it is urgent to evaluate this unexpected thermal effect on the structural integrity of piping systems. In this paper, the thermal effects of stratified flow in two different safety injection piping systems were investigated by using a coupled CFD-FE method. Since stratified flow is generally generated by turbulent penetration and/or valve leakage, thermal stress analyses as well as CFD analyses were carried out considering these two primary causes. Numerical results show that the most critical factor governing thermal stratification is valve leakage and that temperature distribution significantly changes according to the leakage path. In particular, in-leakage has a high possibility of causing considerable structural problems in RCS piping.
Chang, Seok-Kyu;Euh, Dong-Jin;Choi, Hae Seob;Kim, Hyungmo;Choi, Sun Rock;Lee, Hyeong-Yeon
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.2
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pp.376-385
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2016
A hexagonally arrayed 37-pin wire-wrapped rod bundle has been chosen to provide the experimental data of the pressure loss and flow rate in subchannels for validating subchannel analysis codes for the sodium-cooled fast reactor core thermal/hydraulic design. The iso-kinetic sampling method has been adopted to measure the flow rate at subchannels, and newly designed sampling probes which preserve the flow area of subchannels have been devised. Experimental tests have been performed at 20-115% of the nominal flow rate and $60^{\circ}C$ (equivalent to Re ~ 37,100) at the inlet of the test rig. The pressure loss data in three measured subchannels were almost identical regardless of the subchannel locations. The flow rate at each type of subchannel was identified and the flow split factors were evaluated from the measured data. The predicted correlations and the computational fluid dynamics results agreed reasonably with the experimental data.
Risk caused by safety-critical instrumentation and control (I&C) systems considerably affects overall plant risk. As digitalization of safety-critical systems in nuclear power plants progresses, a risk model of a digitalized safety system is required and must be included in a plant safety model in order to assess this risk effect on the plant. Unique features of a digital system cause some challenges in risk modeling. This article aims at providing an overview of the issues related to the development of a static fault-tree-based risk model. We categorize the complicated issues of digital system probabilistic risk assessment (PRA) into four groups based on their characteristics: hardware module issues, software issues, system issues, and safety function issues. Quantification of the effect of these issues dominates the quality of a developed risk model. Recent research activities for addressing various issues, such as the modeling framework of a software-based system, the software failure probability and the fault coverage of a self monitoring mechanism, are discussed. Although these issues are interrelated and affect each other, the categorized and systematic approach suggested here will provide a proper insight for analyzing risk from a digital system.
Ryu, Kyungha;Song, Inyoung;Lee, Taehyun;Lee, Sanghyuk;Kim, Youngjoong;Kim, Ji Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.5
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pp.683-689
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2018
To evaluate equipment survivability of the polymer Viton, used in sealing materials, the effects of its thermal degradation were investigated in severe accident (SA) environment in a nuclear power plant. Viton specimens were prepared and thermally degraded at different SA temperature profiles. Changes in mechanical properties at different temperature profiles in different SA states were investigated. The thermal lag analysis was performed at calculated convective heat transfer conditions to predict the exposure temperature of the polymer inside the safety-related equipment. The polymer that was thermally degraded at postaccident states exhibited the highest change in its mechanical properties, such as tensile strength and elongation.
To improve safety analysis technology for a nuclear reactor containment considering an interaction between a reactor coolant system (RCS) and containment, this study aims at an experimental investigation on the integrated simulation of the RCS and containment, with an integral effect test facility, ATLAS-CUBE. For a realistic simulation of a pressure and temperature (P/T) transient, the containment simulation vessel was designed to preserve a volumetric scale equivalently to the RCS volume scale of ATLAS. Three test cases for a steam line break (SLB) transient were conducted with variation of the initial condition of the passive heat sink or the steam flow direction. The test results indicated a stratified behavior of the steam-gas mixture in the containment following a high-temperature steam injection in prior to the spray injection. The test case with a reduced heat transfer on the passive heat sink showed a faster increase of the P/T inside the containment. The effect of the steam flow direction was also investigated with respect to a multi-dimensional distribution of the local heat transfer on the passive heat sink. The integral effect test data obtained in this study will contribute to validating the evaluation methodology for mass and energy (M/E) and P/T transient of the containment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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