Tính toán phân tích an toàn thủy nhiệt cho sự cố vỡ ống tube bình sinh hơi lò phản ứng apr 1400 bằng phương trình relap 5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ TRÍ DÂN TÍNH TỐN PHÂN TÍCH AN TOÀN THỦY NHIỆT CHO SỰ CỐ VỠ ỐNG TUBE BÌNH SINH HƠI LỊ PHẢN ỨNG APR-1400 BẰNG CHƯƠNG TRÌNH RELAP Chuyên ngành: Kỹ thuật hạt nhân Mã số: KTHN11B-03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VƯƠNG HỮU TẤN Hà Nội – Năm 2012 LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban giám đốc Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân, Ban giám đốc Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam quan tâm sâu sắc tới công tác đào tạo cán bộ, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi học tập cơng tác tiến hành cơng trình nghiên cứu Đặc biệt xin chân thành cảm ơn Phó giáo sư, Tiến sĩ Vương Hữu Tấn, Cục trưởng Cục An toàn xạ Hạt nhân, người thầy dìu dắt tơi suốt q trình tơi thực luận văn Tơi xin giữ tình cảm tốt đẹp thầy , học tập xin xứng đáng với công lao dạy dỗ thầy Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trần Kim Tuấn, Viện trưởng Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường, quan tâm sâu sắc tới công việc nghiên cứu tôi, tạo điều kiện giúp tơi có ý tưởng bổ sung cho luận văn thêm đa dạng Tơi xin gửi lời cảm ơn tới ông Lê Đại Diễn, Giám đốc Trung tâm An toàn Hạt nhân, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân, nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội, giúp đỡ cho ý kiến quý báu để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn anh chị bạn đồng nghiệp Trung tâm An toàn Hạt nhân, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân, tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn Cuối tơi xin giành tất đạt ngày hôm cho người thân gia đình tơi, người ln hết lịng tơi sống đường tiến lên phía trước LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực tơi thực hiện, khơng chép chưa cơng bố cơng trình khác Học viên LÊ TRÍ DÂN MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I LÒ PHẢN ỨNG APR-1400 VÀ BÌNH SINH HƠI MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT 13 1.1 Tổng quan lò APR1400 13 1.2 Giới thiệu chung bình sinh (Steam-generator) lị APR-1400 17 1.3 Ống tube bình sinh 22 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ VỠ ỐNG TUBE BÌNH SINH HƠI (SGTR) 24 2.1 Giới thiệu cố vỡ ống tube bình sinh 24 2.2 Các biện pháp nhằm phòng ngừa ứng phó với cố SGTR 25 2.3 Các tiêu chuẩn an toàn cần quan tâm phân tích cố SGTR 26 2.4 Một số cố SGTR xảy 27 CHƯƠNG III CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN AN TỒN THỦY NHIỆT RELAP 29 3.1 Giới thiệu chương trình RELAP 29 3.2 Cấu trúc chương trình RELAP 29 3.3 Khái niệm node hóa số yêu cầu thực node hóa 31 3.4 Cơ sở lý thuyết chương trình 32 CHƯƠNG IV TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ VỠ ỐNG TUBE BÌNH SINH HƠI LỊ PHẢN ỨNG APR-1400 BẰNG CHƯƠNG TRÌNH RELAP 45 4.1 Sơ đồ node hóa hệ thống 45 4.2 Kết chạy trạng thái dừng lò phản ứng APR-1400 50 4.3 Tính tốn phân tích kết cho tốn vỡ ống tube bình sinh SGTR 52 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 79 BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt SGTR Steam generator Tube Rupture Vỡ ống tube bình sinh RCS Reactor Coolant System Hệ thống tải nhiệt MSIV Main Steam Isolation Valve Van lập đường DBA Design Basis Accident Tai nạn thiết kế PWR Pressurized Water Reactor Lò nước áp lực ECCS Emergency Core cooling Hệ thống làm mát khẩn cấp lò phản System ứng SAR Safety analysis report Báo cáo phân tích an tồn RPS Reactor Protection System Hệ thống bảo vệ lị phản ứng ATWS Anticipate Transient without Các cố dự tính trước mà Scam khơng phải dập lị CÁC KÝ TỰ TỐN HỌC A: Tiết diện dịng αg Tỷ số thể tích C: Hệ số khối lượng ảo P: Áp suất FWG: Ma sát kéo tường cho pha khí FWF: Ma sát kéo tường chop lỏng FIG: Ma sát kéo mặt tiếp xúc chop khí FIF: Ma sát kéo mạt tiếp xúc cho pha lỏng : Enthalpy pha khí : Enthalpy pha lỏng ρg Mật độ pha khí ρf Mật độ pha lỏng ρb: Mật độ Boron Q wg : Tốc độ truyền nhiệt đơn vị thể tích pha khí Q wf : Tốc độ truyền nhiệt đơn vị thể tích pha lỏng Mn: Khối lượng lượng khí khơng ngưng pha khí Ms: Khối lượng nước giai đoạn khí Ts: Nhiệt độ bão hịa Tf: Nhiệt độ pha lỏng Tg: Nhiệt độ pha khí v f: Vận tốc pha lỏng v f v g: Vận tốc pha khí v g Ug Nội pha khí Uf Nội pha lỏng Tốc độ trao đổi thể tích khối pha khí Tốc độ trao đổi thể tích khối pha lỏng Xn: Chất lượng khơng ngưng tụ (noncondensable quality) DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình vẽ Trang Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống lị phản ứng APR-1400 14 Hình 1.2: Bình sinh lị phản ứng APR-1400 18 Hình 1.3: Hiệu suất nhiệt thiết kế tiết kiệm ( Economizer) 19 Hình 1.4: Sơ đồ dịng lưu chuyển bình sinh 20 Hình 1.5: Ống chữ U bình sinh 22 Hình 3.1: Cấu trúc khối liệu cao(TOP) 30 Hình 3.2: Cấu trúc khối transient/steady-state ( TRNCTL) 30 Hình 3.3: Truyền nhiệt mặt tiếp xúc khối chất lớp biên gần 40 tường cho subcooled boiling.) Hình 4.1: Sơ đồ node hóa hệ thống 48 Hình 4.2: Mơ hình hóa vết vỡ 49 Hình 4.3: Áp suất bình điều áp hai bình sinh thời 56 gian xảy cố Hình 4.4: Mức nước bình điều áp khoang bình sinh 58 Hình 4.5: Đồ thị lưu lượng dịng dị vị trí vỡ 60 Hình 4.6: Đồ thị thể tốc độ dòng khối vị trí bình sinh 61 xảy cố Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn tốc độ bơm thời gian xảy cố 62 Hình 4.8: Đồ thị biên thiên DNBR thời gian xảy cố 62 Hình 4.9: Đồ thị biến thiên áp st tồn hệ thống 64 Hình 4.10: Đồ thị biến thiên áp suất toàn hệ thống hai vị trí 64 vỡ khác Hình 4.11: Đồ thị biến thiên áp suất hệ thống (vỡ volume 9-10) 65 Hình 4.12: Đồ thị so sánh độ biến thiên áp suất hệ sơ cấp hai vị 66 trí :vỡ volume 3-4(chân nóng) vỡ volume 9-10(chân lạnh) Hình 4.13: Đồ thị biến thiên áp suât toàn hệ thống 67 Hình 4.14: Đồ thị biến thiên áp suất tồn hệ thống với hai kích 68 thước vỡ khác Hình 4.15: Đồ thị so sánh biến thiên áp suất trường hợp với số 69 lượng ống bị vỡ khác Hình 4.16: Sự phụ thuộc thời điểm dập lò vào số lượng ống bị vỡ 70 Hình 4.17: Đồ thị so sánh biến thiên áp suất trình xảy cố 73 Hình 4.18: Đồ thị so sánh kết mức nước bình điều áp 74 hai bình sinh Hình 4.19: Đồ thị so sánh kết lưu lượng dịng bình sinh 75 5610231 1.0003e+7 39.05147 0.0 0.0 5610232 1.0297e+7 36.96957 0.0 0.0 5610233 1.0689e+7 34.82458 0.0 0.0 5610234 1.0983e+7 32.6165 0.0 0.0 5610235 1.1376e+7 30.28224 0.0 0.0 5610236 1.1768e+7 27.8849 0.0 0.0 5610237 1.2062e+7 25.29829 0.0 0.0 5610238 1.2454e+7 22.5855 0.0 0.0 5610239 1.2749e+7 19.68346 0.0 0.0 5610240 1.3141e+7 16.46597 0.0 0.0 5610241 1.3435e+7 12.93304 0.0 0.0 5610242 1.3827e+7 8.83232 0.0 0.0 5610243 1.4122e+7 3.280576 0.0 0.0 5610244 1.4514e+7 0.0 0.0 * -* Hydro 562 / tmdpjun : hpsi_b3 * -5620000 hpsi_b3 tmdpjun 5620101 932000000 485010001 0.0 88 5620200 5620201 -1.0 034 p 0.0 146020000 0.0 0.0 5620202 0.0000e+0 83.52851 0.0 0.0 5620203 3.9227e+5 82.26675 0.0 0.0 5620204 6.8647e+5 81.00499 0.0 0.0 5620205 1.0787e+6 79.74323 0.0 0.0 5620206 1.3729e+6 78.41838 0.0 0.0 5620207 1.7652e+6 77.15662 0.0 0.0 5620208 2.0594e+6 75.83178 0.0 0.0 5620209 2.4517e+6 74.50693 0.0 0.0 5620210 2.7459e+6 73.11899 0.0 0.0 5620211 3.1381e+6 71.79414 0.0 0.0 5620212 3.4323e+6 70.40621 0.0 0.0 5620213 3.8246e+6 69.01827 0.0 0.0 5620214 4.1188e+6 67.56725 0.0 0.0 5620215 4.5111e+6 66.11622 0.0 0.0 5620216 4.8053e+6 64.6652 0.0 0.0 5620217 5.1975e+6 63.15109 0.0 0.0 5620218 5.4917e+6 61.63698 0.0 0.0 89 5620219 5.8840e+6 60.12286 0.0 0.0 5620220 6.1782e+6 58.54566 0.0 0.0 5620221 6.5705e+6 56.96846 0.0 0.0 5620222 6.8647e+6 55.39126 0.0 0.0 5620223 7.2569e+6 53.68789 0.0 0.0 5620224 7.5511e+6 52.0476 0.0 0.0 5620225 7.9434e+6 50.28114 0.0 0.0 5620226 8.2376e+6 48.57776 0.0 0.0 5620227 8.6299e+6 46.74821 0.0 0.0 5620228 8.9241e+6 44.91866 0.0 0.0 5620229 9.3163e+6 43.02602 0.0 0.0 5620230 9.6105e+6 41.07029 0.0 0.0 5620231 1.0003e+7 39.05147 0.0 0.0 5620232 1.0297e+7 36.96957 0.0 0.0 5620233 1.0689e+7 34.82458 0.0 0.0 5620234 1.0983e+7 32.6165 0.0 0.0 5620235 1.1376e+7 30.28224 0.0 0.0 5620236 1.1768e+7 27.8849 0.0 0.0 5620237 1.2062e+7 25.29829 0.0 0.0 90 5620238 1.2454e+7 22.5855 0.0 0.0 5620239 1.2749e+7 19.68346 0.0 0.0 5620240 1.3141e+7 16.46597 0.0 0.0 5620241 1.3435e+7 12.93304 0.0 0.0 5620242 1.3827e+7 8.83232 0.0 0.0 5620243 1.4122e+7 3.280576 0.0 0.0 5620244 1.4514e+7 0.0 0.0 * -* Hydro 563 / tmdpjun : hpsi1jun * -5630000 hpsi1jun tmdpjun 5630101 933000000 486010001 0.0 5630200 5630201 -1.0 035 p 0.0 141020000 0.0 0.0 5630202 0.0000e+0 83.52851 0.0 0.0 5630203 3.9227e+5 82.26675 0.0 0.0 5630204 6.8647e+5 81.00499 0.0 0.0 5630205 1.0787e+6 79.74323 0.0 0.0 5630206 1.3729e+6 78.41838 0.0 0.0 91 5630207 1.7652e+6 77.15662 0.0 0.0 5630208 2.0594e+6 75.83178 0.0 0.0 5630209 2.4517e+6 74.50693 0.0 0.0 5630210 2.7459e+6 73.11899 0.0 0.0 5630211 3.1381e+6 71.79414 0.0 0.0 5630212 3.4323e+6 70.40621 0.0 0.0 5630213 3.8246e+6 69.01827 0.0 0.0 5630214 4.1188e+6 67.56725 0.0 0.0 5630215 4.5111e+6 66.11622 0.0 0.0 5630216 4.8053e+6 64.6652 0.0 0.0 5630217 5.1975e+6 63.15109 0.0 0.0 5630218 5.4917e+6 61.63698 0.0 0.0 5630219 5.8840e+6 60.12286 0.0 0.0 5630220 6.1782e+6 58.54566 0.0 0.0 5630221 6.5705e+6 56.96846 0.0 0.0 5630222 6.8647e+6 55.39126 0.0 0.0 5630223 7.2569e+6 53.68789 0.0 0.0 5630224 7.5511e+6 52.0476 0.0 0.0 5630225 7.9434e+6 50.28114 0.0 0.0 92 5630226 8.2376e+6 48.57776 0.0 0.0 5630227 8.6299e+6 46.74821 0.0 0.0 5630228 8.9241e+6 44.91866 0.0 0.0 5630229 9.3163e+6 43.02602 0.0 0.0 5630230 9.6105e+6 41.07029 0.0 0.0 5630231 1.0003e+7 39.05147 0.0 0.0 5630232 1.0297e+7 36.96957 0.0 0.0 5630233 1.0689e+7 34.82458 0.0 0.0 5630234 1.0983e+7 32.6165 0.0 0.0 5630235 1.1376e+7 30.28224 0.0 0.0 5630236 1.1768e+7 27.8849 0.0 0.0 5630237 1.2062e+7 25.29829 0.0 0.0 5630238 1.2454e+7 22.5855 0.0 0.0 5630239 1.2749e+7 19.68346 0.0 0.0 5630240 1.3141e+7 16.46597 0.0 0.0 5630241 1.3435e+7 12.93304 0.0 0.0 5630242 1.3827e+7 8.83232 0.0 0.0 5630243 1.4122e+7 3.280576 0.0 0.0 5630244 1.4514e+7 0.0 0.0 93 * -* General Table 101 : reac-t * -20210100 * reac-t time (sec) 009 reactivity (dollar) 20210101 0.5 0.00000 20210102 0.97 -0.03371 20210103 1.21 -0.10557 20210104 1.4 -0.21666 20210105 1.58 -0.35635 20210106 1.75 -0.55784 20210107 1.92 -0.85372 20210108 2.08 -1.16126 20210109 2.22 -1.55008 20210110 2.39 -2.05041 20210111 2.55 -2.64579 20210112 2.7 -3.29192 20210113 2.86 -4.00059 20210114 3.05 -4.82552 94 20210115 3.2 -5.86466 20210116 3.4 -7.14157 20210117 3.6 -8.56709 20210118 3.8 -9.88983 20210119 4.0 -10.85087 20210120 4.26 -11.31319 20210121 4.67 -11.42277 20210122 100.0 -11.42278 20210123 1.0e10 -11.42279 20210120 4.26 -11.31319 20210121 4.67 -11.42277 20210122 100.0 -11.42278 20210123 1.0e10 -11.42279 *============================================== * Reactor Kinetics *============================================== * 30000000 point separabl 30000001 gamma-ac 4062.66e6 0.0 225.1143 95 1.2 30000002 ans73 * 30000011 101 * Bang dap lo = 101 30000401 4062.66e6 520 wk * * -* * 30000501 0.000 -32.494 30000502 50.001 -25.963 30000503 100.002 -20.324 30000504 150.003 -15.513 30000505 200.003 -11.470 30000506 250.004 -8.132 30000507 300.005 -5.440 30000508 350.006 -3.331 30000509 400.007 -1.744 30000510 450.008 -0.640 30000511 500.009 0.140 96 30000512 550.010 0.505 30000513 600.010 0.580 30000514 656.401 0.441 30000515 699.592 0.228 30000516 703.155 3.019e-3 30000517 800.014 -0.489 30000518 836.205 -0.809 * temp.(K) reactivity * 30000601 310.928 4.363 30000602 366.483 3.906 30000603 422.039 3.475 30000604 477.594 3.082 30000605 533.150 2.701 30000606 569.261 2.472 30000607 585.928 2.358 30000608 644.261 2.003 30000609 699.817 1.673 30000610 755.372 1.368 97 30000611 810.928 1.064 30000612 866.483 0.772 30000613 922.039 0.480 30000614 1088.706 -0.320 30000615 1366.483 -1.525 30000616 1644.261 -2.616 30000617 1922.039 -3.619 30000618 2199.817 -4.545 30000619 2477.594 -5.421 30000620 3033.150 -7.045 30000621 8033.150 -7.045 * 30000701 220010000 0.0116 30000702 220020000 0.0150 30000703 220030000 0.0192 30000704 220040000 0.0236 30000705 220050000 0.0287 30000706 220060000 0.0348 30000707 220070000 0.0419 98 30000708 220080000 0.0496 30000709 220090000 0.0572 30000710 220100000 0.0642 30000711 220110000 0.0702 30000712 220120000 0.0746 30000713 220130000 0.0769 30000714 220140000 0.0773 30000715 220150000 0.0758 30000716 220160000 0.0725 30000717 220170000 0.0670 30000718 220180000 0.0588 30000719 220190000 0.0475 30000720 220200000 0.0341 * 30000801 2201001 0.0116 30000802 2201002 0.0150 30000803 2201003 0.0192 30000804 2201004 0.0236 30000805 2201005 0.0287 99 30000806 2201006 0.0348 30000807 2201007 0.0419 30000808 2201008 0.0496 30000809 2201009 0.0572 30000810 2201010 0.0642 30000811 2201011 0.0702 30000812 2201012 0.0746 30000813 2201013 0.0769 30000814 2201014 0.0773 30000815 2201015 0.0758 30000816 2201016 0.0725 30000817 2201017 0.0670 30000818 2201018 0.0588 30000819 2201019 0.0475 30000820 2201020 0.0341 * End of Input - 100 B Trích Output file thời điểm 1450s: 0MAJOR EDIT !!!time= 1450.00 attempted adv: tot.= 55514 0.100000 edit= sec ms.red= 188.425 repeated adv: tot.= sec tot.ms= 752861 edit= 4.053984E-06 min.dt= 0.100000 sec last dt= kg max.dt= 0.100000 sec crnt.dt= 0.208890 edit= 500 avg.dt= 0.100000 sec err.est= m.rato= 2.379254E-04 requested adv: tot.= 14500 sec 500 kg successful adv: tot.= 55513 219.400 sec edit= time= 1450.00 500 req.dt= 0.100000 sec sec 0Trip number, trip time (sec) … vapor mass ncond qual (Pa) (Watts/m3-K) (K) (kg) 440-010000 9.75606E+06 3.34194E+07 582.30 0.0000 0.0000 440-020000 9.74507E+06 3.34194E+07 582.22 0.0000 0.0000 440-030000 9.73217E+06 3.34194E+07 582.12 0.0000 0.0000 440-040000 9.71736E+06 3.34194E+07 582.01 0.0000 0.0000 440-050000 9.70299E+06 3.34194E+07 581.90 0.0000 0.0000 440-060000 9.69595E+06 3.34194E+07 581.85 0.0000 0.0000 101 cpu= 440-070000 9.69558E+06 3.34194E+07 581.85 0.0000 0.0000 440-080000 9.70192E+06 3.34194E+07 581.89 0.0000 0.0000 440-090000 9.71540E+06 3.34194E+07 581.99 0.0000 0.0000 440-100000 9.72937E+06 3.34194E+07 582.10 0.0000 0.0000 440-110000 9.74159E+06 3.34194E+07 582.19 0.0000 0.0000 440-120000 9.75205E+06 3.34194E+07 582.27 0.0000 0.0000 750-010000 7.61524E+06 1.98206E+05 564.70 0.0000 0.0000 750-020000 7.60501E+06 2.09352E+05 564.60 0.0000 0.0000 750-030000 7.59594E+06 2.29801E+05 564.52 0.0000 0.0000 750-040000 7.58690E+06 2.07733E+05 564.44 0.0000 0.0000 750-050000 7.58166E+06 63440 564.39 102 0.0000 0.0000 ... thiết kế lò phản ứng APR- 1400 với thiết kế bình sinh Nghiên cứu cố vỡ ống tube bình sinh thơng qua việc sử dụng chương trình RELAP để phân tích cho cố vỡ ống tube bình sinh lò phản ứng APR1 400 Dựa... Các phương trình nêu phương trình sử dụng làm sở tính tốn cho chương trình tính tốn phân tích an tồn cố RELAP 44 CHƯƠNG IV TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ VỠ ỐNG TUBE BÌNH SINH HƠI LỊ PHẢN ỨNG APR- 1400. .. PHÂN TÍCH SỰ CỐ VỠ ỐNG TUBE BÌNH SINH HƠI LỊ PHẢN ỨNG APR- 1400 BẰNG CHƯƠNG TRÌNH RELAP 45 4.1 Sơ đồ node hóa hệ thống 45 4.2 Kết chạy trạng thái dừng lò phản ứng APR- 1400 50