Safety Margin Improvement Against Failure of Zr-2.5Nb Pressure Tube

Zr-2.5Nb압력관 파손에 대한 안전여유도 개선

This study is to assess the effects of increasing wall thickness on the safety margin of pressure tube in operating and of lowering initial hydrogen concentration on the DHC growth in respect to the improvement of the reliability of pressure tube in CANDU reactors. The pressure tube with thicker wall of 5.2 mm shows much higher safety margin for flaw tolerance by 25％ than the current 4.2mmm tube. The thicker pressure tubes have a great benefit in LBB assessment including the initial crack depth at which DHC occurs, the crack length at onset of leaking and the available time for action. The resistance for the pressure tube ballooning at LOCA accident is also increased with the thicker tube. The calculations for Heq concentration after 20 years of operation as a function of wall thickness and initial hydrogen concentration show that the 5.2 mm nil thickness tube with 5 ppm initial hydrogen concentration is the most resistant to DHC. with the lower initial hydrogen concentration, TSS temperature for the precipitation or hydride decreases and the crack growth during cooldown reduces.

CANDU원자로에서 압력관의 건전성을 향상시키기 위한 방안으로 압력관의 두께를 증가시키는 방법과 압력관 제조공정에서 초기수소농도를 줄이는 방법이 연구중에 있다. 본 연구에서는 압력관 두께증가가 가동중 압력관의 안전여유도에 미치는 영향과 새로운 압력관의 낮은 수소농도가 파손의 주원인인 DHC에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 가동중 압력관에 날카로운 결함이 발생할 경우 5.2mm두꺼운 압력관은 안전여유도 관점에서 현행 2mm 압력 관에 비해 25% 증가효과를 보이는 것으로 나타났다. LBB평가에서도 두꺼운 압력관은 DHC 발생에 필요한 초기균열 길이 (a), 중수누설 감지 시점에서의 균열길이 (Lp), 중수누설후 압력관 파단까지의 허용시간(t)등에서 많은 이점이 있는 것으로 평가되었으며, 또한 LOCA시 압력관 파단관점에서도 유익한 것으로 나타났다. 여러가지 다른 두께 및 다른 초기수소농도를 갖는 압력관을 대상으로 20년 가동후의 총 누적 수소량을 계산한 결과, 5ppm의 초기 수소량을 갖고 두께가 5.2 mm인 압력관이 가장 우수한 저항성을 보였다. 결함 성장평가에 있어서 초기에 낮은 수소량을 갖는 압력관은 20년 가동후에도 수소화물의 석출이 일어나는 TSS 도달 온도가 낮게 유지되며 냉각시 균열성장량도 매우 적은 것으로 나타났다.