ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trƣơng Thành Đạt NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP LÒ PHẢN ỨNG AP1000 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trƣơng Thành Đạt NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN SỰ CỐ BÌNH ĐIỀU ÁP LÒ PHẢN ỨNG AP1000 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ CHÍ DŨNG Hà Nội - 2015 Lời cảm ơn Trong thời gian làm luận văn, em nhận nhiều giúp đỡ, quan tâm từ thầy cô, gia đình bạn bè Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Lê Chí Dũng (Hội đồng An toàn hạt nhân quốc gia, nguyên Cục phó Cục An toàn xạ hạt nhân) tận tình giúp em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn Th.S Nguyễn An Trung, Th.S Trần Thị Trang, Th.S Nguyễn Hoàng Anh, Th.S Trương Công Thắng anh chị phòng an toàn hạt nhân (Cục an toàn xạ hạt nhân) giúp đỡ em trình em làm luận văn phòng Em xin chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ thầy cô môn Vật lý hạt nhân, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) đạy dỗ động viên em suốt thời gian em học tập trường Tác giả MỤC LỤC MỞ Lời cảm ơn ĐẦU MỤC LỤC 1 CHƢƠNG LÒ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PHẢN ỨNG AP1000, BÌNH ĐIỀU DANH MỤC BẢNG BIỂU ÁP DANH MỤC HÌNH VẼ 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 Gi 2 ới Giới thiệu thi chung ệu Hệ thống tải lò nhiệt ph ản Hệ thống an ứn toàn g A .8 2.2.5 2.2.6 2.3 2.3.1 P1 Bình điều áp lò phản ứng 00 AP000 11 Cấu tạo bình điều áp 11 Van an toàn bình điều áp .12 Hệ thống van giảm áp tự động ADS .13 Sự cố bình điều áp .14 2 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5 .16 Gi u trúc chƣơng trình ới RELAP5 thi 16 ệu Cấu trúc chƣơng trình ch ƣ 16 Cấu trúc tệp liệu ơn đầu g vào trì 18 nh Dữ liệu mô tả R toán E L 20 Chíp điều A khiển P5 .21 Dữ liệu cấu trúc thủy động 22 Thành phần điều khiển hệ thống 26 Dữ liệu đầu vào bình điều áp 27 Mô hình hóa bình điều áp lò phản ứng 16 AP1000 Cấ 27 2.3.2 Dữ liệu đầu vào đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 32 2.3.3 Dữ liệu đầu vào van an toàn 35 2.3.4 Dữ liệu đầu vào van giảm áp tự động 35 2.3.5 Dữ liệu đầu vào hệ thống phun giảm áp 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .38 3.1 Kết trạng thái dừng 38 3.2 Kết trạng thái chuyển tiếp 39 KẾT LUẬN .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO .45 PHỤ LỤC 46 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ACC (Accumulators): Bế tích nƣớc cao áp ADS (Automatic Depressurization System): Hệ thống giảm áp tự động DVI (Direct Vessel Injection): Đƣờng dẫn nƣớc trực tiếp vào thùng lò IRWRT (In-Containment Refueling Water Storage Tank): Bể trữ nƣớc thay đảo nhiên liệu boong-ke lò LOCA (SmallLoss Of Coolant Accident): Sự cố nƣớc làm mát nhỏ PRHR (Passive Residual Heat Removal): Hệ thống tải nhiệt dƣ thụ động PXS (Passive core Cooling System): Hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động PWR (Pressurized Water Reactor): Lò phản ứng nƣớc áp lực RCS (Reactor Cooling System): Hệ thống làm mát lò phản ứng TMI-2 (ThreeMiles Island - 2): Tổ máy thứ nhà máy điện hạt nhân Three Miles Island U.S NRC (United States Nuclear Regulatory Commission): Ủy ban pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thông số lò AP1000 Bảng 1.2 Các thông số thiết kế bình điều áp 13 Bảng 1.3 Các thông số thiết kế van an toàn bình điều áp 14 Bảng 1.4 Áp suất kích hoạt van ADS 14 Bảng 2.1 Định dạng thẻ RELAP5 19 Bảng 2.2Thẻ liệu đầu vào cho thành phần thủy động 23 Bảng 2.3 Thông số hình học bình điều áp 29 Bảng 2.4 Thông số thủy nhiệt bình điều áp 31 Bảng 2.5 Tính độ giảm áp dọc theo bình điều áp .31 Bảng 2.6Dữ liệu hình chiếu mặt cắt ngang đoạn ống cong(*): 32 Bảng 2.7Dữ liệu hình chiếu mặt cắt ngang đoạn ống thẳng(*): 33 Bảng 2.8 Chiều dài đoạn theo độ dốc củađƣờng ống nối bình điều áp 33 Bảng 2.9Các thông số hình học khác củađƣờng ống nối bình điều áp .34 Bảng 2.10 Thông số thủy nhiệt củađƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 34 Bảng 2.11 Độ giảm áp dọc theo đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 34 Bảng 2.12 Thông số hình học van an toàn 35 Bảng 2.13 Thông số thủy nhiệt van an toàn .35 Bảng 2.14 Thông số hình học van giảm áp tự động 35 Bảng 2.15 Thông số thủy nhiệt van giảm áp tự động .35 Bảng 2.16 Dữ liệu bể chứa nƣớc thay đảo nhiên liệu (IRWST) .36 Bảng 2.17 Thông số hình học hệ thống phun giảm áp .36 Bảng 2.18 Thông số thủy nhiệt hệ thống phun giảm áp 37 Bảng 3.1 Diễn biến cố 39 Bảng 3.2 Lựa chọn điều kiện biên (lối vào chân nóng) 42 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nhà máy điện hạt nhân AP1000 Hình 1.2 Hệ thống làm mát lò phản ứng AP1000 .7 Hình 1.3 Hệ thống an toàn thụ động Hình 1.4 So sánh tần số nóng chảy vùng hoạt 10 Hình 1.5 Bình điều áp lò AP1000 .11 Hình 1.6 Hệ thống giảm áp thụ động lò phản ứng AP1000 12 Hình 2.1 Cấu trúc chƣơng trình RELAP5 .17 Hình 2.2 Mô hình hóa bình điều áp lò phản ứng AP1000 27 Hình 2.3 Sơ đồ nút hóa bình điều áp REALAP5 28 Hình 2.4 Sơ đồ chia lƣới đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng 32 Hình 3.1 Áp suất bình điều áp trạng thái dừng 38 Hình 3.2 Nhiệt độ nƣớc bình điều áp trạng thái dừng .39 Hình 3.3 Áp suất bình điều áp cố mở van an toàn (theo tính toán luận văn) 40 Hình 3.4 Áp suất bình điều ápsự cố mở van an toàn (theo tính toán U.S NRC)40 Hình 3.5 Nhiệt độ nƣớc nƣớc bình điều áp 43 Hình 3.6 Tốc độ dòng qua van an toàn bình điều áp 43 0n 47 541 p 503010000 lt null 17.23e0 n * *n: ADS-val * var param r var param acon l 550 p 503010000 le null 15.51e6 n 551 p 503010000 le null 8.38e6 n 552 p 503010000 le null 3.55e6 n 553 p 503010000 le null 0.79e6 n * ****************************** * Logical Trips * ****************************** * *n: spray-val * trip1 oper trip2 l *611 511 and 511 n *612 512 and 512 n * *n: safe-val * trip1 *640 540 oper and trip2 l 540 l * *n: ADS-val * trip1 oper trip2 l 650 550 and 402 n 651 551 and 402 n 652 552 and 402 n *653 553 and 550 n * 48 ************************************* * Hydraulic Components * ************************************* * *d: ********************************* *d: hot leg (1.549941e7), l=5.2278m * *d: ********************************* * name 1010000 "hot-leg" * area 1010101 * type tmdpvol length 0.1641 az-angle 1010102 0.0 vol 0.0 100.0 inc-angle dz 0.0 0.0 * x-rough x-hd flags 1010103 0.0 0.4572 * cword 1010200 * srch press liqe vape vapvf 1010201 0.0 15.61e6 1.5948e6 2.4574e6 0.0 1010202 23.0 13.11e6 1.5105e6 2.7973e6 0.0 1010203 28.0 10.79e6 1.3665e6 2.5342e6 0.0 1010204 32.0 10.22e6 1.3112e6 2.5433e6 0.0 1010205 35.0 9.64e6 1.2583e6 2.5530e6 0.0 * *d: ********************************* *d: cold leg * *d: ********************************* * name 1410000 "cold-leg" type tmdpvol 49 * area 1410101 * length 0.4869 az-angle 1410102 0.0 vol 5.2278 0.0 inc-angle dz 0.0 0.0 * x-rough x-hd flags 1410103 0.0 0.7874 * cword 1410200 * srch press liqe vape vapvf 1410201 0.0 15.51e6 1.211e6 2.4203e6 0.0 1410202 35.0 14.51e6 1.211e6 3.6203e6 0.0 *1410203 35.0 11.30e6 1.254e6 2.4203e6 0.0 *1410204 100.0 16.03e6 1.28e6 2.4203e6 0.0 *1410205 120.0 16.51e6 1.32e6 2.4203e6 0.0 * * name 5000000 "surg-in" * from 5000101 101010002 * 5000110 * 5000201 area 501010005 rev loss 0.0 discharge 5000103 * sngljun to fwd loss 5000102 * type 0.1641 efvcahs 0.0 100 thermal 1.0 hd 0.01 flood 0.4572 flow intercept 0.0 vl slope 1.0 vv 0.0 1.0 unused 0.0 0.0 * *d: ************************************** 50 *d: duong loi binh dieu ap voi chan nong * *d: ************************************** * name 5010000 "surge-li" * type pipe ncells 5010001 * x-area 5010101 * volid 0.1641 x-length volid 5010301 0.5975 5010302 7.4235 5010303 17.3793 5010304 1.7884 4* volume volid 5010401 0.0 * azim-angle 5010501 * volid 0.0 vert-angle 5010601 volid 24.0 15010602 13.0 25010603 2.5 35010604 90.0 * x-wall 5010801 * 4.0e-5 0.1641 volid x-flags volid 5011001 * xhd ebt press water-ie steam-ie void none id 5011201 000 1.549859e7 1.5957e6 2.4448e6 0.0 0.0 5011202 000 1.549291e7 1.5957e6 2.4453e6 0.0 0.0 51 5011203 000 1.548498e7 1.5958e6 2.4459e6 0.0 0.0 5011204 000 1.547172e7 1.5959e6 2.4470e6 0.0 0.0 * area 5010201 * 0.1641 jefvcahs 5011101 * jun jun num 00000000 jun control 5011300 * mfl 5011301 * mfv 0.0 hd 5011401 unused 0.0 junid 0.0 corr gas 0.4572 0.0 slope 1.0 junid 1.0 * *d: ****************************************** *d: junction at pressurizer inlet * *d: ****************************************** * name 5020000 "pres-inl" * from 5020101 501040002 * 5020102 * 5020110 * 5020201 sngljun to fwd loss area 503010001 rev loss 0.9051 discharge 5020103 * type 0.1641 efvcahs 0.4816 100 thermal 1.0 hd 1.0 flood 0.4572 flow intercept 0.0 vl 5.38461e-7 slope 1.0 vv 1.0 unused 5.38461e-7 * 52 0.0 *d: ******************************* *d: binh dieu ap * *d: ******************************* * name 5030000 "pressuri" * type ncells 5030001 * 15 x-area volid 5030101 3.3742 5030102 4.1022 5030103 3.2821 * x-length 1.2258 5030302 1.0589 5030303 0.9442 5030304 1.2295 * volume 5030401 0.0 0.0 vert-angle * 1415 volid azim-angle 5030601 1415 15 5030501 * volid 5030301 * pipe volid 15 volid 90.0 x-wall 15 xhd volid 5030801 5.0e-5 2.0732 5030802 5.0e-5 2.286 14 5030803 5.0e-5 2.0448 15 * x-flags volid 5031001 * ebt 15 press water-ie steam-ie void none id 53 5031201 000 1.54475e7 1.6021e6 2.448e6 0.0 0.0 5031202 000 1.544071e7 1.6019e6 2.4481e6 0.0 0.0 5031203 000 1.54344e7 1.6016e6 2.4483e6 0.0 0.0 5031204 000 1.54281e7 1.6014e6 2.4484e6 0.0 0.0 5031205 000 1.54218e7 1.6012e6 2.4485e6 0.0 0.0 5031206 000 1.541549e7 1.6009e6 2.4487e6 0.0 0.0 5031207 000 1.540918e7 1.6007e6 2.4488e6 0.0 0.0 5031208 000 1.540356e7 1.6005e6 2.449e6 1.0 0.0 5031209 000 1.539793e7 1.6003e6 2.4491e6 1.0 0.0 5031210 000 1.53923e7 1.6001e6 2.4492e6 1.0 0.0 10 5031211 000 1.538668e7 1.5998e6 2.4494e6 1.0 0.0 11 5031212 000 1.538105e7 1.5996e6 2.4495e6 1.0 0.0 12 5031213 000 1.537542e7 1.5994e6 2.4496e6 1.0 0.0 13 5031214 000 1.536979e7 1.5992e6 2.4497e6 1.0 0.0 14 5031215 000 1.536296e7 1.599e6 2.5914e6 1.0 0.0 15 * area jun 5030201 3.3742 5030202 4.1022 13 5030203 3.2821 14 * fwd loss rev.loss junid 5030901 0.0315 0.1367 5030902 0.0 0.0 13 5030903 0.1495 0.04 14 * jefvcahs 5031101 jun num 00000100 15031102 5031103 * 00000000 13 00000100 14 jun control 5031300 54 * mfl 5031301 mfv 0.0 * 0.0 hd 5031401 unused junid 0.0 corr gas 14 slope junid 2.0732 0.0 1.0 1.0 15031402 2.286 0.0 1.0 1.0 13 5031403 2.0448 0.0 1.0 1.0 14 * * name 5090000 "spray-in" * from 5090101 141010002 * rev loss 0.1641 efvcahs 0.0 discharge thermal 1.0 0.14 flow 5090201 area 510010001 0.0 5090103 * sngljun to fwd loss 5090102 * type vl vv 0.0 unused 0.0 0.0 * *d: **************************** *d: spray line * *d: **************************** * name 5100000 "spraylin" * area 5100101 * type snglvol length 8.1e-3 az-angle 5100102 0.0 90.0 vol 4.0 inc-angle 0.0 dz 4.0 * x-rough x-hd flags 5100103 5.0e-5 0.0 55 * ebt 5100200 press 000 water-ie 1.592689e7 steam-ie 1.6201e6 void 2.4365e6 * *d: ************************************************ *d: * pressurizer spray * *d: ************************************************ * name 5110000 "spray-v" * from 5110101 510010002 * 5110110 * 5110300 * 503150002 rev loss discharge 8.1e-3 efvcahs 0.0 100 thermal 1.0 hd 1.0 flood intercept 0.1016 flow 0.0 mfl 5110201 * area 0.0 5110103 * valve to fwd loss 5110102 * type slope 1.0 mfv 0.126 1.0 unused 0.126 0.0 type mtrvlv open 5110301 close 511 rate 512 inpo 10.1 0.00 * *d: **************************** *d: pressurizer safety valve * *d: **************************** * 5400000 * name type "przsv" from valve to area 56 0.0 5400101 * 503150002 fwd loss 5400102 * 5400110 * 5400300 * 0.0993 efvcahs 0.0 discharge 0000100 thermal 1.0 hd 1.0 flood intercept 0.3556 0.0 flow mfl 5400201 * rev loss 0.0 5400103 * 541010001 slope 1.0 mfv 0.0 1.0 unused 0.0 0.0 type mtrvlv open 5400301 close 540 rate 541 inpo 0.001 0.0 * *d: ****************************************** *d: reactor containment * *d: ****************************************** * name 5410000 "przsvvol" * area 5410101 * 5410201 vol 10.0 0.0 inc-angle 0.0 x-rough 0.0 x-hd 0.0 dz 0.0 flags 0.0 cword 5410200 * length az-angle 5410103 * tmdpvol 1.0e8 5410102 * type srch press 0.0 1.0e5 squal 1.0 57 * *d: **************************** *d: ADS valve * *d: **************************** * 5500000 name type "ADSval" valve * from 5500101 503150002 * fwd loss 5500102 * 5500110 * 5500300 * 553010001 rev loss 0.0191 efvcahs 0.0 discharge 100 thermal 1.0 1.0 hd flood intercept 0.1556 0.0 flow slope 1.0 mfl 5500201 * area 0.0 5500103 * to 1.0 mfv 0.0 unused 0.0 0.0 type mtrvlv open 5500301 close 650 rate 553 inpo 2.0 0.0 * *d: **************************** *d: ADS valve * *d: **************************** * 5510000 name type "ADSval" * from 5510101 503150002 * fwd loss valve to area 554010001 rev loss 0.0179 efvcahs 58 5510102 * 0.0 discharge 5510103 * hd intercept 0.1513 0.0 flow slope 1.0 mfl mfv 0.0 1.0 unused 0.0 0.0 type 5510300 * 1.0 flood 5510201 * thermal 1.0 5510110 * 0.0 trpvlv trip 5510301 651 * *d: **************************** *d: ADS valve * *d: **************************** * 5520000 name type "ADSval" valve * from 5520101 503150002 * fwd loss 5520102 * 5520110 * 5520300 555010001 rev loss discharge 0.0432 efvcahs 0.0 thermal 1.0 hd 1.0 flood 0.2346 flow 5520201 * area 0.0 5520103 * to intercept 0.0 mfl 0.0 slope 1.0 mfv 1.0 unused 0.0 0.0 type trpvlv 59 * trip 5520301 652 * *d: ******************************************************** *d: in-containment refueling water storage tank (IRWST) * *d: ******************************************************** * name 5530000 * "IRWST" area 5530101 * type length 0.0 az-angle 5530102 0.0 tmdpvol vol 10.0 inc-angle 2100.0 dz 0.0 0.0 * x-rough x-hd flags 5530103 * 0.0 cword 5530200 * 0.0 srch 5530201 press 0.0 liqe 1.0e5 vape 1.3928e6 vapvf 2.5466e6 0.0 * *d: ******************************************************** *d: in-containment refueling water storage tank (IRWST) * *d: ******************************************************** * name 5540000 * "IRWST" area 5540101 * type length 0.0 az-angle 5540102 0.0 tmdpvol 10.0 inc-angle vol 2100.0 dz 0.0 0.0 * x-rough x-hd flags 60 5540103 * 0.0 cword 5540200 * 0.0 srch 5540201 press 0.0 liqe 1.0e5 vape 1.3928e6 vapvf 2.5466e6 0.0 * *d: ******************************************************** *d: in-containment refueling water storage tank (IRWST) * *d: ******************************************************** * name 5550000 * "IRWST" area 5550101 * type length 0.0 az-angle 5550102 0.0 tmdpvol 10.0 inc-angle vol 2100.0 dz 0.0 0.0 * x-rough x-hd flags 5550103 * 0.0 5550201 cword 5550200 * 0.0 srch press 0.0 1.0e5 liqe vape 1.3928e6 * 61 vapvf 2.5466e6 0.0 ... 10 1.2 Bình điều áp lò phản ứng AP000 1.2.1 Cấu tạo bình điều áp Bình điều áp lò phản ứng AP1000 phận hệ thống kiểm soát áp suất chất làm mát lò phản ứng Bình điều áp thùng hình trụ ứng có đầu... ý nghiên cứu phù hợp Vì vậy, Luận văn đề xuất nghiên cứu bình điều áp cố bình điều áp xảy lò phản ứng AP1000 Sự cố đƣợc mô tính toán phần mềm RELAP5 - phần mềm đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ cập tính. .. P1 Bình điều áp lò phản ứng 00 AP000 11 Cấu tạo bình điều áp 11 Van an toàn bình điều áp .12 Hệ thống van giảm áp tự động ADS .13 Sự cố bình điều