Kim, Seong-O.;Sim Yoonsub;Kim, Eui-kwang.;Myung-Hwan.Wi;Han, Dohee.
Nuclear Engineering and Technology
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제35권2호
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pp.121-132
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2003
To reduce the construction cost and enhance the safety of sodium cooled liquid metal reactors, various kinds of new design concepts were evaluated using the KALIMER operation condition. The required equipment sizes were set for plant electricity output to be similar to that of KALIMER. The evaluations were made focusing on the plant performance and implementation practicality. Each design concept was evaluated for the concept itself and design impacts to interfacing systems. Through the evaluation of the concepts, it was found that the most favorable design concept is the integrated steam generator with forced convection using lead bismuth as the intermediate heat transfer fluid between the primary sodium tube and feed water/steam tube in the steam generator.
A simplified steam generator model has been developed for the simulation of the operational transients of CANDU nuclear power plant. For the analysis of the secondary side, a control volume approach is used and the flow conservation equations are applied for each control volume. The typical steam generator control logic such as the level control and the pressure control are incorporated into the steam generator model with appropriate interface conditions. The steam line including ASDV, CSDV, and governor valve also has been modeled. Test results for typical operational transient case show reasonable transient behavior of steam generator in a real time basis, which is promising for a CANDU engineering simulator.
Steam generator tubes for nuclear power plants contain the local shape transitions on their inner or outer surface such as dent, bulge, over-expansion, eccentricity, deflection, and so on by the application of physical force during the tube manufacturing and steam generator assembling and by the sludge (that is, corrosion products) produced during the plant operation. The structural integrity of tubes will be degraded by generating the corrosive crack at that location. The profilometry using the traditional bobbin probes which are currently applied for measuring the profile change of tubes gives us basic information such as axial locations and average magnitudes of deformations. However, the three-dimensional quantitative evaluation on circumferential locations, distributional angle, and size of deformations will have to be conducted to understand the effects of residual stresses increased by local deformations on corrosive cracking of tubes. Steam generator tubes of Korean standard nuclear power plants expanded within their tube-sheets by the explosive expansion method and suffered from corrosive cracks in the early stage of power operation. Thus, local deformations of steam generator tubes at the top of tube-sheet were measured with an advanced rotating probe and a laser profiling system for the two cases where the tubes expanded by the explosive expansion method and hydraulic expansion. Also, the trends of eccentricity, deflection, and over-expansion of tubes were evaluated. The advanced eddy current profilometry was confirmed to provide accurate information of local deformations compared with laser profilometry.
Steam generator tubes play an important role in safety because they constitute one of the primary barriers between the radioactive and non-radioactive sides of the nuclear power plant. For this reason, the integrity of the tubes is essential in minimizing the leakage possibility of radioactive water. The integrity of the tubes is evaluated based on NDE (non-destructive evaluation) inspection results. Especially ECT (eddy current test) method is usually used for detecting the flaws in steam generator tubes. However, detection capacity of the NDE is not perfect and all of the "real flaws" which actually existing in steam generator tunes is not known by NDE results. Therefore reliability of NDE system is one of the essential parts in assessing the integrity of steam generators. In this study POD (probability of detection) of ECT system for ODSCC in steam generator tubes is evaluated using multivariate logistic regression. The cracked tube specimens are made using the withdrawn steam generator tubes. Therefore the cracks are not artificial but real. Using the multivariate logistic regression method, continuous POD surfaces are evaluated from hit (detection) and miss (no detection) binary data obtained from destructive and non-destructive evaluation of the cracked tubes. Length and depth of cracks are considered in multivariate logistic regression and their effects on detection capacity are evaluated.
The fluid-elastic instability analysis of the U-tube bundle inside the steam generator is very important not only for detailed design stage of the SG but also for the change of operating condition of the nuclear powerplant. However the calculation procedure for the fluid-elastic instability was so complicated that the consolidated computer program has not been developed until now. In this study, the numerical calculation procedure and the computer program to obtain the stability ratio were developed. The thermal-hydraulic data in the region of secondary side of steam generator was obtained from executing the ATHOS3 code. The distribution of the fluid density can be calculated by using the void fraction, enthalpy, and operating pressure. The effective mass distribution along the U-tube was required to calculate natural frequency and dynamic mode shape using the ANSYS ver. 5.6 code. Finally, stability ratios for selected tubes of the CE type steam generator were computed. We considered the YGN 3.4 nuclear powerplant as the model plant, and stability ratios were investigated at the flow exit region of the U-tube. From our results, stability ratios at the central and the outside region of the tube bundle are much higher than those of other region.
Eddy current testing is widely used for inspecting steam generator tubing in nuclear power plants (NPPs). The inspection technique for steam generator tubing in NPPs should be qualified in accordance with examination guidelines. When the components of a qualified system such as eddy current tester, probe, and data analysis program, are changed, the equivalency of the modified system to the originally qualified system must be verified. The eddy current tester is the most important part of an eddy current testing system because it excites and transmits alternating currents to the probe, receives coil impedance of the probe and generates signals for anomalies. The Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd. (KHNP) developed an eddy current testing system with an eddy current tester and data acquisition-analysis program for inspecting the steam generator tubing in NPPs; this system can be used for an array probe and as a bobbin and rotating probes. The equivalency assessment for the currently developed system was carried out, and we describe the results in this paper.
It was discovered in a Korean PWR that an extensive number of very short and shallow cracks in the SG tubes were undetectable by eddy current in-service-inspection because of the masking effect of sludge deposits. Axial stress corrosion cracks at the outside diameter of the steam generator tubes near the line contacts with the tube support plates are the major concern among the six identical Korean nuclear power plants having CE-type steam generators with Alloy 600 high temperature mill annealed tubes, HU3&4 and HB3~6. The tubes in HB3&4 have a less susceptible microstructure so that the onset of ODSCC was substantially delayed compared to HU3&4 whose tubes are most susceptible to ODSCC among the six units. The numbers of cracks detected by the eddy current inspection jumped drastically after the steam generators of HB4 were chemically cleaned. The purpose of the chemical cleaning was to mitigate stress corrosion cracking by removing the heavy sludge deposit, since a corrosive environment is formed in the occluded region under the sludge deposit. SGCC also enhances the detection capability of the eddy current inspection at the same time. Measurement of the size of each crack using the motorized rotating pancake coil probe indicated that the cracks in HB4 were shorter and substantially shallower than the cracks in HU3&4. It is believed that the cracks were shorter and shallower because the microstructure of the tubes in HB4 is less susceptible to ODSCC. It was readily understood from the size distribution of the cracks and the quantitative information available on the probability of detection that most cracks in HB4 had been undetected until the steam generators were chemically cleaned.
In this study, a numerical analysis was performed to simulate the thermal-hydraulic response of the secondary side of a steam generator(SG) model equipped with an orifice-type SG outlet flow restrictor to a main steam line break(MSLB) at a pressurized water reactor(PWR) plant. The SG analysis model includes the SG upper steam space and the part of the main steam pipe between the SG outlet and the broken pipe end. By comparing the numerical calculation results for the present SG model to those obtained for a simple SG model having no flow restrictor, the effects of the flow restrictor on the thermal-hydraulic response of SG to the MSLB were investigated.
한국윤활학회 2002년도 proceedings of the second asia international conference on tribology
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pp.379-380
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2002
Steam generators (S/G) of pressurized water reactors are large heat exchangers that use the heat from the primary reactor coolant to make steam in the secondary side for driving turbine generators. Reciprocating sliding wear experiments have been performed to examine the wear properties of Incoloy 800 and Inconel 690 steam generator tubes in high temperature water. In present study, the test rig was designed to examine the reciprocating and rolling wear properties in high temperature (room temperature - $300^{\circ}C$) water. The test was performed at constant applied load and sliding distance to investigate the effect of test temperature on wear properties of steam generator tube materials. To investigate the wear mechanism of material, the worn surfaces were observed using scanning electron microscopy. At $290^{\circ}C$, wear rate of Inconel 690 was higher than that of Incoloy 800. It was assumed to be resulted from the oxide layer property difference due to the a\loy composition difference. Between 25 and $150^{\circ}C$ the wear loss increased with increasing temperature. Beyond $150^{\circ}C$, the wear loss decreased with increasing temperature. The wear loss change with temperature were due to the formation of wear protective oxide layer. From the worn surface observation, texture patterns and wear particle layers were found. As test temperature increased, the proportion of particle layer increased.
The Korean nuclear industry developed the SPACE (Safety and Performance Analysis Code for nuclear power plants) code and this code adpots two-phase flows, two-fluid, three-field models which are comprised of gas, continuous liquid and droplet fields and has a capability to simulate three-dimensional model. According to the revised law by the Nuclear Safety and Security Commission (NSSC) in Korea, the multiple failure accidents that must be considered for accident management plan of nuclear power plant was determined based on the lessons learned from the Fukushima accident. Generally, to improve the reliability of the calculation results of a safety analysis code, verification work for separate and integral effect experiments is required. In this reason, the goal of this work is to verify calculation capability of SPACE code for multiple failure accident. For this purpose, it was selected the experiment which was conducted to simulate a Multiple Steam Generator Tube Rupture(MSGTR) accident with Passive Auxiliary Feedwater System(PAFS) operation by Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) and focused that the comparison between the experiment results and code calculation results to verify the performance of the SPACE code. The MSGR accident has a unique feature of the penetration of the barrier between the Reactor Coolant System (RCS) and the secondary system resulting from multiple failure of steam generator U-tubes. The PAFS is one of the advanced safety features with passive cooling system to replace a conventional active auxiliary feedwater system. This system is passively capable of condensing steam generated in steam generator and feeding the condensed water to the steam generator by gravity. As the results of overall system transient response using SPACE code showed similar trends with the experimental results such as the system pressure, mass flow rate, and collapsed water level in component. In conclusion, it could be concluded that the SPACE code has sufficient capability to simulate a MSGTR accident.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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