vận hành và khảo sát sự cố do thanh điều khiển trong lò phản ứng bwr bằng phần mềm mô phỏng bwr v3

i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Lê Bảo Trân người đã hết lòng giúp đỡ tôi trong việc nghiên cứu, hỗ trợ tài liệu cũng như hướng dẫn tôi hoàn thành tốt kha lun này đúng tiến độ với kết quả khả quan nhất. Đng thời cũng xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Phan Lê Hong Sang đã c nhng  kiến đng gp và nhng nhn xt qu bu v nội dung cũng như hnh thức đ kha lun được hoàn chnh hơn. Chân thành gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Bộ Môn Vt Lý Hạt Nhân khoa Vt Lý – Vt Lý Kỹ Thut trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố H Chí Minh, nhng người đã tạo điu kiện tốt nhất cho tôi v môi trường cũng như nhng ý kiến đng gp qu bu đ hoàn thành kha lun. Xin cảm ơn tất cả thầy cô cũng như bạn bè và gia đnh đã giúp đỡ ủng hộ v mặt tinh thần cũng như kiến thức cần thiết trong suốt thời gian hoàn thành kha lun. Kha lun c th còn nhng thiếu sót nên mong nhn được nhng ý kiến đng góp thêm từ quý thầy cô. Thành Phố H Chí Minh tháng 7 năm 2014 Tác giả kha lun Lê Nguyễn Huy Hoàn ii MC LC LỜI CẢM ƠN i DANH MC BẢNG BIU v DANH MC HNH V vi LỜI MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN V NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN 1 1.1. Tnh hnh năng lượng nguyên tử thế giới và Việt Nam 1 1.2. Phân loại các lò phản ứng hiện nay 4 1.2.1. Thế hệ lò phản ứng I 4 1.2.2. Thế hệ lò phản ứng II 5 1.2.3. Thế hệ lò phản ứng III và III+ 5 1.2.4. Thế hệ lò phản ứng IV 6 CHƯƠNG 2: VT L LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 7 2.1. Phản ứng phân hạch hạt nhân 7 2.2. Làm chm neutron 10 2.3. Độ phản ứng 12 CHƯƠNG 3: NGUYÊN L HOẠT ĐNG V CẤU TẠO CỦA LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI BWR 13 3.1. Tổng quan và lịch sử lò phản ứng hạt nhân BWR 13 3.2. Cấu tạo chi tiết lò phản ứng BWR 15 3.2.1. Hệ thống nhà lò BWR 15 3.2.2. Thùng lò phản ứng 15 iii 3.2.3. Hệ thống thanh nhiên liệu 17 3.2.4. Hệ thống thanh điu khin 18 3.2.5. Hệ thống tuần hoàn lưu lượng nước trong lò 19 3.2.6. Hệ thống an toàn lò phản ứng BWR 21 3.2.6.1. Hệ thống thông gió lò phản ứng 21 3.2.6.2. Hệ xử lý khí thải dự phòng 22 CHƯƠNG 4: PHẦN MM MÔ PHỎNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BWR_V3 VÀ MÔ PHỎNG SỰ CỐ THANH ĐIU KHIN 24 4.1. Giới thiệu chung v phần mm BWR_V3 24 4.1.1. Giới thiệu phần mm 24 4.1.2. Chạy chương trnh mô phỏng 24 4.1.3. Cc đặc đim chung của phần mm 25 4.1.4. Các giao diện màn hình hin thị chính 27 4.1.4.1. Màn hình kim soát công suất / Bản đ lưu lượng BWR 27 4.1.4.2. Màn hnh độ phản ứng và kim soát BWR 28 4.1.4.3. Màn hnh turbine my pht điện BWR 29 4.1.4.4. Màn hnh nước cấp và sự chia tch hơi 30 4.2. Mô phỏng sự cố ở thanh điu khin 31 4.2.1. Rút thanh điu khin không chủ đích 31 4.2.1.1. Mô tả sự cố 31 4.2.1.2. Thiết lp mô phỏng sự cố 31 4.2.1.3. Kết quả mô phỏng 32 iv 4.2.1.4. Phân tích kết quả 35 4.2.2. Chèn thanh điu khin không chủ đích 36 4.2.2.1. Mô tả sự cố 36 4.2.2.2. Thiết lp mô phỏng 36 4.2.2.3. Kết quả 36 4.2.2.4. Phân tích kết quả 40 KẾT LUN VÀ KIẾN NGHỊ 42 1. Kết lun 42 2. Kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PH LC 45 v DANH MC BẢNG BIU Bảng 1.1 Thống kê số lượng lò phản ứng trên thế giới và công suất điện đng gp …………………………………………………………………………… 3 Bảng 1.2 Đặc tính và thông số của các lò thế hệ IV đang được nghiên cứu ………… 6 Bảng 2.1 Năng lượng ngưỡng và năng lượng liên kết của một số hạt nhân…………… 8 Bảng 3.1 Một số thông số chính của loại lò BWR - 1100 MW………………………. 14 Bảng 4.1 Các thông số lò khi hoạt động bnh thường………………………………… 31 vi DANH MC HNH V Hnh 1.1. Cc thế hệ lò phản ứng pht trin theo thời gian 4 Hnh 3.1. Cấu tạo thùng lò phản ứng BWR 16 Hnh 3.2. B nhiên liệu và viên nhiên liệu 18 Hnh 3.3. Sơ đ hệ thống tuần hoàn nước 20 Hnh 3.4. Sơ đ hệ thống xử lý khí thải dự phòng 23 Hnh 4.1. Cc bo động trạng thái lò trong phần mm 25 Hnh 4.2. Cc thông số chính 26 Hnh 4.3. Giao diện BWR Power / Flow Map & Controls 27 Hnh 4.4. Giao diện BWR Reactivity & Setpoints 28 Hnh 4.5. Giao diện BWR Turbine Generator 29 Hnh 4.6. Giao diện BWR Power / Flow Map & Controls 30 Hnh 4.7. Công suất lò phản ứng (%) 32 Hnh 4.8. Công suất nhiệt (%) 33 Hnh 4.9. Công suất my pht (%) 33 Hnh 4.10. Lưu lượng nước trong li (kg/s) 34 Hnh 4.11. p suất lò (kPa) 34 Hnh 4.12. Công suất lò phản ứng (%) 37 Hnh 4.13. Công suất nhiệt (%) 37 Hnh 4.14. Công suất my pht (%) 38 Hnh 4.15. p suất lò (kPa) 38 Hnh 4.16. Lưu lượng nước trong li (kg/s) 39 vii Hnh 4.17. Chiu dài sôi (m) 39 Hnh PL.1. Giao diện BWR Control Loops 45 Hnh PL.2. Giao diện BWR Scram Parameters 46 Hnh PL.3. Giao diện BWR Trend 47 viii LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay ta đang sống trong thế kỷ 21, một thế kỷ mà các hoạt động sống, sinh hoạt, các nhu cầu của con người ngày càng tăng cao khi dân số thế giới đạt mốc 7 tỷ người. Đi cùng với việc dân số tăng nhanh th sự phát trin của xã hội, khoa học kỹ thut của loài người càng diễn ra với tốc độ nhanh. Chính vì sự phát trin đ đã gây ra sự thiếu hụt v năng lượng phục vụ cho con người ở thời đim hiện tại. Đối với vấn đ năng lượng, ta có khá nhiu phương php đ chuyn hóa nhiên liệu thành năng lượng ta cần. Tuy vy vấn đ v tr lượng và môi trường mới là nhng trở ngại cần lưu tâm nhất. Bên cạnh các nhiên liệu hóa thạch hay dùng ta không th phủ nhn năng lượng hạt nhân tuy là một loại năng lượng mới nhưng sản lượng mà nó đng gp cho đời sống hiện nay là không h nhỏ. Điện hạt nhân là một kỹ thut mới đem lại nhng lợi ích cho chúng ta mà không gây hại nhiu đến môi trường cũng như chất lượng phục vụ cũng kh cao. Nhưng đ hiu hết các vấn đ liên quan đến điện hạt nhân thực sự là một vấn đ kh khăn, nhân lực có các kỹ năng xử lý, kiến thức cần biết khi sử dụng ngun năng lượng này cũng không nhiu. Lợi ích là không th phủ nhn nhưng an toàn vẫn là phần quan trọng nhất và đối với điện hạt nhân thì vấn đ an toàn lại càng được bảo đảm tuyệt đối. Nhng việc ta cần làm hiện nay là tìm hiu thấu đo v cách thức hoạt động, cấu tạo cũng như kỹ năng xử lý các vấn đ v điện hạt nhân, đ là l do tc giả chọn đ tài “Khảo st sự cố do thanh điu khin trong lò phản ứng BWR bng phần mm mô phỏng BWR_V3”. Trong kha lun này ta sẽ phân tích v một số sự cố của lò nước sôi BWR trên phần mm mô phỏng BWR_V3 đ hiu thêm v cc hiện tượng khi c sự cố. ix Kha lun này sẽ bao gm các phần chính: Chương 1: Tổng quan năng lượng hạt nhân, ở đây ta sẽ tìm hiu v lịch sử ra đời và phát trin của cc nhà my điện hạt nhân. Bên cạnh đ ta sẽ sơ lược qua các thế hệ lò phản ứng đã và đang pht trin. Chương 2: L thuyết lò phản ứng hạt nhân, trong chương này ta sẽ tp trung tìm hiu v lý thuyết của neutron cùng các phản ứng trong lò phản ứng hạt nhân. Chương 3: Cấu tạo lò phản ứng nước sôi BWR, chương này sẽ bao gm cấu tạo cũng như nguyên l hoạt động của một lò phản ứng hạt nhân loại nước sôi. Chương 4: Phần mm mô phỏng lò phản ứng hạt nhân BWR_V3 và Mô phỏng sự cố thanh điu khin. Ta sẽ dùng phần mm BWR_V3 đ khảo st hai sự cố liên quan đến hệ thống thanh điu khin. 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN 1.1. Tình hình năng lượng nguyên tử th gii v Vit Nam Cuộc sống xung quanh ta đang c nhng bước phát trin liên tục v nhiu mặt kinh tế, văn ha, xã hội, công nghệ… và đi kèm với sự phát trin đ là vấn đ v nhiên liệu cho các hoạt động sống và sản xuất. Hiện nay đ phục vụ cho đời sống, con người đang sử dụng nhiu ngun nhiên liệu khc nhau như than đ, dầu mỏ, các ngun khí đốt khc… Tuy vy đối với nhng loại nhiên liệu không th tái sinh này thì chúng ch có th duy trì trong khoảng thời gian không lâu vì sự khai thác và sử dụng quá mức của con người ( than đ 5 t tấn/ năm, dầu mỏ 30 tỷ thùng/ năm…). Các nhiên liệu trên c đng gp rất to lớn trong các ngành ngh hiện tại đặc biệt là trong công nghiệp vì có tr lượng lớn và hiệu quả sử dụng cao nhưng chính nhng loại nguyên liệu hóa thạch lại là nguyên nhân gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu do lượng khí cacbonic mà chúng thải ra khi ta sử dụng. Ước tính mỗi năm lượng khí cacbonic do các nhiên liệu hóa thạch thải ra đạt 21,3 t tấn và có th tăng hơn so với nhng năm trước đ. Điu này làm cho sự ô nhiễm môi trường trên toàn thế giới đến mức đng bo động, ảnh hưởng rất xấu đến sức khỏe cũng như tính mạng con người. Hiện tại dân số thế giới đã đạt hơn 7 t người, điu đ c nghĩa nhu cầu v năng lượng nhiu hơn bao giờ hết và bài toán v ngun năng lượng lại được đặt ra khi mà nhng nhiên liệu trên đang trên đà cạn kiệt. Và ngun năng lượng mới mà thế giới đang hướng tới ở thời đim hiện tại là năng lượng nguyên tử, một loại năng lượng được con người phát minh ra vào nhng năm của thế k 20 nhm thay thế cho nhng ngun năng lượng cũ. Năng lượng hạt nhân là một ngun năng lượng mới ra đời sau nhưng n mang lại nhng lợi ích to lớn phục vụ cho xã hội và cuộc sống con người. Đi đầu là sự xuất hiện của nhng nhà máy tạo ra ngun điện hạt nhân từ ngun nhiên liệu là [...]... tồn lưu [7] 23 CHƯƠNG 4 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BWR_ V3 VÀ MÔ PHỎNG SỰ CỐ THANH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Giới thiệu chung về phần mềm BWR_ V3 4.1.1 Giới thiệu phần mềm Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) hỗ trợ các nước đang phát triển năng lượng điện hạt nhân bằng việc sử dụng chương trình mô phỏng lò phản ứng, để có được kinh nghiệm và khả năng xử lý trong việc điều hành một... xuống với tốc độ càng tăng 12 CHƯƠNG 3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CỦA LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC SÔI BWR 3.1 Tổng quan và lịch sử lò phản ứng hạt nhân BWR BWR là viết tắt của Boiling Water Reactor hay còn gọi là lò phản ứng nước sôi Như đã nói ở trên lò phản ứng BWR thuộc thế hệ lò phản ứng thứ II được sử dụng vì mục đích hòa bình là phát điện BWR được nghiên cứu và phát triển bởi phòng thí nghiệm quốc... lò giảm xuống có nghĩa là thanh điều khiển khi đưa vào lò sẽ tạo ra độ phản ứng âm và khi rút ra là độ phản ứng dương cho lò Ngoài ra còn có một số yếu tố khác có thể ảnh hưởng độ phản ứng trong lò như sự nhiễm độc xenon, sự tạo xỉ trong lò, hệ số nhiệt độ, hiệu ứng công suất… Đa số các quá trình này đều gây ra độ phản ứng âm trong lò [1] Ở đây ta sẽ tập trung vào sự thay đổi độ phản ứng. .. của lò thì có các ống dẫn thanh điều khiển và các thanh điều khiển đặt ở phần dưới Hình 3.1 Cấu tạo thùng lò phản ứng BWR Thùng lò trong một lò phản ứng được thiết kế để có thể chịu được áp lực, chứa vùng hoạt và chất tải nhiệt, cấu tạo của thùng lò được mô tả trong hình 3.1 Trong thực tế, thùng lò của BWR lớn hơn được che chắn khỏi thông lượng neutron tốt hơn Vì vậy, mặc dù loại thùng lò này... siêu tới hạn làm Sản phẩm bằng khí Lò phản ứng nhiệt độ rất cao Nước 510-550 Rất cao UF6 trong muối UO2 1.000 1.500 UO2 (lăng Nhiệt Hêli 1.000 Cao trụ hoặc viên) 6 250 hyđro Điện, hyđro Điện Điện, hyđro CHƯƠNG 2 VẬT LÝ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 2.1 Phản ứng phân hạch hạt nhân Trong vật lý lò phản ứng, phản ứng phân hạch hạt nhân là phản ứng quan trọng nhất Trong phản ứng này khi một neutron va chạm với... chính của kiểu lò này hiện nay là General Electric Hitachi Nuclear Energy, bao gồm công đoạn thiết kế và xây dựng Lò phản ứng BWR được đưa vào sử dụng thực tế vào khoảng năm 1960 Hiện nay số lượng lò BWR chiếm khoảng 20% tổng số lò phản ứng hạt nhân trên thế giới BWR là loại lò sử dụng nước nhẹ vừa là chất tải nhiệt vừa là chất làm chậm trong vùng hoạt lò phản ứng Khác với lò phản ứng nước áp lực... bốn thế hệ lò phản ứng chính là các thế hệ I, II, III và IV Hình 1.1 Các thế hệ lò phản ứng phát triển theo thời gian 1.2.1 Thế hệ lò phản ứng I Như đã nói đến, các lò phản ứng được dùng cho mục đích phát điện đầu tiên được vận hành vào những năm 50 thế kỷ 20 như lò ở Obninsk (Liên Xô) năm 1954 hay ở thung lũng Calder năm 1956 đều là những lò thuộc thế hệ đầu tiên Những lò phản ứng ở thế... trong việc điều hành một nhà máy điện hạt nhân Các phần mềm mô phỏng khác nhau do IAEA cung cấp sẽ mang các đặc tính của từng loại lò khác nhau với độ chính xác cao BWR_ V3 (Boiling Water Reactor _Version 3) là một chương trình phần mềm mô phỏng được sử dụng cho hệ thống lò phản ứng nước sôi BWR, bao gồm các thông số kỹ thuật của một lò phản ứng nước sôi hoạt động ở công suất 1300 MW [3] Được... nhiều do khó sản xuất, giá thành cao Vì thế nên trong các lò phản ứng hạt nhân ta sử dụng nước thường thay cho các vật liệu khác vì giá thành rẻ, dễ sản xuất và quản lý 11 2.3 Độ phản ứng Như đã nói trong quá trình hoạt động của một lò phản ứng hạt nhân ta cần quan tâm đến hệ số nhân k trong lò Để lò hoạt động ổn định, hệ thống phải duy trì sao cho hệ số nhân k luôn bằng 1 nghĩa là phản ứng dây... neutron mới sinh ra và neutrino Các sản phẩm phân hạch này đóng góp một phần năng lượng tạo nên một năng lượng khoảng 200 MeV khi phản ứng phân hạch xảy ra Trong lò phản ứng hạt nhân sự hoạt động của lò là dựa trên phản ứng dây chuyền Đây là phản ứng dựa trên nguyên tắc của phản ứng phân hạch hạt nhân Để duy trì hoạt động ổn định của lò ta dựa trên hệ số nhân neutron k Đây là hệ số cho ta biết tỉ số . các lò phản ứng hiện nay 4 1.2.1. Thế hệ lò phản ứng I 4 1.2.2. Thế hệ lò phản ứng II 5 1.2.3. Thế hệ lò phản ứng III và III+ 5 1.2.4. Thế hệ lò phản ứng IV 6 CHƯƠNG 2: VT L LÒ PHẢN ỨNG. l do tc giả chọn đ tài Khảo st sự cố do thanh điu khin trong lò phản ứng BWR bng phần mm mô phỏng BWR_ V3 . Trong kha lun này ta sẽ phân tích v một số sự cố của lò nước sôi BWR. trong lò 19 3.2.6. Hệ thống an toàn lò phản ứng BWR 21 3.2.6.1. Hệ thống thông gió lò phản ứng 21 3.2.6.2. Hệ xử lý khí thải dự phòng 22 CHƯƠNG 4: PHẦN MM MÔ PHỎNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BWR_ V3