Cơng suất lị 3250 MWt
Bó nhiên liệu 193 , 15x15
Áp suất hight 2400 psia
low 1860 psia
Thanh nhiên liệu trong bó 204
Vỏ bọc thanh nhiên liệu Zircaloy = 95%Zr + Sn, Nb, Fe,
Cr,Ni
Khối lƣợng nhiên liệu (tấn) 125,1915
Khoảng cách bên ngoài thanh nhiên liệu (in) 0.422
Khoảng cách đƣờng xuyên tâm (in) 0.0075
Chiều dày của lớp vỏ (in) 0.0243
Chiều dài tổng thể (in) 151.85
Loại nhiên liệu UO2 có độ giầu thấp
Mật độ UO2
Khu vực 1 93,68
Khu vực 2 94.6 (unit 2 là 93)
Khu vực 3 94.5
Đƣờng kính (in) 0.3659
Chiều dài (in) 0.6
Hệ thống các thanh điều khiển
Hấp thụ Neutron 5% Cd, 15% In, 80% Ag
Chiều dài (in) 156.436
Độ dày lớp mạ (in) 0.019
Số thanh trong mỗi bó 20
Nƣớc lám mát và làm chậm H2O
Hình 4.3. hình vẽ thanh nhiên liệu
4.2. Mơ hình hóa lị nƣớc áp lực ZION bằng code RELAP5
4.2.1. Thùng lò.
Các thành phần của thùng lị đƣợc mơ tả bằng các Card 323 đến Card 356. Bao gồm các Card 323, 322, 325, 336, 340, 345, 336, 320, 315, 305, 300, 310, 350, 355, 356.
+ Phần đáy thùng lị đƣợc mơ tả bằng các Cars 323 đến Card 330. + Vùng hoạt đƣợc mô tả bằng Card 335.
+ Vùng downcommer đƣợc mô tả bằng Card 315.
+ Vùng trên vùng hoạt đƣợc mô tả bằng các Card 350, 355, 356. Chiều cao thùng lò là 12 mét.
Phần đáy cao 2,5 mét, vùng hoạt cao 4,5 mét, phần trên vùng hoạt cao 5 mét.
4.2.2. Steam generator
Lò phản ứng nƣớc áp lực ZION là loại lị có 4 vịng làm mát. Với hình vẽ ở trên ta viết gộp các loop 1,2,3 lại với nhau tƣơng ứng với các thơng số lƣu lƣợng nƣớc, thể tích, diện tích ống…. tăng gấp 3 lần. Chỉ giữ ngun thơng số về chiều dài ống, chiều cao của steam generator, các góc phƣơng vị của các thành phần trong steam generator. Loop 4 đƣợc viết riêng với mục đích
Các Card 170, 171, 172, 174, 176, 178, 180: mô tả tƣơng ứng cho 3 Loops không xảy ra sự cố.
Các Card 270, 271, 272, 274, 276, 278, 280: mô tả tƣơng ứng cho Loop thứ 4 là Loop đƣợc giả định có sự cố xảy ra.
4.2.3. Ống chữ U.
Thành phần ống hình chữ U đƣợc thể hiện ở 2 chỗ:
+ Hình chữ U trong bình sinh hơi là loại ống hình chữ U ngƣợc đƣợc mơ tả bằng các Card 204 và Card 108.
+ Hình chữ U đằng sau bơm trong vịng sơ cấp, nó đƣợc mơ tả bằng các Card 205, 206, 207, 208 và các Card 109, 110, 111, 112. Đối với ống đƣờng cong dạng hình chữ U này với mỗi card ta phải khai báo vị trí góc nghiêng của thành phần ống mơ tả so với chiều thẳng đứng.
4.2.4. Bình điều áp, thành phần bơm, hệ thống ECCS.
- Bình điều áp: đƣợc mơ tả bằng Card 150. Bình điều áp đƣợc chia ra làm 6
phần, ở mỗi phần có các áp suất danh định khác nhau.
- Bơm: đƣợc mô tả bằng Card 113 và Card 209.
- Hệ thống ECCS: hệ thống này gồm có bơm áp suất cao, bơm áp suất thấp,
và accumulator.
+ HPI charging: đƣợc mô tả bằng Card 193, 194, 293,194. Hệ thống này đƣợc kích hoạt khi áp suất của hệ thống nƣớc tải nhiệt giảm xuống còn khoảng 8.6 – 14 Mpa, tùy theo thiết kế.
+ LPI : đƣợc mô tả bằng Card 192, 191,293,292. Hệ thống này đƣợc kích hoạt khi áp suất của hệ thống nƣớc tải nhiệt giảm xuống còn khoảng 0.7 Mpa, tùy theo thiết kế.
+ Accumulator: đƣợc mô tả bằng Card 190 và Card 290. Hệ thống này đƣợc kích hoạt khi áp suất hệ thống nƣớc tải nhiệt giảm xuống 1.38 – 4.14 Mpa, tùy theo thiết kế.
4.2.5. Hệ thống cấp nƣớc chính và phụ ở vịng thứ cấp.
+ Hệ thống cấp nƣớc chính của vịng thứ cấp đƣợc mô tả bằng Card 181, 182, 185, 186, 281, 282, 285, 286. Hệ thống này sẽ tự động ngắt khi có sự cố xảy ra.
+ Hệ thống cấp nƣớc phụ của vịng thứ cấp đƣợc mơ tả bằng các Card 183, 184, 187, 188, 283, 284, 287, 288. Hệ thống này sẽ đƣợc khởi động khi có sự cố xảy ra, máy bơm đƣợc sử dụng dầu Diezel để khởi động bơm nƣớc vào Steam Generator.
4.2.6. Phần mô tả vết nứt.
Ở đây, ta dùng hai Card 500 để mô tả vết nứt. Với Card 505 là Vale có tác dụng đóng nở theo tín hiệu của trip 599 trong file input. Khi sự cố xảy ra là khi ta mở vale 505 cho nó chảy ra bên ngồi, phía bên ngồi đƣợc mơ tả bằng Card 500.
4.3. Phân tích sự cố SB–LOCA
Sự cố SB-LOCA thuộc loại thứ 3 và 4 trong Tiêu chuẩn về thiết kế hệ thống sinh hơi nƣớc bằng phản ứng hạt nhân (NSSS). Do có tần suất xuất hiện cao hơn. Do vậy sự cố SB-LOCA đã đƣợc lựa chọn để phân tích. Với giả định rằng hệ thống bơm áp suất cao (HPI) trong hệ thống cấp nƣớc khẩn cấp ECCS bị hỏng hoàn toàn.
Để khảo sát các đặc trƣng chuyển tiếp của sự cố SB-LOCA và ảnh hƣởng của các yếu tố khác nhau lên các đặc trƣng chuyển tiếp, các bài toán sau đã đƣợc khảo sát:
Khảo sát các đặc trưng chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA: Bài toán
này ta đi khảo sát các đặc trƣng chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA vơi vết nứt 3% (6 inch ) trên kênh lạnh giữa bơm vịng sơ cấp và thùng lị, trên hình vẽ mơ hình hóa vết nứt này xảy ra tại card 212. Kích thƣớc vết nứt nằm trong khoảng kích thƣớc vết nứt gây ra hậu quả nghiêm trọng trong việc làm mát vùng hoạt. Vị trí vết nứt nằm trên kênh lạnh, ở giữa bơm vịng sơ cấp và thùng lị chính vì vậy khi xảy ra sự cố thì một phần nƣớc ở hệ thống ECCS sẽ chảy ra ngồi vết nứt, chính vì vậy mà thời gian nƣớc đƣợc đƣa vào làm mát vùng hoạt bị hạn chế. Nguy cơ vùng hoạt bị phơi trần rất cao.
Khảo sát ảnh hưởng của kích thước vết nứt lên đặc trưng chuyển
tiếp trong sự cố SB–LOCA: Khảo sát các đặc trƣng chuyển tiếp với kích thƣớc vết
nứt là 2%, 3%, 5%, 10%, trên kênh lạnh giữa bơm vòng sơ cấp và thùng lò. Trong hai trƣờng hợp:
- Xả áp vòng 2
- Khơng xả áp vịng 2
Khảo sát ảnh hưởng của hệ thống cấp nước phụ ở vòng 2 (AFW)
lên các đặc trưng chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA: Hệ thống cấp nƣớc phụ
AFW đƣợc chạy bằng dầu Diezel với thời gian đề ba mặc định là 14 sec sau khi có tín hiệu dập lị đƣợc phát động. trong phần này ta khảo sát ảnh hƣởng của hệ thống cấp nƣớc phụ AFW lên đặc trƣng chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA với các khoảng thời gian trễ để khởi động là:
- Sau 14 giây
- Sau 300 giây
- Sau 1800 giây
4.3.1. Khảo sát các đặc trƣng chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA.
Trong phần này, ta đi phân tích sự cố SB–LOCA cho vết nứt 3%. Bằng cách phân tích về đƣờng cong áp suất, mực nƣớc trong thùng lò, nhiệt độ vỏ nhiên liệu qua các pha xảy ra trong quá trình chuyển tiếp, các hiện tƣợng vật lý xảy ra trong sự cố SB–LOCA.
Hình 4.5: Biểu đồ mơ tả đường cong áp suất, mực nước, nhiệt độ
trong sự cố sự cố SB–LOCA với vết nứt 3 %.
Khi sự cố SB–LOCA xảy ra áp suất, mực nƣớc trong vùng hoạt, nhiệt độ lớp
vỏ thanh nhiên liệu tại các thời điểm đƣợc mô tả trên hình 4.5. Trong hình trên ta
thấy rằng:
- Từ thời điểm 0s -> 45 s: Khi bắt đầu xảy ra sự cố tín hiệu dập lị Scram
đƣợc khởi phát , áp suất trong thùng lò giảm nhanh từ 15.6 Mpa xuống 8 Mpa. Áp suất của vòng sơ cấp giảm trong khi đó áp suất của của vịng thứ cấp tăng (hình 4.6). Do sự thất thoát nƣớc làm mát ra khỏi vết nứt làm cho áp suất của thùng lò giảm xuống nhanh chóng. Lúc này mực nƣớc trong thùng lò cũng giảm nhanh
xuống còn 10 m, tại thời điểm này vùng hoạt vẫn đƣợc ngập trong nƣớc làm mát, trong khoảng thời gian này pha lỏng vẫn chiếm ƣu thế. Vào khoảng thời gian này các tín hiệu khởi phát hệ thống cấp nƣớc khẩn cấp ECCS vẫn chƣa hoạt động bởi vì chƣa đạt đến ngƣỡng dƣới áp suất khởi phát của hệ thống này (hình 4.7). Lƣu lƣợng nƣớc thốt ra ngồi vết nứt cũng tăng mạnh do sự chênh lệch áp suất giữa vòng sơ cấp và bên ngồi (hình 4.8).
Hình 4.6. Áp suất vịng sơ cấp và thứ cấp.
Hình 4.8. Lưu lượng nước thốt ra ngồi qua vết nứt.
Hình 4.9. Lưu lượng nước qua bơm LPI
- Tại giây thứ 45s -> 400s: Áp suất vòng sơ cấp giảm từ 8 Mpa xuống còn 6 Mpa, lúc này áp suất vòng thứ cấp cũng giảm, mực nƣớc trong thùng lò cũng giảm mạnh xuống còn khoảng 5m, nhiệt độ của vỏ nhiên liệu vào khoảng 540 K, vùng hoạt bắt đầ bị phơi trần một phần, mặc dù đã dập lò nhƣng nhiệt dƣ vẫn còn trong vùng hoạt, chính lƣợng nhiệt dƣ này làm cho nƣớc bị bốc hơi nhanh chóng và làm
cho phần nƣớc bao bọc vùng hoạt giảm xuống, thời điểm này là thời điểm chƣa đến ngƣỡng kích hoạt hệ thống cấp nƣớc từ ECCS (với giả thiết ban đầu các bơm áp suất cao hỏng hồn tồn) (hình 4.7). Lƣu lƣợng nƣớc thốt ra ngoài vết nứt giảm do sự chênh lệch áp suất giữa vòng sơ cấp và bên ngồi giảm. Lúc này dịng hai pha chiếm ƣu thế, sự hóa hơi của nƣớc làm mát liên tục đƣợc tạo ra do lƣợng nhiệt dƣ thừa không đƣợc tải đi, lúc này áp suất vòng sơ cấp và thứ cấp bằng nhau (hình 4.6). Tại giây thứ 335s sau khi xảy ra sự cố do hiệu ứng Loop seal đã ngăn cản sự cân bằng áp suất giữa vịng sơ cấp và thứ cấp, chính sự mất cân bằng áp suât này đã là cho nƣớc trong vùng hoạt bị đẩy ra ngoài vùng hoạt và mức nƣớc trong vùng hoạt bị giảm xuống đột ngột. Chính sự mất cân băng áp suất này còn đƣợc nhận thấy
trong hình 4.8 , mức nƣớc thốt ra ngồi vết nứt đột ngột tăng mạnh do sự chênh
lệch áp suất giữa vịng sơ cấp và mơi trƣờng bên ngồi tăng đột ngột.
- Tại giấy thứ 400s -> 580s: Áp suất vòng sơ cấp và vòng thứ cấp gần nhƣ bằng nhau (hình 5.2), tại thời điểm này áp suất vẫn lớn hơn ngƣỡng dƣới khởi phát hệ thống cấp nƣớc từ ACC (hình 4.6). Trong giai đoạn này mực nƣớc trong thùng là giảm xuống còn 3.4m, lúc này nhiệt độ của vỏ thanh nhiên liệu tăng từ 550K lên 770K và cũng tiếp tục tăng. Lƣu lƣợng nƣớc thốt ra ngồi vết nứt giảm dần. Trong giai đoạn này đối lƣu tự nhiên chiếm ƣu thế, một phần hơi nƣớc đi qua kênh nóng lên phía bên này của ống hình chữ U ngƣợc của steam generator, hơi nóng này đƣợc ngƣng tụ do sự trao đổi nhiệt với bên ngồi và tạo ra dịng ngƣợc chảy ngƣợc qua kênh nóng xuống vùng hoạt, chính vì vậy mà mức nƣớc trong vùng hoạt tăng lên.
- Tại giây thứ 580s -> 1496s: Áp suất vòng sơ cấp giảm xuống khoảng 2Mpa, giai đoạn này nằm trong ngƣỡng khởi phát của ACC, lúc này ACC bắt đầu xả nƣớc đổ vào thùng lò làm mức nƣớc trong thùng lò tăng lên 4.1m. Do lƣợng nƣớc trong ACC ít nên chỉ làm nguội đi một phần nào nhiệt độ trong thùng lị, tại các đỉnh nhiệt độ (hình 4.5) là các thời điểm áp suất vòng so cấp giảm và áp suất vòng thứ cấp tăng.
Tại giây thứ 1496s ->3000s: Áp suất vòng sơ cấp và vòng thứ cấp gần nhƣ bằng nhau, nƣớc trong ACC đƣợc xả hết vào thùng lò, đây cũng là thời điểm áp suất đạt ngƣỡng dƣới khởi phát hệ thống bơm áp suất thấp (LPI), do lƣu lƣợng nƣớc từu bơm LPI lớn nên mức nƣớc trong thùng lò tăng lên 5.8m, phần vùng hoạt đƣợc làm lúc này đƣợc làm ngập hoàn toàn, nhiệt độ vỏ thanh nhiên liệu giảm xuống 486 K, lúc này lƣu lƣợng nƣớc thốt ra ngồi vết nứt giảm. kết thúc giai đoạn Reflux. Vùng hoạt đƣợc làm ngập hoàn toàn trong nƣớc làm mát.
4.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc vết nứt lên đặc trƣng chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA.
+) Trong trường hợp không xả áp vịng 2:
Hình 5.6 chỉ ra suy giảm áp suất trong quá trình chuyển tiếp khi có sự cố SB–LOCA với các kích thƣớc vết nứt khác nhau. Trên hình vẽ ta nhận thấy, khi kích thƣớc vết nứt càng lớn thì sự suy giảm của áp suất càng nhanh và khi đó các hệ thống cấp cứu khẩn cấp càng đƣợc kích hoạt sớm, khi đó nguy cơ vùng hoạt bị phơi trần càng thấp.
Hình 4.11. Nước thốt ra ngồi vết nứt với các kích thước vết nứt khác nhau.
Hình 4.13. Tốc độ dịng qua bơm áp suất thấp theo kích thước các vết nứt
Hình 4.11 chỉ ra tốc độ nƣớc thốt ra ngồi vết nứt với các kích thƣớc khác nhau, ta nhận thấy rằng với các vết nứt càng lớn, nƣớc thốt ra ngồi vết nứt càng cao, do sự suy giảm áp suất càng nhanh với vết nứt có kích thƣớc 10% nên độ chênh lệch áp suất giữa vòng sơ cấp và áp suất vịng thứ cấp càng cao chính vì vậy tốc độ dịng thốt ra ngồi vết nứt cao với vết nứt lớn. Với các vết nứt nhỏ hơn, do sự suy giảm của đƣờng cong áp suất vòng sơ cấp chậm (hình 4.10) nên sự chênh lệch về áp suất theo kích thƣớc vết nứt của vịng sơ cấp với bên ngồi cũng giảm theo kích thƣớc vết nứt, do vậy tốc độ dịng ra ngồi vết nứt cũng giảm theo kích thƣớc vết nứt. Trong hình 4.12 và hình 4.13 chỉ ra sự suy giảm mực nƣớc trong ACC và tốc độ dòng qua bơm LPI, ta cũng thấy rằng với vết nứt có kích thƣớc vết nứt càng lớn thì thời gian khởi phát hệ thống cấp nƣớc khẩn cấp từ hệ thống ECCS càng sớm, và vùng hoạt càng đƣợc bao bọc trong nƣớc làm mát sớm hơn.
Hình 4.14. Mức nước trong thùng lị với các vết nứt có kích thước khác nhau.
Hình 4.15. Nhiệt độ của vỏ thanh nhiên liệu với các vết nứt có kích thước khác
nhau.
Hình 4.14 ta nhận thấy mực nƣớc trong thùng lị giảm xuống chậm tùy theo kích thƣớc vết nứt, vết nứt càng lớn thì mực nƣớc trong thùng lị càng giảm nhanh hơn. Mực nƣớc trong thùng lị giảm nhanh cũng do lƣợng nƣớc thốt ra ngoài vết nứt nhiều hay ít (hình 4.11) và cũng do áp suất vịng sơ cấp giảm nhanh hay chậm (hình 4.10). Do áp suất giảm chậm với các vết nứt có kích thƣớc nhỏ, lƣu lƣợng nƣớc thốt ra ngồi vết nứt chậm hơn, vì áp suất giảm chậm nên các tín hiệu khởi phát hệ thống cấp nƣớc khẩn cấp ECCS càng lâu, lƣợng nƣớc từ ACC và bơm LPI
chƣa đạt đến ngƣỡng kích hoạt nên chƣa có nƣớc đƣợc cấp vào thùng lị chính vì vậy mà vùng hoạt bị phơi trần một phần trong khoảng thời gian lâu hơn (hình 4.14), chính vì vậy mà với các vết nứt có kích thƣớc càng nhỏ nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu càng tăng cao (hình 4.15). Qua hình 4.15 ta cũng nhận thấy rằng mức độ nguy hiểm của sự cố SB–LOCA với vết nứt có kích thƣớc càng nhỏ thì mức độ nghiêm trọng cho vùng hoạt và các hệ thống, thiết bị trong thùng lò càng cao.
+) Trong trường hợp có xả áp vịng 2:
Trong phần này ta đi nghiên cứu các đặc trƣng chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA có vết nứt với các kích thƣớc 2%, khi ta tiến hành xả áp vòng 2 nhằm giảm nhẹ hậu quả của sự cố.
Hình 4.16. Đường suy giảm áp suất vòng sơ cấp trong sự cố SB–LOCA với vết nứt
Hình 4.17. Mực nước trong thùng lị trong sự cố SB–LOCA với vết nứt có kích