4.3.1. Kịch bản bài toán
Bài toán vỡ ống tube bình sinh hơi được coi là một trong các sự cố nằm trong thiết kế cơ bản (DBA). Sự kiện được khỏi phát do sự vỡ của ống tube trong bình sinh
hơi. Tiếp sau đó lò phản ứng sẽ được dừng hoạt động do sự giảm của áp suất trong
vòng sơ cấp. Đồng thời, hệ thống an toàn lò phản ứng cũng được kích hoạt đểứng phó lại sự cố, cụ thể là hệ thống cấp nước khẩn cấp cho lò phản ứng ECCS.
53
Bảng 4.3: Các trường hợp tính toán cho cùng một kịch bản bài toán
Vị trí vỡ Dạng vỡ Diện tích vỡ
(m2 )
Trường hợp 1 Vỡ tại thân ống. Vị trí vỡ tại giữa Volume thứ 3 vào thứ 4 của ống tube bình sinh hơi
(thành phần 440)
Vỡ đôi hoàn toàn
một ống (200%)
22.4742 x 10-5
Trường hợp 2 Vỡ tại đỉnh ống. Vị trí vỡ tại giữa Volume thứ 6 vào thứ 7 của ống tube bình sinh hơi
(thành phần 440)
Vỡ đôi hoàn toàn
một ống(200%)
22.4742 x 10-5
Trường hợp 3 Vỡ tại thân ống. Vị trí vỡ tại giữa Volume thứ 9 vào thứ 10 của ống tube bình sinh hơi
(thành phần 440)
Vỡ đôi hoàn toàn
một ống(200%)
22.4742 x 10-5
Trường hợp 4 Vỡ tại thân ống. Vị trí vỡ tại giữa Volume thứ 3 vào thứ 4 của ống tube bình sinh hơi
(thành phần 440) Vỡ một ống (100%) 11.2371x 10-5 Trường hợp 5 Vỡ tại thân ống. Vị trí vỡ tại giữa Volume thứ 3 vào thứ 4 của ống tube bình sinh hơi
(thành phần 440)
Vỡ hoàn toàn i
ống ( i = 1,2..10)
22.4742 x 10-5 x i ( i = 1,2..10)
54
4.3.2. Tiến trình của kịch bản bài toán sự cố SGTR (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự cố SGTR có thểchia thành hai giai đoạn chính sau đây:
4.3.2.1. Giai đoạn 1- khởi phát sự cố
Giai đoạn này được tính từ thời điểm bắt đầu xảy ra sự cố cho đến thời điểm dừng lò phản ứng. Trong vài giấy đầu xảy ra sự cố, áp suất của vòng sơ cấp giảm chậm do sự dò áp từvòng sơ cấp sang vòng thứ cấp. Xảy ra đồng thời với sự giảm áp là sự
giảm về mức nước trong vòng sơ cấp do sự dò sang vòng thứ cấp thông qua vết vỡ. Áp suất và mức nước của vòng sơ cấp tiếp tục giảm chậm tại các giây thiếp theo cho đến khi lò phản ứng bị dập do tín hiệu cảnh báo về áp suất thấp trong vòng sơ cấp được
phát đi.
4.3.2.2. Giai đoạn 2- giai đoạn ứng phó sự cố
Giai đoạn này được tính tư thời điểm ngay sau khi tín hiệu dập lò được phát đi đến thời điểm áp suất và mức nước tại hai vòng ổng định. Sau tín hiệu dập lò được kích hoạt, áp suất tại vòng sơ cấp giảm rất nhanh. Khi áp suất giảm và đạt ngưỡng setpoint của hệ thống ECCS, lập tức hệ thống này được kích hoạt và đưa nước vào lò phản ứng. Hệ quả của việc này là đã làm cho áp suất trong vòng sơ cấp tăng trở lại và duy trì
được mức nước của vòng sơ cấp. Bên cạnh đó, van MSIV của vòng thứ cấp cũng được kích hoạt để xả áp ra ngoài môi trường để tránh không cho áp suất tại vòng thứ cấp
55
Bảng 4.4: Các bước sự kiện trong kịch bản bài toán
Thời gian Sự kiện Giá trị mở của van
0.1 Sự cố vỡ ống tube bình sinh
hơi bắt đầu
1360 Tín hiệu dừng lò được kích hoạt do tín hiệu cảnh báo về áp suất trong chất tải nhiệt lò phản ứng thấp (MPa)
12.47 MPa
1360 Tín hiệu dừng tuabin được kích hoạt
1400 Hệ thống cấp nước khẩn cấp ở
áp suất cao được kích hoạt (trễ
40 giây sau khi tín hiệu dập lò
được kích hoạt)
4.3.3. Mục đích tính toán
Tính toán phân tích sự thay đổi áp suất của hệ thống bao gồm sự thay đổi áp suất của vòng sơ cấp và vòng thứ cấp trong suốt thời gian diễn ra sự cố.
Tính toán phân tích sự thay đổi về mức nước của vòng sơ cấp và vòng thứ cấp cùng với tốc độ dòng dò từvòng sơ cấp sang vòng thứ cấp thông qua vết vỡ.
56
4.3.4. Kết quả bài toán sự cố vỡống tube bình sinh hơi
4.3.4.1. Trường hợp 1
4.3.4.1.1. Kết quả tính toán sựthay đổi áp suất
Bằng việc thực hiện tính toán cho sự cố vỡ ống bình sinh hơi bằng chương trình RELAP 5, ta thu được kết quả tính toán cho sựthay đổi áp suất của hệ thống trong thời gian xảy ra sự cốđược thể hiện trong đồ thị (hình 4.3)dưới đây:
Hình 4.3: Áp suất trong bình điều áp và tại hai bình sinh hơi trong thời gian xảy ra sự cố.
Như chúng ta đã biết, áp suất trong vòng sơ cấp là 15.5MPa và áp suất ở vòng thứ cấp là 7MPa. Do vậy khi xảy ra sự cố vỡ ống tube bình sinh hơi, nước làm mát ở (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
57
áp suất cao của vòng sơ cấp sẽ dò sang vòng thứ cấp thông qua vết vỡ. Điều này đồng
nghĩa với việc áp suất của vòng sơ cấp giảm và sự tăng của áp suất vòng thứ cấp (từ
thời điểm 0s-1310s).
Tại thời điểm 1310s, áp suất của vòng sơ cấp giảm đến giá trị 12.47 MPa, tại thời điểm này tín hiệu áp suất thấp trong hệ thống tải nhiệt lò phản ứng được phát đi,
hệ quả là tín hiệu dừng lò được kích hoạt và lò phản ứng bị dập. Điều này kéo theo áp suất vòng sơ cấp giảm rất nhanh ngay sau thời điểm dập lò phản ứng. Tại thời điểm 1360s, tuabin ngừng hoạt động kéo theo áp suất của vòng thứ cấp tăng nhanh đến khi
đạt được ngưỡng áp suất của dòng đi tắt (bypass) tại tuabin là 7.5MPa.
Áp suất tại vòng sơ cấp tiếp tục giảm mạnh tại các giây tiếp theo cho đến khi chạm ngưỡng mở của hệ thống ECCS. Khi áp suất trong vòng sơ cấp giảm xuống giá trị ngưỡng mở của hệ thống ECCS, lập tức hệ thống này được kích hoạt đểđưa nước vào lò phản ứng. Do lưu lượng nước tiêm từ ECCS vào lò phản ứng lớn hơn so với lưu lượng nước dò từ vòng sơ cấp sang vòng thứ cấp nên áp suất của vòng sơ cấp được
tăng trở lại. Ngoài ra việc tăng áp suất trở lại của vòng sơ cấp còn do một yếu tố khác
đó là bộđốt nhiệt trong bình điều áp được kích hoạt.
Tại các giây tiếp theo áp suất của 2 vòng được đưa về giá trị ổn định. Cụ thể áp suất trong vòng sơ cấp là 13.11 Mpa và áp suất vòng thứ cấp là 7.65 MPa.
58
4.3.4.1.2. Kết quả tính toán sựthay đổi mức nước và dòng dò
Ngoài việc quan tâm đến các biến thiên về áp suất, ta khảo sát về quá trình hay
đổi mức nước và lưu lượng dòng trong bình sinh hơicũng như lưu lượng dòng dò trong thời gian xảy ra sự cố. Kết quả tính toán khảo sát thu được được thể hiện bằng đồ thị
(hình 4.4 , 4.5 và 4.6)dưới đây:
a. Thay đổi mức nước
Hình 4.4: Mức nước trong bình điều áp và trong khoang trên bình sinh hơi.
Từ thời điểm 0s đến thời điểm 1360s mức nước của bình điều áp giảm do sự dò của nước ở vòng sơ cấp sang vòng thứ cấp thông qua vết vỡ của ống tube trong bình
59
nhất cùng với giá trị mức nước trong bình điều áp cũng đạt giá trị cực tiểu, chính vì lý do này hệ thống làm mát khẩn cấp của lò phản ứng (ECCS) được kích hoạt để tiêm
nước vào lò phản ứng. Do vậy mà mức nước trong bình điều áp được tăng lên ở những giây tiếp theo từ 1360s đến 2060s. Tiếp sau đó mức nước này được giữ cho đến thời
điểm giây thứ 3500. Tại thời điểm giây thứ 3500, khi mà áp suất ở hai vòng ổn định , hệ thống ECCS ngừng tiếp nước cho lò phản ứng kéo theo sự giảm về mức nước trong
bình điều áp.
Quan sát hình trên ta còn thấy được mức nước trong khoang trên của cả hai bình
sinh hơi. Sựthay đổi về mức nước trong khoang trên ở cảhai bình sinh hơi có thểđược giải thích như sau. Ban đầu khi sự cố xảy ra, mức nước trong cả hai bình sinh hơi đều giảm do nước từvòng sơ cấp bị dò sang vòng thứ cấp. Đến thời điểm giây thứ 1360 tín hiệu dập lò được kích hoạt, ngay lập tức các hệ thống bơm nước cấp của vòng sơ cấp dừng hoạt động trong khi hơi vẫn tiếp tục được sinh ra trong vòng thứ cấp điều này làm cho mức nước của bình sinh hơi giảm đi rất nhanh. Tuy nhiên sau thời điểm giây thứ
1360 mức nước trong cả hai bình sinh hơi lại tăng trở lại do hệ thống ECCS đã được kích hoạt.
Ngoài ra, từ thời điểm khoảng từ1800s đến 3400s ta có thể nhận thấy mức nước
ởtrong hai bình sinh hơi có sự thay đổi khác nhau. Cụ thể là mức nước trong bình sinh
hơi không xảy ra sự cố thấp hơn so với mức nước trong bình sinh hơi có xảy ra sự cố (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
vỡống tube. Sự chênh lệch này là do tại bình sinh hơi xảy ra sự cố, nước ởvòng sơ cấp bị dò sang vòng thứ cấp khiến cho mức nước tại bình sinh hơi này tăng nhanh hơn.
60
b. Thay đổi lưu lượng dòng dò
Hình 4.5: Đồ thị lưu lượng dòng dò tại vị trí vỡ.
Ta có thể dễ dàng nhận thấy trạng thái của dòng dò giống với sự biến thiên về
áp suất trong vòng sơ cấp. Điều này cũng dễdàng được giải thích bởi tốc độcũng như lưu lượng dòng dò phụ thuộc vào sự chênh áp giữa hai vòng sơ cấp và thứ cấp. Khi sự
61
c. Tốc độdòng trong bình sinh hơi xảy ra sự cố
Hình 4.6: Đồ thị thể hiện tốc độ dòng khối tại các vị trí trong bình sinh hơi xảy ra sự cố.
Ban đầu khi xảy ra sự cố tốc độ dòng tại các vị trí vẫn được duy trì cho đến khi tín hiệu dập lò được kích hoạt tại thời điểm giây thứ 1360 toàn bộ các bơm cấp nước
đều dừng hoạt động kéo theo tốc độ dòng tại các vị trí trong bình sinh hơi về giá trị rất thấp. Ta có thể thấy rõ hơn về trạng thái hoạt động của bơm được thể hiện trong hình 4.7.
62
Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn tốc độ của bơm trong thời gian xảy ra sự cố.
4.3.4.3. Kết quả tính toán sựthay đổi tỷ số DNBR
63
Đồ thị giá trị DNBR tại thể tích thứ 16 của thành phần nhiên liệu (230) . Đây là vị trí có giá trị DNBR thấp nhất trong toàn bộ vùng hoạt của lò phản ứng. Ta có thể
thấy được giá trị DNBR giảm dần từ khi bắt đầu xảy ra sự cố và đạt giá trị thấp nhất 1.218 tại thời điểm giây thứ 1350. Đến thời điểm giây thứ 1360, khi tín hiệu dừng lò
được kích hoạt, giá trị DNBR tăng rất nhanh và đạt giá trị cực đại 14.09 tại giây thứ 1375. Điều này có thể dễ dàng được lý giải do khi tín hiệu dừng lò được kích hoạt, lò phản ứng sẽ dừng hoạt động do đó mà giá trị DNBR sẽ ngay lập tức được đưa về giá trị
an toàn (>1.17) (theo U.S.N.R.C-Document Control Desk -Washington, DC 20555)
4.3.4.2. Trường hợp 2
4.3.4.2.1. Kết quả tính toán sựthay đổi áp suất
Trong trường hợp này ta chỉ quan tâm đến quá trình biến thiên của áp suất hệ
thống trong thời gian xảy ra sự cố. Từđó so sánh với kết quảthu được từtrường hợp 1
để đưa ra nhận xét. Khảo sát biến thiên áp suất của hệ thống ta thu được kết quảđược biểu diễn bằng đồ thị(hình 4.9 và 4.10) dưới đây:
64
Hình 4.9: Đồ thị biến thiên áp suât trong toàn bộ hệ thống
65
. Điều này có thể được giải thích như sau: như chúng ta đã biết, áp suất phụ
thuộc vào độ cao của cột nước, cột nước càng cao thì áp suất tại đáy cột nước càng cao hay nói một cách khác thì tại vị trí càng sau thì áp suất càng lớn. Chính vì vậy tại vi trí thân của ống tube áp suất sẽ lớn hơn vị trí đỉnh của ống tube, hay nói một cách khác độ
chênh áp tại các vị trí này với vòng sơ cấp cũng khác nhau. Do tại vị trí thân của ống tube có áp suất cao hơn tại vị trí đỉnh ống do vậy sự mất áp do vỡ tại thân ống sẽ chậm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hơn so với vỡ tại đỉnh của ống tube.
4.3.4.3.Trường hợp 3
4.3.4.3.1. Kết quả tính toán sựthay đổi áp suất
Tương tựnhư trường hợp 2. Kết quả tính toán biến thiên áp suất trong hệ thống
như sau (hình 4.11 và 4.12):
66
Hình 4.12: Đồ thị so sánh độ biến thiên áp suất của hệ sơ cấp tại hai vị trí vỡ giữa volume 3-4(chân nóng) và vỡ giữa volume 9-10(chân lạnh)
Từhai đồ thị trên ta có thế thấy được sự biên thiên về áp suất của hệ thống trong
trường hợp vỡ tại giữa volume 9-10 giống với sự biến thiên áp suất tại vị trí vỡ giữa volume 3-4. Tuy nhiên trường hợp vỡ tại volume 9-10 có độ sụt áp chậm hơn. Điều
này được giải thích do hai vị trí vỡ này có cùng độ cao nên áp suất tại vòng thứ cấp tại hai vị trí vỡ này là như nhau trong khi đó áp suất tại vị trí volume 3-4 lại lớn hơn áp
suất tại vị trí volume 9-10 do chất tải nhiệt chảy từ chân nóng sang chân lạnh nên áp suất tại chân nóng của ống tube lớn hơn áp suất tại chân lạnh. Chính vị vậy độ chênh áp giữa vị trí volume 3-4 so với vòng thứ cấp lớn hơn độ chênh áp giữa vị trí volume 9- 10 với vòng thứ cấp nên độ sụt áp sẽnhanh hơn.
67
4.3.4.4.Trường hợp 4
4.3.4.4.1. Kết quả tính toán sựthay đổi áp suất
Khảo sát diễn biến áp suất của hệ thống trong thời gian xảy ra sự cốta thu được
đồ thị (hình 4.13 và 4.14) như sau:
68
Hình 4.14: Đồ thị biến thiên áp suất trong toàn bộ hệ thống với hai kích thước vỡ khác nhau
Từ hai đồ thị trên ta thấy quá trình biến thiên áp suất vẫn được giữ nguyên
nhưng tốc độ sụt áp giảm rõ rệt đối với trường hợp vỡkích thước vỡlà 100%. Điều này dễdàng được giải thích như sau: khi ta thay đổi diện tích của vết vỡ, cụ thể là diện tích vỡ nhỏ hơn đồng nghĩa với việc dò áp xảy ra chậm hơn hay nói cách khác sự dò áp tỷ
69
4.3.4.5.Trường hợp 5
4.3.4.5.1. Kết quả tính toán sựthay đổi áp suất
Thục hiện tính toán với việc thay đổi số lượng ống vỡ (từ 1 đến 10 ông) ta thu
được kết quả về quá trình áp suất của hệ thống sơ cấp trong thời gian xảy ra sự cốnhư
sau:
Hình 4.15: Đồ thị so sánh biến thiên áp suất giữa các trường hợp với số lượng ống bị vỡ khác nhau
Từđồ thị trên ta có thể thấy với sốlượng ống vỡ khác nhau thì độ biến thiên áp suất cũng khác nhau. Cụ thểlà độ sụt áp cũng như tốc độ sụt áp của vòng sơ cấp tỷ lệ
thuận với sốlượng ống bị vỡ. Sốlượng ống vỡ càng nhiều thì độ sụt áp và tốc độ sụt áp của vòng sơ cấp càng cao. Chính vì vậy thời điểm kích hoạt các hệ thống bảo vệ lò phản ứng như tín hiệu dập lò cũng như mở hệ thống ECCS cũng đến sớm hơn, điều này
70 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dòng dò tỷ lệ thuận với sốlượng ống bị vỡ nên mức áp suất ổn định sau sự cố của hệ