Để đánh giá kết quả của việc mô phỏng khôi phục công suất trở về trạng thái ban đầu từ sự cố “hot shutdown” cho lò WWER-1000. Chúng tôi tiến hành khảo sát các thông số sau: Độ phản ứng (Reactivity), công suất lò phản ứng, mực nước bình điều áp, áp suất trong ống góp hơi chính (MSH) và áp suất trong lõi lò, vị trí của 10 nhóm thanh điều khiển, giá trị offset.
Ngoài để tăng tính khách quan và độ tin cậy của các thao tác, chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát thao tác mô phỏng này ở các giá trị nồng độ boron khác nhau được bơm vào mạch chính: 12 (g/kg); 14,5 (g/kg); 14,6 (g/kg) và 14,75 (g/kg).
4.3.1. Khảo sát độ phản ứng
36
Nhận xét:
i/ Đối với các nồng độ boron 14,5 (g/kg); 14,6 (g/kg) và 14,75 (g/kg).
Khi vừa vận hành lò phản ứng, chúng tôi đã kích hoạt chế độ EP (Emergency protection), nên vào những giây đầu tiên công suất đã bị giảm mạnh. Tiếp theo đó, chúng tôi lại tiếp tục bơm boron vào mạch chính, nên nồng độ boron trong mạch chính tăng dần và độ phản ứng cũng giảm tương ứng.
Tại thời điểm 18.360 (s), lúc này máy bơm boron vào mạch chính đã được tắt, và đây là thời điểm độ phản ứng thấp nhất trong toàn bộ quá trình khảo sát. Sau đó, chúng tôi rút các thanh điều lần lượt từ nhóm 1 đến nhóm 9, riêng nhóm thanh điều khiển số 10, chúng tôi để ngập trong lò từ 25%-40% để có thể điều khiển lò phản ứng khi kích hoạt chế độ ACP (Automatic control power) khi cần, động thái này khiến độ phản ứng tăng lên đáng kể.
Không dừng lại ở đó, tại thời điểm 20.900 (s), chúng tôi bắt đầu pha loãng nồng độ boron trong mạch chính, việc này giúp giảm nồng độ boron trong mạch chính (1C) và giúp tăng độ phản ứng. Cuối cùng, tại thời điểm 102.620s, chúng tôi ngưng quá trình pha loãng boron, từ đó nồng độ boron trong mạch được giữ cố định, còn độ phản ứng đã đến độ tới hạn để phục hồi lò phản ứng và được duy trì ổn định.
ii/ Đối với các nồng độ boron 12 (g/kg).
Thao tác tương tự như đối với các giá trị nồng độ boron khác nhưng lò chỉ duy trì được trạng thái ổn định công suất một thời gian rồi bị dập tắt. Tại thời điểm gần 100.000 (s), độ phản ứng giảm mạnh do tự động kích hoạt chế độ dập lò khẩn cấp EP.
37
4.3.2. Khảo sát công suất lò phản ứng
Hình 4.18. Đồ thị biểu diễn công suất lò ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian
Nhận xét:
i/ Đối với các nồng độ boron 14,5 (g/kg); 14,6 (g/kg) và 14,75 (g/kg).
Từ thời điểm 0 (s) đến trước 102.620 (s), lò bị sự cố EP (Emergency protection) và đang trong quá trình khắc phục, nên công suất lò phản ứng rất bé.
Sau thời điểm 102.620 (s), lò bắt đầu được phục hồi công suất, đây cũng chính là thời điểm chúng tôi ngưng pha loãng boron. Ở đây, có một sự tương quan chặt chẽ: Thời điểm dừng pha loãng boron là thời điểm nồng độ boron thấp nhất trong toàn quá trình và độ phản ứng tới hạn, đồng nghĩa với việc công suất của lò bắt đầu tăng. Đến thời điểm 107.300 (s), công suất đã đạt mức 100 (%) và lò hoạt động ổn định cho đến thời điểm kết thúc khảo sát (450.000 s).
38
ii/ Đối với các nồng độ boron 12(g/kg).
Thao tác tương tự như đối với các giá trị nồng độ boron khác nhưng lò chỉ duy trì được trạng thái ổn định công suất một thời gian rồi bị dập tắt.
Trong quá trình chúng tôi khảo sát, mặc dù công suất đã đạt mức 100%, tại thời điểm gần 100.000 (s), công suất lò giảm mạnh do sự cố đó đã kích hoạt chế độ dập lò khẩn cấp EP.
4.3.3. Khảo sát mực nước của bình điều áp (Hệ thống điều hòa áp suất)
Hình 4.19. Đồ thị biểu diễn mực nước của bình điều áp ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian
39
Nhận xét:
i/ Đối với nồng độ boron bơm vào mạch chính là 12 (g/kg):
Ngay trong thời điểm lò phản ứng được phục hồi (80.000 s), mực nước trong hệ thống điều hòa áp suất sẽ tăng đến khoảng 900 (mm), nhưng sau đó suy giảm dần đến mức 800 (mm) rồi giảm mạnh đến ngưỡng cảnh báo và đến ngưỡng dập lò khẩn cấp (EP). Sau khi dập lò một thời gian, trình mô phỏng sẽ yêu cầu buộc người dùng phải dừng chương trình, vì lẽ đó không thể khảo sát thêm.
ii/ Đối với nồng độ boron bơm vào mạch chính là 14,5 (g/kg):
Ngay trong thời điểm lò phản ứng được phục hồi (102.620 s), mức nước trong hệ thống điều hòa áp suất sẽ tăng đến khoảng 900 (mm), rồi giảm dần dần theo thời gian. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát đến giá trị 369.000 (s) tương ứng với 110 (giờ) (khoảng 4 ngày 14 giờ) thì lò vẫn duy trì công suất ở mức ổn định, tuy nhiên theo dự đoán với mực nước trong hệ thống điều hòa áp suất vẫn giảm, thì trong khoảng thời gian vài ngày tiếp theo, lò vẫn có nguy cơ bị dập.
iii/ Đối với nồng độ boron bơm vào mạch chính là 14,62 (g/kg):
Ngay trong thời điểm lò phản ứng được phục hồi (100.000 s), mực nước trong hệ thống điều hòa áp suất sẽ tăng đến khoảng 900 (mm), sau đó sẽ giảm nhẹ đến mức 800 (mm). Sau đó, hệ thống điều hòa áp suất làm việc tốt và vẫn duy trì mực nước trong khoảng 800 (mm). Sau khi khảo sát thời gian làm việc của lò trong hơn 4 ngày, lò vẫn vận hành bình thường và không có bất kì sự cố nào.
iv/ Đối với nồng độ boron bơm vào mạch chính là 14,75 (g/kg):
Ngay trong thời điểm lò phản ứng được phục hồi (100.000 s), mực nước trong hệ thống điều hòa áp suất sẽ tăng đến khoảng 900 (mm), sau đó giảm nhẹ không đáng kể và mực nước này được duy trì ổn định trong suốt quá trình làm việc. Sau quá trình khảo sát trong khoảng thời gian làm việc của lò là 450.000 (s) (khoảng 5 ngày 5 giờ), lò hoạt động hoàn hảo và không hề có bất kì trục trặc nào.
40
4.3.4. Khảo sát áp suất trong ống góp hơi chính (MSH) và áp suất trong lõi lò (Reactor core)
Hình 4.20. Đồ thị biểu diễn áp suất trong ống góp hơi chính và áp suất trong lõi lò ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian
Áp suất trong lõi lò
Áp suất trong MSH
Áp suất trong lõi lò
Áp suất trong MSH
Áp suất trong lõi lò
Áp suất trong MSH
Áp suất trong lõi lò
41
Nhận xét:
i/ Đối với các nồng độ boron 14,5 (g/kg); 14,6 (g/kg) và 14,75 (g/kg).
Áp suất trong ống góp hơi nước chính của mạch sơ cấp (2C) luôn được duy trì ổn định trong toàn bộ quá trình.
Áp suất trong lõi lò phản ứng của mạch thứ cấp (1C) hầu như được duy trì ổn định trong toàn bộ quá trình, chỉ có khoảng thời gian ngắn từ 102.620 (s) đến thời điểm 107.300 (s) là có thăng giáng không đáng kể (vì trong thời gian này, công suất lò tăng từ 0.0001% lên 100%).
ii/ Đối với các nồng độ boron 12 (g/kg).
Áp suất trong ống góp hơi nước chính của mạch sơ cấp (2C) luôn được duy trì ổn định cho đến thời điểm bị dập lò, khi đó áp suất tăng mạnh.
Áp suất trong lõi lò phản ứng của mạch thứ cấp (1C) hầu như được duy trì ổn định trong khoảng thời gian trước khi lò phản ứng đạt 100% công suất, sau đó có biến động không đáng kể. Tuy nhiên, đến thời điểm lò bị sự cố và dập khẩn cấp, áp suất này giảm nhanh đột biến.
42
4.3.5. Khảo sát vị trí của 10 nhóm thanh điều khiển
Hình 4.21. Đồ thị biểu diễn vị trí 10 nhóm thanh điều khiển ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian
43
Hình 4.21. Đồ thị biểu diễn vị trí 10 nhóm thanh điều khiển ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian
44
Nhận xét:
i/ Đối với các nồng độ boron 14,5 (g/kg); 14,6 (g/kg) và 14,75 (g/kg).
Trong khoảng thời gian từ 0 (s) – 18.360 (s), các thanh điều khiển được nhúng ngập hoàn toàn trong lò (vì đang ở chế độ EP).
Tiếp theo, các nhóm thanh điều khiển từ nhóm 1-9 lần lượt dần được rút ra khỏi lõi lò, riêng nhóm thanh số 10 (YS05S32) nhúng trong lò khoảng 25%-40% (mục đích là để chế độ ACP hoạt động khi đang điểu chỉnh Van xả hơi nước chính lần 2). Sau đó, trong khoảng thời gian duy trì công suất ở trạng thái 100%, chế độ ACP (Automatic control power) đã tự điều khiển các nhóm thanh điều khiển để thực hiện việc này. Cuối cùng, chỉ còn nhóm thanh điều khiển số 9 làm việc đảm bảo công suất lò ổn định ở trạng thái công suất 100%.
ii/ Đối với các nồng độ boron 12(g/kg).
Thao tác tương tự như đối với các giá trị nồng độ boron khác nhưng lò chỉ duy trì được trạng thái ổn định công suất một thời gian rồi bị dập tắt.
45
4.3.6. Khảo sát giá trị offset
Hình 4.22. Đồ thị biểu diễn giá trị offset ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian
46
Nhận xét:
i/ Đối với các nồng độ boron 14,5 (g/kg); 14,6 (g/kg) và 14,75 (g/kg).
Sau khi được phục hồi, giá trị offset của lò phản ứng đang khảo sát lúc đầu có chút biến động, nhưng sau đó đã bắt đầu tương đồng với giá trị của lò phản ứng khi vận hành bình thường.
ii/ Đối với các nồng độ boron 12(g/kg).
Sau khi được phục hồi, giá trí offset có chút biến động rồi tiếp theo đó phát sinh sự cố và dập lò.
47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Trong khóa luận này, thông qua việc sử dụng phần mềm WWER-1000, chúng tôi đã tiến hành mô phỏng phục hồi công suất 100% từ chế độ “hot shutdown”.
Trong việc thiết lập điều kiện đầu, chúng tôi đã thiết lập chế độ ban đầu cho lò vận hành bình thường và kích hoạt chế độ hot shutdown, sau đó chúng tôi lần lượt tiến hành các thao tác phục hồi công suất. Đầu tiên, chúng tôi đợi cho áp suất trong ống góp hơi nước chính ổn định rồi bắt đầu điều chỉnh van xả hơi nước lần 1. Tiếp theo, chúng tôi tiến hành bơm boron vào mạch chính. Theo chúng tôi nhận định, thao tác chọn nồng độ boron bơm vào mạch chính là thao tác cực kì quan trọng.
Qua quá trình khảo sát với rất nhiều giá trị boron khác nhau bơm vào mạch chính, chúng tôi đã xác định được ngưỡng giá trị nồng độ boron để lò ổn định sau khi phục hồi là 14,75 – 16 (g/kg). Nếu vượt ngưỡng này, thì lò sau khi phục hồi chỉ có thể duy trì công suất trong một thời gian ngắn rồi sẽ bị dập.
Khi đã đạt giá trị boron mong muốn, chúng tôi ngưng máy bơm boron và rút các nhóm thanh điều khiển từ 1-9, riêng nhóm thanh điều khiển số 10 có chiều cao nằm trong lò từ 25% - 40% để điều khiển công suất lò sau khi được phục hồi. Bước tiếp theo, chúng tôi bắt đầu pha loãng boron trong mạch chính để phục hồi công suất, lúc này công suất dần dần được phục hồi. Khi công suất lò đã đạt mốc giá trị từ 35% - 40%, chúng ta kích hoạt chế độ ACP (Automatic control power) và điều chỉnh van xả hơi nước lần 2.
Cuối cùng, chúng ta tắt chế độ ACP và đợi công suất lò tăng lên 100%, rồi lại khởi động chế độ ACP để duy trì công suất này. Kết quả, chúng tôi đã khôi phục lò trở về trạng thái 100% công suất từ sự cố “hot shutdown” và duy trì được trong khoảng thời gian 125 giờ, dự đoán rằng lò vẫn đang hoạt động tốt.
48
Kiến nghị
Tuy đã tìm ra được ngưỡng nồng độ boron phù hợp và phục hồi lò thành công từ chế độ hot shutdown, nhưng chúng tôi vẫn không tìm được nguyên nhân tại sao tại các giá trị boron nằm ngoài khoảng 14,75 – 16 (g/kg), lò sau khi phục hồi lại bị dập. Chúng tôi đề nghị những đề tài kế tiếp sẽ thực hiện khảo sát sâu hơn để tìm ra nguyên nhân.
Sau khi thực hiện đề tài này, chúng tôi nhận định rằng phần mềm mô phỏng WWER vẫn còn rất nhiều hướng mô phỏng. Hy vọng rằng thông qua những nghiên cứu đã, đang và sẽ thực hiện trên trình mô phỏng này, chúng ta sẽ hiểu rõ thêm về lò phản ứng hạt nhân WWER-1000, loại lò sẽ được xây dựng ở Việt Nam trong một tương lai gần.
49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Viện Năng Lượng Nguyên Tử Việt Nam (2012), Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng WWER-1000, Hà Nội.
[2] Phùng Ân Hưng (2013), Khảo sát sự cố máy bơm tải nhiệt chính của lò WWER- 1000 ngưng hoạt động bằng phần mềm WWER-1000, Luận văn thạc sĩ Vật Lý. [3] PGS.TS Châu Văn Tạo (2013), Vật lý hạt nhân đại cương, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh.
[4] PGS.TS Mai Văn Nhơn (2013), Nhập môn vật lý neutron, 2002, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh.
[5] TS. Huỳnh Trúc Phương, Vật lý lò phản ứng hạt nhân, Bài giảng, Đại học khoa học tự nhiên – Bộ môn Vật lý hạt nhân.
Tiếng Anh
[6] U.S. Nuclear Regulatory Commission (2012), Nuclear power for Electrical Generation, U.S.
[7] Tsuyoshi Misawa (2010), Nuclear reactor physics experiments, Kyoto city. [8] IAEA (2011), WWER-1000 reactor simulator: Workshop Material, Vienna.
ix
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000
Phần mềm mô phỏng WWER-1000 được phát triển vì mục đích hỗ trợ người dùng làm quen với lò phản ứng hạt nhân WWER-1000. Phần mềm này được vận hành trên máy tính cá nhân theo thời gian thực và cung cấp thông tin của lò phản ứng với đầy đủ tính trung thực. Phần mềm này đã cắt giảm một số chi tiết một số chi tiết nhỏ so với lò phản ứng thực tế, công việc này nhằm mục đích đơn giản hóa để phù hợp cho việc rèn luyện và giảng dạy với đối tượng lò WWER-1000.
i/ Thanh điều khiển trình mô phỏng (Simulator Control Bar)
Để vận hành thanh điều khiển trình mô phỏng, ta di chuyển con trỏ chuột đến vị trí góc trên của màn hình, khi đó thanh điều khiển này sẽ tự động xuất hiện. Mỗi nút trên thanh điều khiển đều có một chức năng riêng.
Hình 1. Thanh điều khiển trình mô phỏng a. Thoát chương trình.
b. Lưu chương trình dang chạy.
c. Khởi động và tạm dừng chương trình.
d. Ðiều khiển tỉ lệ thời gian mô phỏng. Khi nhấn vào nút này sẽ hiện ra một cửa sổ nhỏ, ta có thể điều chỉnh tỉ lệ thời gian chạy của mô phỏng so với thời gian thực tế. e. Ðồng hồ hiển thị thời gian mà chương trình đã mô phỏng.
x
Hình 2. Cách điều khiển Scale set
Cách điều khiển Scale set rất đơn giản, ví dụ trong ô Scale set ta nhập số 10, thì tức là thời gian của trình mô phỏng đang chạy nhanh gấp 10 lần so với thơi gian thực; còn khi ta nhập số 0.1 thì tức là thời gian của trình mô phỏng chạy chậm gấp 10 lần so với thời gian thực. Vì lẽ đó, người dùng có thể điều khiển trình mô phỏng chạy nhanh hay chạy chậm.
ii/ Trang điều khiển độ phản ứng (CPS) (Reactivity Control Page)
Trang CPS cung cấp cho người dùng những thông số đặc trưng và quan trọng nhất của lò phản ứng bao gồm độ phản ứng, vị trí thanh điều khiển trong lò, công suất neutron, công suất nhiệt, áp suất trong ống góp hơi chính, áp suất trong lò phản ứng,… và trang này còn cung cấp chi tiết các thông tin về bó thanh nhiên liệu, được hiển thị thông qua số liệu và đồ thị. Việc theo dõi và điều khiển các thanh hoặc nhóm thanh điều điều khiển cũng được tiến hành tại đây. Ngoài ra, người dùng còn có thể chọn các chế độ bảo vệ lò phản ứng trong trường hợp phòng ngừa hoặc khẩn cấp.
xi
Hình 3. Trang điều khiển độ phản ứng a. Đồng hồ hiển thị thời gian của trình mô phỏng.
b. Bảng hiển thị các thông số chính của lò phản ứng.
c. Bảng hiển thị cấu trúc sắp xếp của các nhóm thanh nhiên liệu và thanh điều khiển.
d. Bảng chọn nhóm thanh điều khiển khi bật chế độ ACP.
e. Bảng chọn nhóm thanh điều khiển khi không bất chế độ ACP. f. Khóa điều khiển nhóm thanh điều khiển.
g. Khóa điều khiển một thanh điều khiển.
h. Thông số Set point công suất của lò phản ứng. i. Các chế độ bảo vệ lò phản ứng.
j. Bảng hiển thị chi tiết ví trí các thanh điều khiển trong lò phản ứng. k. Đồ thị biểu diễn thông số có liên quan đến bó thanh nhiên liệu. l. Các thông số riêng của bó thanh nhiên liệu.