Giáo trình vận hành và bảo vệ an toàn vùng hoạt fomatted final

VẬN HÀNH VÀ ĐẢM BẢO AN TOÀN VÙNG HOẠT TS Trần Đại Phúc DHEVN Hà Nội, 3/2014 MỤC LỤC Mở đầu 1.1 Tổng quát 1.2 Những hạn chế vùng hoạt Tinh thể vùng hoạt 2.1 Các thông số cần dùng 2.2 Các phương pháp điều khiển vùng hoạt Các phương pháp vận hành 3.1 Tiểu sử 3.2 Vận hành phương pháp «A » 3.2.1 Phương tiện mục tiêu 3.2.2 Áp dụng với đòi hỏi mạng lưới điện «load following» 3.2.3 Áp dụng với phương pháp điều khiển qua «biến đổi tần số» điện «frequency variation » 3.2.4 Các linh hoạt vận hành phương pháp «A» MỤC LỤC 3.3 Vận hành theo phương pháp «G» 3.3.1 Mở đầu 3.3.2 Cấu tạo điều khiển 3.3.3 Phân bố điều khiển vùng hoạt 3.3.4 Phương pháp định nghĩa « bao chùm » (overlapping) 3.3.5 Các phương pháp hành động 3.3.6 Đáp ứng tiêu chuẩn an toàn 3.3.7 Áp dụng với đòi hỏi mạng lưới điện « load following » 3.3.8 Áp dụng với điều khiển qua « biến đổi tần số » điện « frequency variation » 3.3.9 Những linh hoạt phương pháp « G » MỤC LỤC Phân tích an toàn với phương pháp «G» 4.1 Áp dụng với đòi hỏi mạng lưới điện «load following » 4.1.1 Các đặc điểm 4.1.2 Các phương pháp tính toán 4.2 Áp dụng với điều khiển qua «biến đổi tần số » điện «frequency variation » 4.2.1 Tiêu chuẩn ECCS 4.2.2 Tiêu chuẩn DNB 4.2.3 Tiêu chuẩn UO2 bị cháy 4.2.4 Tiêu chuẩn PCI « tương tác học viên nhiên liệu – nhiên liệu» I MỞ ĐẦU 1.1 Nhiệm vụ NMDHN là cung cấp điện cho mạng lưới điện cao thế  Để đáp ứng lại thay đổi công suất tiêu thụ điện năng, NMDHN điều khiển qua: • Các HT điều khiển; • Dùng Axit Boric; • Nhiêt độ HT1  Người ta gọi «cách thức vận hành», «biện pháp» dùng phương tiện kể để đảm bảo cung cấp đủ điện cho mạng lưới điện cao đồng thời đáp ứng yêu cầu vùng hoạt NMDHN I MỞ ĐẦU 1.1 Nhiệm vụ NMDHN là cung cấp điện cho mạng lưới điện cao thế  Trước đề cập đến cách thức vận hành, cần đề cập đến tượng quan trọng vùng hoạt: • Chênh lệch công suất «xung quanh trục» (Power axial difference): ΔI; • Sự cân đối công suất «xung quanh trục» (axial offset): AO; • Công suất tối đa «xung quanh trục»: Q(z); • Hê số «điểm nóng»: Fq I MỞ ĐẦU 1.2 Giới hạn kiểm soát vùng hoạt  Vỏ bọc nhiên liệu «lớp che chắn an toàn phóng xạ» đầu tiên; mục tiêu biện pháp kiếm soát nhà máy điện hạt nhân không để xảy nứt gãy vỏ bọc nhiên liệu • Viên nhiên liệu (UO2) không nóng chảy; • Không có tượng «DNB» (Departure from Nucleate Boiling) vỏ nhiên liệu; • Sự tương ứng UO2 vỏ bọc nhiên liệu (P.C.I), gây «áp lực động học» lớn cho vỏ bọc nhiên liệu; I MỞ ĐẦU 1.2 Giới hạn kiểm soát vùng hoạt  Công suất tuyến tính phải thấp 590 W/cm điểm vùng hoạt, đảm bảo UO2 không bị nóng chảy;  DNBR phải thấp 1.3, đảm bảo không xảy tượng bốc («dry-out» effect) • Những tiêu chuẩn phải đảm bảo tình trạng khẩn cấp • Không có bảo vệ P.C.I (nhưng đặc điểm kỹ thuật vận hành: hạn chế tốc độ tăng công suất sau thời gian dài vận hành công suất thấp) I MỞ ĐẦU 1.2 Giới hạn kiểm soát vùng hoạt  Hãy coi tình trạng vận hành bình thường điểm khởi đầu tai nạn  Để đáp ứng tiêu chuẩn an toàn sau xảy tai nạn này: tiêu chuẩn nhiệt độ vỏ nhiên liệu phải < 1204°C;  Phải hạn chế “công suất tuyến tính” theo chiều cao (Qz) vùng hoạt;  Qz = thông lượng nhiệt cực đại nhiên liệu ví trí z/thông lượng trung bình tất nhiên liệu I MỞ ĐẦU 1.2 Giới hạn kiểm soát vùng hoạt  Cuối mục tiêu điều kiện vận hành là: • Giữ vùng hoạt tới hạn với công suất mong muốn; • Giữ công suất vùng hoạt ổn định được; • Hay giữ công suất “xung quanh trục” ổn định  Ta nên nhớ, “biến thiên” công suất theo mặt cắt ngang vùng hoạt kiểm soát cách thụ động thiết kế với hệ số “radial pic” cho tất tình trạng nghiêm trọng 10 IV PHÂN TÍCH AN TOÀN PHƯƠNG PHÁP “G” 4.2 Áp dụng với Đáp ứng với điều khiển qua «biến đổi tần số» điện (frequency variation) 4.2.3 Tiêu chuẩn UO2 bị cháy  Vận hành theo kiểu làm viên nhiên liệu bị vỡ nứt, cách viên nhiên liệu mặt vỏ nhiên liệu giảm bớt đi, đó, nhiệt độ UO2 giảm bớt Dù vậy, nên quan tâm đến tai nạn sau:  LOCA;  Roto bị chặn lại;  Bộ điều khiển bay  Những tai nạn, mà trường hợp vận hành trên, tiêu chuẩn an toàn không đáp ứng IV PHÂN TÍCH AN TOÀN PHƯƠNG PHÁP “G” 4.2 Áp dụng với Đáp ứng với điều khiển qua «biến đổi tần số» điện (frequency variation) 4.2.3 Tiêu chuẩn UO2 bị cháy (tiếp)  Trong trường hợp rôto điều khiển bay cho ta thấy đáp ứng tiêu chuẩn bảo đảm Trái lại với trường hợp LOCA, độ dự trữ (margin) thấp, nên phải thận trọng; phương pháp điều khiển phải định rõ ràng 4.2.4 Tiêu chuẩn tương tác học vỏ bọc viên nhiên liệu (PCI «mechanical interaction pellet-cladding»)  Nếu thời gian vận hành, tương ứng viên nguyên liệu vỏ bọc nhiên liệu, biến đổi công suất kiểu vận hành ảnh hưởng đến tượng  Trái lại, viên nhiên liệu dính với vỏ nhiên liệu, kiểu vận hành gây hư hại cho vỏ bọc  Người ta dự đoán, giảm nhiệt độ viên nhiên liệu vỏ bọc nhiên liệu làm giảm ảnh hưởng kiểu vận hành tên biến đổi công suất PHỤ LỤC 1: ĐỊNH NGHĨA NHỮNG TỪ ĐƯỢC DÙNG  Chênh lệch công suất (Pz) ΔI: chênh lệch HT đo lường bên công suất vùng hoạt ΔI • ΔI = I (trên) – I (dưới) • Nó chênh lệch công suất cực đại vùng công suất cực đại vùng vùng hoạt  Công suất Pz không ổn định A.O (Axial Offset): • A.O = (I (trên)) – I (dưới)) / (I (trên)) + I (dưới)) • Công suất tương ứng: Pr = (P (trên) + P(dưới)) / Pn (100%) % • ΔI = A.O x Pr  Phân chia (z) công suất tối đa Q(z): công suất nhiệt tối đa (z) (ở mặt nhiên liệu) công suất nhiệt tất nhiên liệu • Q(z) = Ømax(z)/ Ø(mean core) • FQ(z) = max Q(z) = Qmax/ Ø(mean core) • FQ x Pr = Ømax(z)/nominal mean core) PHỤ LỤC 2: ĐIỀU KHIỂN TUABIN VÀ SỬ DỤNG HT ĐIỀU KHIỂN  Lựa chọn HT điều khiển «xám»: lựa chọn vị trí HT điều khiển «xám» cho ta: • Hạn chế sai lầm đo lường; • Hạn chế chênh lệch thay đổi «độ phản ứng»; • Tránh khỏi móc nối HT điều khiển (nhóm R, tuabin) - Do đó, phải dùng báo hiệu chung (cho tăng công suất) để điều khiển tuabin nhóm điều khiển «xám» Vì vậy, trước phân tích báo hiệu nhóm điều khiển «xám», cần xem xét HT điều khiển Tuabin PHỤ LỤC 2: ĐIỀU KHIỂN TUABIN VÀ SỬ DỤNG HT ĐIỀU KHIỂN  Điều khiển tuabin • Các HT có liên quan đến việc điều khiển tuabin hình dung cách đơn giản Mở supap vào tuabin điều khiển qua HT chọn lựa đường (A), (B) (C) • Đường (A): điều khiển công suất với phương pháp: - Trực tiếp: điều khiển tuabin HT riêng biệt, bắt buộc phải mở supap dựa trạng thái HT1; - Tự động: phương pháp ảnh hưởng đến « điều khiển qua biến đổi tần số điện), điều khiển công suất so sánh với công suất điện báo hiệu:  Đáp ứng công suất ban đầu;  Biến đổi công suất điều khiển HT1;  Biến đổi công suất điều khiển qua tần số điện PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Mở đầu  Để thực biến đổi công suất, phải đặt câu hỏi sau: • Ta giữ tình trạng vận hành vùng có bảo đảm an toàn (tiêu chuẩn ECCS)? • Ta có gặp trở ngại liên quan đến HT điều khiển an toàn vùng hoạt (axit boric: tốc độ CVCS, trọng lượng chất thải, HT điều khiển, hạn chế mức vào vùng hoạt bó điều khiển)? PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Mở đầu  Để nhà vận hành trả lời câu hỏi trên, phải cho họ phương pháp hỗ trợ vận hành để có thể: • Cho họ biết hành động liên tiếp phải làm nồng độ axit boric phương pháp vận hành định; • Kiểm duyệt xem trạng thái biến chuyển công suất thực hay không, tương ứng với:  Những hạn chế liên quan đến HT an toàn như: tốc độ CVCS, khả xử lý chất thải (LWTS), hạn chế mức vào bó điều khiển;  Những hạn chế có liên quan đến an toàn kiểm soát phân bố công suất PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Mở đầu (tiếp)  Ban đầu, phương pháp nêu (vẫn áp dụng) để giải đáp mối liên hệ cho nhà vận hành cho họ mô hình nhà vận hành thẩm định ảnh hưởng thông số vật lý liên quan đến lò phản ứng hạt nhân (công suât, thay đổi xenon, hiệu bó điều khiển, axit boric, ) PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Mở đầu (tiếp)  Theo thiết kế phương pháp giải vấn đề vận hành: • Có thể cho ta đánh giá cách xác trạng thái «độ phản ứng» vài trường hợp định; • Nó hoàn toàn kiểm soát phân bố công suất  Phương pháp cải tiến bổ sung thêm, tính toán thay đổi xenon  Trong thực hành, mô hình bao quát với tất tình trạng, nên người ta dùng máy tính để tính trước cách xác thay đổi độ phản ứng phân bố công suất PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Phân tích hệ thống  Các phương pháp ghi nhớ cho nhà vận hành gồm có: • Trạng thái vùng hoạt (độ cháy nhiên liệu, iode, xenon); • Đặc điểm vân hành (mức độ xuống điều khiển, nồng độ axit boric, nhiệt độ nước vào vùng hoạt, áp suất, tốc độ nước HT1); • Các liên quan HT (thí dụ: mức độ xuống điều khiển « xám » công suất PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Phân tích hệ thống  Cuối phương pháp ghi nhớ cho nhà vận hành phải gồm hành động chính: a) Trạng thái vùng hoạt cần phải theo dõi ngày: dựa kết thiết bị đo lường lò phản ứng hạt nhân, đặc điểm vận hành, để tính toán cách thường trực phân bố công suất Pz từ cho ta biết phân bố tức thời độ cháy nhiên liệu, iode, xenon) Hành động tự động hoàn toàn rõ ràng với nhà vận hành b) Một hành động giúp ích cho nhà vận hành « tính toán trước » (provisionnal simulation): tất đặc điểm trạng thái lò phản ứng hạt nhân tính toán dự trù trước PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Phân tích hệ thống  Trong thực tế, sau phân tích trường hợp thường xuyên gặp nhà vận hành, người ta rút trường hợp quan trọng mà nhà vận hành tính toán dự trù trước: • Chương trình thay đổi công suất; • Chương trình trở lại tới hạn dừng lò lạnh; • Chương trình dự trù điều khiển xenon  Các công việc tiến hành « đội ngũ vận hành » PHỤ LỤC 3: GHI NHỚ CHO NHÀ VẬN HÀNH Phân tích hệ thống  Kết tính toán máy tính cho nhà vận hành tất đặc điểm quan trọng vùng hoạt tất tiêu chuẩn an toàn phải đáp ứng (ECCS, DNBR, PCI); axit boric (nồng độ hành động phải làm); chất thải (khối lượng (CVCS) phân tích khả xử lý (LWTS)) PHỤ LỤC 4: VẬN HÀNH “STRECH-OUT”  Vận hành tiến hành cách giảm nhiệt độ trung bình HT1, để giữ độ phản ứng  Trong trường hợp nối chu kỳ vận hành, điều chỉnh công suất Pz khó khăn, vì: • Các điều khiển rút hết khỏi vùng hoạt; • Nồng độ axit boric thấp, người ta làm loãng PHỤ LỤC 4: VẬN HÀNH “STRECH-OUT”  Những phương pháp để điều khiển ΔI (vận hành «A»), sau: • Để ΔI tăng lên cao: điều khiển R đem vào vùng hoạt tới mức ban đầu, phải trả giá cách giảm bớt công suất nhiệt độ trung bình vùng hoạt; • Để ΔI xuống thấp: phải giảm bớt công suất, ΔI gần mức ban đầu Dưới 87% Pn (mức độ tới nhanh « strech-out», hẳn + 5% ΔI ảnh hưởng • Ta nên nhớ tất giảm công suất, tạo biến đổi xenon làm giảm bớt hiệu ΔI [...]... qua trinh vân hành binh thuong và cung câp môt khôi luong du tru “phan hoat dô” co thê dua vào tâm lo bât cu luc nào dê nganh chan giây truyên phân hach trong tâm lo 11  Nhung chat hâp thu notron thuong là B4C (boron carbide) và hop kim SIC (Silver-Indium-Cadmium) Nhung chat duoi hinh dang viên gôm (B4C) và thanh (SIC) trong môt ông boc bang thep không ri Chiêu cao cua chung cho thây du rang chung o... co thê dân dên nhiêu tinh trang không an toàn dôi voi vài tinh huong Chuc nang cua nhung BTD ây là dam bao hê sô nhiêt cua nuoc làm mat âm trong tât ca thoi gian cua chu ky  Nhung thanh dôc gôm co chat bore duoi hinh dang thuy tinh “pyrex”, voi dô giau borkhoang 12.5% B2O3, duoi hinh dang môt ông voi duong kinh ngoài 8.5 mm và dô dây 0.5mm, duoc boc boi môt vo thep 304 và duoc do o trong boi môt ông... (Gd156 và Gd158) se phân ra duoi anh huong cua chiêu xa thành 2 dông vi voi tiêt diên hâp thu rât kem (Sn) (Gd157 và Gd159), do do se dân dên môt anh huong du thua rât nho Môt sac xuât hâp thu, nghia là môt tôc dô hâp thu, voi phô notron PWR, chung ta co thê gia tang chu ky nhiên liêu giua 1 và 2 nam; Môt su mêm deo su dung, hiêu qua tôi uu bang cach chen vài thanh nhiên liêu UO2-Gd2O3 vào vài BTNLHN,... phan ung này là 3850 barns dôi voi cac notron châm và vài barns dôi voi notron nhanh (dinh luât 1/E1/2, E là nang luong cua notrons), cho phep dung B4C voi nguyên tô bore thiên nhiên (19.8 B10) hoac làm giau dên 90 % B10  B4C co môt phan ung thu câp dôi voi nhung notron nhanh: 10 4 3  5B + 10n → 2 2He + 1H  Du rang voi tiêt diên hâp thu môt ngàn lân thâp o phan ung trên, phan ung này không co anh... tao ra khi hêli và giai toa môt luong nhiêt Khi hêli tao ra bi luu du trong thanh dôc và co thê giam ap qua nhung ông dôi o trong thanh dôc; trai hanh voi nhung thanh hâp thu notron, su bên vung cua chung duoi anh huong cua chiêu xa không duoc quan mây, boi vi nhung BTD này se duoc lây ra sau cuôi chu ky Truong hop keo dài chu ky nhiên liêu  Su keo dài chu ky tu 12 thang cho dên 18 thang cua LPUHN,... nhung thanh nhiêm dôc (UO2-Gd2O3) Trong vài phân tâm lo (1/3 chang han), vài thanh nhiên liêu co viên gôm UO2-Gd2O3 (UO2 voi dô làm giau 8% Gd2O3) Su su dung gadolinium thay vi su dung axit boric trong nuoc làm mat cua he thông so câp, là vi cung nhu da nêu o trên, voi nông dô axit boric vuot qua muc cho phep, môt phân se anh huong dên hê sô nhiêt cua nuoc làm mat và phân khac se cân gia tang luong... qua cach dua nhung BTDK vào tâm lo Tuy theo muc dô công suât thâp, nhung BTDK co thê rut lên khoi tâm lo và luc do khôi dông bom axit-boric vào, phuong phap này se dân dên dô chay dông dêu cua nhiên liêu Nhung chât dôc  Do là nhung bo thanh dôc duoc dua vào trong chu ky dâu tiên cua tâm lo, hoac là nhung thanh co chat dôc tu chay duoi hinh dang viên gôm (UO2-Gd2O3) duoc dua vào cac BTNLHN, dê tôi uu... nhom BTDK dam bao nhung chuc nang nhu sau: an ninh S (BTDK an ninh, BTDK dâp LPUHN), BTDK diêu chinh công suât (nhom “nâu” “G” và “den” “B”) voi chiêu cao và tôc biên dôi rât nhanh; nhung BTDK diêu chinh nhiêt dô “R” Tuy theo muc dô cua chung o trong tâm lo, nhung BTDK “nâu” thuong o trong tâm lo, con nhung BTDK “den” thuong chi rioi vào trong tâm lo trong qua trinh dâp lo  Bang sau dây cho ta thây co... notron nhanh (1barn = 10-24 cm2) Bang sau dây cho ta thây nhung chat co tiêt diên hâp thu cao Tiêt diên cua nhung chat hâp thu biên dôi voi nang luong cua notron và dong môt vai tro rât quan trong trong su diêu khiên tâm lo Dôi voi dông vi B10, su diên tiêt diên môt cach dêu hoà trong moi nang luong tu notron châm cho dên notron nhanh so voi cac chat hâp thu khac, tiêt diên cua chung không dông dêu và tuy... tiêt diên cua chung không dông dêu và tuy thuôc nang luong cua notron Do do, B4C duoc dung môt cach rât trong cac loai LPUHN  Gia thành: Vât liêu thô và san suât, truc tiêp lê thuôc boi tuôi tho (yêu tô quan trong trong gia thành); 24  Nhung chat phân ra: chung cung là nhung chat hâp thu     notron (truong hop hafnium và europium), do do co thê gia tan tuôi tho cua nhung BTDK; nêu môt khi duoc tao ... Tổng quát 1.2 Những hạn chế vùng hoạt Tinh thể vùng hoạt 2.1 Các thông số cần dùng 2.2 Các phương pháp điều khiển vùng hoạt Các phương pháp vận hành 3.1 Tiểu sử 3.2 Vận hành phương pháp «A » 3.2.1... nhân viên vận hành; • Ảnh hưởng theo thời gian: – Xịt axit boric vào nước (tuỳ khối lượng); – Thời gian xịt axit boric vào nước; – Thời gian hoà axit boric với nước  Ảnh hưởng A.O không quan trọng... PHƯƠNG PHÁP VẬN HÀNH 3.2 Vận hành phương pháp «A» 3.2.1 Phương tiện mục tiêu • Khuôn khổ chia làm phần: – Trên 87% Pn: ΔI phải vùng + 5% ΔI (tượng trưng cho Pz với HT điều khiển vào vùng hoạt ít)