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 TỐN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP LỊ 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 TỐN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP LỊ 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 cơ, 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 tồn hạt nhân quốc gia, ngun Cục phó Cục An tồn 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 Hồng Anh, Th.S Trương Cơng Thắng anh chị phịng an tồn hạt nhân (Cục an tồn xạ hạt nhân) giúp đỡ em q trình em làm luận văn phịng 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 .2 1.1 Giới thiệu lò phản ứng AP1000 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Hệ thống tải nhiệt 1.1.3 Hệ thống an toàn 1.2 Bình điều áp lị phản ứng AP000 11 1.2.1 Cấu tạo bình điều áp 11 1.2.2 Van an tồn bình điều áp 12 1.2.3 Hệ thống van giảm áp tự động ADS 13 1.2.4 Sự cố bình điều áp 14 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN THỦY NHIỆT RELAP5 .16 2.1 Giới thiệu chƣơng trình RELAP5 16 2.2 Cấu trúc chƣơng trình RELAP5 16 2.2.1 Cấu trúc chƣơng trình 16 2.2.2 Cấu trúc tệp liệu đầu vào 18 2.2.3 Dữ liệu mô tả toán 20 2.2.4 Chíp điều khiển 21 2.2.5 Dữ liệu cấu trúc thủy động 22 2.2.6 Thành phần điều khiển hệ thống 26 2.3 2.3.1 Dữ liệu đầu vào bình điều áp 27 Mơ hình hóa bình điều áp lị phản ứng AP1000 27 2.3.2 Dữ liệu đầu vào đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 32 2.3.3 Dữ liệu đầu vào van an toàn 35 2.3.4 Dữ liệu đầu vào van giảm áp tự động 35 2.3.5 Dữ liệu đầu vào hệ thống phun giảm áp 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN 38 3.1 Kết trạng thái dừng 38 3.2 Kết trạng thái chuyển tiếp 39 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 46 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 thơng số lị AP1000 Bảng 1.2 Các thơng số thiết kế bình điều áp 13 Bảng 1.3 Các thơng số thiết kế van an tồn bình điều áp 14 Bảng 1.4 Áp suất kích hoạt van ADS 14 Bảng 2.1 Định dạng thẻ RELAP5 19 Bảng 2.2Thẻ liệu đầu vào cho thành phần thủy động 23 Bảng 2.3 Thơng số hình học bình điều áp 29 Bảng 2.4 Thông số thủy nhiệt bình điều áp 31 Bảng 2.5 Tính độ giảm áp dọc theo bình điều áp 31 (*) Bảng 2.6Dữ liệu hình chiếu mặt cắt ngang đoạn ống cong : 32 (*) Bảng 2.7Dữ liệu hình chiếu mặt cắt ngang đoạn ống thẳng : 33 Bảng 2.8 Chiều dài đoạn theo độ dốc củađƣờng ống nối bình điều áp 33 Bảng 2.9Các thơng số hình học khác củađƣờng ống nối bình điều áp 34 Bảng 2.10 Thông số thủy nhiệt củađƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 34 Bảng 2.11 Độ giảm áp dọc theo đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 34 Bảng 2.12 Thơng số hình học van an toàn 35 Bảng 2.13 Thông số thủy nhiệt van an toàn 35 Bảng 2.14 Thơng số hình học van giảm áp tự động 35 Bảng 2.15 Thông số thủy nhiệt van giảm áp tự động 35 Bảng 2.16 Dữ liệu bể chứa nƣớc thay đảo nhiên liệu (IRWST) 36 Bảng 2.17 Thơng số hình học hệ thống phun giảm áp 36 Bảng 2.18 Thông số thủy nhiệt hệ thống phun giảm áp 37 Bảng 3.1 Diễn biến cố 39 Bảng 3.2 Lựa chọn điều kiện biên (lối vào chân nóng) 42 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nhà máy điện hạt nhân AP1000 Hình 1.2 Hệ thống làm mát lị phản ứng AP1000 Hình 1.3 Hệ thống an tồn thụ động Hình 1.4 So sánh tần số nóng chảy vùng hoạt 10 Hình 1.5 Bình điều áp lò AP1000 11 Hình 1.6 Hệ thống giảm áp thụ động lò phản ứng AP1000 12 Hình 2.1 Cấu trúc chƣơng trình RELAP5 17 Hình 2.2 Mơ hình hóa bình điều áp lị phản ứng AP1000 .27 Hình 2.3 Sơ đồ nút hóa bình điều áp REALAP5 28 Hình 2.4 Sơ đồ chia lƣới đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 32 Hình 3.1 Áp suất bình điều áp trạng thái dừng 38 Hình 3.2 Nhiệt độ nƣớc bình điều áp trạng thái dừng 39 Hình 3.3 Áp suất bình điều áp cố mở van an tồn (theo tính tốn luận văn) 40 Hình 3.4 Áp suất bình điều ápsự cố mở van an tồn (theo tính tốn U.S NRC) 40 Hình 3.5 Nhiệt độ nƣớc nƣớc bình điều áp 43 Hình 3.6 Tốc độ dịng qua van an tồn bình điều áp 43 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 cơng 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 đồn Westinghouse.Đây loại lị có nhiều cải tiến theo hƣớng an toàn thụ động (Advanced Passive)có mức độ an tồn cao AP1000 có bình điều áp với thể tích gần gấp đơi loại lị công suất Nhà máy điện hạt nhân loại hình sử dụng lƣợng với hiệu suất cao, nhƣng tai nạn xảy thiệt hại vơ lớn, nên vấn đề an tồn ln 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 mơ tính tốn phần mềm RELAP5 – phần mềm đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ cập tính tốn an tồn 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 tồn nhà máy điện hạt nhân đƣợc xem xét chủ yếu sở phân tích cố giả định lị 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” CHƢƠNG LỊ 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 cơng 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 cơng 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 tồn 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, thơng số AP1000 đƣợc Bảng 1.1 Bảng 1.1 Các thông số lị AP1000 Thơng số Cơng suất điện, MWe Cơng suất nhiệt, MWt Áp suất vận hành lị phản ứng, MPa Nhiệt độ chân nóng, °C (°F) Số bó nhiên liệu Kiểu bó nhiên liệu Chiều dài hoạt động nhiên liệu, m (ft) 20500104 1.0589 voidf 503040000 20500105 1.0589 voidf 503050000 20500106 1.0589 voidf 503060000 20500107 1.0589 voidf 503070000 20500108 0.9442 voidf 503080000 20500109 0.9442 voidf 503090000 20500110 0.9442 voidf 503100000 20500111 0.9442 voidf 503110000 20500112 0.9442 voidf 503120000 20500113 0.9442 voidf 503130000 20500114 0.9442 voidf 503140000 20500115 1.2295 voidf 503150000 ******************************* * Variable Trips * ******************************* * * var param r var param acon l 401 time 402 time * *n: spray-val *d: spray system actuation * var 511 p 503010000 ge null 512 p 503010000 lt null * *n: safe-val * var 540 p 503010000 ge null 47 541 p 503010000 lt null * *n: ADS-val * var param r var param 550 p 503010000 le null 551 p 503010000 552 p 503010000 553 p 503010000 * ****************************** ****************************** * *n: spray-val * *611 *612 * *n: safe-val * *640 * *n: ADS-val * 650 651 652 *653 * 48 ************************************* * Hydraulic Components * ************************************* * *d: ********************************* *d: *d: ********************************* * 1010000 "hot-leg" * 1010101 * 1010102 * 1010103 x-roughx-hdflags 0.0 * 0.4572 cword 1010200 * sr 1010201 1010202 1010203 1010204 1010205 * *d: ********************************* *d: co *d: ********************************* * n 1410000 " 49 * area 1410101 * length 0.4869 az-angle 1410102 * 1410103 0.0 0.0 dz 0.0 x-roughx-hdflags 0.0 * 5.2278 inc-angle 0.0 vol 0.7874 cword 1410200 * 1410201 1410202 *1410203 *1410204 *1410205 * * 5000000 * 5000101 * fwd loss 5000102 * discharge 5000103 * 5000110 * 5000201 * *d: ************************************** 50 *d: duong loi binh dieu ap voi chan nong * *d: ************************************** * name type 5010000 "surge-li" * pipe ncells 5010001 * 5010101 x-areavolid 0.1641 * x-lengthvolid 5010301 5010302 5010303 5010304 * 5010401 * azim-anglevolid 5010501 0.0 * vert-anglevolid 501060124.01 501060213.02 50106032.53 5010604 * 5010801 * 5011001 x-flagsvolid * ebt 5011201 000 1.549859e7 5011202 000 1.549291e7 51 5011203 000 1.548498e7 1.5958e6 2.4459e6 0.0 0.0 5011204 000 1.547172e7 1.5959e6 2.4470e6 0.0 0.0 * 5010201 * 5011101 * jun control 5011300 * 5011301 * 5011401 * *d: ****************************************** *d: junction at pressurizer inlet * *d: ****************************************** * 5020000 * 5020101 * fwd loss rev loss 5020102 * discharge 5020103 * 5020110 * 5020201 * 52 *d: ******************************* *d: binh dieu ap * *d: ******************************* * name type 5030000 "pressuri" * 5030001 pipe ncells 15 * * x-areavolid x-lengthvolid 5030301 5030302 5030303 5030304 * 5030401 * azim-anglevolid 5030501 0.0 * 15 vert-anglevolid 5030601 * 5030801 5030802 5030803 * 5031001 * ebt x-flagsvolid 15 press water-ie steam-ie void none id 53 5031201 000 1.54475e7 1.6021e6 2.448e6 0.0 0.0 5031202 000 1.544071e7 1.6019e6 2.4481e6 0.0 0.0 5031203 000 1.54344e7 1.6016e6 2.4483e6 0.0 0.0 5031204 000 1.54281e7 1.6014e6 2.4484e6 0.0 0.0 5031205 000 1.54218e7 1.6012e6 2.4485e6 0.0 0.0 5031206 000 1.541549e7 1.6009e6 2.4487e6 0.0 0.0 5031207 000 1.540918e7 1.6007e6 2.4488e6 0.0 0.0 5031208 000 1.540356e7 1.6005e6 2.449e6 1.0 0.0 5031209 000 1.539793e7 1.6003e6 2.4491e6 1.0 0.0 5031210 000 1.53923e7 1.6001e6 2.4492e6 1.0 0.0 10 5031211 000 1.538668e7 1.5998e6 2.4494e6 1.0 0.0 11 5031212 000 1.538105e7 1.5996e6 2.4495e6 1.0 0.0 12 5031213 000 1.537542e7 1.5994e6 2.4496e6 1.0 0.0 13 5031214 000 1.536979e7 1.5992e6 2.4497e6 1.0 0.0 14 5031215 000 1.536296e7 1.599e6 2.5914e6 1.0 0.0 15 * 5030201 5030202 5030203 * 5030901 5030902 5030903 * 5031101 5031102 5031103 * jun control 50313001 54 * m 5031301 * 5031401 5031402 5031403 * * n 5090000 " * fr 5090101 * fwd loss 5090102 * discharge 5090103 * fl 5090201 * *d: **************************** *d: sp *d: **************************** * n 5100000 " * a 5100101 * 5100102 * 5100103 x-roughx-hdflags 5.0e-5 0.0 55 * 5100200 * *d: ************************************************ *d: * pressurizer spray * *d: ************************************************ * 5110000 * 5110101 * fwd loss 5110102 * discharge 5110103 * 5110110 * 5110201 * 5110300 * 5110301 * *d: **************************** *d: pressurizer safety valve * *d: **************************** * 5400000 * 56 5400101 * fwd loss rev loss 5400102 * discharge 5400103 * 5400110 * 5400201 * 5400300 * 5400301 * *d: ****************************************** *d: reactor containment * *d: ****************************************** * 5410000 * 5410101 * 5410102 * 5410103 x-roughx-hdflags 0.0 * 0.0 cword 5410200 * 5410201 57 * *d: **************************** *d: *d: **************************** * 5500000 * 5500101 * fwd loss 5500102 * discharge 5500103 * 5500110 * 5500201 * 5500300 * 5500301 * *d: **************************** *d: *d: **************************** * 5510000 * 5510101 * fwd loss 58 5510102 * discharge 5510103 * 5510110 * 5510201 * 5510300 * trip 5510301 * *d: **************************** *d: *d: **************************** * 5520000 * 5520101 * fwd loss 5520102 * discharge 5520103 * 5520110 * 5520201 * 5520300 59 * trip 5520301 * *d: ******************************************************** *d: in-containment refueling water storage tank (IRWST) * *d: ******************************************************** * 5530000 * 5530101 * 5530102 * 5530103 x-roughx-hdflags 0.0 * 0.0 cword 5530200 * 5530201 * *d: ******************************************************** *d: in-containment refueling water storage tank (IRWST) * *d: ******************************************************** * 5540000 * 5540101 * 5540102 * 60 5540103 0.0 * 0.0 cword 5540200 * 5540201 * *d: ******************************************************** *d: in-containment refueling water storage tank (IRWST) * *d: ******************************************************** * 5550000 * 5550101 * 5550102 * 5550103 x-roughx-hdflags 0.0 * 0.0 cword 5550200 * 5550201 * 61 ... hạt nhân AP1000? ?? với ý nghĩa nhƣ cụm từ ? ?lò phản ứng hạt nhân AP1000? ?? CHƢƠNG LỊ 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. .. 1,95x10 lò phản ứng/ năm, thấp nhiều với nhà máy khác Hình 1.4 10 1.2 Bình điều áp lị phản ứng AP000 1.2.1 Cấu tạo bình điều áp Bình điều áp lò phản ứng AP1000 phận hệ thống kiểm sốt áp suất chất... 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 mơ tính tốn phần mềm RELAP5 – phần mềm đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ cập tính