Nghiên cứu, tính toán sự cố bình điều áp lò phản ứng AP1000

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trƣơng Thành Đạt NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP LÒ PHẢN ỨNG AP1000 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trƣơng Thành Đạt NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP LÒ PHẢN ỨNG AP1000 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ CHÍ DŨNG Hà Nội – 2015 Lời cảm ơn Trong thời gian làm luận văn, em nhận nhiều giúp đỡ, quan tâm từ thầy cô, gia đình bạn bè Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Lê Chí Dũng (Hội đồng An toàn hạt nhân quốc gia, nguyên Cục phó Cục An toàn xạ hạt nhân) tận tình giúp em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn Th.S Nguyễn An Trung, Th.S Trần Thị Trang, Th.S Nguyễn Hoàng Anh, Th.S Trương Công Thắng anh chị phòng an toàn hạt nhân (Cục an toàn xạ hạt nhân) giúp đỡ em trình em làm luận văn phòng Em xin chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ thầy cô môn Vật lý hạt nhân, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) đạy dỗ động viên em suốt thời gian em học tập trường Tác giả MỤC LỤC Lời cảm ơn MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG LÒ PHẢN ỨNG AP1000, BÌNH ĐIỀU ÁP 1.1 Giới thiệu lò phản ứng AP1000 1.1.1 Giới thiệu chung .2 1.1.2 Hệ thống tải nhiệt Error! Bookmark not defined 1.1.3 Hệ thống an toàn Error! Bookmark not defined 1.2 Bình điều áp lò phản ứng AP000 Error! Bookmark not defined 1.2.1 Cấu tạo bình điều áp Error! Bookmark not defined 1.2.2 Van an toàn bình điều áp Error! Bookmark not defined 1.2.3 Hệ thống van giảm áp tự động ADS Error! Bookmark not defined 1.2.4 Sự cố bình điều áp Error! Bookmark not defined CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5 Error! Bookmark not defined 2.1 Giới thiệu chƣơng trình RELAP5 Error! Bookmark not defined 2.2 Cấu trúc chƣơng trình RELAP5 Error! Bookmark not defined 2.2.1 Cấu trúc chƣơng trình Error! Bookmark not defined 2.2.2 Cấu trúc tệp liệu đầu vào Error! Bookmark not defined 2.2.3 Dữ liệu mô tả toán Error! Bookmark not defined 2.2.4 Chíp điều khiển Error! Bookmark not defined 2.2.5 Dữ liệu cấu trúc thủy động Error! Bookmark not defined 2.2.6 Thành phần điều khiển hệ thống Error! Bookmark not defined 2.3 Dữ liệu đầu vào bình điều áp Error! Bookmark not defined 2.3.1 Mô hình hóa bình điều áp lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark not defined 2.3.2 Dữ liệu đầu vào đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng Error! Bookmark not defined 2.3.3 Dữ liệu đầu vào van an toàn Error! Bookmark not defined 2.3.4 Dữ liệu đầu vào van giảm áp tự động Error! Bookmark not defined 2.3.5 Dữ liệu đầu vào hệ thống phun giảm áp Error! Bookmark not defined CHƢƠNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Error! Bookmark not defined 3.1 Kết trạng thái dừng Error! Bookmark not defined 3.2 Kết trạng thái chuyển tiếp Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ACC (Accumulators): Bế tích nƣớc cao áp ADS (Automatic Depressurization System): Hệ thống giảm áp tự động DVI (Direct Vessel Injection): Đƣờng dẫn nƣớc trực tiếp vào thùng lò IRWRT (In-Containment Refueling Water Storage Tank): Bể trữ nƣớc thay đảo nhiên liệu boong-ke lò LOCA (SmallLoss Of Coolant Accident): Sự cố nƣớc làm mát nhỏ PRHR (Passive Residual Heat Removal): Hệ thống tải nhiệt dƣ thụ động PXS (Passive core Cooling System): Hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động PWR (Pressurized Water Reactor): Lò phản ứng nƣớc áp lực RCS (Reactor Cooling System): Hệ thống làm mát lò phản ứng TMI-2 (ThreeMiles Island – 2): Tổ máy thứ nhà máy điện hạt nhân Three Miles Island U.S NRC (United States Nuclear Regulatory Commission): Ủy ban pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thông số lò AP1000 Bảng 1.2 Các thông số thiết kế bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 1.3 Các thông số thiết kế van an toàn bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 1.4 Áp suất kích hoạt van ADS Error! Bookmark not defined Bảng 2.1 Định dạng thẻ RELAP5 Error! Bookmark not defined Bảng 2.2Thẻ liệu đầu vào cho thành phần thủy động Error! Bookmark not defined Bảng 2.3 Thông số hình học bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.4 Thông số thủy nhiệt bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.5 Tính độ giảm áp dọc theo bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.6Dữ liệu hình chiếu mặt cắt ngang đoạn ống cong(*): Error! Bookmark not defined Bảng 2.7Dữ liệu hình chiếu mặt cắt ngang đoạn ống thẳng(*): Error! Bookmark not defined Bảng 2.8 Chiều dài đoạn theo độ dốc củađƣờng ống nối bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.9Các thông số hình học khác củađƣờng ống nối bình điều áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.10 Thông số thủy nhiệt củađƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng Error! Bookmark not defined Bảng 2.11 Độ giảm áp dọc theo đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng Error! Bookmark not defined Bảng 2.12 Thông số hình học van an toàn Error! Bookmark not defined Bảng 2.13 Thông số thủy nhiệt van an toàn Error! Bookmark not defined Bảng 2.14 Thông số hình học van giảm áp tự động Error! Bookmark not defined Bảng 2.15 Thông số thủy nhiệt van giảm áp tự động Error! Bookmark not defined Bảng 2.16 Dữ liệu bể chứa nƣớc thay đảo nhiên liệu (IRWST) Error! Bookmark not defined Bảng 2.17 Thông số hình học hệ thống phun giảm áp Error! Bookmark not defined Bảng 2.18 Thông số thủy nhiệt hệ thống phun giảm áp Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Diễn biến cố Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Lựa chọn điều kiện biên (lối vào chân nóng) Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nhà máy điện hạt nhân AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Hệ thống làm mát lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Hệ thống an toàn thụ động Error! Bookmark not defined Hình 1.4 So sánh tần số nóng chảy vùng hoạt Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Bình điều áp lò AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Hệ thống giảm áp thụ động lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Cấu trúc chƣơng trình RELAP5 Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Mô hình hóa bình điều áp lò phản ứng AP1000 Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Sơ đồ nút hóa bình điều áp REALAP5 Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Sơ đồ chia lƣới đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Áp suất bình điều áp trạng thái dừng Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Nhiệt độ nƣớc bình điều áp trạng thái dừng Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Áp suất bình điều áp cố mở van an toàn (theo tính toán luận văn) Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Áp suất bình điều ápsự cố mở van an toàn (theo tính toán U.S NRC) Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Nhiệt độ nƣớc nƣớc bình điều áp Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Tốc độ dòng qua van an toàn bình điều áp Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Do nhu cầu điện tăng cao, năm 2009, Quốc hội phê duyệt chủ trƣơng xây dựng hai nhà máy điện hạt nhân nƣớc ta, Ninh Thuận, theo công nghệ Liên bang Nga (gọi Ninh Thuận 1) Nhật Bản (gọi Ninh Thuận 2) đề xuất Dự kiến công nghệ đề xuất cho Ninh Thuận AP1000 Vì vậy, Luận văn chọn nội dung nghiên cứu liên quan đến AP1000 AP1000 lò phản ứng hạt nhân thuộc loại PWR (lò nƣớc áp lực) Tập đoàn Westinghouse.Đây loại lò có nhiều cải tiến theo hƣớng an toàn thụ động (Advanced Passive)có mức độ an toàn cao AP1000 có bình điều áp với thể tích gần gấp đôi loại lò công suất Nhà máy điện hạt nhân loại hình sử dụng lƣợng với hiệu suất cao, nhƣng tai nạn xảy thiệt hại vô lớn, nên vấn đề an toàn đƣợc đặt lên hàng đầu Bất cải tiến yêu cầu phải có ý nghiên cứu phù hợp Vì vậy, Luận văn đề xuất nghiên cứu bình điều áp cố bình điều áp xảy lò phản ứng AP1000 Sự cố đƣợc mô tính toán phần mềm RELAP5 – phần mềm đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ cập tính toán an toàn nhà máy điện hạt nhân nói chung, nhƣ đƣợc sử dụng để mô cố giả định phận, hệ thống nhà máy điện hạt nhân nói riêng Do vấn đề an toàn nhà máy điện hạt nhân đƣợc xem xét chủ yếu sở phân tích cố giả định lò phản ứng hạt nhân Vì vậy, dƣới đây, luận văn này, tác giả dùng cụm từ “nhà máy điện hạt nhân AP1000” với ý nghĩa nhƣ cụm từ “lò phản ứng hạt nhân AP1000” 1 CHƢƠNG LÒ PHẢN ỨNG AP1000, BÌNH ĐIỀU ÁP 1.1 Giới thiệu lò phản ứng AP1000 1.1.1 Giới thiệu chung Lò phản ứng hạt nhân AP1000 có công suất 1117 MWe, luận văn này, tác giả thống gọi tắt AP1000 Dựa 20 năm nghiên cứu phát triển, AP1000 đƣợc xây dựng cải tiến dựa công nghệ có từ phận đƣợc sử dụng thiết kế Westinghouse Bao gồm bình sinh hơi, bình điều áp, thiết bị điều khiển – đo đạc, nhiên liệu thùng lò đƣợc sử dụng rộng rãi toàn giới đƣợc kiểm chứng qua nhiều năm với độ tin cậy cao vận hành Các thành phần AP1000 đƣợc giới thiệu Hình 1.1 AP1000 thiết kế hƣớng tới an toàn cao hiệu suất tối ƣu Hệ thống an toàn đƣợc thụ động hóa việc sử dụng lực tự nhiên: Áp suất, trọng lực đối lƣu Bên cạnh tác động điều hành phức tạp để điều khiển an toàn đƣợc giảm thiểu Vùng hoạt AP1000 bao gồm 157 bó nhiên liệu, chiều dài 4.3 m, xếp theo mảng 1717 Vùng hoạt AP1000 gồm ba lớp xuyên tâm có độ giàu khác nhau; độ giàu nhiên liệu theo dải từ 2.35 đến 4,8% Thiết kế chu kỳ nhiên liệu vùng hoạt 18 tháng với yếu tố công suất 93%, tốc độ trung bình lớp phát cao cỡ 60000 MWD/t, thông số AP1000 đƣợc Bảng 1.1 Bảng 1.1 Các thông số lò AP1000 Thông số AP1000 Công suất điện, MWe 1117 Công suất nhiệt, MWt 3400 Áp suất vận hành lò phản ứng, MPa 15.5 Nhiệt độ chân nóng, °C (°F) 321 (610) Số bó nhiên liệu 157 Kiểu bó nhiên liệu 17x17 Chiều dài hoạt động nhiên liệu, m (ft) 4.3 (14) TÀI LIỆU THAM KHẢO Idaho Nationl Engineering Laboratory (1995),RELAP5/MOD3 Code Manual Vol II, Washington Westinghouse Electric Company (2011), AP1000 Design Control Document Rev.19, America Westinghouse Electric Company (2011), AP1000 PWR Reactor Coolant Pumps, America Westinghouse Electric Company (2003), The Westinghouse AP1000 Advanced Nuclear Plant, America [...]... 1 LÒ PHẢN ỨNG AP1000, BÌNH ĐIỀU ÁP 1.1 Giới thiệu về lò phản ứng AP1000 1.1.1 Giới thiệu chung Lò phản ứng hạt nhân AP1000 có công suất 1117 MWe, trong luận văn này, tác giả thống nhất gọi tắt là AP1000 Dựa trên 20 năm nghiên cứu và phát triển, AP1000 đƣợc xây dựng và cải tiến dựa trên các công nghệ đã có từ các bộ phận đang đƣợc sử dụng trong các thiết kế của Westinghouse Bao gồm bình sinh hơi, bình. .. gồm bình sinh hơi, bình điều áp, thiết bị điều khiển – đo đạc, nhiên liệu và thùng lò đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và đƣợc kiểm chứng qua nhiều năm với độ tin cậy cao khi vận hành Các thành phần chính của AP1000 đƣợc giới thiệu ở Hình 1.1 AP1000 thiết kế hƣớng tới sự an toàn cao và hiệu suất tối ƣu Hệ thống an toàn đƣợc thụ động hóa bằng việc sử dụng các lực tự nhiên: Áp suất, trọng lực và... hoạt là 18 tháng với yếu tố công suất là 93%, tốc độ trung bình lớp phát ra cao cỡ 60000 MWD/t, các thông số chính của AP1000 đƣợc chỉ ra ở Bảng 1.1 Bảng 1.1 Các thông số chính của lò AP1000 Thông số AP1000 Công suất điện, MWe 1117 Công suất nhiệt, MWt 3400 Áp suất vận hành lò phản ứng, MPa 15.5 Nhiệt độ chân nóng, °C (°F) 321 (610) Số bó nhiên liệu 157 Kiểu bó nhiên liệu 17x17 Chiều dài hoạt động thanh... Bên cạnh đó các tác động điều hành phức tạp để điều khiển sự an toàn đƣợc giảm thiểu Vùng hoạt AP1000 bao gồm 157 bó nhiên liệu, chiều dài 4.3 m, sắp xếp theo mảng 1717 Vùng hoạt AP1000 gồm ba lớp xuyên tâm có độ giàu khác nhau; độ giàu của nhiên liệu theo dải từ 2.35 đến 4,8% Thiết kế một chu kỳ nhiên liệu của vùng hoạt là 18 tháng với yếu tố công suất là 93%, tốc độ trung bình lớp phát ra cao cỡ... Engineering Laboratory (1995),RELAP5/MOD3 Code Manual Vol II, Washington 2 Westinghouse Electric Company (2011), AP1000 Design Control Document Rev.19, America 3 Westinghouse Electric Company (2011), AP1000 PWR Reactor Coolant Pumps, America 4 Westinghouse Electric Company (2003), The Westinghouse AP1000 Advanced Nuclear Plant, America 3