Scaling analysis of small break experiments in PACTEL

The purpose of this thesis is to study the scalability of small break LOCA experiments. The study is performed on the experimental data, as well as on the results of thermal hydraulic computation performed on TRACE code. The SBLOCA experiments were performed on PACTEL facility situated at LUT. The temporal scaling of the results was done by relating the total coolant mass in the system with the initial break mass flow and using the quotient to scale the experiment time. The results showed many similarities in the behaviour of pressure and break mass flow between the experiments.

Modeling of Pressurizer Using APROS and TRACE Thermal Hydraulic Codes

Diplomityön tavoitteena on paineistimen yksityiskohtainen mallintaminen APROS- ja TRACE- termohydrauliikkaohjelmistoja käyttäen. Rakennetut paineistinmallit testattiin vertaamalla laskentatuloksia paineistimen täyttymistä, tyhjentymistä ja ruiskutusta käsittelevistä erilliskokeista saatuun mittausdataan. Tutkimuksen päätavoitteena on APROSin paineistinmallin validoiminen käyttäen vertailuaineistona PACTEL ATWS-koesarjan sopivia paineistinkokeita sekä MIT Pressurizer- ja Neptunus- erilliskokeita. Lisäksi rakennettiin malli Loviisan ydinvoimalaitoksen paineistimesta, jota käytettiin turbiinitrippitransientin simulointiin tarkoituksena selvittää mahdolliset voimalaitoksen ja koelaitteistojen mittakaavaerosta johtuvat vaikutukset APROSin paineistinlaskentaan. Kokeiden simuloinnissa testattiin erilaisia noodituksia ja mallinnusvaihtoehtoja, kuten entalpian ensimmäisen ja toisen kertaluvun diskretisointia, ja APROSin sekä TRACEn antamia tuloksia vertailtiin kattavasti toisiinsa. APROSin paineistinmallin lämmönsiirtokorrelaatioissa havaittiin merkittävä puute ja laskentatuloksiin saatiin huomattava parannus ottamalla käyttöön uusi seinämälauhtumismalli. Työssä tehdyt TRACE-simulaatiot ovat osa United States Nuclear Regulatory Commissionin kansainvälistä CAMP-koodinkehitys-ja validointiohjelmaa.

Puhdastilojen suunnitteluprosessi ja teknisten järjestelmien validointi

Puhdastilojen suunnittelussa pyritään saamaan hallittu ja valvottu ilmanpuhtaus luokiteltuun tilaan.Luokittelu tapahtuu puhdastilastandardeilla, lisäksi lääkevalmisteita valmistettavassa tilassa GMP -säädösten mukaisin luokituksin. Puhdastilastandardi ISO 14644 käsittää seitsemän osaa, jossa on käsitelty puhdastilaa koskevia määräyksiä suunnittelusta käyttöön ja testaukseen. GMP-säädökset sisältävät yhdeksän kappaletta, joista kappale 3: 'Tilat ja laitteet' on keskeinen osa lääkeainevalmistuksen puhdastilasuunnittelua. Puhtaan ilman aikaansaamiseksi puhdastilaan merkittävimmät roolit ovat ilmanvaihdolla, puhdastilarakenteilla ja rakennusautomaatiolla. Ilma voidaan tuoda tilaan kolmella eri periaatteella. Ilmaa tuodaan tilaan yhdensuuntaisesti, turbulenttisesti tai sekavirtauksena HEPA -suodattimien kautta, joilla varmistetaan epäpuhtauksien korkea suodatusaste. Ilmapoistetaan rei'itettyjen, korotettujen lattioiden kautta tai tilan alaosassa olevien poistoilmasäleikköjen kautta, josta se johdetaan noin 75-90%:sti kierrätettynä takaisin tilaan. Lääketeollisuudessa rei'itettyjä, korotettuja lattioita eivoida käyttää kontaminaatiovaaran, vuoksi. Tilaan suunniteltuja olosuhteita ylläpidetään rakennusautomaation avulla ja monitorointijärjestelmällä valvotaan tilassa olevan ilman laatua. Kaikki GMP-luokituksen mukaiset puhdastilat tulee validoida. Validointiin kuuluu teknisten järjestelmien kvalifiointi ja koko prosessin validointi. Teknisten järjestel-mien kvalifiointi käsittää suunnitelmien tarkastuksen (DQ), asennus - ja käyttöönotto tarkastukset (IQ), toiminnan testauksen (OQ) ja suorituksen testauksen (PQ). Kvali-fiointi kuuluu yhtenä osa-alueena validointiin. Prosessin validointi on osa yrityksen laadunvarmistusta. Validoinnilla hankitaan dokumentoidut todisteet siitä, että tila tai prosessi todella täyttää annetut vaatimukset. Tässä työssä laadittiin esimerkinomainen kvalifiointisuunnitelma puhdastilan tekni-sille järjestelmille. Suunnitelma sisältää asennus- ja käyttöönoton mukaiset tarkastukset (IQ)ja toiminnan aikaiset testaukset (OQ).

Formation and Control of Trace Metal Emissions in Co-Firing of Biomass, Peat, and Wastes in Fluidised Bed Combustors

Environmentally harmful consequences of fossil fuel utilisation andthe landfilling of wastes have increased the interest among the energy producers to consider the use of alternative fuels like wood fuels and Refuse-Derived Fuels, RDFs. The fluidised bed technology that allows the flexible use of a variety of different fuels is commonly used at small- and medium-sized power plants ofmunicipalities and industry in Finland. Since there is only one mass-burn plantcurrently in operation in the country and no intention to build new ones, the co-firing of pre-processed wastes in fluidised bed boilers has become the most generally applied waste-to-energy concept in Finland. The recently validated EU Directive on Incineration of Wastes aims to mitigate environmentally harmful pollutants of waste incineration and co-incineration of wastes with conventional fuels. Apart from gaseous flue gas pollutants and dust, the emissions of toxic tracemetals are limited. The implementation of the Directive's restrictions in the Finnish legislation is assumed to limit the co-firing of waste fuels, due to the insufficient reduction of the regulated air pollutants in the existing flue gas cleaning devices. Trace metals emission formation and reduction in the ESP, the condensing wet scrubber, the fabric filter, and the humidification reactor were studied, experimentally, in full- and pilot-scale combustors utilising the bubbling fluidised bed technology, and, theoretically, by means of reactor model calculations. The core of the model is a thermodynamic equilibrium analysis. The experiments were carried out with wood chips, sawdust, and peat, and their refuse-derived fuel, RDF, blends. In all, ten different fuels or fuel blends were tested. Relatively high concentrations of trace metals in RDFs compared to the concentrations of these metals in wood fuels increased the trace metal concentrations in the flue gas after the boiler ten- to hundred-folds, when RDF was co-fired with sawdust in a full-scale BFB boiler. In the case of peat, lesser increase in trace metal concentrations was observed, due to the higher initial trace metal concentrations of peat compared to sawdust. Despite the high removal rate of most of the trace metals in the ESP, the Directive emission limits for trace metals were exceeded in each of the RDF co-firing tests. The dominat trace metals in fluegas after the ESP were Cu, Pb and Mn. In the condensing wet scrubber, the flue gas trace metal emissions were reduced below the Directive emission limits, whenRDF pellet was used as a co-firing fuel together with sawdust and peat. High chlorine content of the RDFs enhanced the mercuric chloride formation and hence the mercury removal in the ESP and scrubber. Mercury emissions were lower than theDirective emission limit for total Hg, 0.05 mg/Nm3, in all full-scale co-firingtests already in the flue gas after the ESP. The pilot-scale experiments with aBFB combustor equipped with a fabric filter revealed that the fabric filter alone is able to reduce the trace metal concentrations, including mercury, in the flue gas during the RDF co-firing approximately to the same level as they are during the wood chip firing. Lower trace metal emissions than the Directive limits were easily reached even with a 40% thermal share of RDF co-firing with sawdust.Enrichment of trace metals in the submicron fly ash particle fraction because of RDF co-firing was not observed in the test runs where sawdust was used as the main fuel. The combustion of RDF pellets with peat caused an enrichment of As, Cd, Co, Pb, Sb, and V in the submicron particle mode. Accumulation and release oftrace metals in the bed material was examined by means of a bed material analysis, mass balance calculations and a reactor model. Lead, zinc and copper were found to have a tendency to be accumulated in the bed material but also to have a tendency to be released from the bed material into the combustion gases, if the combustion conditions were changed. The concentration of the trace metal in the combustion gases of the bubbling fluidised bed boiler was found to be a summary of trace metal fluxes from three main sources. They were (1) the trace metal flux from the burning fuel particle (2) the trace metal flux from the ash in the bed, and (3) the trace metal flux from the active alkali metal layer on the sand (and ash) particles in the bed. The amount of chlorine in the system, the combustion temperature, the fuel ash composition and the saturation state of the bed material in regard to trace metals were discovered to be key factors affecting therelease process. During the co-firing of waste fuels with variable amounts of e.g. ash and chlorine, it is extremely important to consider the possible ongoingaccumulation and/or release of the trace metals in the bed, when determining the flue gas trace metal emissions. If the state of the combustion process in regard to trace metals accumulation and/or release in the bed material is not known,it may happen that emissions from the bed material rather than the combustion of the fuel in question are measured and reported.

Tuotantolaitteiden kvalifiointi ja prosessin validointi GMP-tuotantoa varten

GMP-säädösten mukaan aktiivisten lääkeaineiden, kriittisten lääkeaineintermediaattien ja lääkeapuaineiden valmistusprosessit pitää validoida. Validointityöhön kuuluu oleellisesti tuotantolaitteiden kvalifiointi ja prosessin validointi. Käytännössä tuotantolaitteiden kvalifiointi toteutetaan tekemällä laitteille suunnitelmien tarkastus (DQ), asennus- ja käyttöönottotarkastus (IQ), toiminnan testaus (OQ) sekä suorituskykytestit (PQ). Tuotantolaitteiden kvalifiointiin kuuluu myös laitteiden asianmukaisten kalibrointi-, kunnossapito- ja puhdistusohjeiden sekä työ- ja toimintaohjeiden (SOP:ien) laatiminen. Prosessin validoinnissa laaditaan dokumentoidut todisteet siitä, että prosessi toimii vakaasti ja tuotteelle asetetut vaatimukset täyttyvät johdonmukaisesti. GMP-tuotantolaitteiden kvalifiointiin ja lääkevalmistusprosessin validointiin on laadittu erilaisia GMP-säädöksiä noudattavia yleisiä validointiohjeita, kuten PIC/S:n ja FDA:n ohjeet kvalifioinnista ja validoinnista. IVT/SC on laatinut yksiselitteiset validointistandardit validointityön selventämiseksi. Validoinnin tilastolliseen tarkasteluun on käytettävissä GHTF:n laatimat tilastolliset validointimenetelmät. Yleensä tuotantolaitteiden kvalifiointi ja prosessin validointi tehdään ennen lääkevalmisteen kaupallisen tuotannon aloittamista. Kvalifiointi- ja validointityö voidaan tehdä kuitenkin myös tuotannon yhteydessä (konkurrentisti) tai retrospektiivisesti käyttäen hyväksi valmistettujen tuotantoerien prosessitietoja. Tässä työssä laadittiin Kemira Fine Chemicals Oy:n Kokkolan GMP-tuotantolinjan lääkeaineintermediaattiprosessin validoinnin yleissuunnitelma (VMP), joka sisältää sekä tuotantolaitteiden kvalifiointisuunnitelman että prosessin validointisuunnitelman. Suunnitelmissa huomioitiin tuotantolaitteiden aikaisempi käyttö muuhun hienokemikaalituotantoon ja tuotantolinjan muuttaminen GMP-vaatimusten mukaiseksi. Työhön kuului myös tuotantolaitteiden kvalifiointityön tekeminen laaditun suunnitelman mukaisesti.

Mykobakteerien lajinmääritykseen käytettävän kitin validointi

Tämä opinnäytetyö tehtiin Elintarviketurvallisuusvirasto Eviran Helsingin yksikön eläintautibakteriologian ryhmälle. Työn tarkoituksena oli löytää ja ottaa käyttöön tämänhetkisen AccuProbe-menetelmän lisäksi monipuolisempi menetelmä mykobakteerien lajinmääritykseen. AccuProbe-testillä pystytään tunnistamaan suurin osa Eviraan tulleista näytteistä eristetyistä mykobakteereista, mutta muun muassa kalanäytteistä eristettyjen mykobakteerien tunnistamiseen ei ole ollut menetelmää. Työhön valittiin GenoType® Mycobacterium CM -kitti. Mykobakteerien lajinmääritykseen kehitetyn GenoType® Mycobacterium CM -kitin käyttöä opeteltiin aluksi Mycobacterium avium ATCC 25291 -kannalla. Tämän jälkeen kittiä kokeiltiin eläimistä eristetyillä sekä M. intracellulare ATCC 13950- ja M. tuberculosis ATCC 25177 -kannoilla. Kyseessä on hybridisaatioon perustuva DNA-liuska-menetelmä, joka sisältää kolme päävaihetta: DNA:n eristäminen, monistaminen PCR:llä ja hybridisaatio. Työn aikana optimoitiin substraatin vaikutusaikoja, seurattiin hybrisaatiovaiheen lämpötiloja ja kehitettiin kitin valmistajan suosittelemaa ravistelevaa lämpöhaudetta / inkubaattoria vastaavia laitteita. Työn tuloksena kitti on käyttövalmis, mutta menetelmän soveltuvuutta eläinkannoille täytyy testata lisää. Osassa tulosliuskoissa oli vääriä vaaleita viivoja ja osa oikeista vaaleista viivoista puuttui. Saadut tulokset antavat kuitenkin hyvän pohjan jatkaa kitin validointia.

Klooriheksidiinipitoisuus vesirokkovoiteessa - HPLC-menetelmän kehitys ja validointi

Tässä opinnäytetyössä kehitettiin HPLC-menetelmä klooriheksidiinipitoisuuden määrittämiseksi Professorin vesirokkovoiteesta. Menetelmä kehitettiin Yliopiston Apteekin analyyt-tiselle laboratoriolle. Klooriheksidiini on vesirokkovoiteessa käytetty vaikuttava aine. Se ehkäisee ja hoitaa ihon punoitusta ja turvotusta ja on nykyään tunnetuin antiseptinen aine. Klooriheksidiinipitoisuutta ei ole vesirokkovoiteesta tutkittu, eikä sen säilyvyys voiteessa ole tämän vuoksi varmaa. Yliopiston Apteekki määrittää vesirokkovoiteen käyttöiäksi kaksi vuotta. Opinnäytetyön tarkoituksena on selvittää, onko Yliopiston Apteekin määrittelemä kahden vuoden kestoaika vesirokkovoiteelle liian pitkä. Epäiltiin, että klooriheksidiini hajoaa vesirokkovoi-teessa parakloorianiliiniksi kahden vuoden aikana. Työn tarkoituksena oli kehittää HPLC-menetelmä klooriheksidiinipitoisuuden analysoimiseksi vesirokkovoiteesta. Työhön liittyi näytteenkäsittelyn ja uuttoliuottimen määritys vesirokkovoiteelle. Kirjallisuudessa esiintyviä menetelmiä testattiin ja muokattiin tähän työhön sopiviksi. Kun menetelmän kehitys oli saatu valmiiksi, uusi menetelmä validoitiin. Validoidun menetelmän avulla analysoitiin vanhoja erävarastonäytteitä, joiden avulla selvitettiin klooriheksidiinin säilyvyys voiteessa. Lopputulos oli, että klooriheksidiini säilyy voiteessa ainakin kolme vuotta hajoamattomassa muodossa. Voiteen valmistusprosessissa oli kuitenkin parannettavaa, koska klooriheksidiinipitoisuus vaihteli huomattavasti valmistuserien välillä. Klooriheksidiinipitoisuuden tutkimisen aloittaminen valmistettavista eristä oli tutkimustulosten mukaan aiheellista. Vesirokkovoiteen pitoisuuden tutkimisen seurauksena on suositeltavaa aloittaa lisäksi uusi säilyvyysseurantatutkimus, joka sisältää myös pitoisuustutkimukset.

TRACE ja sen käyttö painevesilaitosten mallinnuksessa

Tässä kandidaatintyössä on esitelty U.S. NRC:n kehittämä TRAC/RELAP Advanced Computational Engine termohydrauliikkamallinnusohjelmisto sekä sillä luodun yksinkertaistetun painevesilaitoksen mallin pienimuotoinen simulointi.

Modelling of the PWR PACTEL vertical steam generator with the TRACE code

The behavior of the nuclear power plants must be known in all operational situations. Thermal hydraulics computer applications are used to simulate the behavior of the plants. The computer applications must be validated before they can be used reliably. The simulation results are compared against the experimental results. In this thesis a model of the PWR PACTEL steam generator was prepared with the TRAC/RELAP Advanced Computational Engine computer application. The simulation results can be compared against the results of the Advanced Process Simulator analysis software in future. Development of the model of the PWR PACTEL vertical steam generator is introduced in this thesis. Loss of feedwater transient simulation examples were carried out with the model.

Suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testaaminen metyylisalisylaatilla -mittaus- ja analyysimenetelmien kehittäminen ja validointi

Tässä diplomityössä kehitettiin mittaus- ja analyysimenetelmät suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testaamiseksi sekä neste- että kaasumaisella metyylisalisylaatilla. Kehitystyö tehtiin standardin SFS-EN ISO 6529 pohjalta. Tämä standardi kuvaa kuitenkin varsin yleisellä tasolla suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testimenetelmät, eikä se ole mikään tarkka työohje. Näytteenotto- ja analyysimenetelmät joudutaan siis valitsemaan sekä validoimaan jokaiselle kemikaalille erikseen, tässä tapauksessa metyylisalisylaatille. Työn tarkoituksena oli kehittää toimivat menetelmät ja laitteistot siten, että olisi mahdollista suorittaa metyylisalisylaatin määritys on-line mittauksena läpäisytestauksessa. Läpäisytestaustoiminnan nopeuttamiseksi työssä myös suunniteltiin ja rakennettiin laitteistot kolmen rinnakkaisen testikennon yhdenaikaista testausta varten sekä kaasumaisen että nestemäisen metyylisalisylaatin ollessa testikemikaalina. Havaittiin, että UV/VIS-spektrofotometri varustettuna läpivirtauskyvetillä ja näyteenottopumpulla on toimiva ja käyttökelpoinen analyysimenetelmä metyylisalisylaatin määrittämiseen nesteistä on-line mittauksena läpäisyn testauksessa. Kaasumaisen metyylisalisylaatin tapauksessa määritysmenetelmänä päädyttiin käyttämään kokonaishiilivetyanalysaattoria, joka on varustettu liekki-ionisaatiodetektorilla. Molemmissa tapauksissa saatiin aikaan toimivat ja on-line mittauksiin kykenevät näytteenotto- ja määritysmenetelmät, joilla loppukäyttäjä voi suorittaa laajempaa läpäisytestausta.

Parametrisen kustannusmallin validointi ja implementointi

Parametric cost modeling is a technique, where cost estimating relationships are built to meet products’ parameters. Parameters are directly defined from product features, when it is possible to solve product cost exact before even a single product is manufactured and calculated with general cost accounting. The parametric model can be used in product design, sourcing and comparing product cost of similar products. The model reveals the cost origin more clear than general accounting. The purpose of this thesis was to find out parameters for modeling elevator doors and validate the parameters to meet actual costs. The other target was to simulate cost impact and changes in the cost structure. The results were compared to previous calculations and actual costs and model was tested in new product design. The results of the calculations revealed, that material consumption is the most significant issue in design effectiveness as well as the complexity of the components and structure. To develop the model more research is needed for other continents cost structure and waste calculation principles.

UHPLC-epäpuhtausmenetelmän kehittäminen ja validointi inhalaatiovalmisteelle

Tämän diplomityön tarkoituksena on kehittää menetelmä, jolla voidaan seurata inhalaatiovalmisteen sisältämiä epäpuhtauksia. Menetelmä kehitetään erittäin korkean suorituskyvyn kromatografialaitteistolle (Ultra High Performance Liquid Chromatography, UHPLC) jo olemassa olevan HPLC-epäpuhtausmenetelmän pohjalta. Uusi menetelmä kehitetään analyysiajan lyhentämiseksi ja erotuksen resoluution parantamiseksi. Työn kirjallisuusosa esittelee lyhyesti inhalaatiovalmisteet sekä nestekromatografian perusteet. Korkean erotuskyvyn nestekromatografia ja analysoinnin apuna käytettävät parametrit selvitetään laskukaavoineen. Kirjallisuusosa keskittyy epäpuhtausmenetelmän kehittämisen kulkuun ja menetelmän validoinnissa suoritettaviin kokeisiin. Soveltavassa osassa Orion Oyj:n kehitteillä olevalle kahden vaikuttavan aineen inhalaatiovalmisteelle kehitetään UHPLC-epäpuhtausmenetelmä kirjallisuusosiossa esitellyn menetelmäkehitysrungon pohjalta. Menetelmäkehityksen kulku ja analyysin olosuhteiden valinta esitellään pääpiirteittäin, jonka jälkeen kehitetty menetelmä validoidaan sille tehdyn validointisuunnitelman mukaisesti. Kehitetystä UHPLC-epäpuhtausmenetelmästä saatiin 16 minuuttia lyhyempi kuin vastaava HPLC-epäpuhtausmenetelmä. Myös analyysin resoluutio parantui merkittävästi. Toistuvien injektioiden jälkeen kromatogrammissa esiintyi kuitenkin häntimistä, joka johti merkittävään resoluution heikkenemiseen. Häntimisen syyksi epäiltiin toisen vaikuttavan aineen kiinnittymistä kolonnimateriaaliin, mutta sen estämiseksi ehdotetut toimenpiteet eivät sopineet kehitettyyn menetelmään.

Analysis of PACTEL small break LOCA experiment using TRACE

A small break loss-of-coolant accident (SBLOCA) is one of problems investigated in an NPP operation. Such accident can be analyzed using an experiment facility and TRACE thermal-hydraulic system code. A series of SBLOCA experiments was carried out on Parallel Channel Test Loop (PACTEL) facility, exploited together with Technical Research Centre of Finland VTT Energy and Lappeenranta University of Technology (LUT), in order to investigate two-phase phenomena related to a VVER-type reactor. The experiments and a TRACE model of the PACTEL facility are described in the paper. In addition, there is the TRACE code description with main field equations. At the work, calculations of a SBLOCA series are implemented and after the calculations, the thesis discusses the validation of TRACE and concludes with an assessment of the usefulness and accuracy of the code in calculating small breaks.