Conditions for prevention of water hammers at start-up of emergency feed pumps with a steam driver of nuclear power plants

Abstract

A promising approach to accident management in nuclear power plants with a complete loss of long-term power supply is an emergency feed pump with a steam driver from a steam generator. The main advantages of this approach in relation to the known systems of passive heat removal with natural circulation are the fundamental possibility of fully compensating for the failure of design safety systems with electric pumps, as well as the absence of the need to remove the safety system elements to a greater height beyond the containment / container. However, the use of steam driven emergency pumps requires a deep study of their reliability. One such issue is the qualification of reliability when starting an emergency pump with a steam driver. An original method for modeling the conditions for the occurrence of a water hammer when starting a steam-driven pump is proposed. The conditions for the prevention of water hammer due to the inertia of the pressure-flow characteristics of emergency feed pumps with a steam driver from the steam generator are determined. The results obtained can be used in the design of emergency feed pumps with a steam driver from a steam generator subject to additional experimental qualifications.Вихідною подією важких аварій і руйнівних вибухів на АЕС Fukushima-Daiichi в 2011 році було повна втрата тривалого електропостачання внаслідок спільного впливу позапроектних цунамі і землетрусу. Уроки Фукусімської аварії визначили необхідність подальшого розвитку систем безпеки ядерних енергоустановок, які не потребують електроживлення. Перспективним підходом управління аваріями з повною втратою тривалого електропостачання є розробка аварійних живильних насосів з пароприводом від парогенератора. Основні переваги такого підходу щодо відомих систем пасивного відведення тепла, заснованих на принципі природної циркуляції, полягають в наступному: існує принципова можливість повної компенсації відмови проектних аварійних електронасосів для виконання функцій безпеки щодо відведення тепла від реактора і підтримки необхідного рівня в парогенераторі; відсутня необхідність розташування елементів систем безпеки на великій висоті за межами гермооболонки реактора. Перспективним підходом управління аваріями на ядерних енергоустановках з повною втратою тривалого електропостачання є аварійний живильний насос з пароприводом від парогенератора. Основні переваги такого підходу по відношенню до відомих систем пасивного відведення тепла з природною циркуляцією – принципова можливість повної компенсації відмови проектних систем безпеки з електронасосами, а також відсутність необхідності винесення елементів систем безпеки на велику висоту за межі гермооболочки/контейнмента. Однак, застосування аварійних насосів з пароприводом вимагає глибокого вивчення їх надійності. Одним з таких питань є кваліфікація надійності при пуску аварійного насоса з пароприводом. Запропоновано оригінальний метод моделювання умов виникнення гідроудару при пуску насоса з пароприводом. Визначено умови запобігання гідроударів і амплітуд тиску внаслідок інерційності напірної характеристики аварійних живильних насосів з пароприводом від парогенератора ядерної енергоустановки. Напір тиску в трубопровідній системі аварійного живильного насоса з пароприводом залежить від тиску в парогенераторі. Умови виникнення гідроударів відповідають перевищенню напору тиску що розвивається при пуску аварійного живильного насоса з пароприводом необхідного напору при сталому (робочому) режимі. Амплітуда тиску гідроударів визначається умовами переходу кінетичної енергії гальмування потоку в енергію імпульсу гідроудару. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні аварійних живильних насосів з пароприводом від парогенератора за умови додаткової експериментальної кваліфікації.