Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân

Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ TRUNG KIÊN

TÌM HIỂU HỆ MÔ PHỎNG LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI TIÊN TIẾN CÓ HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG

TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

TP Hồ Chí Minh, năm 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ TRUNG KIÊN

TÌM HIỂU HỆ MÔ PHỎNG LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI TIÊN TIẾN CÓ HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG

TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao

Tôi xin cám ơn các Thầy Cô giảng dạy chương trình cao học ở Bộ môn Vật

lý Hạt nhân, cũng như các Thầy Cô trong Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP HCM đã truyền đạt kiến thức, nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin cảm ơn các Anh Chị và các bạn trong lớp Cao học K21 Mọi người đã luôn động viên, giúp đỡ và đưa ra những lời khuyên bổ ích cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình vì đã tạo điều kiện và động viên tôi trong thời gian qua

Mặc dù đã cố gắng trong quá trình thực hiện luận văn nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự góp ý của Thầy Cô và các bạn

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 9 năm 2013

Nguyễn Thị Trung Kiên

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Mục lục

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT… ………v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI TIÊN TIẾN CÓ HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG 4

1.1 Lịch sử phát triển của lò phản ứng nước sôi (BWR) 4

1.2 Hệ thống an toàn thụ động trong các nhà máy điện hạt nhân 7

1.2.1 Sự phát triển trong thiết kế của hệ thống an toàn 7

1.2.2 Hệ thống an toàn thụ động 9

1.2.3 Ưu điểm của hệ thống an toàn thụ động so với hệ thống an toàn chủ động……….……….9

1.3 Thiết kế của lò phản ứng ESBWR 9

1.3.1 Thiết kế sự tuần hoàn tự nhiên 9

1.3.2 Các đặc tính an toàn thụ động 11

1.3.2.1 Hệ thống làm mát lõi lò bằng trọng lực (GDCS) 12

1.3.2.2 Hệ thống làm mát nhà lò thụ động (PCCS) 13

1.3.2.3 Hệ thống ngưng tụ cô lập (Isolation Condenser System) 15

1.3.2.4 Hệ thống điều khiển chất lỏng dự phòng (Standby Liquid Control System)… ……… 17

1.3.2.5 Hệ thống giảm áp tự động (ADS) 17

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ MÔ PHỎNG LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI CÓ HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG (PASSIVE BWR) 19

2.1 Tổng quan về hệ mô phỏng Passive BWR 19

2.1.1 Khởi động phần mềm hệ mô phỏng 19

2.1.2 Khởi tạo hệ mô phỏng 19

2.1.3 Danh sách các màn hình hiển thị của hệ mô phỏng “Passive BWR” 20

2.1.4 Các đặc điểm hiển thị chung của hệ mô phỏng “Passive BWR” 20

2.2 Các màn hình của hệ mô phỏng Passive BWR 23

2.2.1 Màn hình ‘Passive BWR Plant Overview’ 23

2.2.2 Màn hình ‘Passive BWR Control Loops’ 25

2.2.3 Màn hình Passive BWR Power/Flow Map & Controls 28

2.2.4 Màn hình Passive BWR Reactivity & Setpoints 33

2.2.5 Màn hình Passive BWR Scram Parameters 35

2.2.6 Màn hình Passive BWR Turbine Generator 36

2.2.7 Màn hình Passive BWR Feedwater & Extraction Steam 38

2.2.8 Màn hình Passive BWR Containment 39

2.2.9 Màn hình Passive BWR Cleanup/Shutdown Cooling 41

CHƯƠNG 3 CÁC BÀI TẬP VỀ HỆ MÔ PHỎNG PASSIVE BWR 44

3.1 Các bài tập về khởi động, dừng lò phản ứng và sự điều chỉnh công suất 44

3.1.1 Sự điều chỉnh công suất: giảm 10% công suất và quay trở về công suất toàn phần 44

3.1.2 Giảm công suất tới 0% FP và quay về 100% FP 45

3.1.3 Tuốc-bin “trip” và phục hồi 46

3.1.4 Dừng lò phản ứng khẩn cấp (reactor scram) và sự phục hồi nhanh 49

3.1.5 Làm mát sau khi dừng lò phản ứng 50

3.1.6 Khởi động và làm nóng lò phản ứng 51

3.2 Các bài tập về sự cố trong nhà máy điện hạt nhân 52

3.2.1 Hao hụt nước cấp – cả hai bơm nước cấp (FW pumps) bị ngắt (trip) 52

3.2.2 Vô ý khởi xướng bộ ngưng tụ cô lập (IC) 54

3.2.3 Vô ý mở van nhánh phụ (van BP) 56

3.2.4 Giảm lưu lượng hơi nước từ mái vòm do sai hỏng của bộ điều khiển áp suất…… ………58

3.2.5 Sự tăng lưu lượng hơi nước từ mái vòm do sai hỏng trong điều khiển

áp suất… 60

3.2.6 Thiết bị truyền áp suất (PT) của bộ tiết lưu tuốc-bin bị hỏng, thấp (turbine throttle PT fails low) 62

3.2.7 Van xả an toàn (SRV) ở một đường hơi nước chính bị hỏng nên mở ra…… 64

3.2.8 Van kiểm soát mức nước cấp bị hỏng nên mở ra 66

3.2.9 Tuốc-bin bị “trip” cùng với việc van nhánh phụ (Bypass valve) bị hỏng đóng lại/không mở ra được 67

3.2.10 Vô ý rút ra một nhóm các thanh điều khiển 69

3.2.11 Vô ý đưa vào một nhóm các thanh điều khiển 71

3.2.12 Vô ý cô lập lò phản ứng (reactor isolation) 72

3.2.13 Thiếu hụt việc làm nóng nước cấp 74

3.2.14 Thiếu hụt chân không bộ ngưng tụ (condenser vacuum) 77

3.2.15 Đường ống hơi nước bị vỡ/nứt bên trong giếng khô 79

3.2.16 Đường nước cấp bị vỡ/nứt bên trong giếng khô 80

3.2.17 Đáy thùng lò bị vỡ/nứt – 1660 kg/s LOCA 82

3.2.18 Mất tải (Load Rejection) 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 91

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABWR (Advanced Boiling Water

ADS (Automatic Depressurization

ECCS (Emergency Core Cooling

ESBWR (Economic Simplified Boiling

Water Reactor)

Lò phản ứng nước sôi đơn giản kinh tế

FMCRD (Fine Motion Control Rod

GDCS (Gravity Driven Cooling

System)

Hệ thống làm mát dẫn động bằng trọng lực

HP CRD (High Pressure Control Rod

IAEA (International Atomic Energy

Passive BWR (Passive Boiling Water

Reactor)

Lò phản ứng nước sôi với hệ thống an toàn thụ động

PCCS (Passive Containment Cooling

System)

Hệ thống làm mát nhà lò thụ động

PHWR (Pressuried Heavy Water

RWCU/SDC (Reactor Water

Cleanup/Shutdown Cooling)

Làm sạch nước lò phản ứng/Làm mát sau dừng lò

SB&PC (Steam Bypass & Pressure

Control)

Điều khiển hệ thống nhánh phụ và áp suất

SBWR (Simplified Boiling Water

SCRAM (Safety Control Rod Axe

Man)

Sự dừng lò khẩn cấp (bằng cách đưa nhanh vào lõi lò các thanh điều khiển để tạo ra độ phản ứng âm lớn)

SCRRI (Selected Control Rod

SLCS (Standby Liquid Control

System)

Hệ thống điều khiển lưu chất dự phòng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1 1.1 Sự phát triển trong thiết kế của lò phản ứng BWR 5

2 1.2 Sự tuần hoàn tự nhiên trong lõi lò ESBWR 10

3 1.3 Các hệ thống an toàn thụ động của ESBWR 11

9 2.3 Ảnh chụp màn hình ‘Power/Flow Map & Controls’ 28

10 2.4 Ảnh chụp màn hình Biểu đồ thông lượng 32

11 2.5 Ảnh chụp màn hình ‘Reactivity & Setpoints’ 33

12 2.6 Ảnh chụp màn hình ‘Scram Parameters’ 35

13 2.7 Ảnh chụp màn hình ‘Turbine & Generator’ 36

14 2.8 Ảnh chụp màn hình ‘FW & Extraction Steam’ 38

25 3.9 Ảnh chụp màn hình sự cố Van SRV bị hỏng nên mở ra 65

26 3.10 Ảnh chụp màn hình sự cố Van nước cấp bị hỏng nên mở ra 67

27 3.11 Ảnh chụp màn hình sự cố Tuốc-bin trip và van BP không

33 3.17 Ảnh chụp màn hình sự cố Nứt/gãy đường ống hơi nước 80

34 3.18 Ảnh chụp màn hình sự cố Nứt/gãy đường ống nước cấp 81

35 3.19 Ảnh chụp màn hình sự cố Đáy thùng lò bị vỡ/nứt 83

36 3.20 Ảnh chụp màn hình sự cố Mất tải tuốc-bin/máy phát 85

37 PL.1 Giản đồ của mô hình lõi lò 91

38 PL.2 Mô hình các nút (node) của lõi lò phản ứng 92

39 PL.3 Hệ thống kiểm soát các thanh điều khiển 100

1

MỞ ĐẦU

Lò phản ứng hạt nhân năng lượng được xem như là trái tim của nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN), là nơi sản sinh ra nhiệt năng cung cấp cho tuốc-bin Luận văn này sẽ trình bày tổng quan về lò phản ứng nước sôi tiên tiến có hệ thống an toàn thụ động và hệ mô phỏng của nó

Sau chiến tranh thế giới lần thứ II, người ta bắt đầu nghiên cứu sử dụng năng lượng nguyên tử vào mục đích hoà bình Năm 1954 NMĐHN đầu tiên trên thế giới được đưa vào vận hành tại Obnhinsk, Liên Xô cũ, với công suất 5MW Năm 1956, Anh đưa vào vận hành thương mại NMĐHN Calder Hall công suất 60 MW Năm

1957, Mỹ đưa vào vận hành thương mại NMĐHN Shippingport công suất 100 MW Các nước đi đầu về công nghệ NMĐHN là Liên Xô cũ, Mỹ, Anh và Canada

Hiện nay trên thế giới có 442 lò phản ứng hạt nhân năng lượng đang được vận hành tại 31 nước và lãnh thổ với tổng công suất 356740 MW(e) và chiếm khoảng 17% sản lượng điện toàn thế giới Điều đó cho thấy sự phát triển của các NMĐHN có ý nghĩa rất to lớn đối với tương lai của thế giới, nhất là khi nguồn năng lượng hóa thạch (năng lượng từ than đá, dầu mỏ…) đang ngày càng cạn kiệt

Công nghệ lò phản ứng hạt nhân đã được phát triển rất phong phú Hiện có khoảng 10 loại lò đang được sử dụng Tuy vậy có ba loại chính là lò nước áp lực (PWR và VVER): chiếm 59,5%; lò nước sôi (BWR): chiếm 20,8%; và lò nước nặng

áp lực (PHWR): chiếm 7,7% trong tổng số các lò được xây dựng; các loại khác chiếm hơn 10%

Theo lịch sử phát triển, các lò phản ứng có thể được chia làm 4 thế hệ Các lò phản ứng thế hệ I là các lò phản ứng được đưa vào vận hành vào những thập kỷ 50-

60 như Shippingport, Fermi I ở Mỹ và đã được tháo dỡ gần hết Đại đa số các lò phản ứng đang hoạt động hiện nay thuộc thế hệ II Tuy nhiên, sau sự cố Three Mile Island ở Mỹ (1979) và đặc biệt là sự cố Chernobyl ở Liên Xô cũ (1986), các loại lò phản ứng được nghiên cứu cải tiến đáng kể và ra đời lò phản ứng thế hệ III và thế

hệ III+ Thế hệ IV vẫn đang được nghiên cứu

So với các lò phản ứng thế hệ cũ sử dụng hệ thống an toàn chủ động (sử dụng hệ thống các bơm hoạt động nhờ điện năng), các lò phản ứng thế hệ III và III+ được đánh giá cao hơn ở tính an toàn của nó nhờ được bổ sung hệ thống an toàn thụ động Từ giữa những năm 1980 người ta đã nhận ra rằng việc ứng dụng hệ thống an toàn thụ động (hệ thống được vận hành nhờ sử dụng các lực tự nhiên như trọng lực, hiện tượng đối lưu…) là một phương pháp để đạt được sự đơn giản hóa và tăng độ

an toàn cho các lò phản ứng

Lò phản ứng nước sôi tiên tiến (ABWR) là một trong những lò phản ứng thế

hệ III đầu tiên được thiết kế và xây dựng Mỹ đã phát triển lò nước sôi tiên tiến ABWR công suất 1300 MW, có hai lò loại này đang vận hành thương mại ở Nhật Bản và hai đang được xây dựng ở Đài Loan Hiện tại, lò nước sôi cải tiến được cung cấp bởi GEH (GE Hitachi Nuclear Energy) và Toshiba NMĐHN Ninh Thuận 2 (Việt Nam) do Nhật Bản xây dựng cũng dự kiến sẽ sử dụng công nghệ ABWR này Sau khi các lò phản ứng thế hệ III ra đời, việc mong muốn nâng cao tính an toàn của NMĐHN đã dẫn đến sự nghiên cứu phát triển lò phản ứng thế hệ III+ Các lò phản ứng thế hệ mới này được trang bị thêm hệ thống an toàn thụ động, từ đó dẫn đến việc ra đời của các lò phản ứng đơn giản hơn, an toàn hơn và kinh tế hơn, ví dụ như

lò phản ứng nước sôi ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor)

Chính vì tầm quan trọng và khả năng phát triển mạnh trong tương lai mà chúng ta cần tìm hiểu về lò phản ứng nước sôi tiên tiến có hệ thống an toàn thụ động (Lò nước sôi thụ động) Để thực hiện mục đích này, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc Tế (IAEA) đã xây dựng một chương trình mô phỏng cho lò nước sôi thu động là “Passive BWR” chạy trên máy tính cá nhân để hỗ trợ các nước thành

3

viên trong đó có Việt Nam Mục đích của chương trình mô phỏng này là cung cấp một cái nhìn sâu sắc về lò nước sôi thụ động, mà cụ thể là loại lò ESBWR, và cách thức hoạt động của nó trong điều kiện bình thường cũng như khi xảy ra các sự cố IAEA không chỉ cung cấp các chương trình mô phỏng mà còn cung cấp các tài liệu liên quan cho những người sử dụng nhằm mục đích giáo dục và nghiên cứu

Cũng chung mục đích đó đề tài này này được thực hiện nhằm để tìm hiểu, nghiên cứu, khai thác và sử dụng hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi tiên tiến có hệ thống an toàn thụ động

Nội dung của luận văn sẽ được thể hiện qua 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về lò phản ứng nước sôi tiên tiến có hệ thống an toàn thụ

Chương này của luận văn sẽ trình bày về cách cài đặt, các màn hình hiển thị

và cách hoạt động của phần mềm hệ mô phỏng

Chương 3: Các bài tập về hệ mô phỏng Passive BWR

Ở đây sẽ dùng hệ mô phỏng để giải quyết các bài tập mô phỏng về vận hành

lò phản ứng và các bài tập khi xảy ra sự cố của lò phản ứng

Phụ lục: Mô tả mô hình hệ mô phỏng Passive BWR

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI TIÊN TIẾN CÓ

HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG

Giống như lò phản ứng nước áp lực (PWR), lò BWR cũng có nguồn gốc từ chương trình tàu ngầm hạt nhân của hải quân Mỹ được phát triển năm 1950 Nhà máy điện hạt nhân BWR thương mại đầu tiên là nhà máy Vallecitos (1957) với công suất 5 MW(e) ở gần San Jose, California Nhà máy Vallecitos đã cho thấy khả năng hoạt động thành công và sản xuất điện một cách an toàn của BWR Tiếp đó là sự ra đời của lò phản ứng BWR quy mô lớn đầu tiên: Dresden 1 Thiết kế của lò BWR sau đó đã trãi qua một loạt các thay đổi, phát triển Bảng sau đây ghi lại sự phát triển của lò BWR qua các thế hệ (từ BWR/1 đến ESBWR):

Phiên bản

BWR

Năm hoạt động thương mại đầu tiên Nhà máy đại diện tiêu biểu/ Các đặc trưng

Sự tuần hoàn cưỡng bức Các bơm tốc độ thay đổi được cho việc điều khiển lưu lượng tái tuần hoàn

BWR/3 1971

Dresden 2 Ứng dụng bơm phun bên trong ECCS (Hệ thống làm mát lõi lò khẩn cấp) được cải thiện: khả năng phun vào và làm ngập lõi lò

Cofrentes Phòng điều khiển nhỏ gọn

Hệ thống bảo vệ hạt nhân rắn

Kashiwazaki-Kariva 6 Các bơm bên trong lò Các bộ dẫn động thanh điều khiển tinh vi Phòng điều khiển tiên tiến

ECCS được cải thiện: thiết bị làm ngập ở cả

áp suất thấp và áp suất cao

ESBWR Đang được xem xét Sự tuần hoàn tự nhiên

ECCS thụ động

6

Hình bên trên mô tả sự tiến triển trong thiết kế của hệ thống lò phản ứng Dresden 1 hoạt động dựa trên chu trình sinh hơi kép, chứ không phải là chu trình sinh hơi trực tiếp vốn là đặc trưng của các lò BWR

Những lò BWR sử dụng chu trình trực tiếp có quy mô lớn (Oyster Creek và Nine Mile Point Unit 1) xuất hiện vào giữa những năm 1960 với đặc trưng là sự biến mất của thiết bị sinh hơi và việc sử dụng năm vòng tái tuần hoàn bên ngoài để tạo ra dòng chảy tuần hoàn cưỡng bức qua lõi lò

Sau đó, hệ thống lò phản ứng được đơn giản hơn nữa nhờ việc đưa bơm phun vào bên trong thùng lò để điều khiển lưu lượng qua lõi Thay đổi này xuất hiện đầu tiên ở nhà máy Dresden 2 (BWR/3)

Việc sử dụng hệ thống bơm bên trong lò trong thiết kế của lò ABWR đã đưa quá trình đơn giản hóa tiến thêm một bước nữa Bằng cách sử dụng các bơm nội tại được gắn trực tiếp vào thùng lò mà các bơm phun và hệ thống tái tuần hoàn bên ngoài với tất cả các bơm, van, đường ống, bộ giảm rung đi kèm theo đều được loại

bỏ Sự phát triển của ABWR diễn ra trong suốt những năm 1980 dưới sự tài trợ của Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO)

Lò phản ứng ESBWR và tiền thân nhỏ hơn của nó: lò phản ứng nước sôi đơn giản hóa (Simplified Boiling Water Reactor) đã đưa quá trình đơn giản hóa tới một cái kết hợp lý với việc sử dụng một thùng lò cao hơn và một lõi lò thấp hơn với ống khí để đạt được sự tái tuần hoàn tự nhiên mà không cần dùng bơm Sự cố Three Mile Island năm 1979 đã dẫn tới nhu cầu cần phát triển một lò phản ứng với các tính năng an toàn thụ động và giảm sự phụ thuộc vào hoạt động của người điều khiển Thực tế sử dụng cũng đòi hỏi phải có một lò phản ứng đơn giản hơn trong điều khiển, ít bộ phận hơn và không phụ thuộc vào máy phát điện diesel cho các hoạt động giữ an toàn Công ty GE (General Electric) đã thực hiện một cuộc nghiên cứu nội bộ để đưa ra ý tưởng về một lò BWR mới dựa trên những yếu tố này Do đó

đã dẫn tới sự ra đời của SBWR vào đầu những năm 1980 Các đặc tính mới quan trọng như Hệ thống làm mát dùng trọng lực (Gravity Driven Cooling System), van giảm áp (Depressurization Valve), và bộ ngắt chân không kín cho giếng ướt/giếng

7

khô đều đã được kiểm nghiệm Khi vấn đề này được quan tâm nhiều hơn, một đội ngũ quốc tế được thành lập để hoàn thiện thiết kế Các cuộc kiểm nghiệm bổ sung

về các hiệu ứng, hệ thống hợp thành hoàn chỉnh, nhất là một đặc tính cải tiến mới,

hệ thống làm mát nhà lò thụ động (Passive Containment Cooling System) được thực hiện riêng biệt ở Châu Âu và Nhật Một chương trình chứng nhận thiết kế được thực hiện vào cuối những năm 1980 với mục đích đạt được một giấy phép tiêu chuẩn hóa tương tự như đã đạt được cho ABWR

Tuy nhiên, với 670 MWe, công suất của SBWR là quá nhỏ xét về lợi ích kinh tế, do đó chương trình cấp chứng nhận bị dừng lại Tuy nhiên nỗ lực tạo ra một

lò phản ứng SBWR đủ sức cho việc tạo ra điện năng vẫn tiếp tục Với sự hỗ trợ của Cộng đồng Châu Âu, lò SBWR được nâng cấp từ từ cho đến công suất hiện tại là xấp xĩ 1550 MWe Điều này được thực hiện nhờ giữ nguyên giới hạn về kích thước của thùng lò được hình thành bởi ABWR, và tận dụng lợi thế của việc tiếp cận đến

sự an toàn thụ động đạt được bởi bộ ngưng tụ cô lập (Isolation Condenser) và Hệ thống làm mát nhà lò thụ động (PCCS)

Đơn xin chứng nhận thiết kế cho ESBWR được đăng ký cho NRC của Mỹ vào tháng 8 năm 2005 và đã chính thức được chấp nhận

1.2.1 Sự phát triển trong thiết kế của hệ thống an toàn

Sự cố mất nước làm nguội LOCA (Loss Of Coolant Accident) được miêu tả như một sự gián đoạn trong giới hạn áp suất của hệ thống chất làm mát chính (một vết nứt/gãy trong hệ thống chất làm mát chính)

Trong NMĐHN các hệ thống an toàn được thiết kế để làm giảm hậu quả của tất cả kích thước và vị trí mà vết nứt có thể xảy ra ở bất cứ đâu trong hệ thống ống dẫn chất làm mát chính, cũng như của sự hỏng hóc của các thiết bị

Hệ thống làm mát lõi lò khẩn cấp (ECCS) được thiết kế để cung cấp nước làm mát cho lõi lò, chấm dứt sự nóng lên của lõi lò, và loại bỏ dài hạn nhiệt phân rã của lõi lò Nhà lò tạo ra tường chắn cuối cùng để ngăn chặn sự giải phóng các sản

8

phẩm phân hạch từ nhiên liệu Bể khử nhiệt (SP) trong nhà lò tạo ra một bộ tiêu nhiệt (phương tiện hấp thụ nhiệt) và nguồn nước bên trong cho việc làm mát lõi lò

Các lò BWR thế hệ đầu tiên được thiết kế không có các hệ thống làm mát lõi

lò khẩn cấp, mà đã sử dụng hệ thống nước cấp với độ tin cậy cao

Với sự tăng công suất lõi lò gắn liền với các lò phản ứng quy mô thương mại đầu tiên (BWR/2), một vài dạng của hệ thống làm mát lõi lò khẩn cấp, điển hình như một thiết bị xịt (phun) ở lõi lò và sự đưa vào chất làm mát áp suất cao, đã được trang bị thêm cho các lò BWR/1 Các hệ thống lò BWR/2, BWR/3 và BWR/4 đang được thiết kế và xây dựng trong khoảng thời gian này đã được kết hợp thêm một ECCS riêng biệt

Bởi vì hệ thống phun lõi lò được thiết kế cho vết nứt lớn trong sự cố LOCA, các bơm phun lõi lò là những bơm có áp suất thấp và dung lượng dòng lớn Những bơm này không thể phun vào trong thùng lò ở áp suất hoạt động bình thường Do đó

hệ thống giảm áp tự động (ADS) được đưa vào Ngoài hệ thống ECCS, thiết kế của BWR/2 còn bao gồm các bộ ngưng tụ cô lập để cung cấp công cụ khử nhiệt do phân

rã từ thùng lò Thiết kế BWR/2 cũng đánh dấu sự đơn giản hóa trong thiết kế nhà lò khử nhiệt chịu được áp suất cao Trong thiết kế nhà lò này, hơi nước thoát ra từ thùng lò được hướng đến bể khử nhiệt nơi nó được ngưng tụ

Các lò BWR/5 được thiết kế trong khoảng thời gian mà vấn đề về hoạt động của ECCS đang nổi Hệ thống ECCS được tích hợp trong BWR/5 đã được cải thiện

về tính năng và độ tin cậy hơn thiết kế BWR/3-4

Thiết kế BWR/5 được đưa sang BWR/6 với công suất được tăng lên để phù hợp với các mức công suất lõi lò cao hơn của BWR/6

Các bơm tái tuần hoàn bên trong của lò ABWR đã loại bỏ hệ thống đường ống của vòng tái tuần hoàn bên ngoài, do đó có thể giảm kích thước các thiết bị ECCS một cách đáng kể

Giống như ABWR, lò ESBWR được thiết kế để giữ cho lõi lò luôn được làm ngập và làm mát trong suốt sự cố LOCA Tuy nhiên, các hệ thống làm mát lõi lò và

cố xảy ra (là những đặc tính của hệ thống an toàn chủ động)

1.2.3 Ưu điểm của hệ thống an toàn thụ động so với hệ thống an toàn chủ động

 Đơn giản Nhìn chung các hệ thống thụ động, bởi bản chất của chúng, không yêu cầu các hệ thống điều khiển phức tạp hay nguồn điện bên ngoài mà có thể cần phải được dự phòng và đa dạng Bởi vì điều này mà chúng cũng sẽ dễ dàng hơn để được cấp phép một khi quy trình cơ bản được hiểu hoàn toàn

 An toàn Lý do chính cho việc công nhận hệ thống thụ động là chúng cung cấp một giải pháp để cải thiện sự an toàn mà không có sự gia tăng không thể chấp nhận được trong chi phí

Các hệ thống chủ yếu của ESBWR (hình mẫu của hệ mô phỏng Passive BWR) đều tương đối giống với lò ABWR, chỉ bổ sung vào hệ thống an toàn thụ động và lưu lượng qua lõi lò có được nhờ sự tuần hoàn tự nhiên Do đó ở đây chỉ trình bày những điểm mới này

1.3.1 Thiết kế sự tuần hoàn tự nhiên

Sự tuần hoàn tự nhiên trong các lò BWR là một kĩ thuật đã được chứng minh Một vài lò BWR ban đầu của GE đã sử dụng sự tuần hoàn tự nhiên Chúng là những nhà máy nhỏ (ví dụ như Dodewaard với công suất 183 MWt và Humboldt Bay với công suất 165 MWt), nhưng chúng đã chứng tỏ tính khả thi của một lò BWR dùng sự tuần hoàn tự nhiên và đã cung cấp các kinh nghiệm và dữ liệu hoạt

10

động có giá trị GE đã chuyển sang các nhà máy với sự tuần hoàn cưỡng bức nhằm đạt được các mức công suất cao hơn trong một thùng lò nhỏ gọn Khả năng chế tạo thùng lò chịu áp ở thời điểm đó là một nhân tố trong quyết định này Ngày nay, sau một vài thập kỷ, GE đang quay trở lại với sự tuần hoàn tự nhiên cho lò ESBWR

Lò ESBWR sử dụng sự tuần hoàn tự nhiên để tạo ra dòng chảy qua lõi lò Sự tuần hoàn tự nhiên trong ESBWR được hình thành dựa trên sự chênh lệch nồng độ giữa nước ở vành hình khuyên của thùng lò (bên ngoài khung bảo vệ lõi và ống khí)

và hỗn hợp hơi/nước bên trong khung bảo vệ và ống khí Nước với mật độ cao hơn, lạnh hơn ở vành hình khuyên tạo ra một áp suất cao hơn hay một cột nước động lực khi so sánh với lưu chất (hơi/nước) mật độ thấp hơn, nóng hơn trong lõi và ống khí Năng lượng sản sinh ở lõi của lò phản ứng làm nóng nước đi vào từ bên dưới lõi, và bắt đầu chuyển hóa nó thành một hỗn hợp hơi/nước Trong lõi lò nước quá lạnh đầu tiên được nung nóng đến nhiệt độ bão hòa, và sau đó khi có thêm nhiệt thì quá trình sôi của chất tải nhiệt lõi lò bắt đầu Khi chất tải nhiệt di chuyển lên trên qua lõi lò thì phần trăm hơi nước bão hòa tăng lên đến điểm cuối của lõi lò thì phần trăm trung bình của hơi bão hòa xấp xỉ 18% về khối lượng Hỗn hợp hơi/nước này sẽ đi

1.3.2 Các đặc tính an toàn thụ động

Bản thiết kế các hệ thống an toàn của ESBWR bao gồm sáu hệ thống độc lập là: hệ thống làm mát lõi lò bằng trọng lực (GDCS), hệ thống giảm áp tự động (Automatic Depressurization System), hệ thống bộ ngưng tụ cô lập (ICS), hệ thống điều khiển chất lỏng dự phòng (SLCS), bể khử nhiệt (Supression Pool) và một hệ thống làm mát nhà lò thụ động (PCCS) Trong đó các hệ thống GDCS, ADS, ICS, SLCS dùng cho việc làm mát lõi lò còn SP và PCCS dùng cho việc làm mát nhà lò

lò tan chảy qua thùng lò

GDCS là một hệ thống được kích hoạt và vận hành hoàn toàn tự động Ngoài

ra để dự phòng cho chế độ kích hoạt tự động là khả năng kích hoạt bởi người vận hành

Trình tự của các hoạt động theo sau một sự cố LOCA như sau:

 Một tín hiệu mực nước thùng lò thấp được xác nhận sẽ kích hoạt hệ thống ADS để giảm áp suất của thùng lò

 Khi một tín hiệu áp suất giếng khô cao trùng khớp xuất hiện, hệ thống ADS

sẽ khởi đầu trước tiên và ở một mực nước thùng lò cao hơn

13

 Đồng thời, các bộ định giờ (máy đo thời gian) của hệ thống ngắn hạn và dài hạn trong logic của GDCS bắt đầu, mà sau thời gian chờ và thỏa mãn các điều kiện cho phép sẽ kích hoạt các van nổ (squib valve) để tạo ra một lối dòng chảy mở từ các nguồn nước tương ứng (các bể GDCS và bể khử nhiệt, một cách tương ứng) đến thùng lò

 Hệ thống ngắn hạn cung cấp một lưu lượng dẫn động bằng trọng lực đến tám miệng vòi riêng biệt trên thùng lò với dòng chảy nạp vào từ ba bể GDCS riêng biệt

Hệ thống dài hạn cung cấp một dòng chảy dẫn động bằng trọng lực đến bốn miệng vòi khác với dòng chảy nạp vào từ bể khử nhiệt thông qua các đường ống cân bằng

Cả hệ thống ngắn hạn và dài hạn đều được thiết kế để đảm bảo rằng một nguồn nước dự trữ đầy đủ cho thùng lò được tạo ra để đảm đương một sự cố LOCA ở một khu vực và sự hư hỏng của một van nổ sẽ kích hoạt ở khu vực thứ hai

Hệ thống GDCS bao gồm 4 phân khu Mỗi một phân khu của GDCS bao gồm ba hệ thống phụ độc lập: một hệ thống làm mát (phun vào) ngắn hạn, một hệ thống làm mát (đường ống cân bằng) dài hạn và một đường ống làm ngập Các hệ thống ngắn hạn và dài hạn cung cấp nước làm mát nhờ trọng lực để thay thế nguồn nước dự trữ trong thùng lò bị mất trong một sự cố LOCA và để làm bay hơi nhiệt phân rã xảy ra sau đó Đường ống làm ngập nối bể GDCS đến phần giếng khô bên dưới

Mực nước của bể GDCS là thông số hệ thống cơ bản duy nhất cần phải được giám sát trong phòng điều khiển chính để xác nhận sự sẵn sàng của hệ thống và chức năng đúng của nó sau khi bắt đầu Các thiết bị báo động mực nước thấp cũng bao gồm là một phần của GDCS

1.3.2.2 Hệ thống làm mát nhà lò thụ động (PCCS)

PCCS giữ cho nhà lò luôn ở trong các giới hạn áp suất của nó trong các sự cố

cơ bản được thiết kế (DBAs) Hệ thống được thiết kế như một hệ thống thụ động với việc không có bộ phận nào phải thực hiện chức năng một cách chủ động, và nó cũng được thiết kế cho các điều kiện bằng hoặc vượt quá các giới hạn trên của khả năng chống lại sự cố nghiêm trọng của nhà lò Hệ thống PCCS bao gồm sáu vòng

14

kín hoàn toàn độc lập, áp suất thấp, mỗi vòng chứa một bộ ngưng tụ (bộ ngưng tụ làm mát nhà lò thụ động) Mỗi vòng ngưng tụ PCCS được thiết kế với công suất 11 MWt và được tạo bởi hai khối giống hệt nhau Cùng với nhà lò khử nhiệt chịu áp cao, các bộ ngưng tụ PCCS giới hạn áp suất của nhà lò thấp hơn áp suất thiết kế dự kiến của nó trong ít nhất 72 giờ sau một sự cố LOCA mà không có sự bổ sung từ bể IC/PCC, và trên 72 giờ với sự bổ sung của bể nước Các bộ ngưng tụ PCCS được đặt trong một bể nước lớn (bể IC/PCC), ở trên và bên ngoài nhà lò ESBWR (giếng khô) Bể IC/PCC được thông ra không khí bên ngoài

Mỗi vòng ngưng tụ PCCS có cấu hình như sau Một đường ống cung cấp hơi nước ở trung tâm được tạo ra, nó được mở ra nhà lò ở đầu dưới của nó và nó cung cấp cho hai ống góp nằm ngang thông qua hai đường ống nhánh ở đầu trên của nó Hơi nước sẽ được ngưng tụ ở trong các ống thẳng đứng (nằm dọc) và sản phẩm ngưng tụ sẽ được gom vào hai ống góp bên dưới (thấp hơn) Các đường ống xả khí

và xả nước từ mỗi ống góp được dẫn đến giếng khô thông qua một đường ống đơn

15

xuyên qua nhà lò cho mỗi khối ngưng tụ Sản phẩm ngưng tụ thoát xuống một rãnh hình xuyến bao quanh đường ống xả khí và sau đó chảy vào một đường ống được nối tới một đường xả nước chung lớn, nơi cũng nhận dòng chảy từ các ống góp khác, và cuối cùng dẫn tới một bể GDCS

Đường ống xả khí không ngưng tụ là một con đường mà theo đó các sản phẩm không ngưng tụ được của giếng khô được chuyển tới giếng ướt (SP)

Các vòng PCCS nhận một hỗn hợp khí/hơi nước cung cấp trực tiếp từ giếng khô (DW) Các vòng PCCS được vận hành ban đầu nhờ áp suất giữa giếng khô của nhà lò và bể khử nhiệt trong một sự cố LOCA và sau đó là nhờ hệ thống thoát nước

tự chảy (bằng trọng lực) của hơi nước đã được ngưng tụ trong các ống, do đó chúng không cần sự cảm biến, điều khiển, logic hoặc các thiết bị kích hoạt bằng năng lượng để thực hiện chức năng

Các vòng PCCS là một phần mở rộng của nhà lò liên quan đến vấn đề an toàn, không có các van cô lập và chúng luôn trong trạng thái “dự phòng sẵn sàng” (“ready standby”)

1.3.2.3 Hệ thống ngưng tụ cô lập (Isolation Condenser System)

16

Chức năng chính của ICS là giới hạn áp suất của lò phản ứng và ngăn chặn

sự vận hành của van xả an toàn (Safety Relief Valve) theo sau một sự cô lập của hệ thống đường ống hơi nước chính Hệ thống ICS cùng với nguồn nước được dự trữ trong thùng lò sẽ duy trì đủ lượng chất làm mát trong lò phản ứng để tránh sự giảm

áp tự động gây ra bởi mực nước lò phản ứng thấp Hệ thống ICS loại bỏ nhiệt do phân hạch từ lõi lò và nhiệt dư thừa theo một cách thụ động và với sự mất mát tối thiểu nguồn dự trữ chất làm mát từ lò phản ứng khi hệ thống khử nhiệt thường không khả dụng Hệ thống ICS được thiết kế như một hệ thống an toàn để loại bỏ nhiệt do phân hạch từ lò phản ứng sau sự cô lập và dừng lò phản ứng Nó cũng ngăn chặn sự giảm áp lò phản ứng không cần thiết và sự vận hành của hệ thống ECCS, hệ thống cũng có thể thực hiện chức năng này

Hệ thống ICS được khởi xướng một cách tự động dựa trên áp suất lò phản ứng cao, việc đóng van MSIV hoặc tín hiệu mực nước thấp L2 Hệ thống ICS cũng

có thể được khởi xướng bằng tay từ phòng điều khiển chính

Hệ thống ICS bao gồm bốn vòng hoàn toàn độc lập, mỗi vòng chứa một bộ ngưng tụ cô lập (IC) sẽ ngưng tụ hơi nước và truyền nhiệt cho một bể IC/PCC lớn được đặt ngay bên ngoài nhà lò, được thông ra khí quyển Bộ ngưng tụ cô lập (IC), được nối bởi hệ thống đường ống tới thùng lò, được đặt ở một độ cao trên nguồn hơi nước (thùng lò) và khi hơi nước được ngưng tụ, sản phẩm ngưng tụ được đưa trở về thùng lò thông qua một ống hồi lưu sản phẩm ngưng tụ Phần ống hơi nước nối giữa thùng lò và IC bình thường được mở và đường ống ngưng tụ thường được đóng IC được bắt đầu đi vào vận hành bởi việc mở các van hồi lưu ngưng tụ và việc xả phần ngưng tụ vào lò phản ứng, theo đó làm cho hơi nước từ lò phản ứng nạp đầy các ống nơi mà sẽ truyền nhiệt cho nước lạnh hơn trong bể

Một đường ống xả khí được cung cấp để loại bỏ phần khí không thể ngưng tụ được khỏi hệ thống trong suốt quá trình vận hành của IC Các đường ống xả khí được dẫn vào bể khử nhiệt

17

Bể IC/PCC có một công suất thiết kế giúp tạo ra khả năng khử nhiệt phân rã của lò phản ứng ít nhất trong 72 giờ Quá trình loại bỏ nhiệt có thể tiếp tục vô hạn định bằng cách làm đầy nguồn dự trữ của bể IC/PCC

1.3.2.4 Hệ thống điều khiển chất lỏng dự phòng (Standby Liquid Control System)

Hệ thống điều khiển chất lỏng dự phòng (SLCS) cung cấp một phương pháp thay thế để dừng lò phản ứng (tức là không cần tới các thanh điều khiển) từ công suất đầy đủ đến dưới tới hạn nguội bằng cách phun một dung dịch hấp thụ neutron vào thùng lò Hệ thống giúp cho việc dừng lò phản ứng một cách an toàn và gọn gàng trở nên có thể trong trường hợp không có đủ các thanh điều khiển có thể được đưa vào lõi lò để thực hiện việc dừng lò theo phương thức bình thường SLCS có kích thước đủ để chống lại hiệu ứng độ phản ứng dương của việc dừng lò từ công suất định mức đến trạng thái dừng lò nguội Nó cũng cung cấp nguồn dự trữ thêm cho thùng lò sau khi có sự xác nhận của một sự cố LOCA

Hệ thống SLCS được khởi xướng một cách tự động trong trường hợp có các tín hiệu biểu thị của sự cố LOCA hoặc ATMS Nó cũng có thể được khởi xướng bằng tay từ phòng điều khiển chính để phun dung dịch hấp thụ neutron vào trong lò phản ứng

Hệ thống này không được mô phỏng trong phần mềm lò nước sôi thụ động

“Passive BWR”

1.3.2.5 Hệ thống giảm áp tự động (ADS)

Chức năng của hệ thống giảm áp tự động là giảm áp trong khoảng thời gian

đủ để cho lưu lượng phun vào của hệ thống làm mát dẫn động bằng trọng lực (GDCS) bổ sung chất làm mát lõi lò để duy trì nhiệt độ lõi lò dưới giới hạn thiết kế trong trường hợp xảy ra sự cố LOCA Nó cũng duy trì lò phản ứng được giảm áp cho sự vận hành tiếp theo của hệ thống GDCS sau một sự cố mà không cần đến điện năng

Hệ thống ADS bao gồm các van xả an toàn (SRV) và các van giảm áp (DPV)

và các bộ điều khiển, các thiết bị gắn liền với chúng

18

Việc sử dụng kết hợp các van SRV và DPV để hoàn thành chức năng của hệ thống ADS giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống ADS đối với các sai hỏng phổ biến theo giả định của các bộ phận ADS không đa dạng khác Nó cũng giảm tối thiểu các bộ phận và việc bảo dưỡng so với việc chỉ sử dụng các van SRV hoặc chỉ dùng các van DPV cho chức năng này Bằng cách sử dụng các van SRV cho hai mục đích khác nhau đã làm giảm tối thiểu số lượng các van DPV cần dùng Bằng cách sử dụng các van DPV cho khả năng giảm áp thêm cần thiết, điều mà vượt quá những gì các van SRV có thể cung cấp, đã làm giảm tối thiểu số lượng tổng cộng các van SRV, các đường ống xả SRV trong bể khử nhiệt Sự cần thiết đối với việc bảo dưỡng SRV, kiểm tra và kiểm chuẩn định kì được giảm tối thiểu với sự sắp xếp này Hệ thống ADS kích hoạt một cách tự động dựa trên một tín hiệu mực nước thùng lò thấp mà vẫn tiếp tục trong một thời gian đặt trước

Khi một tín hiệu áp suất giếng khô cao trùng khớp xuất hiện thì hệ thống ADS sẽ kích hoạt sớm hơn và ở một mực nước thùng lò cao hơn (so với GDCS) Hệ thống ADS cũng có thể được khởi xướng bằng tay từ phòng điều khiển chính

19

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ MÔ PHỎNG LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI

CÓ HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG (PASSIVE BWR)

Hệ mô phỏng có tên: IAEA Simulator: Boiling Water Reactor with Passive Safety Systems (viết tắt là Passive BWR)

Hệ mô phỏng có thể được chạy trên một máy vi tính cá nhân (PC) để vận hành một cách cơ bản trong thời gian thực, và có một đáp ứng động lực học với sự chính xác đầy đủ để cung cấp các phản ứng của một nhà máy lò nước sôi thụ động trong suốt quá trình vận hành bình thường cũng như các trường hợp sự cố Nó cũng

có một giao diện người dùng-máy tính, bắt chước bảng điều khiển, bao gồm hệ thống hiển thị của nhà máy Quan trọng hơn nó cho phép người sử dụng tương tác với hệ mô phỏng trong quá trình vận hành của nhà máy lò nước sôi thụ động

Cấu hình phần cứng tối thiểu cho hệ mô phỏng gồm một Pentium PC hoặc tương đương (tốc độ tối thiểu của CPU 1.7GHz), RAM 512Mb, ổ cứng 30Gb, card màn hình 32Mb, card màn hình có độ phân giải cao (độ phân giải 1024x768), màn hình màu 15 inch hoặc lớn hơn với độ phân giải cao, bàn phím và chuột, hệ điều hành có thể là Windows 2000 hoặc Windows XP

2.1.1 Khởi động phần mềm hệ mô phỏng

 Chọn chương trình ‘PBWR’ để chạy – file có thể chạy được là PBWR.exe

 Nhấp vào bất kỳ đâu trên màn hình ‘Passive BWR simulator’

 Nhấp ‘OK’ để ‘Load Full Power IC?’

 Hệ mô phỏng sẽ hiển thị màn hình ‘Plan Overview’ với tất cả các thông số được khởi tạo ở 100% công suất toàn phần (100% Full Power)

 Ở góc phải bên dưới nhấp vào nút ‘Run’ để bắt đầu hệ mô phỏng

2.1.2 Khởi tạo hệ mô phỏng

Nếu bất kì lúc nào bạn cần đưa hệ mô phỏng quay lại một trong các điểm khởi tạo đã được lưu sẵn thì cần làm những điều sau:

 ‘Freeze’ (đóng băng) hệ mô phỏng

20

 Nhấp vào ‘IC’

 Nhấp vào ‘Load IC’

 Nhấp vào ‘FP_100.IC’ cho trạng thái ban đầu 100% công suất toàn phần

 Nhấp ‘OK’ để ‘Load C:\PBWR_Simulator\FP_100.IC’

 Nhấp ‘YES’ để ‘Load C:\PBWR_Simulator\FP_100.IC’

 Nhấp vào ‘Return’ (trở lại)

 Bắt đầu hoạt động của hệ mô phỏng bằng cách chọn ‘Run’

2.1.3 Danh sách các màn hình hiển thị của hệ mô phỏng “Passive BWR”

1 Passive BWR Plant Overview (tổng quan về nhà máy)

2 Passive BWR Control Loops (các vòng điều khiển)

3 Passive BWR Power/Flow Map & Controls (các bộ điều khiển và biểu đồ công suất/lưu lượng)

4 Passive BWR Reactivity & Setpoints (các điểm cài đặt và độ phản ứng)

5 Passive BWR Scram Parameters (các thông số dừng lò khẩn cấp)

6 Passive BWR Turbine Generator (máy phát tuốc-bin)

7 Passive BWR Feedwater & Extraction Steam (nước cấp và hơi nước lấy ra)

8 Passive BWR Containment (nhà lò)

9 Passive BWR Cleanup/ Shutdown Cooling System (hệ thống làm sạch/ làm mát sau dừng lò)

10 Passive BWR Trends (chiều hướng)

2.1.4 Các đặc điểm hiển thị chung của hệ mô phỏng “Passive BWR”

Hệ mô phỏng Passive BWR có 9 trang hay màn hình hiển thị tác động lẫn nhau Mỗi màn hình đều có cùng dữ kiện giống nhau ở phía trên và phía dưới, như sau:

 Phía trên của màn hình có chứa 21 báo hiệu và cảnh báo về nhà máy; những báo hiệu này cho biết những sự thay đổi trạng thái quan trọng trong các thông số của nhà máy mà đòi hỏi phải có những hành động của nhà vận hành;

 Góc bên phải phía trên cho thấy tình trạng của hệ mô phỏng:

21

 Cửa sổ bên dưới ‘Labview’ có một máy đếm mà đang tăng dần khi

‘Labview’ đang chạy; nếu ‘Labview’ bị đóng băng (frozen) (tức là các hiển thị không thể bị thay đổi) thì máy đếm sẽ không tăng lên

 Cửa sổ hiển thị ‘CASSIM’ sẽ có màu xanh lá và máy đếm bên dưới nó sẽ không tăng lên khi hệ mô phỏng bị đóng băng (frozen) (tức là các chương trình mô hình đang không chạy), và nó sẽ chuyển sang màu đỏ và máy đếm sẽ tăng lên khi hệ

mô phỏng đang chạy

 Để dừng (freeze) Labview hãy nhấp một lần lên nút ‘STOP’ (biểu tượng

“Stop” màu đỏ) ở góc trái phía trên; để khởi động lại ‘Labview’ nhấp vào biểu tượng  ở góc trái phía trên;

 Để bắt đầu quá trình mô phỏng nhấp vào ‘Run’ ở góc phải phía dưới; để

‘Stop’ (dừng) quá trình mô phỏng nhấp vào ‘Freeze’ ở góc phải phía dưới;

 Phía dưới của màn hình cho thấy các giá trị của các thông số cơ bản như:

 Công suất neutron lò phản ứng (reactor neutron power) (%)

 Công suất nhiệt của lò phản ứng (reactor thermal power) (%) – công suất nhiệt của lò phản ứng là phần trăm của công suất nhiệt định mức từ lò phản ứng, nó

có giá trị là 3926 MWt ở công suất toàn phần

 Công suất đầu ra của máy phát tuốc-bin (%) (turbine generator output power)

 Áp suất lò phản ứng (reactor pressure) (kPa)

 Lưu lượng qua lõi lò/lưu lượng vùng hoạt (core flow) (kg/s)

 Mực nước lò phản ứng (reactor water level) (m)

 Lưu lượng hơi nước của phần còn lại của nhà máy (balance of plant (BOP) steam flow) (kg/s) – điều đó có nghĩa là lưu lượng hơi nước sau van cô lập đường ống hơi nước chính (MSIV)

 Lưu lượng nước cấp (feedwater flow) (kg/s)

 Nhiệt độ trung bình của nhiên liệu (average fuel temperature) (0C)

 Góc trái bên dưới cho phép sự khởi xướng của hai sự kiện chính:

 ‘Reactor trip’ hay ‘reactor scram’ (dừng lò khẩn cấp)

22

 ‘Turbine trip’*

Những cái này tương ứng với các nút nhấn được cài cứng (được kiểm soát bằng mạch điện điện tử) trong phòng điều khiển thực tế

 Khung nằm trên các nút ngắt (“trip” buttons) cho biết màn hình hiển thị hiện đang được chọn (tức là ‘Plant Overview’); bằng cách nhấn và giữ mũi tên trong khung này tên của các màn hình hiển thị khác sẽ được đưa ra, và một màn hình hiển thị mới có thể được chọn bằng cách nhấn mạnh nó (highlight);

 Các nút còn lại ở góc phải phía dưới cho phép: điều khiển quá trình mô phỏng một lần lặp tại một thời điểm (‘Iterate’); việc chọn các điểm khởi tạo (‘IC’); việc nhập vào các sự cố (‘Malf’); và gọi màn hình trợ giúp ‘Help’

Như một qui tắc chung, tất cả các giá trị hiển thị động được đưa ra trong các khung hiển thị trên các màn hình đều theo những quy ước sau:

 Tất cả các giá trị áp suất đều được kí hiệu là “P” kế bên khung hiển thị, và có đơn vị là kPa;

 Tất cả các giá trị nhiệt độ đều được kí hiệu là “T” kế bên khung hiển thị, và

 Trạng thái của bơm – màu đỏ là đang chạy; màu xanh lá là dừng

*

Tuốc-bin “trip” xảy ra khi lượng hơi nước vào tuốc-bin giảm nhanh về 0 hay tốc

độ tuốc-bin vượt quá mức cho phép

23

2.2.1 Màn hình ‘Passive BWR Plant Overview’

Màn hình này cho thấy một ‘biểu đồ tuyến tính’ của các thông số và các hệ thống chính của nhà máy Không có thông tin đầu vào được gắn liền với màn hình này (không có cho nhập vào thông tin, chỉ xem mà thôi) Các thông số và các hệ thống được hiển thị bao gồm như sau (bắt đầu từ góc trái phía dưới):

 Lò phản ứng (REACTOR) là một mô hình động học ở dạng không gian 3 chiều (3-D)

 Các thông số lò phản ứng được hiển thị là:

Khu vực mái vòm lò phản ứng (reactor dome)

 Nhiệt độ hơi nước ở mái vòm (0C)

 Áp suất mái vòm (kPa)

 Mực nước lò phản ứng (m)

24

Khu vực lõi lò (reactor core)

 Tốc độ tăng/giảm công suất neutron (%/s) (neutron power rate)

 Công suất nhiệt phát ra bởi lõi lò (MW(th))

 Nhiệt độ nhiên liệu trung bình (0C)

 Tốc độ lưu lượng chất làm mát trong lõi lò (kg/s)

 Áp suất chất làm mát ở đầu ra của lõi lò (kPa)

 Nhiệt độ chất làm mát ở đầu ra lõi lò (0C)

 Chất lượng chất làm mát ở đầu ra lõi lò (X%)

 Vị trí các thanh điều khiển trong lõi lò (% của chiều dài tổng cộng trong lõi lò) Lưu ý giá trị độ phản ứng của các thanh điều khiển là như sau: 100% trong lõi – độ phản ứng – 170 milli-K; 100% ra khỏi lõi lò – độ phản ứng + 120 milli-K

 Bên ngoài thùng lò và vẫn nằm trong nhà lò cho thấy:

 Trạng thái của van MSIV: màu đỏ nghĩa là mở hoàn toàn

 Các đường ống hơi nước chính có các nhánh phụ kết nối tới các van xả an toàn (SRV), các van này được nối tới bể khử nhiệt bên trong nhà lò Ở đây tất cả các van SRV được thể hiện dưới dạng biểu tượng một van tương đương; trong thực

tế có một loạt các van SRV gắn liền với mỗi đường ống hơi nước chính; và có tất cả bốn đường ống hơi nước chính riêng biệt Do đó lưu lượng hơi nước được hiển thị

là lưu lượng hơi nước tổng thể qua tất cả các van SRV

 Bên ngoài nhà lò là các hệ thống của phần còn lại của nhà máy: máy phát tuốc-bin, nước cấp và hơi nước lấy ra Các thông số theo sau được hiển thị là:

 Trạng thái của các van điều khiển được biểu thị bởi màu sắc của chúng: màu xanh lá là đóng, đỏ là mở; các van sau đây được thể hiện cho hệ thống hơi nước:

Độ mở của van điều tốc tuốc-bin (%) (governor valve)

Độ mở của van nhánh phụ hơi nước (bypass valve) (%)

Công suất đầu ra của máy phát được tính toán từ lưu lượng hơi nước đi vào tuốc-bin

 Bơm hút sản phẩm ngưng tụ và bộ ngưng tụ không được mô phỏng nhưng trạng thái của bơm được hiển thị

25

 Sự mô phỏng của hệ thống nước cấp được đơn giản hóa rất nhiều; các thông

số được hiển thị trên màn hình tổng quan nhà máy là:

 Lưu lượng hơi nước tổng cộng đến các thiết bị sinh hơi (kg/s)

 Nhiệt độ trung bình của nước cấp sau khi qua các thiết bị nung nóng áp suất cao (HPHX)

 Trạng thái của các bơm nước cấp (FWP) được biểu thị là màu đỏ nếu có bất

kì bơm nào được bật (“ON”) hoặc màu xanh lá nếu tất cả các bơm đều tắt (“OFF”)

Ba đồ thị xu hướng (trend display) hiển thị các thông số sau:

 Công suất neutron lò phản ứng (reactor neutron power), công suất nhiệt lò phản ứng và công suất tuốc-bin (0-100%)

 Lưu lượng qua lõi lò, lưu lượng hơi nước, lưu lượng nước cấp (kg/s)

 Áp suất lò phản ứng (kPa)

2.2.2 Màn hình ‘Passive BWR Control Loops’

Màn hình này hiển thị tất cả các vòng điều khiển cơ bản cho nhà máy Passive BWR, và các thông số điều khiển cơ bản cho các vòng này Các thông số đó là:

26

 Tần số và công suất đầu ra của máy phát

 Lưu lượng nước cấp

 Áp suất lò phản ứng

 Mực nước lò phản ứng

 Lưu lượng qua lõi lò

 Lưu lượng hơi nước ở đường ống chính

 Lưu lượng hơi nước ở nhánh phụ

Các vòng điều khiển cơ bản là:

Kiểm soát các thanh điều khiển (Control rods control) – nhấn vào nút kế

bên ‘Control rod’ để hiển thị một cửa sổ hội thoại, mô tả các chức năng của hệ thống điều khiển Các đầu dẫn động thanh điều khiển tinh vi cùng với các bộ phận khác được thiết kế để tạo ra:

1) Việc đặt vào vị trí bằng động cơ điện đối với sự đưa vào và rút ra các thanh điều khiển ở chế độ bình thường;

2) Việc đưa thanh điều khiển vào một cách nhanh chóng nhờ thủy lực (SCRAM) để đáp ứng với các tín hiệu tự động hoặc bằng tay từ hệ thống bảo vệ lò phản ứng;

3) “Run-Ins” (nhập vào trong) một vài hoặc tất cả các thanh điều khiển bằng động cơ điện như là một cách để dẫn tới việc đưa các thanh vào để giảm công suất của lò phản ứng bằng một số lượng đáng kể

Đối với việc điều khiển bằng tay các thanh điều khiển, tới màn hình ‘Passive BWR Power/Flow Map & Controls’

Điều khiển công suất lò phản ứng – hệ thống điều khiển công suất đầu ra

của lò phản ứng gồm có hệ thống dẫn động thanh, các thanh điều khiển và hệ thống kiểm soát sự điều chỉnh công suất lò phản ứng Các thanh điều khiển và hệ thống dẫn động chúng giúp duy trì một mức công suất mong muốn không đổi bằng cách điều chỉnh vị trí của các thanh bên trong lõi lò

Điều khiển áp suất lò phản ứng – nhấn vào nút kế bên ‘Pressure Control

System’ để hiển thị một cửa sổ hội thoại, cửa sổ này mô tả các chức năng của hệ

27

thống điều khiển Khi lò phản ứng đang hoạt động ở một mức công suất thì áp suất của lò phản ứng được điều khiển một cách tự động để giữ nguyên không đổi Vì mục đích đó một thiết bị điều khiển áp suất được tạo ra và được sử dụng để điều chỉnh áp suất hơi nước đi vào tuốc-bin bằng cách mở và đóng van điều tốc tuốc-bin

và van nhánh phụ tuốc-bin Hiện thời giá trị cài đặt (setpoint) của áp suất lò phản ứng được thiết lập ở giá trị áp suất thiết kế của nhà máy là 7170 kPa

Điều khiển mực nước lò phản ứng – nhấn vào nút kế bên ‘ Feedwater

Control System’ để hiển thị một cửa sổ mô tả các chức năng của hệ thống điều khiển Để ngăn chặn nước đi theo hơi nước vào tuốc-bin cũng như để ngăn chặn việc lõi lò bị lộ ra (không có nước bao phủ), ba tín hiệu phát hiện lưu lượng nước cấp, lưu lượng hơi nước ở đường ống chính và mực nước trong thùng lò được cung cấp Lưu lượng nước cấp được điều khiển một cách tự động để duy trì mực nước được quy định nhờ một sơ đồ điều khiển “ba yếu tố”: lưu lượng hơi nước, lưu lượng nước cấp và mực nước Việc mở van điều khiển nước cấp đặt tại lối ra của các bơm nước cấp được điều chỉnh bởi tín hiệu điều khiển là kết quả của sơ đồ điều khiển

“ba yếu tố” này Để thay đổi giá trị cài đặt của mực nước lò phản ứng, tới màn hình

“Passive BWR Feedwater & Extraction Steam” và gọi ra cửa tương tác tương ứng

Điều khiển tuốc-bin – điều khiển tuốc-bin sử dụng một hệ thống điều khiển

thủy-điện để điều khiển các van tuốc-bin Trong quá trình vận hành bình thường, bộ phận điều khiển áp suất lò phản ứng giữ cho áp suất đầu vào của tuốc-bin không đổi, bằng cách hiệu chỉnh độ mở của van điều tốc tuốc-bin Nếu tốc độ của tuốc-bin tăng do sự bỏ tải đột ngột của máy phát thì bộ phận điều chỉnh tốc độ sẽ được ưu tiên để đóng van điều tốc tuốc-bin hơn bộ phận điều khiển áp suất lò phản ứng

Hệ thống nhánh phụ hơi nước tuốc-bin – nhà máy BWR mô phỏng được

thiết kế với một hệ thống nhánh phụ hơi nước tuốc-bin có sức chứa hơn 110% lưu lượng hơi nước định mức Vì thế trong trường hợp xảy ra bất kì sự nhiễu loạn nào của áp suất lò phản ứng, gây ra bởi sự tăng công suất lò phản ứng đột ngột hoặc do

sự bỏ tải của tuốc-bin hoặc do sự thay đổi tần số, và bộ phận điều khiển áp suất lò phản ứng không thể đối phó với sự thay đổi áp suất này đủ nhanh thì van nhánh phụ

bị loại bỏ và giá trị cài đặt đối với van nhánh phụ sẽ là 7170 kPa

2.2.3 Màn hình Passive BWR Power/Flow Map & Controls

Màn hình này hiển thị:

1) Mối quan hệ giữa công suất neutron lò phản ứng và lưu lượng qua lõi lò; 2) Các điều kiện của lõi lò phản ứng liên quan đến: chiều cao vùng sôi; mực nước; nhiệt độ nhiên liệu; lưu lượng, áp suất và nhiệt độ chất làm mát; nhiệt độ, lưu lượng và áp suất hơi nước;

29

3) Các sự điều khiển đối với việc dừng lò khẩn cấp, cũng như để thiết lập lại việc dừng lò; các bộ điều khiển TỰ ĐỘNG/BẰNG TAY cho các thanh điều khiển

BIỂU ĐỒ CÔNG SUẤT/LƯU LƯỢNG:

 Biểu đồ công suất/lưu lượng miêu tả mối quan hệ giữa công suất lò phản ứng

và lưu lượng qua lõi lò Trục nằm ngang là lưu lượng qua lõi lò (core flow) theo % của lưu lượng khi đạt công suất toàn phần Trục thẳng đứng là công suất neutron lò phản ứng theo % công suất toàn phần

 Bất kì bước vận hành nào làm thay đổi công suất và lưu lượng từ trạng thái này sang trạng thái khác thông qua sự vận động của thanh điều khiển đều có thể được phát hiện trên biểu đồ này

 Biểu đồ công suất/lưu lượng của lõi lò chỉ là một đường thẳng đơn và không

có sự điều khiển chủ động của lưu lượng qua lõi lò ở một mức công suất đã cho

 Các giới hạn được đặt ra để ngăn chặn sự vận hành trong một số vùng nhất định của biểu đồ Công suất-Lưu lượng

Để duy trì các giới hạn nhiệt của lõi lò và để tránh sự vận hành trên mức công suất cho phép, có ba biện pháp để ngăn chặn điều đó:

nào, công suất hiện thời vượt quá 105% của công suất được thiết kế cho tốc độ lưu lượng hiện thời (phù hợp với đường công suất-lưu lượng cực đại như được mô tả ở trên), thì việc rút các thanh điều khiển sẽ bị “khóa” (blocked) cho đến khi công suất

hạ xuống thấp hơn giá trị hiện tại 5% Nếu điều này xảy ra, báo hiệu “Hi Neut Pwr

vs Flow” (High Neutron Power vs Flow) (Công suất neutron cao so với lưu lượng)

sẽ có màu vàng, cũng như, ở màn hình ‘Passive BWR Reactivity & Control’ sẽ có một “thông báo màu vàng” nói rằng “Controls Rods Out Blocked” (Việc rút các thanh điều khiển ra đã bị khóa)

một thời điểm nào, công suất hiện thời vượt quá 110% của công suất được thiết kế cho tốc độ lưu lượng hiện tại (phù hợp với đường công suất-lưu lượng cực đại như được mô tả ở trên), thì các thanh điều khiển sẽ được đưa vào lõi lò để giảm công

30

suất một cách nhanh chóng và việc đưa các thanh vào (“Rods run-in”) sẽ bị dừng lại cho đến khi công suất đã giảm xuống thấp hơn giá trị hiện tại 10% Nếu điều này

xảy ra, báo hiệu “Hi Neut Pwr vs Flow” sẽ có màu vàng, cũng như báo hiệu “Rods

Run-in Req’d” (Đòi hỏi việc nhập vào các thanh điều khiển)

vượt quá 113% công suất được thiết kế cho tốc độ lưu lượng hiện tại (phù hợp với đường công suất-lưu lượng cực đại) thì lò phản ứng sẽ bị dừng

ĐỒ HỌA CỦA LÕI LÒ PHẢN ỨNG:

Phía bên phải của màn hình miêu tả các tình trạng của lõi lò phản ứng ở tất

cả các sự vận hành Các thiết bị điều khiển dành cho các thanh điều khiển cũng được cung cấp Bắt đầu từ dưới:

này khi bị nhấn sẽ cho phép người sử dụng chuyển đổi qua lại cho các thanh điều khiển ở dưới chế độ điều khiển “tự động” (auto) hay chế độ điều khiển “bằng tay” (manual) Nếu chúng ở chế độ “bằng tay”, trạng thái của nút sẽ được biểu thị là

“MAN”, và sau đó người sử dụng có thể điều khiển các thanh bằng cách nhấn nút phía trên số kí hiệu của nhóm các thanh điều khiển một cách tương ứng từ #1 đến

#8 Một cửa sổ hộp thoại sẽ xuất hiện khi nút này được nhấn, cho phép người sử dụng “đưa vào” hoặc “rút ra” từng nhóm thanh điều khiển riêng biệt bằng cách sử dụng nút nhấn “in” hoặc “out” một cách tương ứng trong cửa sổ hộp thoại Để dừng

chuyển động của các thanh, sử dụng nút nhấn “stop” trong cửa sổ hộp thoại

Khi FMCRDs ở chế độ “tự động, sơ đồ điều khiển tự động sẽ điều khiển các thanh, và các chi tiết của nó được mô tả ở màn hình ‘Passive BWR Reactivity & Controls’ Ở chế độ tự động (AUTO) tất cả các thanh điều khiển di chuyển cùng nhau theo điều khiển của hệ thống điều chỉnh công suất lò phản ứng