Nyhet | 2016-09-23 | 14:49

TRACE-modellering av kondensatsystem vid Ringhals 4

Examensarbete av Johan Medin, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik, Umeå universitet. 

Handledare på Vattenfall: Joakim Holmström och Michael Härsjö.

Sammanfattning:

Ringhals kärnkraftverk har under det senaste decenniet genomgått omfattande moderniseringar i syfte att höja verkningsgraden och effekten på befintliga reaktorer. Då det ställs stora krav på en kärnkraftsanläggnings driftsäkerhet är det önskvärt att kunna förutse hur ett ingrepp på komponentnivå kommer påverka processdynamiken i anläggningen.

Under de senaste årtionden har beräkningstekniska koder utvecklas vilka numeriskt fångar fenomen som inte låter sig beräknas med enbart analytiska metoder. I detta projekt, vilket har till syfte att modellera kondensatsystemet och verifiera det mot mätdata vid normaldrift för Ringhals 4 har koden TRACE (TRAC/RELAP Advanced Computational Engine) används.

Kondensatsystemets huvudkomponenter är kondensatpumpar och dränagekylare med lågtrycksförvärmare. Pumparnas huvuduppgift är att ge erforderlig tryckhöjning på vätskan i stamledningen medan dränagekylare med lågtrycksförvärmares främsta uppgift är att höja temperaturen. Den teoretiska grunden vilken analysen av flödet bygger på i TRACE är Navier-Stokes ekvationer och för varje tidssteg beräknas storheter som massflöde, värmeöverföring och tryck etc.

För modellens uppbyggnad användes det grafiska användargränssnittet SNAP (Symbolic Nuclear Analysis Package) vilket utnyttjar komponenter som representerar olika delar av ett flöde. Detta är gjort med stöd av interna konstruktionsritningar och systembeskrivningar för anläggningen. Randvillkoren vilka utnyttjas i modellen är hämtade från mätdata som kommer från lokala avläsningar, värme- och massbalans och digitalt loggade värden. Analysen är uppdelad i tre delar där pumpsystem och förvärmare (med dränagekylare) betraktas separat för att sedan sammanföras i en komplett modellering av hela systemet. Fokus ligger på parametrar som anses vara av särskild vikt för kondensatsystemet verkningssätt så som tryck, temperatur och massflöde.

Resultaten visar på god överenstämmelse mot mätdata för simulering med randvillkor för vilket modellen har justerats efter. Modellen har dock visat på en stor känslighet för förändrade initialvillkor som annan temperatur, massflöde eller nya tryckförhållanden. En stor anledning till denna känslighet kan kopplas till Heater-komponenten vilken används till att modellera höljesidan av förvärmarna. Det finns också outredda frågetecken kring hur koden hanterar kondensationen där både filmkondensation och tvingad vätskekonvektion förekommer.

Det finns därför anledning till vidare utveckling av modellen innan den kan implanteras i mer komplexa flödesstrukturer vilket är önskvärt på lång sikt. Förslag till vidare åtgärder är att de fysikaliska förutsättningarna vilka förvärmarna verkar under utreds ordentligt där tryckfall, placering av nivåregleringsventil justeras initialt och variabla randvillkor införs för höljesidan för att bättre fånga dess faktiska verkningssätt.