Với kết quả tính toán ở trạng thái dừng,các điều kiện biên và điều kiện ban đầu đạt đƣợc tƣơng tự nhƣ lò phản ứng APR1400. Chi tiết các điều kiện ban đầu cho bài toán vỡ 100% đƣờng DVI đƣợc cho trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. So sánh các điều kiện ban đầu cho bài toán vỡ đƣờng DVI
Hệ sơ cấp Thực nghiệm KAERI (MARS) KINS (MARS) KNF (RELAP5) Kết quả tính
Công suất vùng hoạt (MW) 1,647 1,553 1,545 1,555 1,566
Áp suất (MPa) 15,49 15,6 15,51 15,47 15,51
Nhiệt độ lối vào vùng hoạt
(K) 563,2 563,2 563,8 564,7 563,8
Nhiệt độ lối ra vùng hoạt
(K) 598,9 598,2 596,9 599,2 596,9 Tốc độ dòng tại chân lạnh (kg/s) 2,2 1,93 0 1,96 2 Hệ thứ cấp Áp suất (MPa) 7,85 7,88 7,83 7,83 7,82 Nhiệt độ hơi (K) 569 566,2 566,6 566,7 566,5 Tốc độ dòng nƣớc cấp (Eco) (kg/s) 0,34 0,455 0,4 0,323 0,4 Tốc độ dòng nƣớc cấp (DC) (kg/s) 0 0 0 0 0,044
3.4.1. Kết quả tính toán chuỗi các sự kiện
Chuyển tiếp đƣợc tính toán trong 2000 giây với các điều kiện ban đầu nhƣ trong bảng 3.4. Kết quả tính toán thời gian của chuỗi các sự kiện và so sánh với thực nghiệm đƣợc thể hiện ở bảng 3.5. Công suất ban đầu của ATLAS trong thí nghiệm vỡ 100% đƣờng DVI bằng 8% công suất danh định của lò phản ứng APR- 1400. Công suất nhiệt trong vùng hoạt của các tính toán nhỏ hơn so với thực
68
nghiệm do không tính đến phần tổn thất nhiệt trong hệ thống thí nghiệm, giá trị này vào khoảng 88 kW [4]. Các kết quả tính toán các thông số cho bài toán dừng tƣơng tự nhƣ các kết quả tính toán bằng MARS và RELAP5 do KAERI, KINS và KNF thực hiện.
Bảng 3.5. Tính toán chuỗi các sự kiện (thời gian, s)
Exp. KAERI (MARS) [4] KINS (MARS) [4] KNF (RELAP5) Kết quả tính Break 0,0 (199) 0 0 0 0 1st MSSV open 16 25 9,02 14 LPP Trip 20 22,04 18,35 21 15,43 RCP Trip 20 22,04 18,35 21,35 15,8 MSIV closure 20 21,76 16 MFW Isolation 27 28,75 25 28,7 23 Core decay 24 24 20 20,02 24 Max PCT 91 232 280 350 170 SIP activation 47 49,97 50 50 44 SIT activation 232 228,3 230 240 161,36 Loop seal CL 1a 88 79 1020 78 CL 1b 88 79 211 78 CL 2a 109 79 95 211 78 CL 2b 109 79 95 231 78 Stop 2000 2000 1250 1000 2000
69
Bảng 3.5 cho thấy các kết quả tính toán phù hợp khá tốt so với dữ liệu đo đạc đƣợc. Chuyển tiếp bắt đầu tại thời điểm 0 giây. Van an toàn thứ nhất của đƣờng hơi chính mở ở 14 giây. Tín hiệu áp suất thấp (LPP) ở bình điều áp phát ra ở 15,43 giây khi áp suất bình điều áp giảm xuống 10,72 MPa. Bơm tải nhiệt và van cách ly đƣờng hơi chính đƣợc đóng ngay sau tín hiệu LPP với một khoảng thời gian trễ. Đƣờng nƣớc cấp chính đƣợc ngắt sau đó 7 giây.
3.4.2. Nhiệt độ đỉnh của thanh nhiên liệu
Nhiệt độ đỉnh của thanh nhiên liệu(PCT) thực nghiệm đo đƣợc là 632 K (359 oC) đạt đƣợc tại 290 giây (91 giây từ thời điểm vỡ) (bảng 3.1, hình 3.13 b) do mức nƣớc vùng hoạt giảm mạnh, làm hở thanh nhiên liệu trƣớc khi xảy ra hiện tƣợng thông vòng kín. Mặt khác, cũng theo hình 3.2b, MARS dự đoán PCT ở thời điểm dài hơn so với thực nghiệm, giá trị PCT đạt 743 K (470 oC) ở 248 giây tại node thứ 16 của thanh nhiên liệu tƣơng ứng với 1,43m từ phần đƣợc đốt nóng. Theo phân tính an toàn tiền khả thi của APR-1400, PCT đƣợc dự đoán là 849 K cho sự cố vỡ 100% đƣờng DVI. Kết quả tính toán sử dụng chƣơng trình RELAP5 thu đƣợc là PCT đạt 667 K ở 174 giây (Hình 3.13 a).
70
(b)* (* CHOI et al., Mô phỏng thí nghiệm vỡ đƣờng đƣa nƣớc trực tiếp của lò phản ứng APR1400 với hệ thực nghiệm ATLAS)
Hình 3.13. Nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu
3.4.3. Áp suất sơ cấp và thứ cấp
Áp suất sơ cấp và thứ cấp đo đạc đƣợc và tính toán bằng chƣơng trình MARS đƣợc thể hiện ở hình 3.14a. Áp suất của hệ sơ cấp giảm nhanh khi bắt đầu vỡ đƣờng DVI gây ra sự chênh lệch áp suất giữa thùng lò và nhà lò. Tốc độ giảm áp suất sơ cấp trở lên nhỏ ở vào khoảng 250 giây (50 sau khi vỡ) và sau đó lại tiếp tục giảm. Áp suất thứ cấp đo đạc đƣợc đạt giá trị đỉnh 8,5 MPa và sau đó tiếp tục giảm. Áp suất thứ cấp đƣợc điều khiển sao cho luôn nằm dƣới 9 Mpa. Hình 3.14b cho thấy MARS dự đoán tƣơng đối chính xác so với dữ liệu thực nghiệm, tuy nhiên dự đoán áp suất thứ cấp cao hơn một chút. Dự đoán áp suất sơ cấp và thứ cấp tính toán sử dụng chƣơng trình RELAP5 về hình dáng cũng phù hợp khá tốt so với dữ liệu
71
thực nghiệm. Tuy nhiên, giá trị đỉnh áp suất thứ cấp tính toán đƣợc là 8,26 MPa tại 23 giây sau khi vỡ đƣờng DVI nhỏ hơn và sớm hơn so với giá trị thực nghiệm.
(a)(Kết quả tính)
(b)* (* CHOI et al.,Mô phỏng thí nghiệm vỡ đƣờng đƣa nƣớc trực tiếp của lò phản ứng APR1400 với hệ thực nghiệm ATLAS)
72
3.4.4. Mức nƣớc vùng hoạt và khe biên
Mức nƣớc vùng hoạt và khe biên thực nghiệm đo đạc và tính toán bằng chƣơng trình MARS đƣợc thể hiện ở hình 3.15b, 3.16b tƣơng ứng. Thực nghiệm cho thấy mức nƣớc vùng hoạt giảm 30% so với phần hiệu dụng của vùng hoạt ngay khi xảy ra vỡ, do đó làm nhiệt độ đỉnh vỏ thanh nhiên liệu tăng lên. Sự giảm mức nƣớc vùng hoạt đƣợc phục hồi khi hiện tƣợng vòng kín ở các chân trung gian đƣợc thông. MARS dự đoán mức nƣớc vùng hoạt đạt cực tiểu trễ hơn và thấp hơn so với dữ liệu đo đạc. Điều này dẫn tới nhiệt độ đỉnh thanh nhiên liệu đạt đƣợc trễ hơn và cao hơn so với giá trị đo đạc nhƣ đã nói ở trên. Mức nƣớc vùng hoạt tính toán đƣợc sử dụng chƣơng trình RELAP5 đƣợc thể hiện trong hình 3.4b. Mức nƣớc vùng hoạt đạt cực tiểu ở thời gian 163 giây trễ hơn so với thực nghiệm và do đó hiện tƣợng thông vòng kín và nhiệt độ đỉnh thanh nhiên liệu cũng xảy ra trễ hơn so với giá trị đo đạc. SIP hoạt động ở 44 giây, SIT hoạt động ở 161,36 giây, trong khoảng thời gian này, do dòng vỡ lớn hơn dòng SIP đƣa vào, trong bài toán này chỉ có một SIP hoạt động do đó mức nƣớc vùng hoạt tiếp tục bị giảm. SIT hoạt động làm thông vòng kín và mức nƣớc vùng hoạt đƣợc phục hồi. Tuy nhiên, theo thực nghiệm khi mức nƣớc vùng hoạt đạt giá trị cân bằng ở khoảng 2 m, tính toán sử dụng RELAP5 thu đƣợc kết quả cao hơn ở khoảng 2,5 m, điều này có thể giải thích là do lƣợng nƣớc SIT đƣa vào theo tính toán cao hơn thực nghiệm.
73 (a)
(b)* (* CHOI et al., Mô phỏng thí nghiệm vỡ đƣờng đƣa nƣớc trực tiếp của lò phản ứng APR-1400 với hệ thực nghiệm ATLAS)
74
Mức nƣớc trong khe biên thực nghiệm và MARS tính toán đƣợc thể hiện ở hình 3.5a. Khi bắt đầu vỡ, mức nƣớc trong khe biên liên tục giảm cho đến khi SIT hoạt động đƣa nƣớc vào vùng hoạt thì mức nƣớc trong khe biên đƣợc phục hồi. MARS dự đoán mức nƣớc trong khe biên giảm nhanh hơn so với thực nghiệm. Tính toán đƣợc thực hiện bằng chƣơng trình RELAP5 cho kết quả tƣơng tự với MARS (hình 3.5b). Mức nƣớc trong khe biên giảm khá nhanh khi bắt đầu vỡ xuống mức 1,43 m ở 159 giây thấp hơn so với thực nghiệm (giá trị thực nghiệm mức nƣớc xuống khoảng trên 2 m). Khi SIT hoạt động mức nƣớc khe biên đƣợc phục hồi, giai đoạn này cả MARS và RELAP5 tính toán khá phù hợp với thực nghiệm.
75
(b)* (* CHOI et al., Mô phỏng thí nghiệm vỡ đƣờng đƣa nƣớc trực tiếp của lò phản ứng APR1400 với hệ thực nghiệm ATLAS)
Hình 3.16. Mức nƣớc trong khe biên
3.4.5. Tốc độ dòng vỡ và tốc độ bơm của SIP
76
Hình 3.18. Tốc độ bơm của SIP
Tốc độ dòng vỡ và tốc độ bơm của bơm tiêm nƣớc an toàn đƣợc thể hiện ở các hình 3.17 và hình 3.18. Khi bắt đầu vỡ, tốc độ dòng vỡ lớn do chênh lệch áp suất giữa hệ sơ cấp và nhà lò, sau đó giảm nhanh và dao động nhẹ ở trạng thái cân bằng khi sự chênh lệch áp suất đạt cân bằng. Bơm tiêm nƣớc an toàn bắt đầu hoạt động ở 44 giây và tăng nhanh đến khi đạt giá trị ổn định.
77
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬNVÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn đã trình bày một cách hệ thống các vấn đề sau:
1. Tìm hiểu tổng quan về lò phản ứng APR-1400 và hệ thống tải nhiệt, hệ thống an toàn cũng nhƣ các đặc trƣng an toàn cải tiến của lò phản ứng. Đồng thời tìm hiểu về hệ thực nghiệm ATLAS, hệ thực nghiệm đƣợc xây dựng để mô phỏng và kiểm chứng cho lò phản ứng cũng nhƣ các đặc trƣng an toàn cải tiến của lò phản ứng APR-1400 cũng nhƣ vai trò của hệ thực nghiệm.
2. Trình bày một cách hệ thống về sự cố mất chất tải nhiệt và diễn biến các hiện tƣợng thuỷ nhiệt trong lò phản ứng khi xảy ra sự cố. Phần mềm RELAP5 đƣợc chọn làm công cụ nghiên cứu và phân tích cũng đƣợc trình bày trong luận văn này.
3. Từ các chi tiết của hệ thống thực nghiệm, các quy trình thực nghiệm cũng đƣợc nghiên cứu và tiến hành mô phỏng, xây dựng kịch bản cho sự cố vỡ 100 % đƣờng DVI. Tính toán đƣợc thực hiện ở hai trạng thái là trạng thái dừng và trạng thái chuyển tiếp khi xảy ra sự cố.
Trạng thái dừng đƣợc tính toán để đạt đƣợc trạng thái hoạt động ổn định của hệ thực nghiệm. Các kết quả tính toán ở trạng thái dừng đƣợc so sánh với dữ liệu thiết kế và dữ liệu đo đạc thực từ hệ thực nghiệm cho thấy sự phù hợp khá tốt. Các kết quả này đƣợc sử dụng làm điều kiện biên và điều kiện ban đầu cho tính toán sự cố.
Các kết quả tính toán sự cố thu đƣợc khá phù hợp với kết quả đo đạc thực nghiệm, đặc biệt là so với các kết quả thu đƣợc từ các tính toán của các cơ quan nghiên cứu của Hàn Quốc (KAERI, KINS, KNF).
Các kết quả chính đã đƣợc đăng tại Tạp chí Nuclear Science and Technology của VAES (Hội Năng lƣợng Nguyên tử Việt nam). Kinh nghiệm thu đƣợc trong việc tìm hiểu thực nghiệm cùng với các phân tích tính toán trạng thái dừng và các
78
sự cố LOCA và vỡ đƣờng DVI sẽ giúp ích cho việc áp dụng RELAP5 trong các tính toán phân tích an toàn sau này.
Những sai khác khi so sánh các kết quả thu đƣợc là do hiệu ứng ngƣời sử dụng phần mềm và cách mô hình hoá và phân tích có những điểm khác nhau.
Để nâng cao năng lực tính toán phân tích an toàn thuỷ nhiệt, một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu bao gồm:
1. Tiếp tục nghiên cứu và phân tích bài toán vỡ 50 % đƣờng DVI của hệ thực nghiệm ATLAS bằng chƣơng trình RELAP5.
2. Xây dựng cơ sở dữ liệu cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 – lò phản ứng VVER của Nga. Từ đó từng bƣớc sử dụng chƣơng trình RELAP5 để đánh giá phân tích an toàn cho lò phản ứng này.
79
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. KAERI, ATLAS Facility and Instrumentation Description Report, TR-
3779/2009.
2. KAERI, ATLAS Domestic Standard Problem (DSP) Specifications, July
2009.
3. K. D. Kim, ALTAS DSP-1 Lecture (100% DVI Line Break), ALTAS DSP-1 Lecture for VAEI, KAERI, July 9, 2010.
4. Ki-Yong Choi*, Hyun-Sik Park, Experimental Simulation of A Direct Vessel
Injection Line Break of The APR1400 with The ATLAS, January 2, 2009.
5. Ki-Yong Choi, Yeon-SikKim, Chul-Hwa Song, and Won-Pil Baek, Major Achievements and Prospect of the ATLAS Integral Effect Tests, Science and
Technology of Nuclear Installations Volume 2012, Article ID 375070.
6. Won-Pil Baek, Yeon-Sik Kim, Ki-Yong Choi, LBLOCA and DVI Line Break
Tests With The ATLAS Integral Facility, Nuclear Engineering and
Technology, Vol.41. No.6 August 2009.
7. Yeon-Sik Kim, Ki-Yong Choi at al, Commissioning of the ATLAS thermal- hydraulic integral test facility, Analysis of Nuclear Energy 35 (2008) 1791–
1799.
8. Lê Đại Diễn, Thiết kế bài toán nghiên cứu lý thuyết, tính toán và nghiên cứu
thực nghiệm, Báo cáo kết quả chuyên đề 03Nghị định thƣ VINATOM-
KAERI, 2010.
9. Lê Đại Diễn, Nguyễn Thị Tú Oanh, Analysis of DVI Line Break in ATLAS Test Facility Using RELAP5 Code, Nuclear Science and Technology, No. 4
(2011), pp. 33-41.
10.Lê Đại Diễn, Nguyễn Thị Tú Oanh, Nguyễn Thị Thanh Thuỷ, Mô phỏng hệ
thống cấp nước hai giai đoạn trong sự cố LOCA vỡ lớn lò VVER1000/V392,
Hội nghị Khoa học Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ X, Vũng Tàu 15- 16/8/2013.
11.Lê Đại Diễn, Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Thị Tú Oanh, Lê Trí Dân, So sánh
các đặc tính vật liệu vỏ thanh nhiên liệu trong sự cố mất chất tải nhiệt của nhà máy điện hạt nhân, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ IX, Hà Nội, 8-