NGUYỄN AN SƠN OPR1000 VÀ CÁC BÀI THỰC HÀNH MÔ PHỎNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Kỹ thuật NGUYỄN AN SƠN OPR1000 VÀ CÁC BÀI THỰC HÀNH MÔ PHỎNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH i Lời mở đầu Vật lý Lò phản ứng (LPU) hạt nhân là môn học bắt buộc trong đào tạo Kỹ thuật hạt nhân, Công nghệ hạt nhân, Vật lý hạt nhân. Trong quá trình đào tạo, Lý thuyết LPU hạt nhân được chú trọng. Ở các nước có sử dụng nhà máy điện hạt nhân, để tiến hành công tác vận hành LPU, thì việc thực hành trên hệ mô phỏng luôn là cần thiết cho các kỹ sư vận hành LPU. Trong khuôn khổ hợp tác giữa Trường Đại học Đà Lạt với Công ty Thủy điện và Điện hạt nhân Hàn Quốc (KHNP), Trường Đại học Hanyang, Hiệp hội Hạt nhân Hàn Quốc (KNA), hệ mô phỏng hoạt động của lõi LPU OPR1000 được tài trợ. Để phục vụ cho việc tính toán các thông số vật lý của LPU nhằm đưa ra các khuyến cáo về an toàn khi vận hành, các dự báo rủi ro khi vận hành trên LPU cải tiến dạng nước áp lực OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000 MWe - OPR1000); đồng thời cung cấp thiết bị huấn luyện cho các kỹ sư, giảng dạy các chuyên ngành công nghệ và kỹ thuật hạt nhân, Công ty Điện lực Hàn Quốc KEPCO (Korea Electric Power Corporation - KEPCO) và Công ty KHNP đã thiết kế, chế tạo hệ mô phỏng lõi lò OPR1000 - Core Simulator OPR1000 (CoSi OPR1000). Các thông số, số liệu của CoSi OPR1000 được lấy từ số liệu vận hành (số liệu thực) của hai nhà máy điện hạt nhân Shin- Kori 1 và 2. Đến nay, thiết bị CoSi OPR1000 đã cải tiến qua bốn giai đoạn nhằm tiến gần đến giá trị vận hành thực của Lò OPR1000. Ngoài việc khuyến cáo an toàn khi vận hành Lò OPR1000, hệ CoSi OPR1000 còn làm nhiệm vụ nâng cao trình độ vận hành cho các nhân viên của nhà máy điện hạt nhân. Với mục đích trang bị cho người học những kiến thức trong vận hành, mô phỏng LPU OPR1000, cuốn sách OPR1000 và các bài thực hành mô phỏng được biên soạn. Nội dung cuốn sách gồm các phần chính sau: Phần I - Tổng quan - trình bày tổng quan các quá trình phát triển ii nhà máy điện hạt nhân trên thế giới; một số thông số thiết kế, xây dựng nhà máy điện hạt nhân sử dụng loại LPU OPR1000. Phần II - Cơ sở lý thuyết - trình bày tổng quan lý thuyết về ảnh hưởng của công suất, thông lượng neutron,… do tác động bởi sự thay đổi nồng độ boron, vị trí thanh điều khiển. Phần III - Các bài thực hành trên hệ mô phỏng CoSi OPR1000. Bài thí nghiệm số 1. Khảo sát cấu hình của hệ thiết bị mô phỏng và chức năng của phần mềm điều khiển - Phần mềm CoSi bao gồm: mô-đun kiểm tra thông số chính của LPU, mô-đun biểu đồ theo thời gian thực, mô-đun vận hành thanh điều khiển, mô-đun thiết lập người dùng, mô-đun thể hiện mô hình 2D, 3D của lõi LPU, mô-đun cảnh báo công suất cao, mô-đun thiết lập trao đổi các nhóm thanh dập lò và RAST-K; cách kết nối vận hành CoSi OPR1000 bằng nhiều hệ máy tính ghép nối sử dụng phần mềm Teamviewer. Bài thí nghiệm số 2. Đo độ phản ứng bằng cách thay đổi vị trí thanh điều khiển - Xác định độ phản ứng của lò OPR1000 khi thay đổi vị trí thanh điều khiển, không thay đổi pha loãng nồng động boron; xác định độ phản ứng của lò OPR1000 theo vị trí thanh điều khiển khi LPU đạt trạng thái tới hạn; xác định vị trí nhóm thanh điều khiển để lò OPR1000 đạt trạng thái tới hạn; khảo sát sự phụ thuộc độ phản ứng của lò OPR1000 theo vị trí thanh điều khiển khi không có sự tham gia của boron trong chất trao đổi nhiệt; khảo sát khả năng giới hạn an toàn lò OPR1000 dựa vào vị trí thanh điều khiển khi nồng độ boron thấp (900 ppm). Bài thí nghiệm số 3. Xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn của lò phản ứng - Xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp rút hoàn toàn tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn ra khỏi LPU - ARO (All Rod Out); xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp giữ nhóm thanh an toàn SB ở vị trí sâu nhất trong lò, đồng thời rút tất cả các nhóm thanh an toàn và điều khiển còn lại ra khỏi lò - ARI SB (All Rod In SB); xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp giữ nhóm thanh điều khiển R1 ở vị trí sâu nhất trong lò, đồng thời iii rút tất cả các nhóm thanh an toàn và điều khiển còn lại ra khỏi lò - ARI R1 (All Rod In R1); xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp cố định nhóm thanh điều khiển R5 ở vị trí 191 cm lò, đồng thời rút tất cả các nhóm thanh an toàn và điều khiển còn lại ra khỏi lò. Bài thí nghiệm số 4. Khảo sát trạng thái tới hạn của lò phản ứng bằng phương pháp điều chỉnh nhóm thanh an toàn - Khảo sát trạng thái tới hạn của nhóm thanh an toàn SA trên toàn bộ chiều dài thanh; khảo sát trạng thái tới hạn của nhóm thanh an toàn SB trên toàn bộ chiều dài thanh. Bài thí nghiệm số 5. Xác định hệ số đẳng nhiệt - Xác định hệ số đẳng nhiệt của LPU OPR1000; xác định hệ số nhiệt độ của chất làm chậm trong LPU OPR1000. Bài thí nghiệm số 6. Khảo sát mối tương quan nhiệt độ và độ phản ứng - Tiến hành khảo sát tìm mối tương quan nhiệt độ và độ phản ứng ở trạng thái tới hạn của LPU OPR1000 theo hai cơ chế: cơ chế làm mát (Cooling) và cơ chế nung nóng (Heating) vùng hoạt LPU. Bài thí nghiệm số 7. Khảo sát công suất toàn phần của lò phản ứng - Xác định mối liên hệ giữa công suất và nhiệt độ chất làm chậm trong lõi LPU; khảo sát mối liên hệ giữa công suất và độ phản ứng khi đưa lần lượt các nhóm thanh điều khiển từ R5-R1 vào trong lõi LPU; khảo sát mối liên hệ giữa công suất và độ phản ứng khi đưa lần lượt các nhóm thanh an toàn SA, SB vào trong lõi LPU; khảo sát công suất từ 100 0 dưới sự ảnh hưởng của boron; khảo sát công suất từ 75 100, sử dụng nhóm thanh điều khiển R5; khảo sát công suất từ 100 75, sử dụng nhóm thanh điều khiển R5. Bài thí nghiệm số 8. Khảo sát thông lượng neutron - Xác định sự thay đổi thông lượng neutron nhiệt theo thời gian khi LPU đạt trạng thái tới hạn, dưới tới hạn, trên tới hạn. Bài thí nghiệm số 9. Xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm - Xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi vị trí các thanh điều khiển đều nằm vị trí cao nhất trong lò phản iv ứng (ARO); xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn nằm ở vị trí cao nhất ngoại trừ nhóm thanh điều khiển SB ở vị trí sâu nhất trong lò phản ứng (ARI SB); xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn nằm ở vị trí cao nhất ngoại trừ nhóm thanh điều khiển R1 ở vị trí sâu nhất trong lò phản ứng (ARI R1); xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn nằm ở vị trí cao nhất ngoại trừ nhóm thanh điều khiển SB ở vị trí sâu nhất trong lò phản ứng (R5 = 190 cm). Với các bài thực tập này, người học sẽ được thực hành cho các trường hợp vận hành LPU ở các trạng thái dưới tới hạn, tới hạn và trên tới hạn. Ảnh hưởng của nồng độ boron lên độ phản ứng, công suất, nhiệt độ, cũng như thông lượng netron trong LPU. Mỗi bài thực hành, người học thực hiện trong khoảng từ 10 giờ đến 15 giờ, tương đương với môn học 4 tín chỉ thực hành . Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đức Hòa, Hiệu trưởng Trường Đại học Đà Lạt đã cho phép các thực nghiệm trên hệ CoSi OPR1000; cảm ơn quý thầy, cô Khoa Kỹ thuật hạt nhân - Trường Đại học Đà Lạt đã đóng góp những ý kiến hữu ích để hoàn thiện tài liệu này; cảm ơn hai em Trần Trung Nguyên, Trần Quốc Tuấn - cựu sinh viên Khóa I ngành Kỹ thuật hạt nhân - Trường Đại học Đà Lạt đã tiến hành các đo đạc thực nghiệm giúp kiểm chứng các bài thí nghiệm. Tác giả mong nhận được các ý kiến đóng góp của đồng nghiệp, độc giả, các nhà nghiên cứu và các em sinh viên về bố cục, nội dung để hoàn thiện hơn trong các lần tái bản. v MỤC LỤC PHẦN 1. TỔNG QUAN .................................................................. 1 1.1. Quá trình phát triển năng lượng hạt nhân ................................. 1 1.1.1. Thế giới .......................................................................... 1 1.1.2. Việt Nam ........................................................................ 2 1.2. Tổng quan về các loại LPU hạt nhân ........................................ 3 1.2.1. Lò nước nhẹ ................................................................... 3 1.2.2. Lò nước nặng ................................................................. 4 1.2.3. Lò sử dụng khí để làm mát ............................................. 4 1.3. LPU hạt nhân OPR1000 ............................................................ 5 1.4. Mô tả thiết kế loại lò OPR1000 ................................................ 9 1.4.1. Cấu trúc và xây dựng ..................................................... 9 1.4.2. Các hệ thống chính của LPU OPR1000 ....................... 10 1.4.3. Hệ thống thứ cấp (Secondary System) ......................... 18 1.4.4. Bộ điều khiển và hệ thống điện (Control and Electrical Systems) ................................................................................. 21 1.5. Đặc điểm thiết kế chính về sự an toàn .................................... 24 1.5.1. An toàn ......................................................................... 24 1.5.2. Ngăn chặn tai nạn nghiêm trọng .................................. 25 Tài liệu tham khảo.......................................................................... 27 PHẦN 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................... 28 2.1. Các định nghĩa tổng quát và các yêu cầu đối với các hệ số độ phản ứng ......................................................................................... 35 2.2. Các dạng hiệu ứng độ phản ứng.............................................. 37 2.2.1. Hiệu ứng nhiệt độ của độ phản ứng .............................. 38 vi 2.2.2. Hiệu ứng công suất của độ phản ứng ............................ 45 2.3. Điều chỉ nh công suất và độ phản ứng trong LPU ................... 50 2.3.3. Điều chỉ nh độ phản ứng bằng các thanh ....................... 53 2.3.3. Điều chỉ nh độ phản ứng bằng dung dịch boron ............ 56 Tài liệu tham khảo.......................................................................... 56 PHẦN 3. CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN HỆ MÔ PHỎNG CoSi OPR1000 ........................................................................................ 58 3.1. Bài thí nghiệm số 1. Khảo sát cấu hình của hệ thiết bị mô phỏng và chức năng của phần mềm điều khiển - Investigation of CoSi Configuration and its functions for control of the system ............. 58 3.2. Bài thí nghiệm số 2. Đo độ phản ứng bằng cách thay đổi vị trí thanh điều khiển - Measurement of Dynamic Control Rod Reactivity ........................................................................................................ 88 3.3. Bài thí nghiệm số 3. Xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn của lò phản ứng - Determination of Critical Boron Concentration ...................................................................................................... 107 3.4. Bài thí nghiệm số 4. Khảo sát trạng thái tới hạn của lò phản ứng bằng phương pháp điều chỉ nh nhóm thanh an toàn - Investigation of critical status of core by insertingwithdrawing safety rod groups ...................................................................................................... 117 3.5. Bài thí nghiệm số 5. Xác định hệ số đẳng nhiệt - Determination of Isothermal Coeficient............................................................... 122 3.6. Bài thí nghiệm số 6. Khảo sát mối tương quan nhiệt độ và độ phản ứng - Investigation of a collaration between temperature and reactivity of core .......................................................................... 132 3.7. Bài thí nghiệm số 7. Khảo sát công suất toàn phần của lò phản ứng - Evaluation of hot full power in the reactor ......................... 139 3.8. Bài thí nghiệm số 8. Khảo sát thông lượng neutron - Exploration of thermal Neutron flux................................................................ 149 vii 3.9. Bài thí nghiệm số 9. Xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm - Determination of crriticality point for safe approach of core by inverse count rate ratio ...................................................................................................... 157 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG TÀI LIỆU Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ARI All Rod In Đưa tất cả các thanh vào ARO All Rod Out Đưa tất cả các thanh ra CBC Critical Boron Concentration Hàm lượng boron khi LPU ở trạng thái tới hạn CEA Control Element Assembly Bó thanh điều khiển CEDMCS Control Element Drive Mechanism Control System Hệ thống điều khiển định vị các thành phần điều khiển CPC Core Protection Calculator Bộ tính toán an toàn lõi lò CVCS Chemical and Volume Control System Hệ thống điều khiển thể tích và xử lý hóa DCRM Dynamic Control Rod Reactivity Measurement Đo độ phản ứng của thanh điều khiển ở trang thái động EARO Essentially All Rods Out Rút toàn bộ các thanh ra ngoài FTC Fuel Temperature Coefficient Hệ số nhiệt độ của nhiên liệu IBW Inverse boron Worth Giá trị hàm lượng boron vòng phản hồi ITC Isothermal Temperature Coefficient Hệ số đẳng nhiệt ix KHNP Korea Hydro Nuclear Power Co., Ltd Công ty TNHH Thủy điện và Điện hạt nhân Hàn Quốc LPPT Low Power Physics Test Kiểm tra trạng thái vật lý công suất thấp MCP Measured Critical Position Vị trí tới hạn MG Manual Group Nhóm điều khiển bằng tay MI Manual Individual Điều khiển bằng tay riêng lẻ MTC Moderator Temperature Coefficient Hệ số nhiệt độ của chất làm chậm NSSS Nuclear Steam Supply System Hệ thống sinh hơi PMAS Plant Monitoring and Annunciator System Hệ thống chỉ thị và giám sát nhà máy PSCEA Part Strength Control Element Assembly Bó thanh điều khiển độ lớn thành phần PZR Pressurizer Bình áp suất RCP Reactor Coolant Pump Bơm làm mát LPU SBCS Steam Bypass Control System Hệ thống điều khiển cho hơi truyền qua VCT Volume Control Tank Thùng thay đổi dung tích x CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT TRÊN GIAO DIỆN CoSi OPR1000 Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt GRP Group Nhóm thanh CEOMCS operator module Control Element Of Manual Control System operator module Thay đổi các yếu tố điều khiển bằng tay STANDBY Standby Điều khiển hoạt động theo chế độ vận hành thực Manual Individual Điều khiển từng thanh riêng lẻ theo ý của người điều khiển Manual Group Điều khiển từng nhóm thanh riêng lẻ theo ý của người điều khiển Auto Sequential Chế độ chạy tự động Motion Inhibit Chế độ khóa màn hình Withdraw - Insert Rút thanh raĐưa thanh vào trong lõi LPU Group select Chọn các nhóm thanh từ 1-p (1, 2 là nhóm an toàn SA, SB; 3-7 là các nhóm thanh điều khiển; 8 là nhóm thanh dẫn động, nhóm P) PS group select Parth strength group select Thanh dẫn động Test step Các bước thực nghiệm Commented NA1: Không thể bổ sung vì các từ này không viết tắt, chỉ viết trên giao diện như vậy. xi Approach to Critical Điều khiển để LPU đạt tới trạng thái tới hạn POAH Point Of Adding Heat Điểm cộng nhiệt BEP Boron End Point Nồng độ boron tới hạn ITC Isothermal Temprature Coefficient Hệ số đẳng nhiệt Bank Worth Giá trị của các nhóm thanh Etc Et cetera Hiển thị các chức năng khác (chức năng 2 chiều, 3 chiều, số đếm detector, thiết lập cảnh báo công suất) Reset Thiết lập vị trí các nhóm thanh điều khiển tính từ đáy lò Make up control Thay đổi nồng độ boron (gồm hai chức năng: giảm nồng độ boron – dilution; tăng nồng độ boron- Boration Tmod Control Temperature moderation Control Điều khiển nhiệt độ chất làm chậm Trend Graph Biểu đồ Power Biểu đồ công suất ASI Axial Shape Index Hình dạng theo trục đứng của LPU xii T-mod Temprature Moderation Biểu đồ nhiệt độ chất làm chậm Boron Biểu đồ nồng độ boron Reactivity Biểu đồ độ phản ứng 2D Analysics 2 direction Analysics Phân tích, hiển thị chế độ 2 chiều Power Hiển thị công suất chế độ 2 chiều Fast Flux Hiển thị thông lượng neutron nhanh ở chế độ 2 chiều Thermal Flux Hiển thị thông lượng neutron nhiệt ở chế độ 2 chiều T-mod Temperature Moderation Hiển thị nhiệt độ chất làm chậm ở chế độ 2 chiều T-Fuel Temperature Fuel Hiển thị nhiệt độ bề mặt thanh nhiên liệu ở chế độ 2 chiều 3D Analysics 3 direction Analysics Hiển thị dạng 3 chiều All layer Hiện thị tất cả 06 lớp bên trong lõi LPU ở dạng 3 chiều Layer 1 Hiển thị lớp thứ nhất (lớp trên cùng) bên trong lõi LPU ở dạng 3 chiều 1 PHẦN 1. TỔNG QUAN 1.1. Quá trình phát triển năng lượng hạt nhân 1.1.1. Thế giới Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng gần như vô tận, sạch và an toàn, là nguồn năng lượng có hiệu suất cao và có thể thay thế cho các nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai nhằm hạn chế lượng khí thải nhà kính. Trong quá trình phát triển, các ứng dụng năng lượng hạt nhân trong nông nghiệp, công nghiệp, y học, quân sự,… đã thể hiện rõ vai trò của mình. Quá trình phát triển của điện hạt nhân trên thế giới có thể chia thành các giai đoạn như sau: a. Giai đoạn thử nghiệm (1954-1965) Cho tới nay, điện hạt nhân đã có lịch sử phát triển hơn 60 năm, tính từ ngày 20121951 khi LPU hạt nhân thử nghiệm EBR-1 (do Mỹ sản xuất) với công suất 100 kW, đã phát ra dòng điện đầu tiên. Tiếp đến, năm 1954, Liên Xô xây dựng xong nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới, lò graphit nước nhẹ với công suất 5 MW, đây là nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới sản xuất điện thương mại. Tiếp theo, năm 1956, nhà máy điện hạt nhân thương mại xây dựng bởi Anh, nhà máy Calder Hall, công suất 45 MW và đã đóng cửa tháng 03 năm 2003. Trong giai đoạn 1954-1965, việc nghiên cứu điện hạt nhân không chú trọng vấn đề thương mại, mà chủ yếu nhằm mục tiêu phát triển khoa học và công nghệ, xây dựng tiềm lực hạt nhân bảo đảm an ninh quốc gia. b. Giai đoạn phát triển nhanh (1966-1980) Ở giai đoạn này, nhiều nước đẩy mạnh phát triển điện hạt nhân nhằm đáp ứng nhu cầu dùng điện ngày càng tăng trong khi tình hình dầu mỏ, khí đốt đang trong giai đoạn khủng hoảng. Khoảng 242 nhà 2 máy điện hạt nhân được đưa vào vận hành; tỷ trọng điện hạt nhân toàn cầu tăng gần hai lần, từ 9 lên 17. Một số quốc gia tăng sản lượng điện hạt nhân rất mạnh như: Pháp tăng hơn 20 lần, Nhật Bản gần 22 lần. c. Giai đoạn giảm tốc độ phát triển (1981-2000) Sau sự cố ở nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island (Mỹ, 1979) và tai nạn đặc biệt nghiêm trọng ở Chernobyl (Liên Xô, 1986), quá trình phát triển điện hạt nhân bị giảm mạnh, thậm chí một số nước như Đức và Thụy Điển chủ trương từng bước loại bỏ điện hạt nhân. Người ta bắt đầu đánh giá lại tính an toàn, tính kinh tế của điện hạt nhân và áp dụng mọi biện pháp nâng cao an toàn, nghiêm ngặt hơn trong phê duyệt các dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân. d. Giai đoạn bắt đầu phục hồi (từ đầu thế kỷ XXI) Trong giai đoạn này, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, các quốc gia bắt đầu quay lại với điện hạt nhân. Bên cạnh đó, công nghệ điện hạt nhân ngày một hoàn thiện, điện hạt nhân lại được chú trọng phát triển. Tính đến tháng 11 năm 2016, có 30 nước đang vận hành 450 nhà máy điện hạt nhân và có 60 nhà máy điện hạt nhân đang được xây dựng tại 15 quốc gia. Điện hạt nhân cung cấp khoảng gần 11 tổng sản lượng điện toàn cầu vào năm 2012. Trong năm 2015, có 13 quốc gia sử dụng năng lượng hạt nhân để cung cấp hơn một phần tư sản lượng điện của họ. Tỷ lệ điện hạt nhân trong tổng sản lượng điện ở một số nước rất cao, như Pháp tới 76,3, Ukraina tới 56,5, Slovakia tới 55,9, Hungary tới 52,7, Hàn Quốc tới 31,7, Nhật Bản tới 30, và tại Mỹ tới 19,5. 1.1.2. Việt Nam Đến nay, LPU hạt nhân Đà Lạt là LPU hạt nhân duy nhất tại Việt Nam. LPU hạt nhân Đà Lạt bắt đầu xây dựng vào năm 1960, sử dụng loại LPU nghiên cứu TRIGA - MARK II do Hoa Kỳ chế tạo. LPU đạt trạng thái tới hạn đầu tiên vào tháng 21963 và bắt đầu đưa vào hoạt động chính thức vào tháng 31963 với công suất 250 kW. 3 Tại thời điểm đó, LPU được đưa vào hoạt động với các mục đích chính là nghiên cứu, huấn luyện và sản xuất đồng vị phóng xạ. Từ 1968-1975, LPU ở trạng thái dừng hoạt động. Trong những năm 1974-1975, các thanh nhiên liệu được tháo dỡ và vận chuyển về Hoa Kỳ. Theo thỏa thuận hợp tác năm 1979 giữa hai nước Liên Xô và Việt Nam, thiết kế kỹ thuật khôi phục và mở rộng LPU hạt nhân Đà Lạt được các chuyên gia Liên Xô giúp đỡ. Công trình khôi phục và nâng công suất LPU được tiến hành trong hai năm 1982-1983 và đến ngày ngày 20 tháng 3 năm 1984, LPU hạt nhân Đà Lạt chính thức đưa vào hoạt động với công suất 500 kW. Từ năm 1984 đến này, LPU hoạt động cho các mục đích là sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt neutron, nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ hạt nhân vào phát triển đất nước, huấn luyện và đào tạo cán bộ. 1.2. Tổng quan về các loại lò phản ứng hạt nhân LPU hạt nhân là thiết bị dùng để khởi động, kiểm soát và duy trì một chuỗi phản ứng hạt nhân. LPU hạt nhân thường được sử dụng để tạo ra điện và cung cấp năng lượng bằng cách sử dụng nhiệt từ phản ứng phân hạch hạt nhân tạo ra hơi nước làm quay tua-bin. Có rất nhiều cách để phân loại LPU như phân loại theo chất làm chậm, phân loại theo chất làm mát, phân loại theo năng lượng neutron, phân loại theo thế hệ lò,… Các loại LPU hạt nhân được sử dụng phổ biến trên thế giới chủ yếu là lò nước nhẹ, lò nước nặng, lò khí nhiệt độ cao. 1.2.1. Lò nước nhẹ Lò nước nhẹ là LPU hạt nhân sử dụng nước thường để làm mát lõi LPU cũng như làm chậm neutron. Lò nước nhẹ được chia làm hai loại: lò nước sôi (Boiling Water Reactor - BWR) và lò nước áp lực (Pressurized Water Preactor - PWR). BWR sử dụng nước thường để làm mát các thanh nhiên liệu và điều khiển neutron. Nhiệt được tạo ra từ phản ứng phân hạch trong lõi LPU, đun sôi nước để tạo ra hơi nước. Hơi nước được đưa ra để làm quay tua-bin, sau đó hơi nước được làm mát ở bộ phận 4 ngưng tụ và trở về dạng lỏng. Nước sau khi được ngưng tụ được làm mát và bơm quay trở về lõi của LPU và tiếp tục chu trình tuần hoàn của nó. Nước trong lõi lò phản ứng được duy trì ở khoảng 7,6 MPa (1000 –1100 psi) và nhiệt độ trong lõi lò phản ứng khoảng 285°C (550°F). PWR cũng sử dụng nước thường để làm mát các thanh nhiên liệu và điều khiển neutron. Trong lò PWR, bộ phận làm mát được chia làm hai vòng: vòng sơ cấp và vòng thứ cấp. Ở vòng sơ cấp, nước được bơm vào lõi LPU dưới áp suất cao. Tại lõi lò, nước được đun nóng bằng nhiệt tạo ra từ phản ứng hạt nhân, sau đó nước được vận chuyển đến bình sinh hơi để trao đổi nhiệt với nước ở vòng thứ cấp, lượng nhiệt này sẽ làm nước sôi và tạo ra hơi nước để quay turbine. Hơi nước sau khi đi qua tua-bin được làm mát ở bộ phận ngưng tụ và trở về dạng lỏng. Nước tại bình ngưng tụ được bơm trở lại bình sinh hơi để làm mát nước ở vòng sơ cấp. Khác với lò nước sôi ở chỗ áp suất trong vòng sơ cấp của lò nước áp lực rất lớn, để nước ở vòng sơ cấp không sôi. Áp suất ở vòng sơ cấp được duy trì ở khoảng 15,4 Mpa (2230 psi). 1.2.2. Lò nước nặng LPU nước nặng (Pressurized Heavy Water moderated Reactor- PHWR) có cấu tạo tương tự như lò áp lực nhưng sử dụng nước nặng (D2O) để làm mát lõi LPU cũng như làm chậm neutron. Kiểu lò này thường sử dụng Uranium tự nhiên, nhiên liệu chưa làm giàu. Trong khi nước nặng thì đắt hơn nước nhẹ đáng kể nhưng nó giảm hấp thụ neutron, cho phép LPU hoạt động mà không cần sử dụng các tổ hợp làm giàu nhiên liệu (giảm chi phí bổ sung cho nước nặng) và tăng cường khả năng hoạt động của LPU trong việc sử dụng nhiên liệu tái sử dụng. 1.2.3. Lò sử dụng khí để làm mát LPU hạt nhân làm mát bằng khí (gas-cooled fast reactor - GFR) gồm hai phần chính: LPU và bộ trao đổi nhiệt. Toàn bộ LPU được bao phủ bởi lớp bảo vệ bức xạ ở ngoài cùng và tiếp đến là thùng lò. Lớp bảo vệ bức xạ giúp ngăn chặn chất phóng xạ rò rỉ ra ngoài đề 5 phòng sự cố xảy ra. Thùng lò là nơi diễn ra toàn bộ quá trình phân hạch. Trong thùng lò, các nguyên tố phóng xạ như Uranium hoặc Plutonium được nạp vào các thanh nhiên liệu, bao quanh bởi chất làm chậm Graphite. Ngoài ra còn có các thanh điều khiển giúp điều khiển tốc độ phân hạch của các nguyên tố phóng xạ. Bộ trao đổi nhiệt nằm bên ngoài lớp bảo vệ bức xạ, bao gồm một bơm tuần hoàn nước và hai ống dẫn khí kết nối với thùng lò: ống khí nóng ở bên trên, ống khí lạnh ở bên dưới. Khi phản ứng hạt nhân xảy ra, khí sẽ hấp thu nhiệt từ các thanh nhiên liệu, nóng lên và đi theo ống dẫn vào trong bộ trao đổi nhiệt. Cùng lúc đó, nhờ bơm tuần hoàn nước, nước được bơm vào ống dẫn trong bộ trao đổi nhiệt. Sau khi làm nước sôi và bốc hơi (hơi nước sẽ theo một ống dẫn khác thoát ra ngoài), khí nóng nguội dần, chìm xuống đáy bộ trao đổi nhiệt và được bơm trở lại thùng lò nhờ bơm tuần hoàn khí. Chu trình lại tiếp tục. 1.3. Lò phản ứng hạt nhân OPR1000 Kể từ năm 1978, khi nhà máy hạt nhân Kori Unit 1 đi vào hoạt động thương mại cho thấy Hàn Quốc đã thành công trong việc xây dựng và vận hành LPU hạt nhân. Đến năm 2006, Hàn Quốc với 20 nhà máy điện hạt nhân hoạt động, đã cung cấp khoảng 40 tổng sản lượng điện của toàn quốc. KHNP là một công ty con của Tổng công ty Điện lực Hàn Quốc, đã vận hành hiệu quả một số nhà máy điện hạt nhân loại PWR và LPU của Canada CANDU. Mặc dù các LPU hoạt động khác nhau, nhưng KHNP luôn thành công trong vận hành, cụ thể công suất trung bình trong năm 2005 cho 20 nhà máy hạt nhân đạt 95,5. Thập niên 70 là thời kỳ khởi công xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Hàn Quốc. Thời gian này được bắt đầu với việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân Kori Unit 1, loại lò PWR, với một hợp đồng chuyển giao theo hình thức chìa khóa trao tay. Thập niên 80 là thời kỳ các công ty trong nước bước đầu làm quen và tham gia vào xây dựng với các hợp đồng từng phần cho các công ty. Trong suốt khoảng thời kỳ này, bảy tổ máy loại lò PWR được xây dựng với một phần công nghệ lò mua của nước ngoài. 6 Thông qua chương trình chuẩn hóa nhà máy điện hạt nhân, bắt đầu từ năm 1984 và tiếp tục hơn 10 năm sau đó, KHNP đã phát triển loại lò áp lực cải tiến OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000). OPR1000 được xem là một mô hình tiêu chuẩn Hàn Quốc dựa trên kinh nghiệm chế tạo, xây dựng, vận hành và bảo trì. Các nhà máy Yongwang 3 và 4 là các lò loại này. OPR1000 được nội địa hóa gần như hoàn toàn, thiết kế trên mục tiêu tối đa hóa hiệu suất làm việc và giảm thiểu những ảnh hưởng bởi tác động của nhân viên vận hành trong vấn đề an toàn. Trong những năm thập niên 90 là thời kỳ tự chủ công nghệ. Tự chủ trong điều kiện công nghệ hạt nhân đã trở thành chủ đề chính trong giai đoạn này bằng việc thiết kế lò OPR1000 mà không dựa vào các công ty nước ngoài. Sáu tổ máy đã được xây dựng trong thời gian này và nó được hoàn thành vào năm 2005 (Ulchin Unit 3 là nhà máy điện hạt nhân OPR1000 đầu tiên được đưa vào hoạt động thương mại từ năm 1998). Thêm bốn tổ máy OPR1000 hiện đang được xây dựng. Những năm 2000 là giai đoạn phát triển lò hạt nhân tiên tiến. Với kinh nghiệm từ xây dựng và hoạt động của OPR1000, Hàn Quốc đã có thể cạnh tranh với quốc tế về công nghệ xây dựng và bảo trì nhà máy điện hạt nhân. Bằng việc áp dụng các tính năng tiên tiến trong thiết kế dựa trên công nghệ tự chủ, Hàn Quốc phát triển thế hệ LPU tiên tiến mới APR1400 (Advanced Power Reactor 1400). Thiết kế APR1400 được phát triển từ tích lũy kinh nghiệm của việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân trong ba thập kỷ phát triển ở Hàn Quốc. Dựa trên công nghệ tự chủ và kinh nghiệm từ thiết kế, xây dựng, hoạt động và bảo trì của OPR1000, APR1400 đã được phát triển bằng cách thêm vào những tính năng thiết kế tiên tiến nhằm tăng cường an toàn lò và nâng cao hiệu quả kinh tế. APR1400 là sự hoàn thiện của những kinh nghiệm và công nghệ trong 30 năm phát triển điện hạt nhân ở Hàn Quốc. Quá trình phát triển nhà máy điện hạt nhân của Hàn Quốc qua các thời kỳ được mô tả ở hình 1.1. 7 Hình 1.1. Sự phát triển nhà máy điện hạt nhân ở Hàn Quốc qua các thời kỳ LPU hạt nhân OPR1000 là LPU do Hàn Quốc chế tạo, được phát triển bởi KHNP và KEPCO. LPU OPR1000 là lò nước áp lực, làm mát bằng nước nhẹ, có công suất là 1000 MW điện. Lò OPR1000 được thiết kế dựa trên ý tưởng thiết kế của Combustion Engineering, Westinghouse (Mỹ), thông qua một thỏa thuận chuyển giao công Giới thiệu điện hạt nhân Xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên (1971-1978) Tích lũy kinh nghiệm, công nghệ Phát triển điện hạt nhân theo tiêu chuẩn Hàn Quốc Xây dựng nhà máy điện hạt nhân loại lò OPR1000 (lò thế hệ II) Phát triển lò nước cải tiến Lò loại APR1400 (thế hệ III) Thiết kế, chế tạo Lò loại EU-APR APR+ APR1000+ (thế hệ III+) Commented NA2: Đề nghị đánh số thứ tự hình cho toàn bộ bản thảo theo phần. Phần 1 sẽ là 1.1, 1.2, 1.3,… Phần 2 sẽ là 2.1, 2.2, 2.3,… Phần 3 sẽ là 3.1, 3.2, 3.3,… Lưu ý: Khi đánh số thứ tự hình lại, thì trong phần nội dung cũng phải thay đổi tương ứng. 8 nghệ với chính phủ Hàn Quốc. Nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 được bố trí, sắp xếp như hình 1.2. Hình 1.2. Mô hình nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 OPR1000 là một mô hình nhà máy điện hạt nhân kiểu loại lò nước áp lực, PWR, được phát triển như là kết quả của chương trình chuẩn hóa nhà máy và sự hợp nhất giữa xây dựng và kinh nghiệm hoạt động điện hạt nhân tại Hàn Quốc. Hiện tại, Hàn Quốc đang lên kế hoạch xây dựng thêm sáu tổ máy và đến năm 2011 đã có thêm bốn tổ máy mới đi vào hoạt động. Hình 1.3 mô tả quá trình phát triển và nội địa hóa loại lò OPR1000 tại Hàn Quốc. 9 Hình 1.3. Quá trình phát triển OPR1000 1.4. Mô tả thiết kế loại lò OPR1000 1.4.1. Cấu trúc và xây dựng Cấu trúc chung của nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò OPR1000 dựa thiết kế loại twin-unit (hai tổ máy), bố trí dọc theo một tòa nhà phức hợp cho hai tổ máy (one Compound Duilding for two units), bao gồm các tòa nhà chính là: Secondary Auxiliary Building (tòa nhà cấp nước phụ thứ cấp), và Access Control Building (tòa nhà điều khiển), và Radwaste Building (tòa nhà chứa chất thải phóng xạ). Bảng 1.1 trình bày một số tiêu chuẩn của lò OPR100, hình 1.4 mô tả cấu trúc bên trong của nhà máy điện sử dụng lò OPR1000. Bảng 1.1. Giá trị thiết kế tòa nhà chứa LPU Tham số Giá trị thiết kế Tỉ lệ rò rỉ (ngày) 0.2 (cho 24h), 0.1(sau 24h) Áp suất thiết kế (psig) 57 Thể tích trống (ft3) 2.727×106 Chiều cao (ft) 216Hệ thống cung cấp hơi Theo chuẩn công ty GE, 1000 MW Bình sinh hơi Theo chuẩn công ty GE, 1000 MW Thiết kế nhà máy (Yonggwang 12) Công ty GE, 1000 MW Dự án tham chiếu YGN 34 (1000MW) Vận hành năm 1995 1000MW Vận hành năm 1998 1000MWe Hoạt động YGN 5,6, UCN 5,6 Xây dựng: -Shin KRN 1,2 - Shin WSN 1,2 - KEDO 1,2 Triển khai xây dựng lò OPR 1000 Phản hồi kinh nghiệm Cải thiện thiết kế Hoàn thiện tiêu chuẩn Commented NA3: Đề nghị đánh số thứ tự bảng lại, cũng tương tự như cách đánh số thứ tự hình và lưu ý kiểm tra và chỉ nh sửa trong phần nội dung tương ứng. 10 Đường kính (ft) 144 Hình 1.4. Sơ đồ mặt cắt (bên trái) và chi tiết bên trong (bên phải) nhà máy điện hạt nhân OPR1000 1.4.2. Các hệ thống chính của LPU OPR1000 - Hệ thống làm mát lò (Reactor Coolant System): Các thành phần chính bao gồm: thùng lò, hai bình sinh hơi và bốn máy bơm làm mát lò được đặt đối xứng trên bề mặt đối diện với thùng lò với một bộ điều áp trên một nhánh (hình 1.5). Tất cả các thành phần này được đặt trong tòa nhà lò và được kết nối thông qua hệ thống ống. Thành phần để duy trì áp suất cho phạm vi áp suất hệ thống nước làm mát LPU được đúc sẵn phù hợp với tiêu chuẩn nồi hơi và bình chịu lực (ASME Boiler và Pressure Vessel Code).Tòa nhà điều khiển Tòa nhà phụ Tòa nhà xử lý rác thải phong xạ Đường hầm Toà nhà lò Tòa nhà nhiên liệu Tòa nhà phụ Đường hầm Hầm xử lý rác thải phóng xạ Nhà tuabin Phòng tích hợp Commented NA4: Đề nghị chuyển chữ “Hầm” trong “Đường Hầm” thành “hầm” (viết thường). 11 Hình 1.5. Hệ thống làm mát lõi LPU OPR1000 - Lõi lò (Reactor Core): Lõi lò bao gồm hệ thống 177 bó thanh nhiên liệu, 73 bó thanh điều khiển (CEAs) và 45 hệ thống thiết bị trong lõi lò (ICI - Incore instrument). Hiện nay, nhiên liệu của lò OPR1000 là nhiên liệu tiên tiến PLUS7 cho công suất đốt cháy thanh lớn nhất bằng 60000 MWDMTU (Megawatt Days per Metric Ton of Uranium), loại nhiên liệu PLUS7 được thiết kế năm 2006). Bảng 1.2 trình bày một số thông số của loại nhiên liệu này. Thời gian của một chu kỳ tiếp nhiên liệu là 18 tháng với bình hấp thụ cháy Gadolinia. PLUS7 là kiểu thiết kế nhiên liệu mới, thay thế cho GUARDIAN (báo cáo thiết kế nhiên liệu 1995). Bảng 1.2. Các giá trị thiết kế chính của lõi lò OPR1000Bình sinh hơi Bộ điều áp Bơm cấp nước làm mát Lõi lò phản ứng 12 Thông số Giá trị thiết kế Công suất (MWth) 2815 Đường kính chân nóng (dòng nhiệt) (in) 42 Đường kính chân lạnh (dòng lạnh) (in) 30 Áp suất hoạt động (psia) 2250 Nhiệt độ đầu vào (oF) 564.5 Nhiệt độ đầu ra (oF) 621.2 Áp suất thiết kế (psia) 2500 Nhiệt độ thiết kế (oF) 650 Áp suất kiểm tra Hidro (psia) 3125 Tổng thể tích làm mát lò (ft3) 10023 Tổng dòng chảy thiết kế tối thiểu RCS (galmin) 330000 Số lượng RCP 4 Cột áp định mức (ft) 337 Tốc độ bơm (rpm) 1190 Áp suất thiết kế (psia) 2500 Số lượng bó nhiên liệu 177 Lượng đốt cháy nhiên liệu (MWDMTU) 60000 Số lượng nạp nhiên liệu tại chu kỳ cân bằng 64 Loại bó nhiên liệu 16x16 Số lượng thanh nhiên liệu trong 1 bó nhiên liệu 236 13 Tổng số thanh nhiên liệu trong lõi 41772 Số lượng ống dẫn CEA trong 1 bó nhiên liệu 4 Số lượng ống dẫn ICI trong 1 bó nhiên liệu 1 Chất liệu viên nhiên liệu UO2 Chất liệu vỏ bọc nhiên liệu Zircaloy-4 Chất hấp thụ có thể cháy Gd2O3-UO2 Đường kính viên nhiên liệu (in) 0.325 Chiều dài viên nhiên liệu (in) 0.39 Đường kính ngoài thanh nhiên liệu (in) 0.382 Độ dày vỏ bọc thanh nhiên liệu (in) 0.025 Chiều cao hoạt động thanh nhiên liệu (in) 150 Đường kính tương đương lõi (in) 123 - Thùng lò (Reactor Vessel - RV): Thùng lò được chế tạo bởi lớp vỏ tròn chịu lực, tạo ra bằng phương pháp rèn. Nhờ cách chế tạo này, thùng lò được loại bỏ những mối hàn theo đường dọc, do đó làm giảm thời gian sản xuất và kiểm tra. Vật liệu nối tiếp giáp giữa thùng lò và hệ thống dẫn dòng nước ra các bơm, bình sinh hơi là hợp kim 690, có độ bền tốt hơn nhiều so với vật liệu thùng lò nhằm chống sự ăn mòn của các dung dịch ở môi trường nhiệt độ cao. Để quan sát bên trong lõi lò (reactor core), một robot camera được sử dụng nhằm kiểm tra định kỳ xuyên sâu ở phần đầu thùng lò. Phần cách nhiệt cho phần đầu thùng lò được thiết kế có khoảng hở và được thay đổi từ dạng cố định sang dạng tháo lắp. Các thông số chính được mô tả ở bảng 1.3, hình 1.6. Bảng 1.3. Giá trị thiết kế chính của thùng lò OPR1000 Thông số Giá trị thiết kế 14 Áp suất thiết kế (psia) 2500 Nhiệt độ thiết kế (oF) 650 Đường kính trong của thùng (in) 172 Chiều cao tổng thể của thùng và vỏ ngoài (ftin) 41134 Độ dày tối thiểu vỏ bọc (in) 18 Hình 1.6. Cấu trúc bình sinh hơi và lõi LPU OPR1000 - Chi tiết bên trong thùng LPU (Reactor Vessel Internals - RVI): bên trong thùng LPU OPR1000 được thiết kế rất hạn chế số lượng các đai ốc để loại trừ khả năng thay đổi các bộ phận trong quá trình vận hành, hình 1.7 là mô hình bên trong thùng lò OPR1000. Cấu trúc phần trên (UGS - the upper guide structure) bao gồm bộ chân đế và tấm đỡ đã được thiết kế nguyên khối, nhằm giảm thiểu tối đa khả năng biến dạng từ hoạt động do liên quan đến mối hàn, dòng rung động. Thiết kế nguyên khối RVI đã được kiểm tra thông qua chương trình đánh giá rung động toàn diện. Viên nhiên liệu Thanh nhiên liệu Lõi lò phản ứng Bó nhiên liệu Hệ thống vòng sơ cấp của lò OPR1000 15 Hình 1.7. Cấu trúc bên trong thùng lò OPR1000 - Bình sinh hơi (Steam Generator): loại lò OPR1000 có hai bình sinh hơi. Mỗi bình sinh hơi bao gồm các cuộn ống hình chữ U, máy sấy khô tích hợp với bộ hâm nước, hai đường cấp nguồn chính và duy nhất một đường cấp phụ. Bảng 1.4 trình bày các thông số chính của bình sinh hơi loại lò OPR1000. Hai đường hơi với sự tích hợp bộ hạn chế lưu lượng (dòng), máy phân tích độ ẩm công suất cao và máy sấy hiệu suất cao. Một tính năng cải tiến chính của loại lò OPR1000 là máy phát điện hơi nước sử dụng vật liệu chống ăn mòn được hợp nhất vào thiết kế gia công nhiệt trong ống U, cụ thể là Inconel-690 thay cho Inconel-600 trước đó. Những thanh dọc và ngang được thêm vào bên trong và trên bề mặt của các cuộn ống để chống đỡ các ống và giảm hao mòn ống gây ra bởi các rung động tần suất thấp. Nguồn nước cấp phụ được thêm bởi phần nước phản hồiĐầu ra Đầu vào Vỏ lò Bó thanh nhiên liệu Lỗ đầu dưới Cấu trúc bó dẫn động ở phía trên Đầu kín phía trên của vỏ lò Thùng hỗ trợ lõi lò Trục mở rộng của thanh điều khiển Lỗ của đầu hàn kín phía trên Cấu trúc hỗ trợ bên dưới Vòi phun bên dưới Vành phản xạ Cơ chế định vị các yếu tố điều khiển Đáy lõi lò Giá đỡ bó thanh nhiên liệu 16 và dòng cấp ở vùng đáy bình, điều này làm giảm tải cho hệ thống nước cấp và gia tăng hiệu suất nhiệt. Bảng 1.4. Giá trị thiết kế bình sinh hơi của lò OPR1000 Thông số Giá trị thiết kế Số lượng bình sinh hơi (SG) 2 Số lượng ống cho mỗi bình sinh hơi (SG) 8214 Ống bằng kim loại Alloy 690 Áp suất hoạt động bề mặt ống (psia) 2250 Áp suất hoạt động cực đại bề mặt vỏ bọc (psia) 1170 Áp suất hơi nước tại công suất tối đa (psia) 1070 Nhiệt độ hơi nước tại công suất tối đa (oF) 552.9 Lưu lượng hơi nước trên SG tại công suất tối đa (lbh) 6.36×10-6 Hơi ẩm cực đại tại cửa thoát ở công suất tối đa (wo) 0.25 - Bộ điều áp (Pressurizer): bộ điều áp được thiết kế thông qua yêu cầu của EPRI cho LPU nước nhẹ tiên tiến (ALWR). - Hệ thống làm mát lò OPR1000 (Reactor coolant system - RCS) được trình bày ở bảng 1.5, thiết kế với hệ thống các lỗ thoát khí nhằm làm giảm áp suất và tăng khả năng bảo vệ quá áp. Hệ thống an toàn làm giảm áp có ba van an toàn ở trên đầu bộ điều áp, 36 bộ gia nhiệt có thể thay thế với tổng công suất 1800 kW nằm ở hệ thống điều khiển đầu dưới của quá trình điều áp. Để chịu được nhiệt độáp suất cao truyền qua trong suốt quá trình vận hành, Inconel-690 được sử dụng cho việc hỗ trợ gia nhiệt và thêm vào đầu phun hỗ trợ (phun 17 hơi nước làm giảm áp trong tòa chứa khi áp suất tăng) phù hợp với bộ phận ASEM theo yêu cầu NB. Bảng 1.5. Giá trị thiết kế chính bộ điều áp Thông số Giá trị thiết kế Áp suất thiết kế (psia) 2500 Nhiệt độ thiết kế (oF) 700 Áp suất hoạt động (psia) 2250 Nhiệt độ hoạt động (oF) 652.7 Thể tích trống (ft3) 1800 Năng suất bộ gia nhiệt (kW) 1800 - Bộ điều khiển dẫn động (Control Element Drive Mechanism - CEDM): bộ điều khiển dẫn động là một thiết bị điện cơ, cung cấp sự truyền động tuyến tính được điều khiển bởi CEA thông qua một hệ thống trục chính kéo dài (ESA), đặc trưng để nhận tín hiệu hoạt động từ hệ thống điều khiển CEDM. Chuyển động CEA xảy ra khi công suất lò liên tục liên quan đến công suất điện là một hệ thống đặt bên ngoài tòa nhà chứa. Trong sự cố dừng lò khẩn cấp, các CEA được đưa vào trong lõi bởi lực hút dựa trên sự kích thích của tín hiệu hãm. Một đặc tính thiết kế tiên tiến, hệ thống hỗ trợ địa chấn đã được hợp nhất trong CEDM, truyền tải địa chấn từ CEDMs và tích hợp hệ thống áp suất (IHA) vào thành bể tái nạp nhiên liệu thông qua ngăn cản địa chấn. Những đỉ nh của địa chấn được xác định trên mặt mỗi CEDM và được kết nối tới chùm đai địa chấn nhằm hạn chế địa chấn. Thêm vào đó, những hệ thống hỗ trợ địa chấn góp phần làm giảm các địa chấn truyền từ CEMD. Hơn nữa, CEMDs có thể thực hiện được cho tích lũy 100000 ft độ dài di chuyển nhỏ nhất, chuyển động 30 inphút ở điều kiện hoạt động bình thường và được bôi trơn bằng dung dịch làm mát chính. Các thông số chính của CEDM ở lò OPR1000 được trình bày ở bảng 1.6. Commented NA5: Giá trị này là 100000 ft. 18 Bảng 1.6. Giá trị thiết kế CEA Thông số Giá trị thiết kế Vật liệu (toàn thểphần độ dài) B4CInconel-625 Số lượng hệ thống cần điều khiển (toàn thểphần độ dài) 7617 Vật liệu vỏ bọc Inconel-625 - Hệ thống đầu phun trong tòa nhà chứa (Containment Spray System - CSS): hệ thống đầu phun được thiết kế với đặc tính an toàn (ESF) làm giảm áp lực ngăn chặn và nhiệt độ khi tai nạn mất khả năng làm mát (LOCA), hoặc đường hơi chính bị gãy (MSLB) bên trong ngăn chứa. Nó cũng loại bỏ phóng xạ do phân hạch hạt nhân sinh ra trong không khí trong tòa nhà chứa và trộn lẫn không khí trong tòa nhà chứa để ngăn ngừa sự tích tụ các chất khí dễ cháy từ yêu cầu (LOCA). Trao đổi nhiệt CS của OPR1000 đã được loại trừ bằng sự hỗ trợ của bộ trao nhiệt làm lạnh dập tắt lò bằng cách phun nước làm mát. Đây là kết quả cải tiến kỹ thuật, cải tiến quan trọng nhằm giảm chi phí. 1.4.3. Hệ thống thứ cấp (Secondary System) - Hệ thống hơi chính (Main Steam System): được thiết kế để duy trì trong thời gian làm nhiệm vụ và kế tiếp một địa chấn dập lò an toàn (SSE). Hệ thống hơi chính chứa van an toàn để ngăn chặn áp suất hệ thống vượt quá mức giới hạn được thiết lập trước bởi tiêu chuẩn yêu cầu. Hơn nữa, hệ thống hơi chính có chứa van thải không khí trên mỗi bốn đường hơi chính cho phép điều khiển khả năng làm lạnh cho máy phát điện hơi nước khi van cách nhiệt chính (MSIVs) bị đóng lại. Thêm vào đó, hệ thống Tua-bin có thể cung cấp khả năng làm lạnh lò sau khi đóng lò bằng cách chuyển hướng hơi trực tiếp tới bình ngưng hoặc ra khí quyển. Các thông số chính của hệ thống hơi chính được trình bày ở bảng 7. 19 Bảng 1.7. Giá trị thiết kế chính của hệ thống hơi nước chính Thông số Giá trị thiết kế Tổng lưu lượng hơi nước (lbh) 12.72×106 Áp suất đầu ra của bình sinh hơi (psia) 1070 Nhiệt độ bình sinh hơi (oF) 552.9 - Hệ thống cấp nước chính (Main Feedwater System): hệ thống cấp nước chính gồm ba bơm điều khiển với tua-bin có năng suất 55, năng suất bơm tăng cường 3 × 55. Bảng 1.8 mô tả các tham số của hệ thống cấp nước chính ở lò OPR1000. Bảng 1.8. Giá trị thiết kế bơm của hệ thống cấp nước chính Thông số Giá trị thiết kế Bơm cấp nước chính 2 × 55 1 × 55 Bơm tăng cường (khuếch đại) 3 × 55 Bơm khởi động 1 × 5 - Tua-bin: Tua-bin của OPR1000 được thiết kế theo nguyên lý nhiệt động lực học để đạt được hiệu suất cao và tiết kiệm trong sự bố trí đường hơi. OPR1000 có tua-bin một dòng kép áp suất cao và tua-bin ba dòng kép áp suất thấp. Tua-bin của OPR1000 là loại tổ hợp sáu dòng với tốc độ định mức 1800 rpm. Đặc biệt, thiết kế ro-to đơn khối được áp dụng để loại bỏ áp lực tạo vết nứt của sự ăn mòn tại khu vực lắp ép nóng. Nó có thể hoàn toàn làm thoát khỏi những bất lợi của loại ro-to lắp ép nóng hiện có. Hơn nữa, với ro-to đơn khối hoàn thiện từ công đoạn gia công giúp làm giảm nhiều thời gian xây dựng. Bảng 1.9 trình bày các tham số. Bảng 1.9. Đặc điểm Tua-bin 20 Thông số Giá trị thiết kế Số lượng 1 dòng kép HPTBN, 3 dòng kép LPTBN Loại Tổ hợp đôi, 6 dòng Tốc độ (rpm) 1800 Đầu ra định mức (MW) 1050 Kích thước bệ cuối thùng (in) 43 - Máy phát điện (Electric Generator): hệ thống máy phát điện của OPR1000 bao gồm máy phát điện và hệ thống phụ như phần tĩnh của hệ thống nước làm mát, hệ thống điều khiển khí và hệ thống dầu cách ly hydro (H). Phần tĩnh (stator) của máy phát điện có độ tin cậy cao nhờ hệ thống vật liệu cách nhiệt cao F-class Micapal II và công nghệ hàn cứng. Ro-to cũng được tin cậy cao với hệ thống vật liệu cách nhiệt F-class và phương pháp làm lạnh dòng li tâm. Bảng 1.10. Đặc điểm máy phát điện Thông số Giá trị thiết kế Số lượng 1 Loại Dẫn hướng (nước được làm mát) Công suất (kV A) 1219600 0.9pf và 75 psig của H2 Điện áp định mức 22kV, 3 pha - Bộ tách ẩm và tái tạo nhiệt (Moisture Separator Reheater): hơi nước có độ ẩm, áp suất cao trong tua-bin được tách ra và tái tạo nhiệt thông qua bộ tách ẩm và tái tạo nhiệt (MSR) để bảo vệ sự ăn mòn cánh (tua-bin) LPTBN. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu suất của MSR cần tăng hiệu suất chu trình và thời gian làm việc của tua-bin. 21 - Ứng dụng trao đổi nhiệt kiểu tấm phẳng (Application of Plate-Type Heat Exchanger): hiệu ứng trao đổi nhiệt được sử dụng trong thành phần của hệ thống nước làm mát, bể làm mát nhiên liệu và hệ thống làm sạch thay cho trao đổi nhiệt kiểu ống (shell-tube- type). Bộ trao đổi nhiệt loại tấm phẳng (plate-type) có hiệu suất chuyển đổi nhiệt tốt hơn hệ thống trao đổi nhiệt kiểu ống (shell-tube- type). Kích thước nhỏ và trọng lượng bé làm giảm giá thành lắp đặt ban đầu, trong khi đó hiệu suất chuyển đổi nhiệt lớn nên chi phí hoạt động thấp. Số lượng và đặc điểm kỹ thuật của tấm phẳng có thể dễ dàng tăng, giảm hoặc thay đổi theo yêu cầu. - Hệ thống xả và tăng cường lượng nước (Enhanced Intake and Discharge System): hệ thống xả thiết kế cho hệ thống nước tuần hoàn được nâng cao bằng cách giảm số lượng bộ lọc động và bơm. Nó cải thiện khả năng của bơm và bộ lọc động. OPR1000 áp dụng hệ thống xả ngập (chìm) với đỉ nh đa tốc và ống khuếch tán. Nó làm giảm sự tăng nhiệt độ của nước biển từ nước xả làm mát và giảm thiểu tối đa ảnh hưởng đến môi trường và tốc độ tuần hoàn nhiệt thải. 1.4.4. Bộ điều khiển và hệ thống điện (Control and Electrical Systems) - Hệ thống trạm điện (Station Power System): trạm phân phối điện có một trạm biến áp cách nhiệt 345 kV đầy khí với một bộ ngắt điện và một hệ phân chia. Hệ thống trạm điện bao gồm điện năng chính (MP), điện năng phụ (AP), DCIP, máy phát điện diesel khẩn cấp và một máy phát điện dòng xoay chiều diesle khác (AAC DG). Thông thường, nguồn năng lượng cho lớp 1E và không phải lớp 1E chịu tải và đối chiếu với nguồn điện năng với máy phát điện để đảm bảo đáp ứng đủ công suất vận hành. Nếu nguồn thông thường không khả thi, tải loại 1E và tải không phải loại 1E sẽ sử dụng nguồn điện dự phòng bằng cách chuyển qua dùng nguồn phụ làm nguồn thay thế. Điện năng cần thiết cho hệ thống lớp 1E được cung cấp thông qua bốn đường đi như sau: - Điện năng tại chỗ thông thường và sinh ra trong nhà máy (PPS- 1); Commented NA6: Kiểm tra lại câu này. Đề nghị viết lại cho dễ hiểu hơn. 22 - Điện năng ngoài thông qua máy biến áp phụ (PPS-2); - Hai máy phát điện khẩn cấp diesel loại 1E (EDG); - Máy phát điện xoay chiều diesel thay thế. Sự cung cấp điện năng khẩn cấp tại chỗ được đảm bảo bởi hai máy phát điện diesel độc lập loại 1E được kết nối tới mỗi đường dẫn 4.64 kV loại 1E. Nguồn xoay chiều AC thay thế được thêm vào để cung cấp điện năng. Mặc dù nó không phải là hệ thống loại an toàn. Nguồn điện xoay chiều AC thay thế không tải lớp 1E là ngắt với điều kiện mất nguồn trạm (SOB) có một điện áp cao nhất thời dẫn tới tai nạn nghiêm trọng. - Hệ thống điều khiển nhà máy (Plant Control System): sự cân bằng của nhà máy (BOP), hệ thống điều khiển nhà máy (PCS), điều khiển từ xa, điều khiển và giám sát hầu hết các loại thiết bị liên quan đến an toàn cũng như không liên quan đến an toàn thiết bị nhà máy, bao gồm thiết kế đặc tính an toàn vận hành hệ thống (ESFAS) từ bảng điều khiển chính hoặc bảng điều khiển dập lò từ xa. PCS được chia ra thành hệ thống chính liên quan đến sự an toàn và hệ thống phụ không liên quan đến an toàn. Mỗi hệ thống phụ (phân hệ) đều có phòng điều khiển mà ở đó có thể điều khiển mở - tắt và có chức năng điều khiển vận hành các thiết bị thông tin liên lạc và thiết bị phụ khác. Thêm vào đó, giao diện PCS với hệ thống điều khiển TG và hệ thống kiểm soát phóng xạ cung cấp tính trạng hoạt động của các thiết bị khác nhau, đồng thời thống kê thông tin của các quá trình biến đổi khác nhau trong quá trình vận hành và kiểm tra nhà máy hạt nhân với hệ thống máy báo hiệu (PMAS). PCS của OPR1000 sử dụng hệ thống điều khiển phân phối (DCS) với mức độ phát triển cao nhất (state-of-the-art) với sự kết hợp công nghệ số. Nó sử dụng khái niệm đa vòng, nơi mà một bộ điều khiển thực hiện điều khiển các thiết bị khác theo một logic. Bộ điều khiển luôn được thiết kế dư nhằm cải thiện độ tin cậy và độ an toàn của hệ thống cung cấp điện, thiết bị liên lạc. Cũng như vậy, hệ thống điều khiển của hệ thống rác thải phóng xạ được thiết kế dựa trên nền màn hình kiểm soát thay cho sử dụng bảng điều khiển thông 23 thường để cải thiện sự tiện lợi khi vận hành. Để đảm bảo an toàn của hệ thống, thiết kế PCS được thêm vào các tiêu chí nghiêm ngặt như yêu cầu về môi trường do địa chấn và nhiễu sóng điện từgây nhiễu tần số vô tuyến (EMIRFI) - Phòng điều khiển chính (Main Control Room - MCR): để tăng cường sự thuận tiện và tin cậy, HFE đã được thêm vào có hệ thống (hình 1.8). Thiết kế của OPR1000 bao gồm giao diện người - máy (MMI), trong đó con người là trọng tâm, điều đó là phù hợp với hiệp định về giấy phép mới nhất, bằng việc phát triển và áp dụng có hệ thống chương trình HFE kết hợp: - Đánh giá kinh nghiệm vận hành. - Phân tích yêu cầu chức năng (FEA) và chức năng phân bố (FA). - Phân tích công việc. - Kiểm chứng và phê chuẩn bởi kỹ sư vận hành. Hình 1.8. Phòng điều khiển chính của nhà máy OPR1000 24 1.5. Đặc điểm thiết kế chính về sự an toàn 1.5.1. An toàn - Nâng cao độ an toàn (Safety Enhancement): Đánh giá xác suất an toàn (PSA) đã được sử dụng trong các giai đoạn thiết kế đối với mỗi nhà máy điện hạt nhân OPR1000. Dựa trên kết quả PSA của thiết kế ban đầu, OPR1000 đã có một số thay đổi trong thiết kế nhằm cải thiện an toàn nhà máy đã được chấp nhận như: - Thêm vào hệ thống hạ áp an toàn (SDS) cho hoạt động cấp và xả cho tổng mất mát của sự cố nguồn cấp nước; - Thêm nguồn điện AC khác cho sự mất nguồn của trạm; - Thay đổi thiết kế của hệ thống cấp nước phụ để cải thiện độ tin cậy. - Bảo vệ theo chiều sâu (Defense in Depth): Độ an toàn của OPR1000 được định nghĩa dựa trên nguyên tắc bảo vệ theo chiều sâu, đó là cung cấp nhiều lần liên tiếp các nguyên tắc khác nhau để phòng tránh tai nạn và giảm nhẹ hậu quả: - Hệ thống quy trình phải thỏa mãn yêu cầu cao để đáp ứng tạm thời và giảm thiểu các tai nạn có thể cho nhà máy; - Hệ thống an toàn đảm bảo sự dập lò, làm mát lõi lò khẩn cấp, giảm nhiệt phân rã và giảm nhiệt cho tòa nhà lò; - Hệ thống hỗ trợ an toàn cần được đảm bảo để đưa ra các hỗ trợ cho các hệ thống an toàn và giảm nhẹ các hệ thống khác; - Tản nhiệt thụ động để tăng độ an toàn nhằm hạn chế các sự cố và tai nạn nghiêm trọng. Thiết kế của hệ thống an toàn dựa trên nguyên tắc của sự cách ly, sự đa dạng và sự tin cậy. Mức độ dự phòng cao là khái niệm đã được thêm vào trong thiết kế hệ thống để đảm bảo rằng các chức năng an toàn có thể thực hiện được, ngay cả khi các hệ thống hoặc 25 các thành phần suy yếu (nguyên tắc dư thừa: luôn trang bị dư thừa các thiết bị an toàn có cùng một chức năng). Trang bị chống lại địa chấn, sự ngập nước và sự cố về lửa cũng được cung cấp để đảm bảo độ tin cậy cao và có kết quả giảm nhẹ các sự cố dễ xảy ra, bao gồm dập lò và tai nạn nghiêm trọng. 1.5.2. Ngăn chặn tai nạn nghiêm trọng Nguyên tắc thiết kế lò OPR1000 là ngăn chặn và giảm thiểu những tai nạn nghiêm trọng và giảm thiểu tối đa hậu quả của chúng. Những hệ thống và tính năng của OPR1000 nhằm mục đích đảm bảo sự an toàn cho công chúng bằng cách duy trì sự toàn vẹn của tòa nhà lò và hạn chế sự thải ra chất phóng xạ trong các giới hạn cho phép (Ulchin Unit 5, 6 FSAR 2003). - Thiết kế khoang LPU (Reactor Cavity Design): cấu trúc khoang LPU của OPR1000 được thiết kế để ngăn chặn sự thải ra các mảnh vụn Corium vào không khí của tòa nhà lò; ngăn cản sự thoát ra của kim loại nóng chảy ở áp suất (HPME); trực tiếp ngăn chặn sự gia tăng nhiệt của tòa nhà lò (DCH) và không để cho các chất bị nóng chảy xuyên qua của sàn bê tông của khoang LPU. - Buồng thu gom mảnh vở Corium (Corium Debris Collection Chamber): khi thùng lò phản ứng bị phá vỡ dưới điều kiện áp suất cao, Corium nóng chảy được giải phóng vào bên trong khoang LPU và sẽ giải phóng vào không khí bên trong tòa nhà lò thông qua khoang ICI – bằng ống dẫn hướng ICI. Buồng thu được thiết kế để hạn chế và ngăn chặn sự giải phóng các mảnh vụn Corium vào không khí tòa nhà lò. - Thiết bị làm nhỏ dòng (Flow Restrictor): thiết bị làm nhỏ dòng được sử dụng để chặn các mảnh vụn

Định dạng
Số trang	181
Dung lượng	4,05 MB