khắc phục sự cố máy bơm tuần hoàn chính ngưng hoạt động cho lò wwer-1000 bằng phần mềm mô phỏng wwer-1000

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƯ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
o0o





KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



KHẮC PHỤC SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH
NGƯNG HOẠT ĐỘNG CHO LÒ WWER-1000 BẰNG
PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000.






SVTH: Lữ Thế Đăng
GVHD: TS. Võ Hồng Hải
ThS. Phan Lê Hoàng Sang
GVPB: TS. Lê Bảo Trân

Thành Phố Hồ Chí Minh - Năm 2014


i
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Vật lý hạt nhân, khoa
Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em trong
suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em gửi đến thầy Võ Hồng Hải và thầy Phan Lê
Hoàng Sang, người đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng, quan tâm giúp đỡ em hoàn
thành khóa luận.
Em gửi lời cảm ơn đến cô Lê Bảo Trân, cô đã dành thời gian quý báu để đọc
và cho em những nhận xét quan trọng giúp em hoàn thành khóa luận
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn ở bên cạnh động viên, giúp
đỡ trong thời gian thực hiện khóa luận.

TP.HCM, ngày 14 tháng 7 năm 2014
Lữ Thế Đăng

ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIÊT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
DANH MỤC HÌNH VẼ vi
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG LÒ
PHẢN ỨNG WWER-1000. 2
1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân. 2
1.2. Trang thiết bị vòng sơ cấp 4
Lò phản ứng 4
Lõi lò phản ứng 6
Bơm tuần hoàn chính (RCP) 8
Bình sinh hơi (SG) 8
Hệ thống điều hòa áp suất (Pressurizer) 9
1.3. Trang thiết bị vòng thứ cấp 10
Ống nối dẫn hơi (MSC) và ống góp hơi (MSH) 10
Van điều chỉnh hơi nước tua-bin 10
Các bộ phận khác. 10
CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT LÒ VÀ ĐỘ PHẢN ỨNG 11

2.1. Những khái niệm chung 11
2.2. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh điều khiển 12
2.3. Tỏa nhiệt dư trong nhiên liệu 12



iii
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH NGỪNG
HOẠT ĐỘNG 14
3.1. Một máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 15
Khảo sát trường hợp không phục hồi sự cố. 15
Khắc phục sự cố bằng phương pháp điều chỉnh nồng độ acid boric
từ mức 66% 22
Khắc phục sự cố bằng phương pháp điều chỉnh nồng độ acid boric
từ mức thấp hơn 66% 26
3.2. Hai máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 28
Khảo sát các thông số của lò khi máy bơm tuần hoàn chính số 1 và
2 ngừng hoạt động 28
Khắc phục sự cố hai máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 31
PHỤ LỤC
 Phụ lục 1: Giới thiệu phần mềm mô phòng WWER-1000 40
 Phụ lục 2: Danh sách các mục của bảng thông báo cho chương trình
mô phỏng lò phản ứng WWER-1000 49
 Phụ lục 3: Danh sách các tín hiệu dẫn đến sự bảo vệ khẩn cấp 51

iv
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT
TẮT







Thuật ngữ
Tiếng Anh
Tiếng
Việ
t
CPS
Reactivity Control Page
Trang điều khiển độ phản ứng
CR
Control Rod
Thanh điều khiển
ĐHN

Điện hạt nhân
EP
Emergency Protection
Chế độ bảo vệ khẩn cấp

FA
Fuel Assemblies
Bó nhiên liệu
GRP
Trends page
Trang vẽ đồ thị
IAEA
International Atomic Energy

Agency
Cơ quan năng
lượng
nguyên tử quốc tế
MSC
Main steam collector
Ống nối dẫn hơi
MSV
Main steam valve
Những van hơi nước chính
MSIV
Main steam isolating valve
Van xả hơi chính
NMĐHN

Nhà máy điện hạt nhân
PP
Preventive protection
Chế độ bảo vệ phòng ngừa
SG
Steam Generator

Bình sinh hơi
TAB
Enunciators Page
Giao diện cảnh báo sự cố
TBxxBxx

Ký hiệu thùng chứa acid boric
TBxxDxx

Ký hiệu bơm acid boric
TBxxSxx

Ký hiệu van dẫn acid boric
TK
Feed and Bleed System Page
Trang hệ thống thổi bù
TKxxSxx

Ký hiệu van dẫn
nước
sạch đến lò
RCP
Reactor coolant pump
Bơm tuần hoàn chính
WWER
Water Water Energy Reactor
Lò phản ứng hạt nhân nước-nước

v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1.
Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của WWER – 1000
4
Bảng 1.2. Các đặc tính chính của lõi lò phản ứng WWER-1000 6
Bảng 1.3. Các đặc tính chính của bó nhiên liệu của lò WWER-1000 7
Bảng 1.4. Các đặc tính của viên nhiên liệu 8
Bảng 3.1. Các tham số cần quan tâm khi lò đang hoạt động bình thường 16
Bảng 3.2. Các thông số cần khảo sát trong sự cố hai máy bơm ngừng hoạt động 29

















vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ mặt cắt của nhà máy điện hạt nhân 3
Hình 1.2. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER 3
Hình 1.3. Ảnh mặt cắt của lõi lò phản ứng WWER-1000 5
Hình 1.4. Hình dạng của lõi lò và các bó thanh nhiên liệu 7
Hình 1.5. Cấu tạo bình sinh hơi 9
Hình 3.1. Lựa chọn chế độ hoạt động bình thường của lò phản ứng. 15
Hình 3.2. Các tín hiệu cảnh báo sự cố khi đóng máy bơm tuần hoàn chính
số 2. 17
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ và áp suất lò theo thời gian 17
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất, nhiệt độ và mức nước
của bình điều áp theo thời gian 18
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 và công suất
lò phản ứng theo thời gian. 19
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ chân nóng và chân lạnh ở bình sinh hơi
số 2 theo thời gian 19
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ chân nóng và chân lạnh ở bình sinh hơi số
1 theo thời gian 20
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi mực nước và vị trí van điều khiển của
bình sinh hơi số 2 21
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi công suất và vị trí nhóm thanh
điều khiển số 10 21
Hình 3.10. Đồ thị biễu diễn mực nước của bình sinh hơi số 2 theo thời gian 22
Hình 3.11. Vị trí các van TB10S17, TB10S26, TB10S24, TK80S01 23
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 theo thời gian 23
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn nồng độ acid boric theo thời gian 23
Hình 3.14. Bình chứa nước cất TK70B01 24
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn công suất lò phản ứng, nồng độ acid boric và độ
phản ứng theo thời gian 25
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn thông số OFFSET theo thời gian 26

vii
Hình 3.17. Đồ thị biễu diễn sự thay đổi công suất theo thời gian khi tiến hành
khắc phục sự cố từ mức 15% 27
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn công suất theo thời gian khi tiến hành khắc phục sự
cố từ mức 10% 28
Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc công suất theo thời gian khi không
khắc phục sự cố 30
Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi vị trí nhóm thanh điều khiển số 9 và số
10 khi không khắc phục sự số 30
Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 theo
thời gian khi tiến hành khắc phục sự cố 31
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ acid boric theo thời gian. 31
Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ acid boric theo thời gian trong
toàn bộ quá trình khảo sát 32
Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi vị trí các nhóm thanh điều khiển từ số 5
đến số 10 theo thời gian trong toàn bộ quá trình khảo sát 32
Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi công suất lò thời gian trong toàn bộ quá
trình khảo sát 33
Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi thông số OFFSET theo thời gian 33

1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, năng lượng điện hạt nhân tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong
việc sản xuất điện năng trên toàn thế giới. Mặc dù tai nạn tại nhà máy điện hạt
nhân (NMĐHN) Fukushima Daiichi năm 2011 ở Nhật Bản đã gây ra nỗi ám ảnh,
nguy hiểm trên thế giới, nhưng không thể phủ nhận vai trò quan trọng điện hạt
nhân trong việc thúc đẩy nền kinh tế phát triển và đảm bảo an ninh năng lượng.
Vấn đề đặt ra về an toàn NMĐHN, sự vận hành, độ an toàn phóng xạ, cách
quản lý, đội ngũ vận hành các sự cố có thể xảy ra,…. Nó quyết định sự thành bại
của chương trình điện hạt nhân.
Trong khóa luận này, tôi thực hiện mô phỏng khắc phục một sự cố tai nạn
máy bơm tuần hoàn ở vòng sơ cấp ngừng hoạt động cho loại lò WWER - 1000
(Water Water Energy Reactor – 1000). Gói phần mềm sử dụng là WWER-1000,
được tài trợ từ Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA cho trường đại học
Khoa học Tự nhiên – Tp.HCM. Các thông số vật lý lò như nồng độ acid boric, vị
trí của thanh điều khiển, độ phản ứng, công suất lò phản ứng, giá trị OFFSET của
lò được khảo sát và đánh giá.
Nội dung khóa luận gồm 3 chương:
 Chương 1: Giới thiệu nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng WWER-1000.
 Chương 2: Điều chỉnh công suất lò và độ phản ứng.
 Chương 3: Khảo sát sự cố máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động.

2
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000.

1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân
Ngày nay năng lượng hạt nhân tiếp tục đóng một vai trò quan trọng cho nhân
loại. Tuy nhiên, một vấn đề quan trọng khi phát triển chương trình điện hạt nhân đó
là an toàn. Các yêu cầu về an toàn luôn được quy định chặt chẽ, sau sự cố Fukushima
chúng càng trở nên chặt chẽ hơn. Dù đang phải đối mặt với nhiều thách thức, nhưng
công nghệ điện hạt nhân vẫn là một lựa chọn quan trọng của thế kỷ 21. Để đáp ứng
nhu cầu về an ninh năng lượng, hiện nay nhiều loại lò thế hệ mới đang được nghiên
cứu phát triển.
Một trong số đó là lò phản ứng WWER-1000, được viết tắt từ Water Water
Energy Reactor. Đây là loại lò phản ứng nước áp lực bốn vòng lưu thông trong đó
nước được sử dụng như chất làm chậm và chất tải nhiệt, chỉ số 1000 cho biết công
suất điện đạt 1000MW. Loại lò này được thiết kế đối phó với sự cố xảy ra cùng một
lúc như vỡ ống đường kính lớn, động đất và mất điện hoàn toàn.
Thiết kế cơ bản của lò phản ứng WWER-1000 gồm: bốn bình sinh hơi, một
bình điều áp, và bốn máy bơm tuần hoàn chính. Có hai hệ thống chính được tối ưu
hóa để chuyển nhiệt năng thành điện năng. Hệ thống vòng sơ cấp có chức năng
chuyển nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng hạt nhân đến các bình sinh hơi. Bình sinh hơi
là nơi trung gian giữa vòng sơ cấp và vòng thứ cấp, nó là điểm cuối của vòng sơ cấp
và là điểm đầu của vòng thứ cấp. Hơi được tạo ra trong bình sinh hơi và đi vào tua-
bin chính để tạo ra điện. Sau đó hơi được đưa vào bình ngưng tụ để chuyển thành
nước và bơm trở lại bình sinh hơi để tái sử dụng.
Ngoài ra, để hai hệ thống chính kể trên hoạt động trơn tru, cần có rất nhiều hệ
thống phụ trợ khác nhau. Ví dụ như hệ thống thổi-bù, hệ thống điều hòa áp suất …
Ngoài ra còn có hệ thống bảo vệ, ví dụ như hệ thống thanh điều khiển, hệ thống bảo

vệ khẩn cấp (EP)…




3





1. Thùng lò; 2. Bình sinh hơi; 3. Máy bơm tuần hoàn chính; 4. Bình điều áp;
5. Bình ngưng hơi giảm áp suất; 6. Hệ thống làm lạnh lõi bị động tức thời.

Hình 1.2. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER
Hình 1.1. Sơ đồ mặt cắt của nhà máy điện hạt nhân


4
1.2. Trang thiết bị vòng sơ cấp
Lò phản ứng
Như đã nói, vòng sơ cấp có nhiệm vụ tuần hoàn chất tải nhiệt và truyền nhiệt
tỏa ra từ vòng sơ cấp đến vòng thứ cấp thông qua bình sinh hơi.
Lò phản ứng WWER-1000 là từ viết tắt của Water-Water Energy Reactor. Đây
là loại lò phản ứng có vỏ (vessel-type), hoạt động với neutron nhiệt sử dụng nước
thường để làm chậm (moderator) và tải nhiệt (coolant). Chỉ số 1000 cho biết công
suất điện của lò này đạt 1000 MW.
Chất tải nhiệt không phải là nước sạch thuần túy, mà là nước có chứa acid boric
H
3

BO
3
hòa tan. Do đó, khi nói về “nước” nhưng ta hiểu đó là dung dịch acid boric.
Đơn vị đo nồng độ acid boric là gam acid boric trong kilogam nước, ký hiệu là g/kg.
Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò phản ứng được đưa ra trong bảng 1.1.
Bảng 1.1.
Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của WWER – 1000
[8]

Thông số (đơn
v
ị
)

Giá trị
Công suất trung bình (MW)
3000
Công suất giới hạn (MW)
3210
Áp suất lò phản ứng (kg/cm
2
)
160 ± 3
Số
lượng
bó nhiên liệu (bó)
163
Lưu lượng
chất tải nhiệt khi cả 4 máy bơm chính hoạt động (m
3

/h)
84800
Tốc độ chất tải nhiệt vòng sơ cấp (m/s)
- Qua các bó nhiên liệu
- Trong các ống của lò phản ứng

5,6
10

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình chất tải nhiệt ở chân nóng và chân lạnh
khi cả bốn máy bơm tuần hoàn chính hoạt động (
0
C)
30

Mật độ công suất trung bình của vùng hoạt (kW/lít)
115
Tốc độ dịch chuyển của các thanh điều khiển (cm/s)
2

Đường
kính ngoài vỏ lò phản ứng (mm)
4535
Chiều cao lò phản ứng (mm)
19137
Thể tích vòng sơ cấp (không tính bộ điều áp) (m
3
)
300
Thể tích vùng hoạt (m

3
)
29,2


5
Việc điều chỉnh công suất lò và kiềm hãm chuỗi phản ứng dây chuyền được
thực hiện bởi hệ thống điều chỉnh độ phản ứng. Trong lò WWER-1000 có hai hệ
thống điều chỉnh độ phản ứng hoạt động dựa trên nguyên tắc khác nhau :
 Điều chỉnh độ phản ứng bằng các nhóm thanh điều khiển.
 Điều chỉnh độ phản ứng bằng nồng độ acid boric.
Các thanh điều khiển được sử dụng trong chế độ điều khiển lò ở chế độ hoạt
động bình thường hoặc dập lò trong chế độ khẩn cấp. Trong khi đó, việc thay đổi
nồng độ acid boric làm thay đổi chậm độ phản ứng.
Chất tải nhiệt đi vào lò phản ứng bằng đầu vào (input nozzles), đi qua vòng
phân cách (ring gap) giữa vỏ lò (reactor vessel) và giếng lò (core-well) và thông qua
một tấm ở dưới được khoan lỗ (perforated bottom plate) để đi qua các bó thanh nhiên
liệu được lắp đặt trong lõi lò. Chất tải nhiệt được gia nhiệt khi chảy qua các bó nhiên
liệu do nhiệt năng tỏa ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân. Sau đó đi đến vòng phân
cách và đi ra khỏi lò phản ứng thông qua đầu ra (outlet nozzles) và đi vào “chân
nóng” của bình sinh hơi.

Hình 1.3. Ảnh mặt cắt của lõi lò phản ứng WWER-1000
1. Đầu vào.
2. Thùng lò phản ứng.
3. Giếng ngoài.
4. Đầu ra.
5. Bó thành nhiên liệu

6
Cần lưu ý rằng trong vòng sơ cấp thì nước không sôi, áp suất khoảng 160 kg/cm
2

(áp suất của lõi lò). Áp suất cao trong vòng sơ cấp ngăn ngừa khả năng sôi của chất
tải nhiệt, dự trữ trước điểm sôi vào khoảng 10 kg/cm
2
. Còn trong bình sinh hơi áp
suất thấp hơn đáng kể, khoảng 70 kg/cm
2
, do đó nước sẽ bay hơi và chuyển thành
hơi nước, một phần sẽ được máy bơm tuần hoàn chính chuyển trở lại lò phản ứng.
Hơi nước này hầu như không nhiễm xạ và chu trình quay tua-bin sẽ được thực hiện
với hơi nước này.
Lõi lò phản ứng
Lõi lò phản ứng WWER-100 được cấu tạo bởi các bó nhiên liệu hình lục giác
và được đặt ở các lưới hình lục giác cách nhau khoảng 236 mm. Số lượng bó thanh
nhiên liệu trong lõi lò phụ thuộc và kích cỡ và công suất của lò. Kích thước lớn nhất
của bó thanh nhiên liệu được giới hạn bởi những yêu cầu về an toàn để giảm thiểu
khả năng hình thành khối lượng tới hạn (của nhiên liệu), và kích thước nhỏ nhất của
bó thanh nhiên liệu được giới hạn bởi những lý do hiệu quả về chi phí.
Bảng 1.2 Các đặc tính chính của lõi lò phản ứng WWER-1000
Tổng số bó nhiên liệu
163
Số thanh điều khiển
61
Chiều cao của phần nóng ( ở trang thái lạnh)
3,53 m
Khoảng cách giữa các bó nhiên liệu

0,236 m
Tiết diện phần gia nhiệt của lõi lò
4,17 m
2
Lưu lượng chất tải nhiệt qua lõi lò
17650 kg/s
Công suất nhiệt
3000 MW



7

Hình 1.4 Hình dạng của lõi lò và các bó thanh nhiên liệu
Bó thanh nhiên liệu của lò phản ứng WWER-1000 là một cụm các thanh nhiên
liệu phân bố đều. Trong mỗi bó nhiên liệu có 312 thanh, 18 ống chứa chất hấp thụ
dành cho các thanh hấp thụ neutron của thanh điều khiển, một ống trung tâm, 14
mạng định vị.
Bảng 1.3 Các đặc tính chính của bó nhiên liệu của lò WWER-1000
Số lượng thanh nhiên liệu
312
Bước phân bố các thanh
12,75 mm
Số ống chứa các chất hấp thụ
18
Chiều dài phần hoạt động của bó thanh nhiên liệu
3530 mm
Số lượng mạng định vị
14

1. Thanh nhiên liệu
2. Các ống chứa thanh điều khiển
3. Ống chứa thiết bị đo trung tâm.


8
Bảng 1.4 Các đặc tính của viên nhiên liệu
Đường kính
9,1 mm
Bề dày thành ống
0,69 mm
Chất liệu thành ống
Alloy-Zr110
Đường kính trong
7,53 mm
Nhiên liệu
UO
2
Đường kính lỗ giữa viên
2,3 mm
Khối lượng riêng của nhiên liệu
10,4 g/cm
2
Độ làm giàu tiêu chuẩn
3,3% ; 4,4% ; 3,0% và 4,0%

Bơm tuần hoàn chính (RCP)
Máy bơm tuần hoàn chính trong vòng sơ cấp – một trong những thiết bị quan
trọng nhất ở NMĐHN, đảm bảo sự tuần hoàn cưỡng bức chất tải nhiệt qua lò phản

ứng và nhận nhiệt từ vùng hoạt lò phản ứng WWER-1000, rồi truyền nhiệt vào bình
sinh hơi.
RCP cần phải hoạt động một cách tin cậy và bền vững ở các thông số của môi
trường xung quanh vòng sơ cấp mà không cần bất cứ sự can thiệp nào của nhân viên
vận hành trong khoảng thời gian dài, ít nhất là bằng chu kỳ giữa các lần dừng lò phản
ứng. Bởi vì, RCP được bố trí trong khu vực bảo vệ kín, nên thực tế là không có khả
năng sửa chữa nó trong thời gian lò phản ứng hoạt động.
Việc hoạt động ổn định của RCP phần lớn phụ thuộc vào độ tin cậy của các hệ
thống phụ trợ. Vì vậy số lượng các hệ thống này cần nhỏ nhất có thể.
Tất cả các chi tiết và đầu mối của RCP tiếp xúc với chất tải nhiệt, đều được chế
tạo bằng thép không bị ăn mòn.
Bình sinh hơi (SG)
Bình sinh hơi có nhiệm vụ truyền năng lượng sinh ra từ vùng hoạt lò phản ứng
vào vòng thứ cấp. Việc truyền năng lượng từ vòng sơ cấp sang vòng thứ cấp được


9
thực hiện trên bề mặt gia nhiệt của bình sinh hơi thông qua quá trình sinh hơi nước
trong nước của vòng thứ cấp, sau đó hơi này được sử dụng để sản xuất năng lượng
nhiệt ở máy phát tuabin. Bình sinh hơi, cùng với lò phản ứng và máy bơm tuần hoàn
chính thuộc loại thiết bị cơ bản của NMĐHN.

Hình 1.5. Cấu tạo bình sinh hơi
Hệ thống điều hòa áp suất (Pressurizer)
Hệ thống điều hòa áp suất có nhiệm vụ tạo ra và duy trì áp suất trong vòng sơ
cấp ở các chế độ tĩnh và hạn chế sai lệch áp suất trong các chế độ chuyển tiếp và chế
độ khẩn cấp. Nhiệm vụ trọng tâm của hệ thống điều hòa áp suất là không để cho chất
tải nhiệt sôi. Nếu áp suất trong vòng sơ cấp giảm, hệ thống điều áp sẽ nung nóng các
thanh đốt điện dạng ống và một phần nước sẽ trở thành hơi, và dĩ nhiên áp suất sẽ
được tăng lên. Ngoài ra, khi áp suất trong vòng tuần hoàn này tăng lên, việc làm giảm

áp suất trong vòng tuần hoàn này đạt được nhờ phun nước từ “chân lạnh” của vòng
một; nước lạnh sẽ làm hơi nước ngưng tụ và làm giảm áp suất.



10
1.3. Trang thiết bị vòng thứ cấp
Ống nối dẫn hơi (MSC) và ống góp hơi (MSH)
Chất tải nhiệt từ vòng sơ cấp sẽ đi qua các nhóm ống dẫn nằm ngang nằm phía
trên bình sinh hơi (SG), những nhóm ống dẫn đó chính là ống nối dẫn hơi (MSC).
Thông qua hệ thống gom hơi nước chính, hơi được sinh ra từ bình sinh hơi (SG) sẽ
được đưa đến ống góp hơi (MSH) và sau đó đi đến tua-bin.
Van điều chỉnh hơi nước tua-bin
Trong điều kiện bình thường, hơi đi đến tua-bin thông qua van điều chỉnh hơi
nước tua-bin (Turbine governors valve). Việc mở các van điều chỉnh hơi nước tua-
bin làm thay đổi dòng hơi vào tua-bin, giá trị tải của tua-bin và tác động đến áp suất
hơi trong vòi phun hơi chính (MSH) và bình sinh hơi.
Nếu áp suất trong mạch thứ cấp vượt quá giới hạn cho phép, van đệm khí
(Atmosphere damp vans) sẽ được mở ra để xả bớt hơi, và như vậy áp suất sẽ giảm
xuống. Nếu áp suất trong mạch thứ cấp vẫn thiếp tục tăng, thì van nối tắt tua-bin
(Turbine bypass valve) sẽ mở ra, và hơi nước lúc này sẽ đi trực tiếp đến hồ ngưng tụ
và sẽ được chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng.
Các bộ phận khác
Hơi nước được hình thành trong bình sinh hơi (SG) được gom lại trong ống góp
hơi và phân phối tiếp đến các ống nối dẫn hơi khác. Trong điều kiện hoạt động bình
thường, đa số hơi nước đi qua van điều chỉnh hơi nước tua-bin, sau đó đi đến xi-lanh
áp xuất cao (High pressure cylinder) của tua-bin. Tiếp theo, hơi nước thoát ra khỏi
xi-lanh áp suất cao và vào bộ phận phân tách (Separator) để giảm độ ẩm. Sau khi bị
sấy khô, hơi nước được đi qua bộ phận gia nhiệt (Reheater), bộ phận cung cấp nhiệt
cho hơi nước, và sau đó hơi nước được đưa vào xi-lanh áp suất thấp (Low pressure

cylinder).
Mỗi xi-lanh áp suất thấp được nối với một buồng ngưng tụ (Condenser) riêng
biệt, nơi mà hơi nước được ngưng tụ khi được tiếp xúc với những ống dẫn chất tải
nhiệt. Bắt đầu từ bồn ngưng tụ, hơi nước ngưng tụ được gia nhiệt từ nhiệt lượng sinh
ra từ tua-bin. Sau đó, phần ngưng tụ sẽ được đưa đến bộ phận khử khí (Deaerator)
để loại bỏ tất cả những khí không ngưng tụ. Cuối cùng, nước cấp được bơm vào bình
sinh hơi (SG) bằng máy bơm cấp nước (FWP).


11
CHƯƠNG 2
ĐIỀU CHỈNH LÒ PHẢN ỨNG
2.1. Những khái niệm chung
Trong lò phản ứng luôn diễn ra các phản ứng dây chuyền, hệ số nhân neutron
hiệu dụng k
eff
= 1, còn độ phản ứng 𝜌 = 0. Trong thực tế, có rất nhiều hiệu ứng làm
thay đổi độ phản ứng theo thời gian, ví dụ như: hiệu ứng của động học nuclit, hiệu
ứng của độ phản ứng. Kết quả là độ phản ứng 𝜌 lệch khỏi giá trị 0. Do đó, để duy trì
lò phản ứng trong trạng thái tới hạn cần phải thay đổi các tính chất tái sinh và hấp
thụ của vùng hoạt nhằm điều hòa các hiệu ứng đã xuất hiện.
Hệ thống “kiểm soát-điều khiển” và hệ thống “điều khiển và bảo vệ” của một lò
phản ứng bất kỳ giải quyết ba nhiệm vụ cơ bản :
 Bảo vệ sự cố (hệ thống an toàn) – nhanh chóng dừng lò phản ứng (chấm dứt
phản ứng dây chuyền) khi xảy ra sự cố.
 Điều hòa độ phản ứng dư, thay đổi chậm theo thời gian cháy nhiên liệu
 Điều chỉnh lò phản ứng – thay đổi công suất lò phản ứng cũng như điều hòa
những sai lệch độ tới hạn.
Cơ chế điều chỉnh độ phản ứng trong lò WWER-1000 là thay đổi tốc độ hấp
thụ neutron, có hai phương pháp điều chỉnh chính là:

 Điều chỉnh bằng các chất hấp thụ neutron dạng rắn, dịch chuyển được. Đó có
thể là các thanh hấp thụ riêng rẽ (thanh điều khiển), nhóm các thanh hấp thụ hình
dạng khác nhau hoặc các mạng bù trừ. Điều chính tốc độ hấp thụ neutron được thực
hiện bằng cách đưa các thanh điều khiển vào hoặc rút ra khỏi vùng hoạt.
 Điều chỉnh hóa học bằng chất lỏng, nhờ thay đổi nồng độ chất hấp thụ trong
chất tải nhiệt hoặc trong các chất làm chậm dạng lỏng. Phương pháp này được phổ
biến rộng rãi để điều hòa các hiệu ứng thay đổi độ phản ứng diễn ra chậm trong lò
phản ứng WWER
 Ưu điểm của phương pháp này là việc điều hòa độ phản ứng bằng phương
pháp hóa học không làm sai lệch sự phân bố tỏa năng lượng trong thể tích vùng hoạt.


12
2.2. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh điều khiển
Hệ thống điều khiển và bảo vệ lò phản ứng là các thanh hấp thụ dịch chuyển
được, trong các thanh này có vật liệu hấp thụ neutron rất mạnh (trong trường hợp lò
WWER là neutron nhiệt).
Điều chỉnh độ phản ứng bằng chất lỏng. Trong lò phản ứng WWER, việc điều
chỉnh bằng dung dịch acid boric được sử dụng rộng rãi. Bản chất của phương pháp
điều chỉnh này là bổ sung một lượng acid boric vào nước tuần hoàn trong vòng sơ
cấp. Vòng sơ cấp là nơi thực hiện đồng thời vai trò của chất tải nhiệt và chất làm
chậm.
 Ưu điểm cơ bản của của điều chỉnh acid boric là không làm sai lệch trường
mật độ neutron trong vùng hoạt của lò phản ứng vì acid boric phân bố đều trong
nước. Khi đó, hệ thống điều hòa độ phản ứng bằng cơ khí (các cụm thanh điều khiển)
chỉ có nhiệm vụ làm giảm hiệu ứng nhiệt độ và nhiễm độc lò phản ứng, và sau khi
đưa lò phản ứng vào chế độ làm việc thì hệ thống này được đưa ra khỏi vùng hoạt.
Trong vùng hoạt chỉ còn lại các thanh thực hiện vai trò điều khiển, vận hành, độ hiệu
dụng tổng thể của các thanh này không lớn, vì vậy độ sai lệch của thông lượng
neutron do dịch chuyển của hệ thống điều chỉnh bằng cơ khí được giảm đến tối thiểu.

Điều chỉnh nồng độ acid boric điều hòa những thay đổi chậm của độ phản ứng
có liên quan đến quá trình cháy nhiên liệu, quá trình nhiễm độc tĩnh xenon và samari
cũng như quá trình gia nhiệt và làm mát lò phản ứng
Nồng độ acid boric trong chất tải nhiệt thay đổi được là nhờ hệ thống “phun-bù
vòng sơ cấp”. Do đó tốc độ thay đổi nồng độ acid boric trong thời gian vận hành là
rất nhỏ, điều này tốt cho an toàn hạt nhân, nhưng không đáp ứng các yêu cầu điều
chỉnh công suất lò phản ứng trong các tình huống khẩn cấp có liên quan đến sự thay
đổi nhanh của độ phản ứng.
2.3. Tỏa nhiệt dư trong nhiên liệu
Lò phản ứng hạt nhân có một đặc điểm rất đặc biệt: tỏa năng lượng trong lò
không chấm dứt ngay sau dừng phản ứng dây chuyền và còn quán tính nhiệt bình
thường. Việc tỏa nhiệt dư kéo dài nhiều ngày, hàng tuần và hàng tháng do chính các
quá trình phân rã hạt nhân, điều này sinh ra một loạt những vấn đề phức tạp về kỹ
thuật và tạo ra mối nguy hiểm cho thiết bị, con người và môi trường xung quanh.


13
Trong những giây đầu tiên sau khi dừng lò phản ứng, mức tỏa nhiệt dư vào
khoảng 6.5% mức công suất trước khi dừng. Như vậy, đối với lò phản ứng có công
suất nhiệt 3000MW, mức tỏa nhiệt dư vào khoảng 195 MW. Công suất đó tương ứng
với công suất của một tổ máy trung bình của nhà máy nhiệt điện.
Vấn đề là công suất này cần phải đưa ra khỏi lò phản ứng và ra khỏi vòng sơ
cấp trong bất kỳ điều kiện nào.

14
CHƯƠNG 3
KHẢO SÁT SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH
NGỪNG HOẠT ĐỘNG

Kịch bản của sự cố này là một máy bơm tuần hoàn chính ở vòng sơ cấp ngừng
hoạt động. Người điều khiển chủ động tắt máy bơm tuần hoàn để quan sát các quá
trình xảy ra sau đó. Theo kịch bản, tôi sẽ bắt đầu phục hồi công suất lò từ mức 66%
bằng cách điều chỉnh nồng độ acid boric. Sau khi làm theo đúng kịch bản của sách
hướng dẫn, tôi mở rộng khảo sát là để cho công suất lò giảm xuống mức thấp hơn
66% mới bắt đầu tiến hành phục hồi sự cố. Để phục hồi công suất lò từ mức thấp
hơn 66% cần phải pha loãng acid boric trước khi tiến hành thực hiện các bước như
kịch bản. Qua khảo sát, có thể rút ra kết luận ngưỡng công suất để có thể phục hồi
vào khoảng 15%, nếu thấp hơn mức này thì không thể phục hồi được. Ngoài ra, tôi
còn tiến hành khảo sát trường hợp sự cố hai máy bơm ngừng hoạt động. Sau khi đã
phục hồi công suất lò, độ ổn định được thể hiện qua thông số OFFSET (dao động
xenon) của lò.
Những chế độ sau đây thuộc loại vi phạm lưu lượng chất tải nhiệt:
 Kẹt một bơm tuần hoàn chính
 Mất điện bơm tuần hoàn chính
 Mất điện tất cả các bơm tuần hoàn chính
 Mất điện toàn bộ nhà máy điện hạt nhân.
Giảm lưu lượng chất tải nhiệt qua vùng hoạt lò phản ứng làm tăng nhiệt độ,
điều đó có thể dẫn đến không đủ làm nguội vùng hoạt, do đó dẫn đến xuất hiện khủng
hoảng trao đổi nhiệt trên bề mặt các thanh nhiên liệu chịu tải nhiệt cao nhất.

Khi một máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động, có thể là do mất điện,
lưu lượng chất tải nhiệt qua vùng hoạt sẽ giảm từ từ vì máy bơm tuần hoàn chính sẽ
tiếp tục chạy theo quán tính nhờ bánh đà. Việc giảm công suất được đảm bảo nhờ bộ
phẩn điều chỉnh hạn chế công suất (ROM). Tùy theo số lượng máy bơm tuần hoàn
chính ngừng hoạt động mà công suất được giới hạn ở các mức khác nhau
[8]
:
 Lò hoạt động bình thường: công suất được giới hạn ở mức 102%.
 Tắt một máy bơm tuần hoàn chính: công suất lò được giới hạn ở mức 69%.


15
 Tắt hai máy bơm tuần hoàn chính đối diện nhau (1 và 3 hoặc 2 và 4): công
suất lò được giới hạn ở mức 52%.
 Tắt hai máy bơm tuần hoàn chính kế cận nhau: công suất lò được giới hạn ở
mức 42 %.
 Tắt một máy bơm nước cấp: công suất lò được giới hạn ở mức 52%.
 Tắt một máy bơm nước cấp và hay máy bơm tuần hoàn chính: công suất lò
được giới hạn ở mức 52%.
 Tắt hai máy bơm nước cấp: công suất lò được giới hạn ở mức 7%.
Trong phạm vi khóa luận này, chúng tôi khảo sát hai trường hợp:
 Đóng một máy bơm tuần hoàn chính
 Đóng 2 máy bơm tuần hoàn chính
3.1. Máy bơm tuần hoàn chính ở vòng 2 ngừng hoạt động
Khảo sát trường hợp không phục hồi sự cố
Tiến hành khảo sát sự cố máy bơm tuần hoàn chính số 2 (YD20D01) ngừng
hoạt động. Và không khắc phục sự cố này, khi đó sẽ quan sát được quá trình điều
khiển tự động của lò phản ứng WWER-1000.
Để lò hoạt động bình thường, cho chương trình mô phỏng chạy task “Rated
state operation.1 load” như hình 3.1. Sự cố sẽ được thiết lập bằng tay vào giây thứ

10 sau khi chạy chương trình mô phỏng.

Hình 3.1. Lựa chọn chế độ hoạt động bình thường của lò phản ứng.


16
Bảng 3.1. Các tham số cần quan tâm khi lò đang hoạt động bình thường
STT
Các thông số
Giá trị
1
Công suất neutron (N_Power)
99,8856 %
2
Độ phản ứng (Reactivity)
0,0000
3
Thông số OFFSET
5,20495
4
Nồng độ Acid Boric (TV30Q01)
7,54 (g/kg)
5
Áp suất trong lõi lò (YC00P01)
159,48 (kg/cm
2
)
6
Áp suất trong trong bình điều áp (YP10P01)
158,79 (kg/cm

2
)
7
Mực nước trong bình điều áp (YP10L01)
886,863 (cm)
8
Vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 (YS05S32)
80 % (out of core)
9
Áp suất trong bình sinh hơi số 1 (YB10P10)
62,32 kg/cm
2

10
Mực nước trong bình sinh hơi số 1 (YB10L14)
224,6 cm
11
Áp suất trong bình sinh hơi số 2 (YB20P10)
62,30 kg/cm
2

12
Mực nước trong bình sinh hơi số 2 (YB20P10)
224,8 cm
13
Lưu lượng nước cấp qua bình sinh hơi SG-2 (RL72F01)
1,485 (tấn/h)
14
Vị trí van điều khiển lưu lượng nước cấp (RL72S02)
0,665%

15
Nhiệt độ chân nóng của vòng 1 (YA11T01)
317,38
o
C
16
Nhiệt độ chân lạnh của vòng 1 (YA12T01)
285,94
o
C
17
Nhiệt độ chân nóng của vòng 2 (YA21T01)
317,38
o
C
18
Nhiệt độ chân lạnh của vòng 1 (YA22T01)
285,94
o
C




17
Ban đầu, lò hoạt động bình thường với công suất gần 100% (Nnom 100%). Khi
tắt máy bơm tuần hoàn chính, gần như ngay lập tức, các tín hiệu và âm thanh cảnh
báo xuất hiện.

Hình 3.2. Các tín hiệu cảnh báo sự cố khi đóng máy bơm tuần hoàn chính số 2

Từ hình 3.2, phần mềm mô phỏng cho biết hệ thống bảo vệ phòng ngừa cấp 1
hoạt động, kèm theo đó là tín hiệu “RCP trip” cho biết một máy bơm tuần hoàn chính
ngừng hoạt động. Tín hiệu “N heat > setpoint” xuất hiện cho biết nhiệt độ trong lõi
lò vượt quá mức cho phép. Đó là do khi vừa đóng một máy bơm tuần hoàn chính,
công suất lò đang là 100%, nhiệt lượng tỏa đều ra cho bốn bình sinh hơi. Tuy nhiên,
một máy bơm ngừng hoạt động làm cho nhiệt lượng không được đưa ra hết lõi lò dẫn
đến nhiệt lượng trong lõi lò tăng lên và xuất hiện tín hiệu “N heat > setpoint”. Lúc
này, hệ thống hạn chế công suất lò bắt đầu hoạt động do đó xuất hiện tín hiệu “PCR”.
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ và áp suất lò theo thời gian
306
308
310
312
314
316
318
320
322
324
0 100 200 300 400
Nhiệt độ trong lõi lò (
o
C)
Thời gian (s)
152
154
156
158
160
162

164
166
0 100 200 300 400
Á suất trong lõi lò
(kg/cm
2
)
Thời gian (s)