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2015.07.16~17 / 안전해석심포지엄
http://www.khnp.co.kr
July 17. 2015
한수원 중앙연구원
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CONTENTS
01
개요
02 SRV 개방 유동해석
방법
03
평가
결과
04
결론
1
개 요
3
1
사고 개요
-1
 신고리 3호기 정주기시험 과정 중 안전주입펌프 출구에
설치된 안전방출밸브(SRV, Safety Relief Valve) 4대 중
3대에서 총 5회의 내장품 손상 발생
 2012~2014 : 시운전 중 SRV 3대(총5회) 부품 손상
 2015.1 : SRV 손상원인 확인 현장시험 (C/D 계열)
 2015.2 : SRV 손상원인 확인 현장시험 (A/B 계열)
SRV 손상내역 (2014.10)
기기
* B 계열 손상 없음
손상 현황
SI-V439 시트:파손, / 스템:변형
(C)
디스크:스크래치
SI-449
(D)
시트/스템/스프링: 파손
디스크: 스크래치
* 2012.6(V449), 2013.6(V417, V449) 유사사례
발생
[ SRV 단면도 ]
4
[ 안전주입계통 정주기 시험 개략도 ]
1
-2
MOV
IRWST
* 설계압/체절압(kg/cm2)
: 144.1/138.0
SRV
4”
CV
SIP
4”
¾”
※ 안전방출밸브 (SRV, Safety Relief Valve) 기능
안전주입펌프 후단 체크밸브(CV)∼격납건물 격리밸브(MOV)
까지 격리된 배관의 온도상승으로 인한 과압을 방지하는
Thermal Relief Valve
5
1
※ SRV 개방 원인 및 손상 메커니즘
: SRV 손상은 밸브 개방에 따른 후속결과임. 개방원인 확인 필요
-3
 시험 당시 외부 온도 상승 요인이 없었기에 열팽창에 의한 것
이 아님.
 SIP 또는 SRV의 설정치 문제가 있지 않을 경우 배관 내 압력이 설
계압력까지 상승한 것으로 추정
압력 변동
SRV 개방
SRV 반복 개폐
계통설계
배관설계
기기설계
제작
SRV 내장품 손상
운전현황
 시험된 배관에서 IRWST 수위 이상의 배관 내
불충분한 배기 가능성 확인
6
1
※ 시험자료 확인
-4
구분
시험유로
건전성 확인시험 (2015.1~2)
IRWST → SI펌프 → 재순환 유로 → IRWST
운전
○ SI격리 MOV 닫힘
방법
○ 최소유량 ~ 정격유량
계통충수
압력
(kg/cm2)
정기시험 (2014.12)
좌동
○ 가압충수(121ft)
○ 중력충수(93ft)
- 93ft~MOV:기포없음
- 93ft~MOV:기포있음
- 충분한 배기 수행
- 배기 불충분
펌프출구(최대)
137.5~138.5
140.1~142.5
압력변동폭
1.2~2.1
9.66~12.0
 펌프기동 시 잔존공기(기포)로 인해
최대압력 및 변동폭 증가 유발
개연성 존재 (SRV 개방/손상에 영향)
MMIS 자료
동일한 시험 조건에서 SIP 기동 시 배관 내 공기 잔존에 따른 유
동(과압 및 압력진동 원인) 분석
7
2
SRV 개방
유동해석 방법
8
2
코드 선정 및 적용성 평가
-1
 해석 코드 : RELAP5/MOD3.3
 목 적 : 공기-물 상호작용으로 인한 압축/팽창에 의한
과도상태 발생 경우의 실험을 통해 코드 적용성을
정량적으로 평가
 대상 실험 : Zhou 실험
단순 배관 내 초기 공기분율 상정, 압력이 인가된 탱크에서
밸브를 개방하는 경우 시스템 내에서 발생하는 과도상태 및
압력거동 측정





Volume length : 0.1~0.2m
초기 수위/탱크 압력
벽면 거칠기
밸브 개방시간
공기 분율 등 실험자료 반영
[ Zhou의 실험장치 형상 및 RELAP 모델링]
9
 H0=275kPa, =0.5, d/D=0.0 조건 (배관 끝단 막힘)
6
1.2x10
Exp
RELAP
6
1.0x10
5
8.0x10
Pressure[Pa]
-2
5
6.0x10
5
4.0x10
5
2.0x10
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Time[sec]
[RELAP 예측 결과]
[실험 결과]
 H0=275kPa, =0.5, d/D=0.34 조건
6
5x10
RELAP
6
4x10
Pressure[Pa]
2
평가 결과
6
3x10
6
2x10
6
1x10
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Time[sec]
[실험 결과]
[RELAP 예측 결과]
10
-3
[ 총 36개 실험 Case 분석 결과 ]
16
Exp-x0/L=0.048
Exp-x0/L=0.5
Exp-x0/L=0.8
RELAP-x0/L=0.048
RELAP-x0/L=0.5
RELAP-x0/L=0.8
14
12
10
Hmax/H0
2
평가 결과
8
6
4
2
0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
d/D
[ Zhou 실험결과 Map 및 RELAP 결과 비교 ]
 배관 끝단이 막힌 경우 적절한 예측을 수행함
 배관 끝단에 오리피스 설치 경우 첨두압력이 과소예측하는
경향이 있음
11
2
신고리 3 SRV 개방 평가
-4
 초기/경계조건 및 가정사항
 손상 계열(C 계열), 비 손상계열(B 계열) 선정
 초기 온도/압력 : 상온(302.59K) 및 대기압
 SIP 모델링 (사양 아래표 참조)
 SIP 기동 후 정격 회전수 도달 시간 : 1.2초 (실측자료 기반)
 CV 전후단 압력차 발생 시 0.1초의 Opening/Closing rate
(현장 실측자료의 압력 진동주파수 고려)
 민감도 평가를 위한 SRV 개폐특성 가정 (아래 그림 참조)
[ SIP 사양]
[ SRV 개폐특성]
12
2
신고리 3 SRV 개방 평가
-5
 ISO 도면을 바탕으로 손상유무에 따른 대표적인 두 계열
121’
모델링
MOV
102’
MOV
SRV
SRV
3/4’
3/4’
Mini flow
Mini flow
CV
4’
CV
4’
56’
56’
[ C-train nodalization ]
[ B-train nodalization ]
13
2
해석 Case 선정
-6
 안전주입 배관 내 공기 축적, 밸브 영향 및 공기 축적 양에
대한 민감도 평가 Case 선정
Fluid
C
계
열
SRV 모델링
CV 모델링
Water
X
X
Air
Air
X
X
Case 2
Air
Air
X
O
Case 3
Air
Air
O
O
SRV 배관
SI 배관
Basecase
Air
Case 1
B
계
열
 C, B 계열 모두 Case 2를 기준으로 하여 공기 축적양에 따른
민감도 수행
14
3
평가결과
15
3
Basecase 해석 결과 – C 계열
-1
 Basecase : SI 배관 충분히 배수 시 SIP 기동한 경우 모의
 압력은 1.0초간에 걸쳐 상승 -> 과압, 압력진동 없이 최소유량 조
건의 해당 압력 형성
 현장 시험결과(건전성 확인 시험)와 일치
 배관 내 공기 충분히 배기 시 SRV 개방 야기 등의 과도상태 미 발
생
[Basecase 해석 결과 : C 계열]
[C 계열 시험 시 측정 결과, 2015.1]
16
3
Basecase 해석 결과 – B 계열
-2
[Basecase 해석 결과 : B 계열]
17
3
Case 1 평가 결과 – C 계열
Fluid
-3
Case 1
SRV 배관
SI 배관
Air
Air
SRV 모델링
CV 모델링
X
X
 압력 상승이 약 2.0초 로 증가 (공기가 압력의 완충역할)
 지나친 압축으로 과압 및 압력 진동(단시간 감쇄) 발생
[압력 거동
확대]
[Case 1 해석 결과 - 압력거동]
[유량 거동]
18
3
Case 1 평가 결과 – B 계열
-4
[Case 1 해석 결과 - 압력거동]
19
3
Case 2 평가 결과 – C 계열
-5
Case 2
SRV 배관
SI 배관
Air
Air
SRV 모델링
CV 모델링
X
O
 시험의 경우 실제 20Hz 정도의 주파수를 갖는 압력진동
존재
 CV 영향 확인 -> SRV 배관 압력 가중, 진동 지속에 영향
 Case 1(MOV 전단) 대비 SRV 전단에서 최대 압력 발생
-> CV로 인해 Mini flow line으로 감쇄될 기회 상실
[Case 2 해석 결과 - 압력거동]
[CV 개폐 상태]
20
3
Case 2 평가 결과 – B 계열
-6
[Case 2 해석 결과 - 압력거동]
21
3
Case 3 평가 결과 – C 계열
Fluid
-7
Case 3
SRV 배관
SI 배관
Air
Air
SRV 모델링
CV 모델링
O
O
 SRV 밸브특성자료 미흡으로 Blowdown 0,5,10,15% 가정
 SRV 개방 설정치 초과 일회 개방 이후 급속 압력진동
 Blowdown 존재 시 SRV 개방 초기 압력진동 후 감쇠
[Case 3 해석 결과 - 압력거동]
Blowdown 0%
[압력거동 - blowdown
민감도 평가]
22
3
공기 축적 양 민감도 – C 계열
-8
 배관 내 공기 축적양에 따른 민감도 평가 (Case2를 Base)
 Basecase : 49.2 (ft) [Length of pipe filled with air]
Length (ft)
Length (ft)
Case2-1(a)
40.1
Case2-1(d)
18.4
Case2-1(b)
26.9
Case2-1(e)
15.3
Case2-1(c)
7.91
Case2-1(f)
12.1
[SI 배관 내 공기 축적양에 따른 민감도 평가]
23
3
공기 축적 양 민감도 – B 계열
-9
 배관 내 공기 축적양에 따른 민감도 평가 (Case2를 Base)
 Basecase : 211.95 (ft) [Length of pipe filled with air]
Length (ft)
Length (ft)
Case2-1(a)
99.96
Case2-1(d)
14.23
Case2-1(b)
80.98
Case2-1(e)
4.9
Case2-1(c)
36.42
[SI 배관 내 공기 축적양에 따른 민감도 평가]
24
4
결 론
25
4
결 론
 SRV 손상을 초래한 밸브 개방 요인은 배관 내 공기 축적
으로 유발된 공기의 압축, 팽창에 따른 과압 및 압력 변동
현상으로 판단
 공기가 잔존해 있는 해당 조건에서 SIP의 초기 기동 시 최
대압력을 유발하는 적정양의 공기 분율이 존재하는 것으
로 평가 (손상 및 비 손상계열 모두 유사 공기분율)
 SRV 개방 이후 반복개폐에 의한 손상은 (SRV 특성자료 미
흡) Blowdown이 없거나 작은 경우 Chattering에 의해 발생될
가능성이 있는 것으로 평가를 통해 추정
26