Nghiên cứu, tính toán sự cố bình điều áp lò phản ứng AP1000

Dữ liệu đầu vào của bình điều áp .... Dữ liệu đầu vào của đường ống nối bình điều áp với chân nóng.. Dữ liệu đầu vào của hệ thống phun giảm áp .... Hình 1.6 Hệ thống giảm áp thụ động tro

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Trương Thành Đạt

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP

LÒ PHẢN ỨNG AP1000

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Trương Thành Đạt

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP

LÒ PHẢN ỨNG AP1000

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử

Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ CHÍ DŨNG

Hà Nội – 2015

Lời cảm ơn

Trong thời gian làm luận văn, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, quan tâm

từ các thầy cô, gia đình và bạn bè Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Lê Chí Dũng (Hội đồng An toàn hạt nhân quốc gia, nguyên Cục phó Cục An toàn bức xạ và hạt nhân) đã tận tình giúp em hoàn thành luận văn này

Em xin được cảm ơn Th.S Nguyễn An Trung, Th.S Trần Thị Trang, Th.S Nguyễn Hoàng Anh, Th.S Trương Công Thắng và các anh chị trong phòng an toàn hạt nhân (Cục an toàn và bức xạ hạt nhân) đã giúp đỡ em trong quá trình em làm luận văn ở phòng

Em cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô trong

bộ môn Vật lý hạt nhân, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã đạy dỗ và động viên em trong suốt thời gian em học tập tại trường

Tác giả

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

1 CHƯƠNG 1 LÒ PHẢN ỨNG AP1000, BÌNH ĐIỀU ÁP 2

1.1 Giới thiệu về lò phản ứng AP1000 2

1.1.1 Giới thiệu chung 2

1.1.2 Hệ thống tải nhiệt Error! Bookmark not defined 1.1.3 Hệ thống an toàn Error! Bookmark not defined

1.2 Bình điều áp lò phản ứng AP000 Error! Bookmark not defined 1.2.1 Cấu tạo bình điều áp Error! Bookmark not defined 1.2.2 Van an toàn của bình điều áp Error! Bookmark not defined 1.2.3 Hệ thống van giảm áp tự động ADS Error! Bookmark not defined 1.2.4 Sự cố bình điều áp Error! Bookmark not defined

2 CHƯƠNG 2 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5 Error!

Bookmark not defined

2.1 Giới thiệu về chương trình RELAP5 Error! Bookmark not defined

2.2 Cấu trúc của chương trình RELAP5 Error! Bookmark not defined 2.2.1 Cấu trúc của chương trình Error! Bookmark not defined 2.2.2 Cấu trúc tệp dữ liệu đầu vào Error! Bookmark not defined 2.2.3 Dữ liệu mô tả bài toán Error! Bookmark not defined 2.2.4 Chíp điều khiển Error! Bookmark not defined 2.2.5 Dữ liệu cấu trúc thủy động Error! Bookmark not defined 2.2.6 Thành phần điều khiển hệ thống Error! Bookmark not defined

2.3 Dữ liệu đầu vào của bình điều áp Error! Bookmark not defined

2.3.1 Mô hình hóa bình điều áp của lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark

not defined

2.3.2 Dữ liệu đầu vào của đường ống nối bình điều áp với chân nóng Error!

Bookmark not defined

2.3.3 Dữ liệu đầu vào của van an toàn Error! Bookmark not defined 2.3.4 Dữ liệu đầu vào của van giảm áp tự động Error! Bookmark not

defined

2.3.5 Dữ liệu đầu vào của hệ thống phun giảm áp Error! Bookmark not

defined

3 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Error! Bookmark not defined

3.1 Kết quả trạng thái dừng Error! Bookmark not defined

3.2 Kết quả ở trạng thái chuyển tiếp Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

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 (In-Containment Refueling Water Storage Tank): Bể trữ nước thay đảo

nhiên liệu boong-ke lò

LOCA (SmallLoss Of Coolant Accident): Sự cố mất nước làm mát nhỏ

PRHR (Passive Residual Heat Removal): Hệ thống tải nhiệt dư thụ 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

TMI-2 (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

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các thông số chính của lò AP1000 2

Bảng 1.2 Các thông số thiết kế của bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 1.3 Các thông số thiết kế của van an toàn của bình điều áp Error! Bookmark

not defined.

Bảng 1.4 Áp suất kích hoạt của các van ADS Error! Bookmark not defined Bảng 2.1 Định dạng thẻ trong RELAP5 Error! Bookmark not defined Bảng 2.2Thẻ dữ liệu đầu vào cho các thành phần thủy động Error! Bookmark not

defined.

Bảng 2.3 Thông số hình học của bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.4 Thông số thủy nhiệt của bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.5 Tính độ giảm áp dọc theo bình điều áp Error! Bookmark not defined.

Bảng 2.6Dữ liệu hình chiếu trên mặt cắt ngang của các đoạn ống cong(*): Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.7Dữ liệu hình chiếu trên mặt cắt ngang của các đoạn ống thẳng(*): Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.8 Chiều dài 4 đoạn theo độ dốc củađường ống nối bình điều áp Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.9Các thông số hình học khác củađường ống nối bình điều áp Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.10 Thông số thủy nhiệt củađường ống nối bình điều áp với chân nóng

Error! Bookmark not defined Bảng 2.11 Độ giảm áp dọc theo đường ống nối bình điều áp với chân nóng Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2.12 Thông số hình học của van an toàn Error! Bookmark not defined Bảng 2.13 Thông số thủy nhiệt của van an toàn Error! Bookmark not defined.

Bảng 2.14 Thông số hình học của van giảm áp tự động Error! Bookmark not

defined.

Bảng 2.15 Thông số thủy nhiệt của van giảm áp tự động Error! Bookmark not

defined.

Bảng 2.16 Dữ liệu bể chứa nước thay đảo nhiên liệu (IRWST) Error! Bookmark

not defined.

Bảng 2.17 Thông số hình học của hệ thống phun giảm áp Error! Bookmark not

defined.

Bảng 2.18 Thông số thủy nhiệt của hệ thống phun giảm áp Error! Bookmark not

defined.

Bảng 3.1 Diễn biến các sự cố Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Lựa chọn điều kiện biên (lối vào chân nóng) Error! Bookmark not

defined.

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nhà máy điện hạt nhân AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Hệ thống làm mát lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Hệ thống an toàn thụ động Error! Bookmark not defined Hình 1.4 So sánh tần số nóng chảy vùng hoạt Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Bình điều áp lò AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Hệ thống giảm áp thụ động trong lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark

not defined

Hình 2.1 Cấu trúc chương trình RELAP5 Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Mô hình hóa bình điều áp của lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark not

defined

Hình 2.3 Sơ đồ nút hóa bình điều áp trong REALAP5 Error! Bookmark not

defined

Hình 2.4 Sơ đồ chia lưới đường ống nối bình điều áp với chân nóng Error!

Bookmark not defined

Hình 3.1 Áp suất bình điều áp ở trạng thái dừng Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Nhiệt độ nước và hơi trong bình điều áp ở trạng thái dừng Error!

Bookmark not defined

Hình 3.3 Áp suất bình điều áp sự cố mở van an toàn (theo tính toán của luận văn)

Error! Bookmark not defined

Hình 3.4 Áp suất bình điều ápsự cố mở van an toàn (theo tính toán của U.S NRC)

Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Nhiệt độ hơi nước và nước trong bình điều áp Error! Bookmark not

defined

Hình 3.6 Tốc độ dòng qua van an toàn bình điều áp Error! Bookmark not defined

1

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”

2

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 được chỉ ra ở Bảng 1.1

Bảng 1.1 Các thông số chính của lò AP1000

Chiều dài hoạt động thanh nhiên liệu, m (ft) 4.3 (14)

3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Idaho Nationl Engineering Laboratory (1995),RELAP5/MOD3 Code Manual Vol II, Washington

2 Westinghouse Electric Company (2011), AP1000 Design Control Document Rev.19, America

3 Westinghouse Electric Company (2011), AP1000 PWR Reactor Coolant Pumps, America

4 Westinghouse Electric Company (2003), The Westinghouse AP1000 Advanced Nuclear Plant, America