Phân tích và đánh giá an toàn thanh nhiên liệu TVS 2006 của lò phản ứng AES 2006 trong quá trình vận hành khi có sự cố

Phân tích và đánh giá an toàn thanh nhiên liệu TVS 2006 của lò phản ứng AES 2006 trong quá trình vận hành khi có sự cố Phân tích và đánh giá an toàn thanh nhiên liệu TVS 2006 của lò phản ứng AES 2006 trong quá trình vận hành khi có sự cố luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ NGỌC ĐIỆP Phân tích đánh giá an tồn nhiên liệu TVS-2006 lị phản ứng AES-2006 q trình vận hành có cố Chuyên ngành: KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN KIM TUẤN Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình khoa học chưa cá nhân tổ chức công bố Tất số liệu luận văn trung thực, khách quan có nguồn gốc rõ ràng Các kết nghiên cứu luận văn tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng trình nghiên cứu riêng mình! Hà Nội, ngày tháng Tác giả Luận văn Đỗ Ngọc Điệp năm 2018 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền đạt cho tác giả kiến thức thời gian học trường, cảm ơn Cục Năng lượng nguyên tử tạo điều kiện cho trình thực Luận văn Xin cảm ơn nhóm thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng trình vận hành đến tính chất nhiên liệu vỏ nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000” gồm TS Trần Đại Phúc số cá nhân khác giúp đỡ tơi q trình thực Luận văn Xin chân thành cảm ơn TS Trần Kim Tuấn tận tình hướng dẫn tơi hồn thành tốt Luận văn này! Tác giả Luận văn Đỗ Ngọc Điệp Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU A Cơ sở thực Luận văn B Mục tiêu phạm vi nghiên cứu C Cấu trúc Luận văn CHƯƠNG - TỔNG QUAN 10 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nhiên liệu hạt nhân 10 1.2 Tổng quan cố LOCA 11 1.3 Mô tả diễn biến cố LOCA 13 1.4 Tình trạng nhiên liệu giai đoạn LOCA 22 1.5 Những tác động làm biến đổi nhiên liệu cố LOCA 23 CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU TVS-2006 VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN FRAPTRAN1.5 50 2.1 Giới thiệu lò phản ứng AES-2006 50 2.2 Đặc điểm thiết kế nhiên liệu TVS-2006 lò phản ứng AES-2006 53 2.3 Các tiêu chuẩn an toàn liên quan đến lò phản ứng VVER [6] 56 2.4 Chương trình FRAPTRAN1.5 63 CHƯƠNG – TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH AN TỒN THANH NHIÊN LIỆU TVS-2006 87 3.1 Phương pháp điều kiện biên phân tích an tồn nhiên liệu TVS-2006 87 3.2 Lựa chọn mơ hình hóa 91 3.3 Tính tốn phân tích an toàn nhiên liệu TVS-2006 điều kiện vận hành có cố 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 PHỤ LỤC INPUT CHƯƠNG TRÌNH FRAPTRAN1.5 129 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các tượng hóa lý liên quan đến nhiên liệu tăng nhiệt độ 47 Bảng 2.1 Các thông số thiết kế lò phản ứng AES-2006 51 Bảng 2.2 Các thông số thiết kế nhiên liệu TVS-2006 54 Bảng 3.1 Phân bố công suất theo dọc trục nhiên liệu sử dụng việc đánh giá an toàn 88 Bảng 3.2 Các biến cố diễn trình vận hành xảy cố 92 Bảng 3.3 Các kiện diễn trình vận hành xảy cố 106 Bảng 3.4 Một số kết thu từ chương trình FRAPTRAN1.5 cố LOCA vỡ lớn 121 Bảng 3.5 So sánh kết từ FRAPTRAN với PSAR 123 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hiện tượng tắt dịng nước làm mát vùng hoạt khẩn cấp 12 Hình 1.2 Các giai đoạn cố LB-LOCA 14 Hình 1.3 Xu hướng thay đổi nhiệt độ lớp vỏ nhiên liệu tính cố LB-LOCA lò phản ứng PWR 14 Hình 1.4 Sự tắt nước bơm từ hệ thống ECCS 16 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống lò phản ứng cuối giai đoạn lấp đầy trở lại đầu giai đoạn làm ngập trở lại 17 Hình 1.6 Sự rơi màng chất lỏng nhúng lạnh bề mặt lớp vỏ nhiên liệu 17 Hình 1.7 Áp suất vịng sơ cấp thứ cấp tính vết vỡ 7,62 cm lò phản ứng PWR 20 Hình 1.8 Vùng hoạt bắt đầu khơng có nước bao bọc 21 Hình 1.9 Biến đổi nhiên liệu tương ứng với ba giai đoạn LB-LOCA 22 Hình 1.10 Tình trạng lớp vỏ tác dụng oxi hóa 25 Hình 1.11 Quá trình oxi hóa điều kiện thường điều kiện LOCA 26 Hình 1.12 Khối lượng hạt lớp vỏ E110 áp suất khí 28 Hình 1.13 Q trình oxi hóa E110 khoảng nhiệt độ 800-1200°C 28 Hình 1.14 Q trình oxi hóa nhiệt độ cao lớp oxit dạng nốt hình thành q trình oxi hóa 33 Hình 1.15 Tác động “tiền-hydro hóa” đến q trình oxi hóa nhiệt độ cao Zircaloy-4 với tỷ lệ Sn thấp 36 Hình 1.16 Vi cấu trúc lớp vỏ Zircaloy sau q trình oxi hóa gần 1200°C 39 Hình 1.17 Sự phân bố oxy oxit, lớp ổn định α lớp β-trước lớp vỏ Zircaloy sau trình oxi hóa gần 1200°C 40 Hình 1.18 Đặc trưng nhiên liệu PWR q trình làm mát vùng hoạt lị phản ứng có cố LOCA 42 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp Hình 1.19 Quá trình chuyển đổi từ dẻo – giịn phụ thuộc vào q trình oxi hóa hàm lượng hydro 43 Hình 1.20 Tính bất đẳng hướng vật liệu lớp vỏ nhiên liệu 44 Hình 1.21 Hình lớp vỏ bị phồng vỡ 46 Hình 2.1 Bó nhiên liệu sử dụng lị phản ứng AES-2006 50 Hình 2.2 Thanh nhiên liệu sử dụng lò phản ứng AES-2006 53 Hình 2.3 Giản đồ thuật toán FRAPTRAN1.5 66 Hình 2.4 Giản đồ mơ hình nhiệt độ nhiên liệu lớp vỏ nhiên liệu 67 Hình 2.5 Mối liên hệ thông lượng nhiệt bề mặt nhiệt độ bề mặt 70 Hình 2.6 Mơ tả mơ hình BALON2 78 Hình 2.7 Ứng lực Hoop vị trí nổ vỡ xác định mơ hình BALON278 Hình 2.8 Phân bố áp suất bên nhiên liệu với mơ hình dịng khí 82 Hình 2.9 Ví dụ mơ hình nhiên liệu nốt hóa 85 Hình 2.10 Mơ hình hóa TNLHN FRAPTRAN 86 Hình 3.1 Vị trí bó nhiên liệu hạt nhân vùng hoạt chu kỳ thứ 88 Hình 3.2 Vị trí bó nhiên liệu hạt nhân vùng hoạt chu kỳ cân 89 Hình 3.3 Năng lượng lưu giữ nhiên liệu trạng thái vận hành trước xảy cố 89 Hình 3.4 Hàm lượng hydro chứa lớp vỏ nhiên liệu trạng thái trước xảy cố 90 Hình 3.5 Độ dày lớp oxit lớp vỏ nhiên liệu điều kiện vận hành trước xảy cố 90 Hình 3.6 Hệ số phát tán công suất vùng hoạt 93 Hình 3.7 Áp suất vùng hoạt bình điều áp 94 Hình 3.8 Dịng làm mát lị phản ứng 94 Hình 3.9 Nhiệt độ chất làm mát vùng hoạt 95 Hình 3.10 Enthalpy nhiên liệu 95 Hình 3.11 Áp suất chất làm mát hệ thống sơ cấp 96 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp Hình 3.12 Cơng suất nhiên liệu trung bình 97 Hình 3.13 Nhiệt độ tâm nhiên liệu 98 Hình 3.14 Nhiệt độ trung bình lưới phân chia nhiên liệu 99 Hình 3.15 Độ giãn dài theo trục lớp vỏ nhiên liệu 99 Hình 3.16(a) Nhiệt độ trung bình lớp vỏ nhiên liệu (FRAPTRAN) 100 Hình 3.16(b) Nhiệt độ trung bình lớp vỏ nhiên liệu (PSAR) 100 Hình 3.17(b) Enthalpy nhiên liệu theo phương bán kính (FRAPTRAN) 101 Hình 3.18 Độ biến dạng tiếp tuyến lớp vỏ nhiên liệu 102 Hình 3.19 Ứng suất tác động lớp vỏ nhiên liệu 103 Hình 3.20 Độ dày lớp oxit 104 Hình 3.21 Mật độ chất làm mát vùng hoạt 105 Hình 3.22 Hệ số phát tán công suất vùng hoạt 108 Hình 3.23 Áp suất vùng hoạt bình điều áp 108 Hình 3.24 Tốc độ dịng làm mát vùng hoạt 109 Hình 3.25 Nhiệt độ nước làm mát vùng hoạt 109 Hình 3.26 Áp suất chất làm mát hệ thống sơ cấp 110 Hình 3.27 Cơng suất trung bình nhiên liệu 111 Hình 3.29 Nhiệt độ trung bình lưới phân chia nhiên liệu 113 Hình 3.30 Nhiệt độ trung bình vỏ nhiên liệu 114 Hình 3.31 Độ biến dạng tiếp tuyến lớp vỏ nhiên liệu 115 Hình 3.32 Độ biến dạng tiếp tuyến bề mặt nhiên liệu 116 Hình 3.33 Ứng suất tác động lớp vỏ 116 Hình 3.34 Ứng suất tiếp tuyến lớp vỏ 117 Hình 3.35 Áp suất khí bên khoảng cách nhiên liệu–lớp vỏ 118 Hình 3.36 Độ giãn dài lớp vỏ nhiên liệu 118 Hình 3.37 Độ gia tăng enthalpy nhiên liệu sau trạng thái ổn định 119 Hình 3.38 Độ dày lớp oxit 120 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Viết tắt AOOs ACC AFWS BDBA BOC BTĐK BWR BTNLHN DNB DBA ECR ECCS ECP1 ECP2 FGR HBS HT1 HT2 HPSI MCL LPƯHN LPSI LWR LOCA LB-LOCA NLHN NMĐHN NSSS PWR PCI Đỗ Ngọc Điệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt Anticipated Operational Các cố vận hành lường Occurrences trước Accumulator Bình tích nước dự trữ Auxiliary Feed Water System Hệ thống cấp nước phụ trợ Beyong Design Basis Accidents Sự cố sở thiết kế Beginning Of the reactor Cycle Bắt đầu chu kỳ lò phản ứng Bó điều khiển Lị phản ứng nước sơi Bó nhiên liệu hạt nhân Departure from Nucleate Boiling Dời khỏi sôi bọt Design Basis Accidents Sự cố sở thiết kế Equivalent Cladding Reactor Độ dày lớp ZrO2 so với vỏ Cycle nhiên liệu Emergency Core Cooling System Hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp Emergency Coolant Pump Hệ thống làm mát khẩn cấp Emergency Coolant Pump Hệ thống làm mát khẩn cấp Fission Gas Release Phát tán khí phân hạch High Burn-up Structure Cấu trúc nhiên liệu độ cháy cao Hệ thống Hệ thống High Pressure Safety Injection Hệ thống bơm an toàn áp suất cao Middle Cladding Lenght Nửa độ dày lớp vỏ Lò phản ứng hạt nhân Low Pressure Safety Injection Hệ thống bơm an tồn áp suất thấp Lị phản ứng nước nhẹ Loss Of Coolant Accidents Sự cố nước làm tải nhiệt Large Break LOCA Sự cố nước làm tải nhiệt vỡ lớn Nhiên liệu hạt nhân Nhà máy điện hạt nhân Nuclear Steam Supply System Hệ thống cung cấp hạt nhân Lò phản ứng nước áp lực Pellet-Cladding Interaction Tương tác viên nhiên liệu lớp vỏ nhiên liệu hạt nhân Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ PCMI PSAR RIA RHRS SB-LOCA SIT SPPH SPPHK TNLHN TDK Pellet-Cladding Mechanical Interaction Preliminary Safety Analysis Report Reactivity Initiated Accidents Residual Heat Removal System Small Break LOCA Safety Injection Tank Đỗ Ngọc Điệp Tương tác học viên nhiên liệu lớp vỏ nhiên liệu hạt nhân Hồ sơ phân tích an tồn sơ Sự cố gây thay đổi đột ngột độ phản ứng Hệ thống tải nhiệt dư Sự cố nước làm tải nhiệt vỡ nhỏ Bể chứa nước bơm phun an toàn Sản phẩm phân hạch Sản phẩm phân hạch dạng khí Thanh nhiên liệu hạt nhân Thanh điều khiển Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp (a) (b) (c) Hình 3.38 Độ dày lớp oxit: (a) Độ dày lớp oxit bề mặt bên ngoài, (b) Độ dày lớp oxit bề mặt bên (c) Tổng hệ số ECR 120 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp Việc đánh giá tiêu chuẩn an tồn chấp nhận thực thơng qua việc so sánh giá trị lớn thu từ kết tính tốn với tiêu chuẩn an toàn đưa thiết kế Nhiệt độ viên nhiên liệu hạt nhân không bị vượt nhiệt độ nóng chảy (2540 °С): Nhiệt độ lớn nhiên liệu không vượt giá trị thiết kế cho phép suốt trình xảy cố (1877 оС) Enthalpy nhiên liệu trung bình khơng q 963 kJ/kg nhiên liệu với nhiên liệu có độ cháy lên đến 50 MWd/kgU 691 J/g nhiên liệu có độ cháy khơng q 50 МWd/kgU tạo vị trí từ điểm đến cột nhiên liệu Theo liệu tính tốn thu được, enthalpy nhiên liệu trung bình lớn đạt ~400 J/g, thấp giá trị giới hạn đưa Hồ sơ PSAR-AES2006 Điều thỏa mãn tiêu chuẩn an tồn Các điều kiện khơng vướt giá trị lớn làm sai hỏng nhiên liệu, Bảng 3.4 Bảng 3.4 Một số kết thu từ chương trình FRAPTRAN1.5 cố LOCA vỡ lớn Kết thu Giá trị thu Tiêu chuẩn an toàn Nhiệt độ lớn tâm nhiên liệu, oC 1877 2540 Nhiệt độ trung bình lớn lớp vỏ nhiên liệu, o C 727 1200 Độ biến dạng tuyến tính lớn nhất, % ~0.59 Ứng suất lớn lớp vỏ thanh, MPa ~170 230 Enthalpy nhiên liệu lớn nhất, J/g 420 963 Độ giãn dài lớn lớp vỏ thanh, mm 39.5 56 121 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp Từ chứng minh rằng, q trình vận hành có cố LBLOCA, giới hạn thiết kế lớn làm sai hỏng nhiên liệu không bị vượt Điều thỏa mãn tiêu chuẩn an toàn đưa Lớp vỏ nhiên liệu đảm bảo khả lưu giữ nhiên liệu ngăn chặn phát tán nhiên liệu Trong đó, sai hỏng nhiên liệu xem suy giảm áp suất (hay gãy vỡ) tồn lớp vỏ gây áp lực nhiệt độ tác động lên lớp vỏ Theo kết tính tốn, việc đánh giá cho thấy giá trị nhiệt độ lớn nhiên liệu lớp vỏ, thời gian tác động nhiệt độ cao lên nhiên liệu áp lực lớp vỏ nhiên liệu, điều kiện ảnh hưởng đến độ biến dạng suy giảm áp suất khơng vượt q tiêu chuẩn an tồn nhiên liệu 3.4 Kết luận Theo Bảng 3.5, kết tính tốn tính tốn từ FRAPTRAN thấy cho độ lệch khoảng 2% đến 7% cho kết tính tốn SBLOCA, khoảng 1% đến 5% cho kết tính tốn LBLOCA so sánh với kết PSAR Độ bất định từ thông số đầu vào tới đầu chương trình FRAPTRAN1.5 tính đến chương trình FRAPCON-3.5 dựa phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên để hoán vị giá trị đầu vào Tuy nhiên, phân tích này, việc xem xét độ bất định khơng cần thiết việc đánh giá an toàn nhiên liệu dựa tiêu chuẩn an toàn thiết kế mục tiêu chuẩn Phạm vi giới hạn tin cậy tính tốn cho trường hợp chấp nhận Đối với mục tiêu phân tích, điều quan trọng kết so sánh kết FRAPTRAN1.5 Hồ sơ PSAR VVER-1200 có độ lệch nhỏ Vì vậy, kết FRAPTRAN1.5 hồn tồn đủ tin cậy Độ lệch thu hẹp lại lịch sử công suất chu kỳ tính cách xác 122 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp Bảng 3.5 So sánh kết từ FRAPTRAN với PSAR [5] Điều kiện vận hành Kết từ FRAPTRAN Kết Độ lệch, từ % PSAR 1927 1850 +4.07 Nhiệt độ nhiên liệu nhỏ nhất, oC 327 31 +5.33 Nhiệt độ trung bình lớn lớp vỏ nhiên liệu , oC 377 350 +7.42 Enthalpy trung bình lớn nhiên liệu , kJ/kg 405 415 -2.44 1877 1800 +4.18 217 210 +3.27 Nhiệt độ trung bình lớn 727 lớp vỏ nhiên liệu , oC 690 +5.22 Enthalpy trung bình lớn nhiên liệu , kJ/kg 415 +1.19 Thông số SBLOCA Nhiệt độ nhiên liệu lớn nhất, oC LBLOCA Nhiệt độ nhiên liệu lớn nhất, oC Nhiệt độ nhiên liệu nhỏ nhất, oC 420 Các kết tính tốn nhiên liệu TVS-2006 đáp ứng điều kiện hoạt động dựa việc thỏa mãn tiêu chuẩn an tồn Trong kịch SBLOCA, sai hỏng nhiên liệu khơng tồn viên nhiên liệu lớp vỏ nhiên liệu dù nhiệt độ lớp vỏ vị trí đạt giá trị cao nứt gãy xảy hệ thống bảo vệ lò phản ứng hệ thống làm mát khẩn cấp không kịp thời hoạt động Mặt khác, kịch LBLOCA, kết tính tốn FRAPTRAN1.5 cho thấy nhiệt độ nhiên liệu lớp vỏ tăng nhanh đạt giá trị cao Việc xem xét tính tồn vẹn nhiên liệu cần phải thực với chương trình khác nhằm đánh giá khả xuất sai hỏng Tuy nhiên, tượng nóng chảy nhiên liệu không xuất Lớp vỏ chưa bị phá hủy khả lưu giữ nhiên liệu đảm bảo 123 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp Do đó, sử dụng chương trình FRAPTRAN1.5 trình đánh giá an tồn nhiên liệu, khơng áp dụng nhiên liệu sử dụng lò phản ứng AES-2006 mà cịn áp dụng nhiên liệu sử dụng lò phản ứng nước nhẹ khác Bên cạnh đó, cần phát triển tính tốn việc kết hợp chương trình tính tốn neutronic thủy nhiệt (RELAP5, PANTHER, COBRA, SRAC,…) với FRAPTRAN nhằm nâng cao độ tin cậy phân tích 124 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Thơng qua q trình nghiên cứu, Luận văn đạt kết sau: - Tổng quan công nghệ lò phản ứng VVER-1200 (AES-2006), thiết kế tiêu chuẩn an toàn nhiên liệu TVS-2006 q trình vận hành có cố, điển hình cố LOCA; - Sử dụng chương trình FRAPTRAN1.5 để tính tốn phân tích đặc tính – nhiệt nhiên liệu hạt nhân lò phản ứng nước áp lực thơng qua tốn chuẩn (Benchmark); - Tính tốn phân tích thơng số cơ-nhiệt nhiên liệu TVS-2006 Kết tính tốn từ chương trình FRAPTRAN1.5 phù hợp với kết đưa Hồ sơ phân tích an tồn sơ (PSAR) lò phản ứng VVER-1200 (AES-2006); - Đưa đánh giá chung khả đảm bảo an toàn nhiên liệu TVS-2006 điều kiện vận hành xảy cố SB-LOCA LB-LOCA dựa thông số vật lý quan trọng tiêu chuẩn an toàn Liên bang Nga - Đánh giá khả áp dụng chương trình FRAPTRAN cho loại nhiên liệu loại lò phản ứng nước nhẹ Ngồi việc tính tốn cho nhiên liệu cơng nghệ lị phản ứng nước nhẹ Mỹ châu Âu, chương trình FRAPTRAN1.5 cịn áp dụng nhiên liệu lò phản ứng VVER-1200 Liên bang Nga, cho phép dự đoán tốt biến đổi nhiên liệu điều kiện chuyển tiếp Đây nghiên cứu cơng bố có sử dụng chương trình FRAPTRAN1.5 nhiên liệu TVS-2006 Từ kết đạt được, Luận văn hoàn toàn đảm bảo đáp ứng yêu cầu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Song song với kết đó, Luận văn cịn có hạn chế sau: - Chưa đánh giá xác độ bất định kết tính tốn Việc đánh giá độ bất định thực dựa thông số đầu vào tới đầu 125 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp FRAPTRAN tính đến chương trình FRAPCON phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên để hoán vị giá trị đầu vào Hạn chế nêu Luận văn mục tiêu mà đặt cho nghiên cứu II Kiến nghị Kết nghiên cứu Luận văn mở hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể: - Tiếp tục sử dụng chương trình FRAPTRAN để tính tốn phân tích thơng số cơ-nhiệt nhiên liệu TVS-2006 điều kiện vận hành có cố khác RIA, SBO, bổ sung cho việc đánh giá an toàn - Cần phát triển tính tốn việc kết hợp chương trình tính tốn nơtronic thủy nhiệt (RELAP5, PANTHER, COBRA, SCRAC, …) với FRAPTRAN nhằm cho phép phân tích tượng cơ-nhiệt động cách tin cậy 126 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp TÀI LIỆU THAM KHẢO A Shestopalov, K Lioutov, L Yegorova (2003), “Adaptation of USNRC's FRAPTRAN and IRSN's SCANAIR Transient Codes and Updating of MATPRO Package for Modeling of LOCA and RIA Validation Cases with Zr-1%Nb (VVER type) Cladding”, Nuclear Safety Institute of the Russian Research Centre, Kurchatov Institute A Shestopalov, K Lioutov, L Yegorova, G Abyshov, K Mikitiouk (1999), “Modification of USNRC's FRAP-T6 Fuel Rod Transient Code for High Burnup VVER Fuel”, Moscow, Russia Antti Daavittila, Anitta Hamalaimen, Hanna Raty (2005), “Transient and Fuel performance analysis with VTT’s coupled code system”, American Nuclear Society, LaGrange Park, IL Baker, L Just, L.C (05/1962), “Studies of metal-water reactions at high temperatures III Experimental and theoretical studies of the zirconium-water reaction”, Argonne National Laboratory, ANL 6548 Đỗ Ngọc Điệp, Phùng Khắc Toàn, “Using FRAPTRAN 1.5 code for safety evaluation of TVS-2006 fuel rod under transient conditions of VVER-1200 (AES2006) reactor, Tập 3, Tạp chí Nuclear Science and Technology (ISSN 1810-5408, Việt Nam), năm 2015 Federal Atomic Energy Agency (2011), “Novovoronezh NPP-2 Power unit No.1: Preliminary Safety Analysis Report” Jinzhao ZHANG, Zeynab UMIDOVA, Adrieu DETHIOUX (2-5/9/2012), “Qualification of FRAPCON/FRAPTRAN codes for fuel rod design verification and fuel safety evaluation”, Transactions of the 2012 International Meeting on LWR Fuel Performance (TopFuel 2012), Manchester, UK Jinzhao Zhang (11/2013), “Simulation of fuel behaviors under LOCA and RIA using FRAPTRAN code and uncertainty analysis with DAKOTA” IAEA Technical Meeting on Modeling of Water-Cooled Fuel Including Design Basis and Severe Accidents, China J R Wang, W Y Li, H T Lin, J H Yang, C Shih, S W Chen (2014), “The analysis of TRACE/FRAPTRAN in the fuel rods of Maanshan PWR for LBLOCA”, International Journal of Physical and Mathematical Sciences, Vol.8, No.1 127 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp 10 K.J Geelhood, W.G Luscher, C.E Beyer, J.M Cuta (2014), “FRAPTRAN 1.5: A Computer Code for the Transient Analysis of Oxide Fuel Rods”, NUREG/CR-7023, Vol.2 Rev.1 and PNNL-19400, Vol.2 Rev.1, Pacific Northwest National Laboratory, P.O Box 999, Richland, WA 99352 11 K.J Geelhood, W.G Luscher and C.E Beyer (2014), “FRAPTRAN 1.5: Integral Assessment”, NUREG/CR-7022, Vol.2, US NRC 12 Neil E Todreas, Mujid S Kazimi, Massachusetts Institute of Technology, Nuclear systems I - Thermal Hydraulic Fundamentals 13 Nuclear Fuel Behaviour in Loss-of-coolant Accident (LOCA) Conditions 14 Pettersson, K and Haag, Y (03/1980), “Deformation and failure of Zircaloy cladding in a LOCA Effects of preoxidation and fission products on deformation and fracture behaviour SKI project B23/78”, Studsvik Energiteknik AB, STUDSVIK/K4-80/13 15 R Hosmer Norris, Florence F.Buckland, Nancy D.Fitzroy, Roy H.Roecker (1983), “Data book – Heat Transfer and Fluid Flow”, General Electric Company, Schenectady N.Y 16 U.S.Nuclear Regulatory Commission, NUREG-0800 Standard Review Plan for the Review of Safety Analysis Reports for Nuclear Power Plants: LWR Edition, USA, 03/2007 128 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp PHỤ LỤC INPUT CHƯƠNG TRÌNH FRAPTRAN1.5 a Đối với cố LOCA vỡ nhỏ ************************************************************************ * FrapTran, transient fuel rod analysis code * * * * * * CASE DESCRIPTION: AES2006 LOCA D25 * * * * UNIT FILE DESCRIPTION * * -* * Input: * * 15 Water properties data * * * * Output: * * STANDARD PRINTER OUTPUT * * 66 STRIPF FILE FOR GRAFITI * * * * Scratch: * * SCRATCH INPUT FILE FROM ECHO1 * * * * Input: FrapTran INPUT FILE COPYRIGHTED BY DO NGOC DIEP * * * ************************************************************************ * * GOESINS: FILE05='nullfile', STATUS='scratch', FORM='FORMATTED', CARRIAGE CONTROL='LIST' FILE15='sth2xt', STATUS='old', FORM='UNFORMATTED' * * GOESOUTS: FILE06='LO1D25c.out', STATUS='UNKNOWN', CARRIAGE CONTROL='LIST' FILE66='stripf.LO1D25c', STATUS='UNKNOWN', FORM='FORMATTED', CARRIAGE CONTROL='LIST' /*********************************************************************** Transient $begin ProblemStartTime = 0.0, ProblemEndTime = 5000.0, $end $iodata unitin=1, unitout=1, dtpoa(1)=1.0, dtplta=1.0, $end $solution dtmaxa(1)=0.005, dtss=1.e5, prsacc=0.005, tmpac1=0.005, maxit=100, noiter=150, epsht1=5.0, naxn=12, nfmesh=15, ncmesh=2, dtss=1.e5 $end $design 129 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp RodLength=3.73, RodDiameter=0.0091, FuelPelDiam=0.0076, gapthk=0.000065, pitch=0.01275, pdrato=1.32, rnbnt=1.0, totnb=312, vplen=0.00001093, scd=0.007, swd=0.00127, spl=0.233003, ncs=45.0, pelh=0.012, dishv0=0.0, rshd=0.0, dishd=0.0, fotmtl=2.01, frden=0.95, OpenPorosityFraction=0.005, roughf=2.0, tsntrk=2046.15, CladType=8, coldw=0.5, roughc=0.5, cldwdc=0.04, cfluxa=0.11e21, tflux=0.2e3, gfrac(1)=1.0, gappr0=2100000.0, tgas0=298.15, $end $power RodAvePower=42.0,50.0, 42.0,100.0, 42.0,150.0, 42.0,200.0, 41.16,230.0, 4.2,235.0, 2.5,236.0, 2.5,250.0, 2.1,260.1, 1.7,310.0, 1.3,315.1, 1.3,5000.0 AxPowProfile=0.5,0.0, 0.5,0.19, 0.83,0.56, 1.07,0.93, 1.25,1.31, 1.35,1.68, 1.357,2.05, 1.25,2.42, 1.07,2.8, 0.83,3.17, 0.5,3.54, 0.5,3.67, 0.5,3.73 RadPowProfile= 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, 1.0,0.0, 1.0,1.1e-3, $end $model internal='on', metal='on', cathca=1, deformation='on', noball=0, heat='on', cenvoi=1, rvoid=0.0006, zvoid1=0.0, zvoid2=3.73, gasflo=0, $end $boundary coolant='on', geomet=1, dhe=0.0105, dhy=0.0105, achn=9.7559e-5, lowpl=21, hinta(1)= 1530000.0, 0.0, 1520000.0, 143.0, 1510000.0, 230.0, 1510000.0, 230.1, 1510000.0, 235.0, 1510000.0, 236.0, 1400000.0, 250.0, 1400000.0, 260.1, 1370000.0, 310.0, 1370000.0, 315.1, 1370000.0, 356.0, 1400000.0, 500.0, 2740000.0, 800.0, 1320000.0, 1000.0, 2810000.0, 1390.0, 2810000.0, 1400.0, 1230000.0, 1960.0, 2780000.0, 1970.0, 130 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp 2790000.0, 2400.0, 2790000.0, 3500.0, 1150000.0, 5000.0, pressu=21, pbh1(1)= 16800000.0, 0.0, 15000000.0, 143.0, 14000000.0, 230.0, 14000000.0, 230.1, 13800000.0, 235.0, 13800000.0, 236.0, 12800000.0, 250.0, 12800000.0, 260.1, 11900000.0, 310.0, 11900000.0, 315.1, 11800000.0, 356.0, 10500000.0, 500.0, 9500000.0, 800.0, 8000000.0, 1000.0, 6800000.0, 1390.0, 6800000.0, 1400.0, 6500000.0, 1960.0, 6200000.0, 1970.0, 5800000.0, 2400.0, 5500000.0, 3500.0, 6000000.0, 5000.0, massfl=21, gbh(1)= 4057.971, 0.0, 4045.8937, 143.0, 4045.8937, 230.0, 4033.8164, 230.1, 4033.8164, 235.0, 4033.8164, 236.0, 966.1836, 250.0, 966.1836, 260.1, 483.0918, 310.0, 483.0918, 315.1, 241.5459, 356.0, 217.3913, 500.0, 241.5459, 800.0, 289.8551, 1000.0, 314.0097, 1390.0, 326.087, 1400.0, 265.7005, 1960.0, 265.7005, 1970.0, 265.7005, 2400.0, 241.5459, 3500.0, 217.3913, 5000.0 reflood='off' $end $tuning $end b Đối với cố LOCA vỡ lớn ************************************************************************ * FrapTran, transient fuel rod analysis code * * * * * * CASE DESCRIPTION: AES2006 LBLOCA * * * * UNIT FILE DESCRIPTION * * -* * Input: * * 15 Water properties data * * * * Output: * * STANDARD PRINTER OUTPUT * * 66 STRIPF FILE FOR GRAFITI * * * * Scratch: * * SCRATCH INPUT FILE FROM ECHO1 * * * * Input: FrapTran INPUT FILE COPYRIGHTED BY DO NGOC DIEP * * * ************************************************************************ * * GOESINS: FILE05='nullfile', STATUS='scratch', FORM='FORMATTED', CARRIAGE CONTROL='LIST' FILE15='sth2xt', STATUS='old', FORM='UNFORMATTED' * * GOESOUTS: FILE06='LBLOCA1.out', STATUS='UNKNOWN', CARRIAGE CONTROL='LIST' 131 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp FILE66='stripf.LBLOCA1', STATUS='UNKNOWN', FORM='FORMATTED', CARRIAGE CONTROL='LIST' /*********************************************************************** Transient $begin ProblemStartTime = 0.0, ProblemEndTime = 500.0, $end $iodata unitin=1, unitout=1, dtpoa(1)=1.0, dtplta=1.0, $end $solution dtmaxa(1)=0.005,0.0,0.005,8.0,0.005,40.0,0.01,500.0, dtss=1.e5, prsacc=0.005, tmpac1=0.005, maxit=100, noiter=100, epsht1=5.0, naxn=12, nfmesh=15, ncmesh=2, dtss=1.e5 $end $design RodLength=3.73, RodDiameter=0.0091, FuelPelDiam=0.0076, vplen=0.00001093, scd=0.007, swd=0.00127, spl=0.233003, ncs=45.0, pelh=0.012, dishv0=0.0, rshd=0.0, dishd=0.0, fotmtl=2.01, frden=0.95, OpenPorosityFraction=0.005, roughf=2.0, tsntrk=2046.15, bup=10368000, CladType=8, coldw=0.5, roughc=0.5, cldwdc=0.04, cfluxa=0.11e21, tflux=0.2e3, gfrac(1)=1.0, gappr0=2100000.0, tgas0=298.15, $end $power RodAvePower=42.0,0.0, 39.9,0.036, 39.5,0.048, 35.7,0.6, 4.2,1.9, 3.8,2.036, 3.4,8.0, 2.5,16.0, 2.5,30.0, 2.1,40.0, 2.1,116.0, 2.1,120.0, 2.1,170.0, 2.1,470.0, 2.1,500, AxPowProfile=0.5,0.0, 0.5,0.19, 0.83,0.56, 1.07,0.93, 1.25,1.31, 1.35,1.68, 1.357,2.05, 1.25,2.42, 1.07,2.8, 0.83,3.17, 0.5,3.54, 0.5,3.67, 0.5,3.73 RadPowProfile= 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 132 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, 0.9780, 0.00060, 0.9803, 0.00124, 0.9853, 0.00179, 0.9915, 0.00226, 1.0041, 0.00296, 1.0096, 0.00322, 1.0142, 0.00341, 1.0178, 0.00356, 1.0206, 0.00367, 1.0225, 0.00374, 1.0236, 0.00378, 1.0242, 0.00381, 1.0245, 0.00382, 1.0245, 1.1460, $end $model internal='on', metal='on', cathca=1, deformation='on', noball=0, heat='on', cenvoi=1, rvoid=0.0006, zvoid1=0.0, zvoid2=3.73, gasflo=0, $end $boundary coolant='on', geomet=1, dhe=0.0105, dhy=0.0105, achn=9.7559e-5, lowpl=15, hinta(1)= 1336458.0, 0.0, 1338063.0, 0.036, 1376981.8, 0.048, 1388917.26, 0.6, 1371939.0, 1.9, 1378562.0, 2.036, 133 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Đỗ Ngọc Điệp 1184959.0, 8.0, 2875463.8, 16.0, 632266.3, 30.0, 503996.3, 40.0, 470012.6, 116.0, 470012.6, 120.0, 470012.6, 170.0, 469940.28, 470.0, 469940.28, 500.0, pressu=15, pbh1(1)= 16800000.0, 0.0, 15000000.0, 0.036, 13500000.0, 0.048, 13400000.0, 0.6, 10000000.0, 1.9, 9500000.0, 2.036, 5890000.0, 8.0, 1500000.0, 16.0, 500000.0, 30.0, 500000.0, 40.0, 400000.0, 116.0, 400000.0, 120.0, 400000.0, 170.0, 300000.0, 470.0, 300000.0, 500.0, massfl=15, gbh(1)= 4057.97, 0.0, 1932.37, 0.036, 1690.82, 0.048, 1449.28, 0.6, 724.64, 1.9, 60.39, 2.036, 120.77, 8.0, 289.855, 16.0, 193.237, 30.0, 120.77, 40.0, 120.77, 116.0, 149.17, 120.0, 193.07, 170.0, 200.83, 470.0, 200.24, 500.0, reflood='on' geometry=1, hydiam=0.0105, flxsec=9.7559e-5, nbundl=17, time=115, emptm=10.0, refdtm=170.0, ruptur=1, inlet=10, temptm=573.00, 0.0, 593, 1.0, 578, 2.0, 573, 4.0, 543, 8.0, 523, 10, 423, 35.0, 393, 50.0, 385, 120.0, 385, 500.0, pressure=15, prestm(1)=16800000.0, 0.0, 15000000.0, 0.036, 13500000.0, 0.048, 13400000.0, 0.6, 10000000.0, 1.9, 9500000.0, 2.036, 5890000.0, 8.0, 1500000.0, 16.0, 500000.0, 30.0, 500000.0, 40.0, 400000.0, 116.0, 400000.0, 120.0, 400000.0, 170.0, 300000.0, 470.0, 300000.0, 500.0, reflo=6, fldrat(1)=0.12, 0.0, 0.24, 8.0, 0.33, 22.0, 0.23, 108.0, 0.12, 162.0, 0.12, 492.0 $end $tuning $end 134 ... chương trình FRAPTRAN1.5 để đánh giá an toàn nhiên liệu TVS2 006 lò phản ứng VVER-1200 (AES -2006) , loại lò tiên tiến Liên bang Nga Dựa thơng tin từ Hồ sơ phân tích an tồn sợ PSAR công nghệ AES -2006, ... TVS- 2006 lò phản ứng VVER-1200 (AES -2006) B Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Luận văn ? ?Phân tích đánh giá an tồn nhiên liệu TVS- 2006 lị phản ứng AES -2006 q trình vận hành có cố? ?? đặt mục tiêu Luận văn tốt... nhiên liệu TVS- 2006 lò phản ứng AES -2006 53 2.3 Các tiêu chuẩn an tồn liên quan đến lị phản ứng VVER [6] 56 2.4 Chương trình FRAPTRAN1.5 63 CHƯƠNG – TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH AN TỒN THANH