Analysis of a safety study methodology for intermediate size steam line break accidents inside the containment of the EPR reactor

A Steam Line Break (SLB) within the containment building is a challenging scenario for the Reactor Building (RB) integrity. The transient evolution depends on initial conditions, such as the break size, initial power level and assumptions on protection systems failures, and involves several antagonistic effects. Historically, double-ended (2A) ruptures have been considered the most penalizing due to the rapid Steam Generator (SG) depressurization, the large Mass and Energy Release (MER) and the inability of RB metallic structures to absorb the excess heat in the early stages of the transient. However, smaller breaks lead to slower SG emptying and delayed protection actions, prolonging the MER at the break. Thus, intermediate breaks (IB) may potentially lead to higher pressure and temperature values than 2A breaks during mid-term and long-term phases, when safety margins are reduced. The present study aims to propose a simplified methodology for studying Intermediate Size SLB in the framework of EPR Safety Analysis Reports: specifically, rather than performing a comprehensive sensitivity analysis on multiple parameters to find the worst-case scenario, a potential simplified method consists in constructing a decoupled scenario which can deterministically bound all possible cases, thereby reducing the complexity of the analysis. Therefore, a bounding input deck at 0% NP has been constructed on MANTA code by incorporating decoupling assumptions inspired from the Methodology Note developed for 2A SLB for EPR reactors. A comparison of this 0% NP decoupled deck and other power levels revealed that the penalization applied by the new assumptions is sufficient to bound all cases except scenarios involving small break sizes (200 cm^2 in the present analysis) at 100% NP. Based on the outcomes, the methodology proposed requires performing calculations: - At 0% NP with decoupled assumptions considering the entire IB size spectrum. - At 100% NP only for the smaller break sizes, starting from the lowest end of the spectrum (usually 100 cm²) until the break size for which the full-power case is less penalizing than the 0% NP. Accordingly, intermediate power levels will not have to be studied by sensitivity analysis, as they are always less penalizing than either the hot shutdown scenario with decoupled assumptions or the full-power state in case of small break sizes.

Uno Steam Line Break (SLB) nell’edificio di contenimento rappresenta uno scenario critico per l’integrità dell’edificio del reattore (RB). L’evoluzione del transitorio dipende dalle condizioni iniziali, quali la dimensione della rottura, il livello di potenza e le ipotesi di guasto dei sistemi di protezione, e coinvolge diversi effetti antagonisti. Storicamente, la rottura a doppia estremità (2A) è stata considerata come il caso più penalizzante a causa della rapida depressurizzazione del generatore di vapore (SG), dell’ingente MER e dell’incapacità delle strutture metalliche del RB di assorbire l’eccesso di calore nelle prime fasi del transitorio. Tuttavia, rotture più piccole comportano uno svuotamento più lento del SG e protezioni ritardate, prolungando il MER al punto di rottura. Pertanto, rotture intermedie (IB) possono potenzialmente portare a valori di pressione e temperatura più elevati rispetto alle rotture 2A nelle fasi intermedie e a lungo termine, quando i margini di sicurezza si riducono. Il presente studio mira a proporre una metodologia semplificata per lo studio di SLB di dimensioni intermedie nell’ambito dei Rapporti di Analisi di Sicurezza degli EPR: in particolare, invece di eseguire una completa analisi di sensibilità su più parametri per individuare il caso più penalizzante, un possibile metodo semplificato consiste nella costruzione di uno scenario disaccoppiato che possa deterministicamente coprire tutti i possibili casi, riducendo così la complessità dell’analisi. Dunque, è stato costruito per il codice MANTA un input deck allo 0% NP, includendo ipotesi disaccoppiate ispirate alla Metodologia sviluppata per 2A SLB negli EPR. Un confronto tra tale deck disaccoppiato allo 0% NP e altri livelli di potenza ha evidenziato come la penalizzazione applicata dalle nuove assunzioni sia efficace a coprire qualsiasi livello di potenza, ad eccezione degli scenari che coinvolgono rotture di piccole dimensioni (200 cm² nella seguente analisi) al 100% NP. Sulla base dei risultati, la metodologia proposta richiede di effettuare calcoli: - Allo 0% NP con ipotesi disaccoppiate sull’intero spettro delle rotture intermedie. - Al 100% NP solo per le rotture più piccole, a partire dall’estremo inferiore dello spettro (solitamente 100 cm²) fino alla rottura per la quale il caso a piena potenza risulta meno penalizzante dello scenario allo 0% NP. Di conseguenza, i livelli di potenza intermedi possono essere esclusi dall’analisi, in quanto risultano sempre meno penalizzanti sia rispetto allo stato di hot shutdown con ipotesi disaccoppiate sia a quello a piena potenza nel caso di rotture di piccole dimensioni.