CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH AN TOÀN THANH NHIÊN LIỆU LÒ PHẢN ỨNG VVER- AES2006 TRONG SỰ CỐ RIA
3.3. Tính toán an toàn nhiên liệu lò phản ứng VVER -AES20 06 trong sự cố RIA
3.3.5. Kết quả tính toán
Trong sự cố RIA, diễn biến sự cố xảy ra rất nhanh, công suất lò phản ứng tăng đột biến tác dụng một ứng suất lớn lên thanh nhiên liệu, ảnh hưởng của sự cố thông
71
qua tương tác PCI/PCMI làm sai hỏng nhiên liệu. Các nhà vận hành và thiết kế luôn quan tâm đến các thông số của nhiên liệu như, độ giãn dài của nhiên liệu; nhiệt độ tâm nhiên liệ; nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu và enthalpy của nhiên liệu. Các thông số này nằm trong giới hạn an toàn khi xảy ra sự cố đảm bảo rằng nhiên liệu có bị sai hỏng hay nóng chảy.
Dữ liệu điều kiện biên được số hóa trong PSAR được đưa vào mô hình FRAPTRAN nhằm tính toán sự biến đổi của nhiên liệu trong quá trình vận hành khi xảy ra sự cố này.
Các tính toán thực hiện trong sự cố RIA khi lò phản ứng hoạt động được 2 chu kỳ của nhiên liệu tương đương 686,4 ngày hiệu dụng.
Thông tin output của tính toán này cung cấp đầy đủ các thông số của nhiên liệu như:
Phân bố nhiệt độ theo chiều dọc và theo bán kính nhiên liệu;
Thông số thiết kế thanh nhiên liệu;
Áp suất khí bên trong thanh nhiên liệu;
Hệ số truyền nhiệt và thông lượng nhiệt tới hạn bề mặt nhiên liệu;
Độ căng, ứng suất trên lớp vỏ nhiên liệu;
Lượng khí phân hạch sinh ra và phát tán;
Độ oxy hóa lớp vỏ thanh;
Độ lưu trữ năng lượng thanh nhiên liệu;
Lượng nhiên liệu nóng chảy;
Nhiệt độ khí bên trong thanh và các điều kiện làm mát,…
Tuy nhiên, trong khuôn khổ nghiên cứu này, luận văn chỉ đưa ra kết quả về thông số của nhiên liệu có trong tiêu chí an toàn khi xảy ra sự cố RIA như, độ giãn dài của nhiên liệu, nhiệt độ tâm nhiên liệu, nhiệt độ lớp vỏ bọc thanh nhiên liệu và enthalpy của nhiên liệu.
72 a. Độ giãn dài của nhiên liệu
Trong quá trình xảy ra sự cố RIA, công suất lò phản ứng tăng tột biến tạo một ứng suất lớn lên thanh nhiên liệu, nhiệt độ nhiên liệu tăng, sự ra tăng khí phân hạch làm đẩy mạnh quá trình tương tác PCMI, hiện tượng này gây nên sự biến dạng thanh nhiên liệu.
Các kết quả tính toán về độ giãn củ nhiên liệu đưa ra trên hình 3.11 đến 3.13a cho thấy:
Độ giãn của nhiên liệu là 0,1 mm không vượt quá tiêu chí an toàn (50 mm ở trạng thái lạnh và ~56 mm ở trạng thái nóng); ứng suất tác dụng lên trung bình khoảng 500 Mpa, ứng suất lớn nhất tại vị trí nốt thứ 7 khoảng 1000 Mpa.
Hình 3. 11. Độ giãn dài c a nhiên li u ủ ệ
73
Hình 3. 12. Độ giãn dài theo trục của thanh nhiên u liệ
Hình 3. 13. ng su t tác d ng lên l p v thanh nhiên li u Ứ ấ ụ ớ ỏ ệ
74
b. Nhiệt độ trung bình trong tâm nhiên liệu
Trong sự cố RIA, nhiệt độ nhiên liệu tăng ra tăng rất nhanh ảnh hưởng tới tính chất của nhiên liệu và vỏ bọc nhiên liệu. Việc tính toán về nhiệt độ nhiên liệu là rất cần thiệt để đảm bảo nhiên liệu không bị nóng chảy.
Kết quả về tính toán được thể hiện trong các hình 3.14, hình 3.15, hình 3.16 và hình 3.17 cho thấy. Nhiệt độ tại bể mặt nhiên liệu và tâm nhiên liệu phân bố không đồng đều, nóng nhất ở khoảng node thứ 7. Nhiệt độ lớn nhất tại bề mặt nhiên liệu khoảng 827oC (1100 K), Nhiệt độ trung bình lớn nhất của tâm nhiên liệu vào khoảng 2.473oC (~2.750 K) không vượt quá tiêu chí an toàn (dưới 2.540oC). Nhiên liệu chưa nóng chảy.
Hình 3. 14. Nhiệt độ ủ c a b m t nhiên li u ề ặ ệ
75
Hình 3. 15. Nhiệt độ ủ c a b mề ặt dọc trục nhiên li u ệ
Hình 3. 16. Nhiệt độ ọc trụ d c tâm nhiên li u ệ
76
Hình 3. 17. Nhiệt độ tâm nhiên li u ệ
Hình 3. 18. Nhiệt độ tâm nhiên li u ệ theo hồ sơ PSARs
77 c. Nhiệt độ trung bình lớp v nhiên liệu
Kết quả về tính toán về nhiệt độ lớp vỏ nhiên liệu được thể hiện trong các hình 3.19 và hình 3.10 cho thấy. Nhiệt độ tại bề mặt và nhiệt độ trung bình của lớp vỏ bọc nhiên liệu phân bố không đồng đều, nóng nhất ở khoảng node thứ 7. Nhiệt độ lớn nhất tại bề mặt lớp vỏ bọc khoảng 697oC (970 K), Nhiệt độ trung bình lớn nhất của lớp vỏ thanh nhiên liệu vào khoảng 377oC ± 5oC (~650 K) không vượt quá tiêu chí an toàn (1.200oC).
Hình 3. 19. Nhiệt trung bình d c trọ ục củ ớa l p v nhiên li u ỏ ệ
78
Hình 3. 20. Nhiệt độ ặt ngoài thanh nhiên liệ m u
d. Enthalpy của nhiên liệu
Kết quả về tính toán về nhiệt độ lớp vỏ nhiên liệu được thể hiện trong các hình 3.21 và hình 3.22 cho thấy. Enthalpy nhiên liệu phân bố không đều theo trục của thanh nhiên liệu, enthalpy có giá trị lớn nhất tại vị trí nốt thứ 7 đạt khoảng 580 kJ/kg, giá trị này không vượt quá tiêu chí an toàn là 830 kJ/kg.
79
Hình 3. 21. Enthalpy dọc trục của nhiên li u ệ
Hình 3. 22. Enthalpy dọc trục của nhiên li u ệ
80
Hình 3. 23. Enthalpy nhiên li u t h ệ ừ ồ hơ PSARs
• Kết quả tính toán cho thấy không có sự tồn tại của nhiên liệu bị nóng chảy (đối với nhiên liệu đã sử dụng, nhiệt nóng chảy thấp hơn 2.540oC và với nhiên liệu sạch là 2.840˚С), nhiệt độ nhiên liệu thu được là 2.473oC± 10oC;
• Nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu trung bình lớn nhất ~627 °С ± 5oC không vượt quá 1200°С;
• Enthalpy nhiên liệu trung bình không vượt quá 830kJ/kg đối với nhiên liệu đã sử dụng và 963kJ/kg đối với nhiên liệu sạch: 580kJ/kg.
B ng 3. 5. So sánh k t qu ả ế ả FRAPTRAN đối với kết quả cua PSAR .
Điều kiện
vận hành Thông số Kết quả từ
FRAPTRAN Kết quả từ PSAR
Độ lệch,
%
RIA
Enthalpy nhiên liệu 580 546 +6,03
Nhiệt độ nhiên liệu lớn nhất,
oC 2.473 2.450 +1,0
Nhiệt độ trung bình lớn nhất của lớp vỏ thanh nhiên liệu,
oC
377 373 +1,1