Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu, tính toán sự cố bình điều áp lò phản ứng AP1000
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.05 MB, 26 trang )
MỤC LỤC
1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ACC (Accumulators): Bế tích nước cao áp
ADS (Automatic Depressurization System): Hệ thống giảm áp tự động.
DVI (Direct Vessel Injection): Đường dẫn nước trực tiếp vào thùng lò
IRWRT (InContainment Refueling Water Storage Tank): Bể tr ữ n ước thay đảo nhiên liệu
boongke lò.
LOCA (Small Loss Of Coolant Accident): Sự cố mất nước làm mát nhỏ
PRHR (Passive Residual Heat Removal): Hệ thống tải nhiệt dư th ụ động PXS (Passive core
Cooling System): Hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động.
PWR (Pressurized Water Reactor): Lò phản ứng nước áp lực.
RCS (Reactor Cooling System): Hệ thống làm mát lò phản ứng.
TMI2 (ThreeMiles Island – 2): Tổ máy thứ 2 nhà máy điện hạt nhân Three Miles Island.
U.S NRC (United States Nuclear Regulatory Commission): Ủy ban pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ
2
MỞ ĐẦU
Do nhu cầu điện năng tăng cao, năm 2009, Quốc hội đã phê duyệt chủ trương xây dựng
hai nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở nước ta, ở Ninh Thuận, theo công nghệ do Liên bang Nga
(gọi là Ninh Thuận 1) và Nhật Bản (gọi là Ninh Thuận 2) đề xuất. Dự kiến công nghệ đề xuất
cho Ninh Thuận 2 có thể là AP1000. Vì vậy, Luận văn này đã chọn một nội dung nghiên cứu
liên quan đến AP1000.
AP1000 là lò phản ứng hạt nhân thuộc loại PWR (lò nước áp lực) của Tập đoàn
Westinghouse. Đây là loại lò có nhiều cải tiến theo hướng an toàn thụ động (Advanced Passive)
có mức độ an toàn cao. AP1000 có bình điều áp với thể tích gần gấp đôi các loại lò cùng công
suất.
Nhà máy điện hạt nhân là loại hình sử dụng năng lượng với hiệu suất cao, nhưng khi tai
nạn xảy ra thì thiệt hại vô cùng lớn, nên vấn đề an toàn luôn được đặt lên hàng đầu. Bất cứ cải
tiến nào cũng yêu cầu phải có sự chú ý nghiên cứu phù hợp. Vì vậy, Luận văn này đề xuất
nghiên cứu về bình điều áp và sự cố bình điều áp có thể xảy ra đối với lò phản ứng AP1000. Sự
cố được mô phỏng tính toán bằng phần mềm RELAP5 – một phần mềm được sử dụng tương
đối phổ cập hiện nay trong tính toán an toàn nhà máy điện hạt nhân nói chung, cũng như được
sử dụng để mô phỏng các sự cố giả định đối với các bộ phận, hệ thống của nhà máy điện hạt
nhân nói riêng.
Do vấn đề an toàn của nhà máy điện hạt nhân được xem xét chủ yếu trên cơ sở phân
tích các sự cố giả định của lò phản ứng hạt nhân. Vì vậy, dưới đây, trong luận văn này, tác giả
sẽ dùng cụm từ “nhà máy điện hạt nhân AP1000” với cùng ý nghĩa như cụm từ “lò phản ứng
hạt nhân AP1000”.
3
1.
1.1.
CHƯƠNG 1. LÒ PHẢN ỨNG AP1000, BÌNH ĐIỀU ÁP
Giới thiệu về lò phản ứng AP1000
1.1.1. Giới thiệu chung
Lò phản ứng hạt nhân AP1000 có công suất 1117 MWe, trong luận văn này, tác giả
thống nhất gọi tắt là AP1000. Dựa trên 20 năm nghiên cứu và phát triển, AP1000 được xây
dựng và cải tiến dựa trên các công nghệ đã có từ các bộ phận đang được sử dụng trong các
thiết kế của Westinghouse. Bao gồm bình sinh hơi, bình điều áp, thiết bị điều khiển – đo đạc,
nhiên liệu và thùng lò được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và được kiểm chứng qua nhiều
năm với độ tin cậy cao khi vận hành, các thành phần chính của AP1000 được giới thiệu ở Hình
1.1
AP1000 thiết kế hướng tới sự an toàn cao và hiệu suất tối ưu. Hệ thống an toàn được
thụ động hóa bằng việc sử dụng các lực tự nhiên: Áp suất, trọng lực và đối lưu. Bên cạnh đó
các tác động điều hành phức tạp để điều khiển sự an toàn được giảm thiểu.
Vùng hoạt AP1000 bao gồm 157 bó nhiên liệu, chiều dài 4.3 m, sắp xếp theo mảng
17 17. Vùng hoạt AP1000 gồm ba lớp xuyên tâm có độ giàu khác nhau; độ giàu của nhiên liệu
theo dải từ 2.35 đến 4,8%. Thiết kế một chu kỳ nhiên liệu của vùng hoạt là 18 tháng với yếu
tố công suất là 93%, tốc độ trung bình lớp phát ra cao cỡ 60000 MWD/t, các thông số chính của
AP1000 Bảng 1.1.
Bảng 1. Các thông số chính của lò AP1000
Thông số
Công suất điện, MWe
1117
Công suất nhiệt, MWt
3400
Áp suất vận hành lò phản ứng, MPa
15.5
Nhiệt độ chân nóng, °C (°F)
Số bó nhiên liệu
Kiểu bó nhiên liệu
Chiều dài hoạt động thanh nhiên liệu, m (ft)
Hệ số tuyến tính nhiệt, kw / ft
3
3
Lưu lượng nhiệt thùng lò 10m /h(10 gpm)
2 2
Diện tích bề mặt máy tạo hơi nước, m (Ft )
4
AP1000
321 (610)
157
17x17
4.3 (14)
5.71
68,1 (300)
11.600 (125.000)
3
3
Thể tích bình điều áp, m (Ft )
59,5 (2100)
Hình 1. Nhà máy điện hạt nhân AP1000
1.1.2. Hệ thống tải nhiệt
Hệ thống tải nhiệt AP1000 bao gồm hai hệ thống đơn, mỗi hệ thống đơn có một chân
nóng và hai chân lạnh, bình sinh hơi, hai máy hơm nước đặt ở chân lạnh của bình sinh hơi và chỉ
một bình điều áp cho cả hai hệ thống đơn.
Hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động PXS (Passive Core Cooling System) đảm bảo quá
trình làm mát vùng hoạt khi xảy ra những sự cố. PXS tải nhiệt dư từ vùng hoạt, bơm nước cấp
cứu và giảm áp suất mà không cần dùng một thiết bị tác động nào như máy bơm hay nguồn
điện. PXS dùng 3 nguồn nước để làm mát vùng hoạt là bể bù nước vùng hoạt CMT (Core
Makeup Tank), bể tích nước cao áp ACC (Accumulators) và bể tích nước thay đảo nhiên liệu
IRWST (Incontainment Refueling Water Storage Tank).
Hệ thống CMT thay thế hệ thống phun an toàn áp suất cao HPSI ( High Pressure Safety
Injection) của những loại lò phản ứng hạt nhân PWR thông thường. CMT cung cấp nước trộn
5
với axit boric dưới áp suất cao và dẫn dung dịch axitboric theo hai đường song song. CMT được
thiết kế để hoạt động dưới mọi áp suất của hệ thống sơ cấp nhờ sự tác động của trọng lực do
được đặt cao hơn những đường ống của hệ thống làm mát lò phản ứng RCS. Một đường điều
chỉnh áp suất nối chân lạnh với đỉnh của CMT và đường ống ra kết nối phần dưới của CMT
qua đường dẫn nước trực tiếp vào thùng lò DVI (Direct Vessel Injection).
ACC của AP1000 giống như ACC của những lò phản ứng hạt nhân PWR thông thường.
ACC có dạng hình cầu chứa ¾ nước lạnh có axit boric và chịu áp suất nén bởi khí nitơ. Đường
ống ra của ACC được kết nối với hệ thống DVI. Một cặp van kiểm tra (check valves) ngăn
chặn nước trong ACC khi vận hành bình thường. Khi áp suất giảm xuống dưới áp suất của
ACC (cộng với áp suất của van kiểm tra), nước sẽ được đưa vào phần dưới của vùng hoạt
downcomer qua DVI.
Hình 1. Hệ thống làm mát lò phản ứng AP1000
PXS còn có hệ thống tải nhiệt dư thụ động PRHR (Passive Residual Heat Removal),
được thiết kế để tải nhiệt dư của RCS trong quá trình sự cố. PRHR nằm trong IRWST ở chiều
cao trên vùng hoạt. Đường ống dẫn vào của PRHR được kết nối với một chân nóng trong khi đó
6
đường ống ra được kết nối với đầu ra của một trong hai bình sinh hơi. Đường ống vào được
mở với áp suất như của RCS, đường ống ra thường bị đóng bởi hai van cô lập song song để
thỏa mãi tiêu chí “sai hỏng đơn”. Trong quá trình vận hành bình thường, nước trong đường ống
của PRHR cân bằng với IRWST. Khi tín hiệu bơm an toàn SI (Safety Injection) được kích hoạt
sau một sự cố, những van cô lập trên sẽ mở và do đó nhiệt dư của RCS sẽ được truyền đi theo
cơ chế đối lưu tự nhiên. Để gia tăng sự đối lưu tự nhiên, máy bơm sẽ bị ngắt khi tín hiệu SI
khởi động.
Hệ thống nước làm mát thụ động boongke lò PCS (Passive Containment System), tải
nhiệt đối lưu tự nhiên qua bể tích nước làm mát boongke lò thụ động PCCWST (Passive
Containment Cooling Water Storage Tank) bằng trọng lực. Nó tải nhiệt qua hệ thống bồn nhiệt
cuối cùng UHS (Ultimate Heat Sink) trong trường hợp áp suất của boongke lò gia tăng quá cao.
1.2.
Bình điều áp lò phản ứng AP000
1.2.1. Cấu tạo bình điều áp
Bình điều áp của lò phản ứng AP1000 là bộ phận chính của hệ thống kiểm soát áp suất
chất làm mát lò phản ứng. Bình điều áp là một thùng hình trụ đứng có đầu trên và đầu dưới hình
bán cầu. Trong vận hành bình thường, nước chiếm khoảng một nửa dung tích bình điều áp.
Phần nước này được đun nóng đến nhiệt độ bão hòa bằng bộ gia nhiệt trong suốt quá trình vận
hành bình thường. Nước và hơi nước trong bình duy trì ở điều kiện bão hòa cân bằng.
7
Hình 1. Bình điều áp lò AP1000
Một đầu phun giảm áp, 2 đầu ra van an toàn và van giảm áp được đặt ở đầu trên, bộ gia
nhiệt dùng điện được bố trí ở đầu dưới và có thể tháo rời để thay thế. Đầu dưới bao gồm một
vòi gắn với đường nối bình điều áp với chân nóng. Trong quá trình co và giãn nở nhiệt hệ thống
chất làm mát, dòng chất làm mát đi vào và đi ra khỏi bình điều áp thông qua đường nối này. Cấu
tạo bình điều áp lò phản ứng AP1000 được thể hiện qua Hình 1.5.
1.2.2. Van an toàn của bình điều áp
Hai van an toàn của bình điều áp là loại van tự dẫn động, tải lò xo có chức năng giảm áp.
Các van này được đặt ở nắp bình điều áp. Khi áp suất hệ thống vượt quá áp suất phát động của
các van này, thì áp suất sẽ được xả vào boongke lò. Áp suất phát động của van là 17,23 MPa.
Áp suất phát động và khả năng kết hợp của chúng được thiết lập dựa trên nguyên tắc áp suất
hệ thống chất làm mát lò phản ứng không được vượt quá giới hạn áp suất tối đa trong điều
kiện vận hành mức B mất tải nhất thời (110% của 17,23MPa).
8
Hình 1. Hệ thống giảm áp thụ động trong lò phản ứng AP1000
Kích thước van an toàn của bình điều áp được thiết kế dựa trên phân tích sự cố mất toàn
bộ dòng hơi nước đến tuabin khi lò phản ứng đang vận hành ở công suất 102%. Tốc độ xả của
van được yêu cầu ít nhất là bằng tốc độ dòng lớn nhất từ đường ống nối bình điều áp với chân
nóng vào bình điều áp trong suốt quá trình chuyển tiếp sự cố này.
1.2.3. Hệ thống van giảm áp tự động ADS
Một số chức năng của hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động của lò AP1000 được thiết
kế dựa trên việc giảm áp của hệ thống chất làm mát lò phản ứng. Chức năng này được thực
hiện nhờ các van giảm áp thụ động ADS (Automatic Depressurization System). Các van giảm áp
tự động gắn với bình điều áp được sắp xếp thành 6 bộ song song, mỗi bộ gồm 2 van nối tiếp
mở theo 3 giai đoạn. Khi áp suất hệ thống vượt quá áp suất phát động của các van này, thì hơi
nước sẽ được xả vào bể chứa trữ nước tiếp nhiên liệu trong boongke lò IRWRT (In
Containment Refueling Water Storage Tank). Ngoài ra, một bộ van giảm áp tự động giai đoạn
thứ 4 được nối với mỗi chân nóng của lò phản ứng. Mỗi bộ gồm 2 nhánh song song, mỗi nhánh
gồm 2 van đặt nối tiếp nhau. Hơi nước được xả từ các van này trực tiếp ra boongke lò.
Bảng 1. Các thông số thiết kế của bình điều áp
Bình điều áp
Thể tích (ft3)
9
2.100
Thể tích nước (ft3)
1.000
Đường kính trong (in.)
90
Chiều cao (in.)
607
Áp suất thiết kế (MPa)
17,23
Nhiệt độ thiết kế (°F)
680
Đường kính đường nối bình điều áp với chân nóng (in)
18
Chiều dày thành đường nối bình điều áp với chân nóng (in)
1,78
Đường kính đường ống phun giảm áp (in)
4
Áp suất van phun giảm áp (bắt đầu mở, MPa)
15,68
Áp suất van phun giảm áp (mở hoàn toàn, MPa)
16,03
Bảng 1. Các thông số thiết kế của van an toàn của bình điều áp
Số lượng
2
Đường kính đầu van an toàn (in.)
14
Khả năng xả yêu cầu tối thiểu cho mỗi van (lb/h)
Áp suất thiết lập (MPa)
Nhiệt độ thiết kế (0F)
Dung dịch
2.
750.000
17,23 ± 0,27
680
Hơi bão hòa
CHƯƠNG 2. CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5
2.1. Giới thiệu về chương trình RELAP5
RELAP5 (Reactor Excursion and Leak Analysis Program) là phần mềm tính toán thủy
nhiệt lò phản ứng, cho phép chúng ta phân tích an toàn, thiết kế lò phản ứng hoặc mô phỏng các
sự cố trong trạng thái dừng và chuyển tiếp của hệ thống làm mát và vùng hoạt lò phản ứng.
RELAP5 được phát triển và chỉnh sửa tại phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Idaho Nationl
Engineering Laboratory (INEEL). Tới phiên bản RELAP5/Mod3 được phát triển cùng Ủy ban
quy chế năng lượng nguyên tử Hoa Kỳ U.S Nuclear Regulatory Commission (U.S NRC) và một
vài thành viên của ICAP (International Code Assessment and Application Program). Phiên bản
RELAP5/Mod3 được dùng phân tích trong Luận văn này ra đời vào những năm 90 của thế kỷ
trước.
10
RELAP5 tạo nên từ hệ sáu phương trình cơ bản là phương trình bảo toàn khối lượng,
động lượng và năng lượng cho hai pha nước và hơi/khí trong hệ thống không cân bằng. Trong
trường hợp cụ thể, kết hợp với điều kiện biên các phương trình cơ bản được thiết kế để giải
quyết các biến số phụ thuộc, trong đó có áp suất (P), nội năng theo pha (Ug, Uf), tỷ lệ khối
lượng pha (αg, αf), vận tốc dòng các pha (Vg, Vf), chất lượng hơi (Xn) và nồng độ Boron (ρb).
2.2. Cấu trúc của chương trình RELAP5
2.2.1. Cấu trúc của chương trình
Chương trình RELAP5 có cấu trúc “trên – xuống” và được tổ chức theo dạng môđun thể
hiện trong Hình 2.1
Hình 2. Cấu trúc chương trình RELAP5
Cấu trúc chương trình ở mức cao nhất được chia thành 3 khối:
+
INPUT: Có nhiệm vụ đọc file Input,kiểm tra và xử lý dữ liệu nhập vào (New, Restart,
Initialization…)
+
STRIP: Trích dữ liệu từ tệp RESTART.
+
TRNCTL: Có nhiệm vụ lựa chọn giải bài toán thủy nhiệt ở chuyển tiếp hay trạng
thái dừng.
2.2.2. Cấu trúc tệp dữ liệu đầu vào
Tệp dữ liệu đầu vào của RELAP5 mô tả toàn bộ các thuộc tính của hệ thống thủy nhiệt
cần tính toán. Do đó, trước khi viết tệp dữ liệu đầu vào cần thu thập toàn bộ số liệu và hệ
thống thủy nhiệt như: vật liệu trông cấu trúc nhiệt,hệ số dẫn nhiệt của cấu trúc nhiệt,tiết diện
dòng chảy của ống dẫn nước, tốc độ bơm của bơm, chi tiết về vùng hoạt…Các thẻ trong tệp
dữ liệu đầu vào của RELAP5 được tóm tắt trong Bảng 2.1
Bảng 2. Định dạng thẻ trong RELAP5
Thẻ
1 – 199
200 – 299
11
Các thành phần được mô tả
Dữ liệu mô tả bài toán
Điều khiển bước thời gian
301 399
407 – 799 hoặc 20600000 –
Hiệu chỉnh lỗi nhỏ
Đóng, ngắt
20620000
801 – 899
Dữ liệu ảnh hưởng
1001 – 1999
Yêu cầu đóng/ ngắt hoặc so sánh tập tin kết xuất
CCCXXNN
Dữ liệu cấu trúc thủy động
1CCCGXNN
Dữ liệu cấu trúc nhiệt
6SSNNXXX
Mô hình bức xạ
201MMMNN
Thuộc tính của cấu trúc nhiệt
202TTTNN
20300000 – 20349999
Bảng dữ liệu chung
Hình vẽ yêu cầu
205CCCNN
Thành phần điều khiển hệ thồng
30000NNN
Dữ liệu động học lò
2.3. Dữ liệu đầu vào của bình điều áp
2.3.1. Mô hình hóa bình điều áp của lò phản ứng AP1000
Hình 2. Mô hình hóa bình điều áp của lò phản ứng AP1000
Các bộ phận của bình điều áp lò phản ứng AP1000 được mô hình hóa thành các phần như
trong Hình 2.2 và được mô phỏng bằng RELAP như trong Hình 2.3:
P501 – Đường nối bình điều áp với chân nóng;
SJ502 – Nút giữa bình điều áp với đường nối bình điều áp với chân nóng;
P503 – Bình điều áp, được mô phỏng bằng một môđun dạng ống;
12
V540 – Van an toàn của bình điều áp;
TV541 – Bể chứa nước sau van an toàn của bình điều áp;
V550, V551, V552 – Các van giảm áp tự động giai đoạn 1, 2 và 3 của bình điều
áp;
TV553, TV554, TV555 – Bể chứa nước sau van xả an toàn của bình điều áp;
V511 – Van của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp;
TV510 – Đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp;
SJ509 – Nút giữa đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp với
chân lạnh;
Hình 2. Sơ đồ nút hóa bình điều áp trong REALAP5
101 – Chân nóng gắn với bình điều áp, được mô phỏng bằng một môđun dạng
đơn khối phụ thuộc thời gian;
500 – Nút giữa chân nóng và đường nối bình điều áp với chân nóng, được mô
phỏng bằng một môđun dạng nút đơn phụ thuộc thời gian;
13
501 – Đường nối bình điều áp với chân nóng, được mô phỏng bằng một môđun
dạng ống;
502 – Nút giữa bình điều áp với đường nối bình điều áp với chân nóng, được mô
phỏng bằng một môđun dạng nút đơn;
503 – Bình điều áp, được mô phỏng bằng một môđun dạng ống. Đoạn bình
hình trụ chứa nước được chia thành 6 đoạn có chiều cao như nhau và đoạn bình
hình trụ chứa hơi nước được chia thành 7 đoạn có chiều cao như nhau;
540 Van an toàn của bình điều áp, được mô phỏng bằng một môđun dạng van
điều khiển;
541 Bể chứa nước sau van an toàn của bình điều áp, được mô phỏng bằng một
môđun dạng đơn khối phụ thuộc thời gian;
550, 551, 552 – Các van giảm áp tự động giai đoạn 1, 2 và 3 của bình điều áp,
được mô phỏng bằng các môđun dạng van môtơ;
553, 554, 555 – Bể chứa nước sau van xả an toàn của bình điều áp, được mô
phỏng bằng một môđun dạng đơn khối phụ thuộc thời gian;
511 – Van của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp, được mô phỏng bằng
một môđun dạng van điều khiển;
510 – Đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp, được mô phỏng
bằng một môđun dạng ống;
509 – Nút giữa đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp với
chân lạnh, được mô phỏng bằng một môđun dạng nút đơn;
141 – Chân lạnh (cấp nước cho hệ thống phun giảm áp), được mô phỏng bằng
một môđun dạng đơn khối phụ thuộc thời gian.
Để mô phỏng bình điều áp, chia bình thành 3 phần: đáy bình (phần hình chỏm cầu cụt ở
đáy bình), thân bình (phần bình hình trụ) và nắp bình (phần hình chỏm cầu ở đỉnh bình). Đáy
bình và nắp bình sẽ được quy đổi sang hình trụ với cùng độ cao, các thông số thu nhập và quy
đổi được cho ở Bảng 2.3
Bảng 2. Thông số hình học của bình điều áp
14
Giá trị thông số
Thông số
Giá trị thu
thập
Giá trị đưa vào RELAP
Giá trị đổi đơn vị
Chiều cao
607 in.
H = 607 inch = 15,4178 m
Đường kính trong
90 in.
Di = 90 inch = 2,286 m
Tiết diện
15,4178 m
2,286 m
S = Di2 x π /4 = 4,1022 m2
4,1022 m2
Thể tích
2.100ft3
V = 2.100 ft3 = 59,4654 m3
59,4653 m3
Thể tích nước
1.000ft3
Vnước = 1.000 ft3 = 28,3168 m3
28,3168 m3
Thể tích hơi nước
1.100ft3
Vhơi=1.100 ft3 = 31,1485m3
31.1485 m3
Bán kính nắp (Rn)
1,26m
1,26 m
1,2295m
1,2295 m
Chiều cao nắp (Hn)
Thể tích nắp
Vn= [(3RnHn)Hn2] π /3 = 4,0354 m3
4,0354m3
Tiết diện quy đổi(*)
Sn = Vn/Hn = 3,2821 m2
3,2821m2
Dn= (4Sn/3,14)1/2 = 2,0448 m
2.0448m
Hhơ i= (VhơiVn)/S = 6,6094 m
6,6094m
Đường kính nắp quy
đổi
(*)
Chiều cao phần thân
chứa hơi nước
Chiều cao phần thân
và nắp
14,192m
14,192m
Chiều cao phần thân
Htn = 14,192 – Hhơi – Hn
chứa nước
= 6,3531 m
Thể tích phần thân
Vtn = Htn x S
chứa nước
= 26,0617 m
Thể tích đáy
Chiều cao đáy
15
3
Vđ = Vnước – Vtn
= 2,2551 m
3
Hđ = 15,4178 – 14,192 = 1,2258m
6,3531m
26,0617m3
2,2551 m3
1,2258m
Tiết diện đáy quy
đổi
(*)
Đường kính đáy quy
đổi(*)
Sđ=Vđ/Hđ=3,3742 m2
3,3742 m2
Dđ=(4Sđ/3,14)1/2 = 2,0732 m
2,0732 m
: Các thông số của nắp và đáy bình điều áp sau khi đã được quy đổi thành hình trụ với
(*)
thể tích và chiều cao của nắp và đáy bình điều áp không đổi.
Trong mô phỏng, đoạn ống hình trụ chứa nước được chia thành 6 đoạn nhỏ hơn có
chiều cao như nhau và đoạn ống hình trụ chứa hơi nước được chia thành 7 đoạn nhỏ hơn có
chiều cao như nhau.
Chiều cao mỗi đoạn nhỏ của phần chứa nước là: hn =6,3531 /6 = 1,0589m
Chiều cao mỗi đoạn nhỏ của phần chứa hơi nước là: hh = 6,6094/7 = 0,9442m
Bảng 2. Thông số thủy nhiệt của bình điều áp
Giá trị thông số
Thông số
Đơn vị gốc
Đơn vị trong RELAP
653oF(*)
T1=618,15 K(*)
2.241 psig
P1=15451150,437Pa
Nhiệt độ (lối
vào bình điều áp)
Áp suất
(lối vào bình điều áp)
: Vì luận văn lựa chọn đơn vị tính toán trong RELAP5 là hệ SI
(*)
Bảng 2. Tính độ giảm áp dọc theo bình điều áp
Đoạn
1
2
3
4
5
16
(kg/m3)
∆H
∆P (Pa)
P (Pa)
T (K)
594,89
0,6129
3646,0808
15447504,3562
595,05
1,14235
6797,5537
15440706,8025
617,60
595,18
1,0589
6302,3610
15434404,4415
617,57
595,30
1,0589
6303,6317
15428100,8098
617,54
595,41
1,0589
6304,7965
15421796,0133
617,50
617,6
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
595,53
1,0589
6306,0672
15415489,9461
617,47
595,65
1,0589
6307,3379
15409182,6083
617,44
595,76
0,9442
5625,1659
15403557,4424
617,40
595,87
0,9442
5626,2045
15397931,2378
617,37
595,97
0,9442
5627,1487
15392304,0891
617,34
596,07
0,9442
5628,0929
15386675,9961
617,32
596,18
0,9442
5629,1316
15381046,8646
617,29
596,28
0,9442
5630,0758
15375416,7888
617,26
596,38
0,9442
5631,0200
15369785,7689
617,23
596,49
1,1442
6825,0386
15362960,7303
617,20
2.3.2. Dữ liệu đầu vào của van an toàn
Bảng 2. Thông số hình học của van an toàn
Giá trị thông số
Thông số
Giá trị
thu thập
Đường kính trong
Tiết diện
14 in.
Giá trị đưa vào RELAP
Giá trị đổi đơn vị
Di=14 inch =0,3556 m
0,3556 m
S = Di2*π/4 = 0,0993 m2
0,0993m2
Bảng 2. Thông số thủy nhiệt của van an toàn
Giá trị thông số
Thông số
Nhiệt độ
17
Đơn vị gốc
Đơn vị trong RELAP
680oF
633,15 K
Áp suất mở hoàn toàn
18
2.575 psia
17.753.999,996 Pa
3.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
3.1. Kết quả trạng thái dừng
Trước khi thực hiện tính toán quá trình chuyển tiếp sự cố mở vô ý van xả an toàn của
bình điều áp, trạng thái dừng được thiết lập và kiểm tra. Trạng thái dừng của lò phản ứng tính
toán bằng chương trình RELAP5 được chỉ ra trong các hình dưới đây. Các kết quả này chỉ ra
rằng lò đã đạt trạng thái dừng (là trạng thái nhà máy hoạt động bình thường, các thông số ổn
định theo thời gian) và sẵn sàng cho việc tính toán quá trình chuyển tiếp sự cố.
Hình 3. Áp suất bình điều áp ở trạng thái dừng
Sau khoảng 30 giây thì áp suất trong bình điều áp đã đạt được trạng thái dừng. Áp suất
bình điều áp ở trạng thái dừng cỡ 15,47 MPa phù hợp với giá trị lý thuyết là 15,51 MPa Hình 3.1.
Nhiệt độ nước và hơi bão hào trong bình điều áp cỡ 617,75 độ K Hình 3.2. Ngoài ra, xem xét
hoạt động của các van tiêm, van an toàn, van giảm áp thụ động thì chúng được đóng hoàn toàn.
19
Hình 3. Nhiệt độ nước và hơi trong bình điều áp ở trạng thái dừng
3.2. Kết quả ở trạng thái chuyển tiếp
Bảng 3. Diễn biến các sự cố
Sự kiện
Van an toàn bình điều áp mở vô ý
0.0
Áp suất giảm đến tín hiệu dập lò
18.55
Hạ thanh điều khiển dập lò
20.55
Bắt đầu bơm nước vào vùng hoạt
23.23
Kết thúc thời gian nghiên cứu
20
Thời gian (giây)
35
21
Hình 3. Áp suất bình điều áp sự cố mở van an toàn (theo tính toán của luận văn)
Hình 3. Áp suất bình điều ápsự cố mở van an toàn (theo tính toán của U.S NRC)
22
Tại thời điểm 0 giây sự cố bắt đầu xảy ra, van an toàn bình điều áp vô ý mở, nước làm
mát trong vòng sơ cấp thất thoát qua van an toàn làm áp suất trong bình điều áp giảm. Khi áp
suất giảm đến 18,55 giây thì tín hiệu dập lò sẽ được kích hoạt (lúc này áp suất giảm đến điểm
đặt áp suất dập lò). Đến khoảng 21 giây sau khi có tín hiệu dập lò thì các thanh điều khiển dập
lò được hạ xuống, vùng hoạt ngừng hoạt động và không sinh thêm nhiệt mà chỉ còn nhiệt dư.
Tín hiệu bơm nước làm mát khẩn cấp vào vùng hoạt được phát động.
Từ 0 giây đến khoảng 21 giây áp suất bình điều áp giảm đều Hình 3.3 đường áp suất
gần như là một đường thẳng có độ dốc vừa phải, giai đoạn này áp suất giảm đều do van an
toàn bình điều áp vô ý mở. Tại thời gian khoảng 21 giây, lúc này tín hiệu dập lò đã được kích
hoạt, vùng hoạt đã ngừng hoạt động nên nhiệt độ nước làm mát giảm nhanh, dẫn đến áp suất
trong bình điều áp cũng giảm nhanh. Sau khoảng 23 giây trở đi, khi nước làm mát khẩn cấp bắt
đầu được bơm vào vùng hoạt, nhiệt độ bình điều áp tiếp tục giảm nhanh Hình 3.5, ở giai đoạn
này áp suất bình điều áp cũng giảm nhanh hơn giai đoạn trước nên đường cong áp suất có độ
dốc lớn hơn Hình 3.3.
So sánh kết quả tính toán sự cố vô ý mở van an toàn bình điều áp của của luận văn và
tính toán của U.S NRC[2] ta hai kết quả là khá giống nhau Hình 3.3 và Hình 3.4. Cụ thể đường
đồ thị áp suất trong cả hai kết quả có dạng tương đồng, ta có thể phân tích thành 3 đoạn theo
thời gian. Đầu tiên, từ 0 giây đến khoảng 23 giây đường đồ thị áp suất giảm đều. Thứ hai, từ 23
giây trở đi tới khoảng 28 giây thì áp suất giảm mạnh hơn – đường đồ thị áp suất dốc hơn đoạn
trước đó. Thứ ba, từ giây thứ 28 tới khi kết thúc thời gian khảo sát (35 giây) áp suất vẫn giảm
nhưng không còn giảm nhanh như trước đó nữa, đường đồ thị đỡ dốc hơn. Ngoài ra, đường đồ
thị áp suất của luận văn Hình 3.3 không hoàn toàn trơn và có sai lệch không đáng kể so với
đường đồ thị áp suất của NRC Hình 3.4 vì trong luận văn chỉ mô phỏng được riêng bình điều áp
mà chưa mô phỏng được các thành phần khác của nhà máy. Luận văn xem các thông số liên
quan tới các thành phần khác là điều kiện biên và các điều kiện biên được lựa chọn theo Bảng
3.2.
Bảng 3. Lựa chọn điều kiện biên (lối vào chân nóng)
23
Thời gian (s)
Nhiệt độ (K)
Áp suất (MPa)
0
617
15,61
23
604
13,11
28
580
10,79
32
570
10,22
35
560
9,64
Tuy đó, ta cũng thấy có sự sai khác nhau trong kết quả tính toán của luận văn hình 3.4 và
của U.S NRC hình 3.5. Đầu tiên là đơn vị tính toán thang đo áp suất trong luận văn là Pascal (Pa)
còn trong U.S NRC là psia với cách chuyển đổi 1 psia = 6895 Pa. Tại thời điểm 0 giây, áp suất
theo tính toán của luận văn là 15,61 MPa còn theo US.NRC là khoảng 2250 psia, trong khi 2250
psia = 15,51 MPa, ta thấy có sai số cỡ 0,1 MPa. Tại các thời điểm sau đó, sau khi chuyển đổi ta
cũng thấy có sai số nhỏ giữa tính toán của luận văn và của U.S NRC. Sai số này là do điều kiện
ban đầu, điều kiện biên và phần mềm tính trong luận văn và U.S NRC.
Hình 3. Nhiệt độ hơi nước và nước trong bình điều áp
24
KẾT LUẬN
Luận văn đã mô phỏng thành công bình điều áp lò AP1000 bằng chương trình tính toán
thủy nhiệt RELAP5 tại trạng thái dừng và trạng thái chuyển tiếp khi xảy ra sự cố vô ý mở van
an toàn.
Luận văn đã thực hiện được các tính toán liên quan đến áp suất, nhiệt độ của bình điều
áp trong trạng thái dừng và chuyển tiếp.
Kết quả tính toán cho thấy, dữ liệu đầu vào của bình điều áp là phù hợp với kết quả
của những nghiên cứu trước đó, có thể sử dụng làm cơ sở để hoàn thiện xây dựng dữ liệu đầu
vào cho toàn bộ lò AP1000 và thực hiện các phân tích an toàn khác.
Kiến nghị: Tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện mô phỏng toàn bộ lò AP1000, để có thể
hỗ trợ công tác thẩm định an toàn nếu công nghệ AP1000 được chính thức đề xuất cho dự án
điện hạt nhân Ninh Thuận 2.
25
