Tesis:
Advanced implementation of the spray safety system into a 3D-GOTHIC PWR-W containment model and its impact on the hydrogen combustion risk
- Autor: VÁZQUEZ RODRÍGUEZ, Carlos
- Título: Advanced implementation of the spray safety system into a 3D-GOTHIC PWR-W containment model and its impact on the hydrogen combustion risk
- Fecha: 2023
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA ENERGETICA
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/80762/
- Director/a 1º: JIMÉNEZ VARAS, Gonzalo
- Resumen: This PhD thesis present the advanced implementation of a standard spray safety system in a generic 3D PWR-W Containment Model built with GOTHIC8.3(QA). The simulation model is used to investigate how the system actuation affects the hydrogen risk during the in-vessel phase of a severe accident sequence. The term "advanced implementation" is chosen because the study addresses two primary reasons behind the limited number of 3D plant-scale assessments of the spray system in scientific literature: validating codes with representative experimental data for the accident conditions, and the high computational cost associated with the scenario to be modelled.
The validation of the GOTHIC spray modelling is based on six experiments performed in PANDA, a facility located in the Swiss Paul Scherrer Institut, under different initial and boundary conditions. Regarding the computational cost, this work proposes a novel methodology to define the geometry of the containment in GOTHIC aimed to avoid problematic geometrical configurations that hinder the stability of the calculation and, thus, the computational cost.
The combination of the lessons learnt from the validation process and the fast-running model built with the proposed methodology were used to perform a systematic evaluation of how different spray actuation strategies affected the figures of merit used to quantify the hydrogen combustion risk. Apart from the spray activation, the crucial role of the Passive Autocatalytic Recombiners on limiting the combustion risk were also addressed. The simulations with the different spray activation windows were complemented by parametric cases to question the initial findings and gain deeper insights into the implications of the assumptions made during the calculations. In closing, recommendations for limiting the hydrogen risk, drawn from the performed simulations, are provided.
ABSTRACT
En la memoria de esta tesis doctoral se desarrolla la implementación avanzada del sistema de rociadores de seguridad en un modelo de contención PWR-W 3D desarrollado con GOTHIC8.3(QA), que posteriormente se emplea para analizar el impacto de los rociadores en el riesgo de hidrógeno durante un escenario de accidente severo previo al fallo de la vasija del reactor. Se habla de implementación avanzada ya que el trabajo aborda las dos claves que explican el reducido número de evaluaciones 3D de los rociadores a escala planta en la literatura científica: la validación de los códigos con datos experimentales representativos de las condiciones de accidente, y el alto coste computacional asociado al escenario a modelar.
Para validar el modelado de los rociadores en GOTHIC se han utilizado seis experimentos llevados a cabo en la instalación PANDA, que se encuentra en el Paul Scherrer Institut suizo, en los que se estudiaron diferentes condiciones experimentales. Respecto al coste computacional, se propone una metodología innovadora para la definición de la geometría de la contención en GOTHIC. En concreto, se busca adaptar la geometría a la malla evitando la aparición de configuraciones geométricas problemáticas que empeoran la estabilidad de las simulaciones y, por tanto, incrementan el coste computacional.
Las lecciones aprendidas de la simulación de los experimentos y el modelo optimizado construido con la metodología propuesta se utilizaron para evaluar de forma sistemática el impacto de diferentes estrategias de operación del sistema de rociadores sobre las variables elegidas para cuantificar el riesgo de hidrógeno. Además, también se analizó el papel fundamental de los recombinadores catalíticos pasivos en la reducción del riesgo de combustión de hidrógeno. Las simulaciones con las diferentes ventanas de activación del sistema de rociadores se complementaron con casos paramétricos para cuestionar los resultados iniciales y entender mejor las implicaciones de las distintas hipótesis utilizadas para la evaluación del riesgo. Como conclusión, se ofrecen recomendaciones para limitar el riesgo de combustión hidrógeno basadas en las simulaciones realizadas.