[Đồ án] Lò phản ứng PWR và sự cố Loca

Thông tin tài liệu

~ 1 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC…………………………………………………………………… 1 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT………………………………………… 3 DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ……………………………………… 4 DANH MỤC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG…………………………………… 6 MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 7 1. Lý do chọn đề tài…………………………………………………………… 7 2. Mục đích nghiên cứu………………………………………………………. 7 3. Đối tượng nghiên cứu……………………………………………………… 8 4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu……………………………………………… 8 5. Nhiệm vụ nghiên cứu……………………………………………………… 8 6. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… 8 7. Cấu trúc đồ án……………………………………………………………… 9 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG PWR VÀ SỰ CỐ LOCA. 10 1.1. Tổng quan về lò phản ứng PWR ….……………………………………… 10 1.2. Giới thiệu về sự cố LOCA ………… …………………………………… 12 1.3. Hiện tượng vật lý ảnh hưởng tới hệ thống an toàn trong sự cố LOCA… 13 1.4. Hệ thống ECCS đối với sự cố LOCA……………………… ………… 14 CHƢƠNG 2 - MÔ HÌNH MÔ PHỎNG LSTF/ROSA TEST 1.1 VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT CATHARE2.0 16 2.1. Tổng quan về mô hình mô phỏng thực nghiệm LSTF/ROSA Test 1.1 16 2.1.1. Mô tả mô hình thực nhiệm LSTF…………………………………… 17 2.1.2. Kết luận………………………………………………………………. 26 2.2. Tổng quan về chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0….……… 27 2.3. Mô phỏng CATHARE2.0 cho thực nghiệm ROSA/LSTF Test 1.1.……. 44 CHƢƠNG 3 - PHÂN TÍCH CÁC HIỆN TƢỢNG THỦY NHIỆT TRONG ROSA/LSTF TEST 1.1 VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA CATHARE2.0………………….…………………………… 51 ~ 2 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 3.1. Vị trí các thiết bị thu thập số liệu trong ROSA/LSTF test 1.1……… 51 3.2. Biến đổi áp suất trong lò phản ứng……………………… …………… 52 3.3. Biến đổi lưu lượng dòng luân chuyển và nhiệt độ trong kênh lạnh……. 55 3.4. Biến đổi mức nước và nhiệt độ khoang lưu hồi……………………… 64 3.5. Nhận xét chung………………………………………………………… 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………,………………… 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………,,………………………. 70 PHỤ LỤC……………………………… ………………………………… 71 ~ 3 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Thuật ngữ viết tắt Giải thích tiếng Anh Giải thích tiếng Việt ECCS Emergency Core Coolant System Hệ thống làm mát Vùng hoạt khẩn cấp HPIS High-Pressure Injection System Hệ thống tiêm áp suất cao LB-LOCA Large Break Loss Of Coolant Accident Sự cố mất nước tải nhiệt kích thước lớn LOCA Loss Of Coolant Accident Sự cố mất nước tải nhiệt LPIS Low-Pressure Injection System Hệ thống tiêm áp suất thấp LSFT Large Scale Test Facility Cơ sở thử nghiệm quy mô lớn PSIS Passive Safety Injection System Hệ thống tiêm an toàn thụ động PWR Pressure Water Reactor Lò phản ứng nước áp lực SB-LOCA Small Break Loss Of Coolant Accident Sự cố mất nước tải nhiệt kích thước nhỏ fd ~ 4 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Bảng 2.1. Các cơ sở đánh giá độ tin cậy và khả năng tính toán của CATHARE………………………………………………………………… 27 Bảng 2.2. Các đại lượng trong các phương trinh tính toán của CATHARE 33 Bảng 2.3. Mô tả diễn biến sự cố LOCA trong LSTF/ROSA Test 1.1……. 47 Hình 1.1. Sơ đồ minh họa một lò phản ứng PWR của Mỹ……………… 10 Hình 1.2. Hiện tượng đi tắt của dòng nước làm mát Vùng hoạt khẩn cấp 13 Hình 1.3. Hệ thống ECCS của lò phản ứng PWR………………………… 14 Hình 2.1. Sơ đồ mô hình của LSTF………………………………………. 17 Hình 2.2. Thùng lò trong một lò phản ứng PWR thực và trong LSTF…… 18 Hình 2.3. Vùng hoạt……………………………………………………… 22 Hình 2.4. Bình điều áp…………………………………………………… 22 Hình 2.5. Sơ đồ khối phương thức hoạt động của CATHARE…………… 35 Hình 2.6. Cấu trúc khối DATA BLOC…………………………………… 36 Hình 2.7. 1D mô-đun…………………………………………………… 37 Hình 2.8. 0D mô-đun…………………………………………………… 38 Hình 2.9. BCONDIT mô-đun…………………………………………… 40 Hình 2.10. Yếu tố RUPTURE…………………………………………… 41 Hình 2.11. Mô hình mô phỏng của CATHARE trong bài toán test 1.1… 45 Hình 2.12. Chỉ ra tốc độ dòng xả trong thực nghiệm và trong tính toán CATHARE………………………………………………………………… 48 Hình 2.13. Tốc độ dòng tiêm phun từ ECCS…………………………… 49 Hình 3.1. Vị trí của các cặp nhiệt được đặt trên kênh lạnh và khoang lưu hồi…………………………………………………………………………. 51 Hình 3.2. Áp suất tại thùng lò và tại hai bình sinh hơi…………………… 52 ~ 5 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất từ 5500s-10000s…………. 54 Hình 3.4. Lưu lượng dòng luân chuyển trong kênh lạnh A và B ………… 55 Hình 3.5. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò 57 Hình 3.6. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 1.63m từ tâm thùng lò 58 Hình 3.7. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 0.74m từ tâm thùng lò 58 Hình 3.8. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò với 100% thể tích chứa nước……………………………………………… 59 Hình 3.9. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò với 80% thể tích chứa nước……………………………………………… 60 Hình 3.10. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò với 70% thể tích chứa nước……………………………………………… 60 Hình 3.11. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò với 50% thể tích chứa nước……………………………………………… 61 Hình 3.12. Nhiệt độ kênh lạnh B khảo sát tại vị trí 2.7392m từ tâm thùng lò………………………………………………………………………… 62 Hình 3.13. Nhiệt độ kênh lạnh B khảo sát tại vị trí 1.6335m từ tâm thùng lò………………………………………………………………………… 63 Hình 3.14. Nhiệt độ kênh lạnh B khảo sát tại vị trí 0.7465m từ tâm thùng lò………………………………………………………………………… 63 Hình 3.15. Mức nước trong khoang lưu hồi……………………………… 64 Hình 3.16. Vị trí các cặp nhiệt đặt mới trên khoang lưu hồi…………… 65 Hình 3.17. Nhiệt độ tại Downcomer khảo sát ở vị trí 0.09m từ đáy của kênh lạnh………………………………………………………………… 66 ~ 6 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 DANH MỤC THUẬT NGỮ Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt Giải thích thuật ngữ Core Vùng hoạt Phần sinh nhiệt của lò phản ứng Core barrel Vách ngăn vùng hoạt Vách ngăn vùng hoạt với khoang lưu hồi Core bypass Dòng đi tắt qua vùng hoạt Dòng đi trong các ống dẫn của các bó nhiên liệu, các khe hở của vành phản xạ,…không tiếp xúc với vỏ thanh nhiên liệu, được dẫn lên khoang trên vùng hoạt để làm mát các thanh điều khiển Core vessel Vỏ thùng lò Vỏ thùng lò áp lực Downcomer Khoang lưu hồi Khoang nằm giữa vỏ thùng lò và vách ngăn Vùng hoạt Lower plenum Khoang dưới vùng hoạt Khoang phía dưới vùng hoạt, dẫn nước mát từ khoang lưu hồi vào vùng hoạt Pressurizer Bình điều áp Bình điều chỉnh áp suất vòng sơ cấp Upper plenum Khoang trên Vùng hoạt Khoang phía trên vùng hoạt, dẫn nước nóng từ vùng hoạt đến các kênh nóng ~ 7 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, khi các nguồn năng lượng như dầu mỏ, than, khí đốt… đang ngày càng cạn kiệt, điện hạt nhân đã trở thành lựa chọn hàng đầu của nhiều quốc gia. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế ấy. Vận hành lò phản ứng hạt nhân, việc đảm bảo an toàn luôn là vấn đề được đặt ra hàng đầu và đòi hỏi rất cao. Để có thể dự đoán và giảm thiểu các rủi ro có thể xảy ra, các trung tâm năng lượng nguyên tử hàng đầu của các quốc gia trên thế giới đã xây dựng các cơ sở thực nghiệm mô phỏng các lò phản ứng thực và những chương trình tính toán, những mô hình đạt mức chính xác cao nhằm mô phỏng các hiện tượng xảy ra trong lò phản ứng. Kết quả của những thử nghiệm đó giúp chúng ta có thể hạn chế được các sự cố, tai nạn và vận hành được các hệ thống, thiết bị, cấu kiện một cách hiệu quả, bảo đảm tính kinh tế và an ninh an toàn hạt nhân. Để có thể tiết kiệm được những chi phí khổng lồ cho các thực nghiệm với các trường hợp cụ thể và chi tiết, sự cần thiết phải sử dụng các chương trình mô hình mô phỏng tính toán trên hệ thống máy tính về các hiện tượng chuyển hóa thủy nhiệt. Bởi vậy, khảo sát các hiện tượng thủy nhiệt và vai trò của từng bộ phận trong lò phản ứng, đánh giá tính chính xác của các chương trình tính toán là những quá trình không thể bỏ qua, đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng các quy trình vận hành, quản lý nhà máy điện hạt nhân và điều chỉnh, hoàn thiện các chương trình mô phỏng tính toán số như CATHARE2.0, RELAP5… Các kết quả phân tích trong Đồ án này đề xuất những hiểu biết cần thiết về một số các hiện tượng thủy nhiệt diễn ra trong vận hành lò phản ứng hạt nhân, đồng thời sử dụng và làm chủ chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0 mô phỏng một lò phản ứng. 2. Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu các đặc trưng chuyển tiếp và các hiện tượng vật lý, thủy nhiệt trong sự cố mất nước tải nhiệt của lò phản ứng nước áp lực. - Khảo sát tính tác động và mức độ tác động của ECCS. ~ 8 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 - Sử dụng chương trình tính toán thủy nhiệt vào việc mô phỏng và tính toán an toàn đối với sự cố mất nước tải nhiệt. 3. Đối tƣợng nghiên cứu - Các hiện tượng vật lý, thủy nhiệt và các đặc trưng chuyển tiếp trong sự cố mất nước của lò phản ứng nước áp lực trong LSTF/ROSA Test 1.1. 4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi lò phản ứng nước áp lực. Các tính toán cụ thể được thực hiện trên lò phản ứng của mô hình LSTF cho ROSA Test 1.1 bằng chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Phân tích sự ảnh hưởng của ECCS tới các hiện tượng vật lý, thủy nhiệt và các đặc trưng chuyển tiếp của sự cố mất nước tải nhiệt, đánh giá khả năng mô phỏng của chương trình tính toán số CATHARE2.0 áp dụng cho lò phản ứng nước áp lực. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp hồi cứu tài liệu: thu thập tài liệu làm cơ sở lý luận cho đề tài nghiên cứu. Tài liệu thu thập gồm có: + Các kết quả thực nghiệm của OECD / NEA ROSA Test 1.1; + Các công trình nghiên cứu về sự cố mất nước tải nhiệt trong lò phản ứng PWR của các tác giả ở những nước phát triển về lĩnh vực điện hạt nhân; + Các tài liệu về sự cố LOCA của một số nước như Mỹ, Pháp, Nhật Bản…; + Các tài liệu về vật lý và thủy nhiệt lò phản ứng hạt nhân; + Các tài liệu về chương trình CATHARE2.0. Phương pháp quan sát: + Phân tích các hiện tượng thủy nhiệt diễn ra trong kịch bản cụ thể từ dữ liệu thực nghiệm của OECD/NEA ROSA Test 1.1; ~ 9 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 + Sử dụng chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0 mô phỏng lò phản ứng PWR của mô hình mô phỏng LSTF với kịch bản sự cố trong ROSA Test 1.1. Quan sát, đánh giá kết quả mô phỏng của chương trình được so sánh với thực nghiệm. 7. Cấu trúc đồ án Đồ án gồm các phần sau: - Phần mở đầu: Giới thiệu khái quát về đề tài đồ án, mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu… - Phần kết quả nghiên cứu: gồm 3 chương + Chương 1: Tổng quan về lò phản ứng PWR và sự cố LOCA + Chương 2: Mô hình mô phỏng LSTF/ROSA Test 1.1 và chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0 + Chương 3: Phân tích các hiện tượng thủy nhiệt trong ROSA/LSTF Test 1.1 và đánh giá kết quả mô phỏng của CATHARE2.0 - Phần kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục ~ 10 ~ Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG PWR VÀ SỰ CỐ LOCA 1.1. Tổng quan về lò phản ứng nƣớc áp lực PWR - PWR: viết tắt của cụm từ “Pressure Water Reactor”. Nghĩa là Lò phản ứng nước áp lực. - Lò phản ứng PWR: Hình 1.1. biểu diễn sơ đồ minh họa một lò phản ứng PWR của Mỹ, bao gồm: + Thùng lò: bao gồm Vùng hoạt (nơi chứa các bó nhiên liệu hạt nhân), các cột trợ các bó nhiên liệu phía dưới Vùng hoạt, hệ thống thanh điều khiển phía trên Vùng hoạt, nước tải nhiệt kiêm làm chậm và các khoang dẫn nước. + Các nhánh làm mát: một bình điều áp được kết nối với một trong các nhánh.Mỗi nhánh làm mát bao gồm kênh nóng, bình sinh hơi, bơm và kênh lạnh. Hình 1.1. Sơ đồ minh họa một lò phản ứng PWR của Mỹ - Mô tả hoạt động và các quá trính thủy nhiệt trong các bộ phận của PWR: [...]... CATHARE nhiều tính năng và hoàn thiện hơn, nhất là đối với sự giả định các hiện tượng vật lý 3 chiều) * Khả năng ứng dụng của CATHARE: - Áp dụng cho tất cả các loại lò phản ứng PWR Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 ~ 29 ~ - Lò phản ứng VVER - Các ứng dụng khác: + Lò phản ứng nước sôi + Lò phản ứng làm mát bằng khí + Lò phản ứng nước nhẹ siêu tới hạn + Lò phản ứng nghiên cứu + Sử... liền dưới vùng hoạt, dưới cùng thùng lò (Lower plenum); + Khoang lưu hồi (Downcomer) Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 ~ 18 ~ Hình 2.2 thể hiện thùng lò của một lò phản ứng PWR thực và trong LSTF cho thấy các vị trí cụ thể của các vùng được phân chia và sự giống, khác nhau giữa PWR và LSTF Hình 2.2 Thùng lò trong một lò phản ứng PWR thực và trong LSTF - Đặc điểm : + Làm từ... Accident” nghĩa là sự cố mất chất làm mát” - Nguyên nhân: sự cố được khởi phát từ sự kiện mất nước tải nhiệt của vòng sơ cấp + Lò phản ứng nước nhẹ sử dụng nước làm chất tải nhiệt và làm chậm Do đó, khi sảy ra sự cố vỡ ống hay thùng lò làm mất nước thì khả năng làm chậm nơtron giảm, dẫn đến đưa công suất lò dưới tới hạn Đặc trưng cho sự kiện này của lò là chế độ tự dập lò phản ứng khi mất nước hoạt... cho các cơ sở thực nghiệm hoặc lò phản ứng PWR và một số lò phản ứng khác Hiện tại, chương trình đang được tiến hành cho lò khí nén (lò nhiệt cao, các tuabin khí và các mô-đun lò phản ứng dùng Heli) Khả năng miêu tả tất cả các hiện tượng nhiệt - thủy năng có thể xảy ra trong một tai nạn, kiểm soát tất cả các chế độ hỗn hợp khi và chất lỏng bằng rất nhiều thông số vật l ý và cho các kiểu cấu hình không... nước áp lực: sự cố mất chất làm mát khẩn cấp, sự cố với bình sinh hơi và các giai đoạn chuyển tiếp khác - Thực hiện phân tích an toàn với những tính toán đánh giá tốt nhất của các vấn đề thủy nhiệt một cách nhanh chóng trong lò phản ứng cho các sự cố hay các tình huống bất thường như LBLOCAs, SBLOCAs… - Xác định ranh giới an toàn - Điều tra quản lý các sự cố và điều hành nhà máy điện hạt nhân - Sử dụng... với sự cố LOCA Hệ thống đặc trưng của lò phản ứng PWR cho mục đích an toàn khi có sự cố LOCA là hệ thống ECCS Hình 1.3 mô tả hệ thống ECCS bao gồm một số hệ thống phụ là các bình trữ nước trong hệ thống nước tải nhiệt Ba thành phần chính của hệ thống ECCS là hệ thống bơm an toàn áp suất cao (HPIS), các bình nước dự trữ (ACC) và hệ thống bơm an toàn áp suất thấp (LPIS) Hình 1.3 Hệ thống ECCS của lò phản. .. hoạt khi LOCA, cung cấp chất làm mát cho nhiên liệu - Phân loại LOCA: phân loại theo kích thước vỡ có 2 loại LOCA chính + Vỡ nhỏ SBLOCA: =< 465 cm2 + Vỡ lớn LBLOCA: >= 465cm2 Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51 ~ 13 ~ 1.3 Các hiện tƣợng vật lý ảnh hƣởng tới hệ thống an toàn trong sự cố LOCA Thực nghiệm và các nghiên cứu cho thấy một số các hiện tượng vật lý trong sự cố LOCA đáng... khi dập lò không lớn như khi vận hành nhưng do mất chất tải nhiệt nên vẫn có thể gây nóng chảy vỏ thanh nhiên liệu + Khi vỏ thanh nhiên liệu bị nóng chảy mạnh, hiện tượng oxy hóa xảy ra bởi hơi nước và nước làm hư hỏng các thiết bị, sinh ra lượng hydro lớn có thể gây nổ lò phản ứng Các phản ứng oxy hóa này cũng sản sinh nhiệt và đóng góp thêm vào lượng nhiệt dư - Để đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố: hệ... khiển loại lò PWR của Westinghouse, 4 vòng làm mát sơ cấp, công suất lò là 3423MWt LSTF đặc trưng bởi việc sử dụng một mô hình lò phản ứng PWR với các chi tiết tương tự như một PWR thực, được mô tả trên Hình 2.1 (chi tiết xem phụ lục) với các đặc điểm riêng: - Hai vòng làm mát sơ cấp là A và B - Các kênh nóng và lạnh có đường kính trong là 207mm - Thể tích khối tương đương với 1/48 thể tích một PWR thực... phân tầng và không phân tầng, phụ thuộc vào 2 tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn thứ 1 dựa trên ngưỡng bất ổn định Kelvin-Helmholtz và tiêu chuẩn thứ 2 phụ thuộc vào những tác động tương đối của các trầm tích bong bóng và các bong bóng hỗn loạn, pha trộn - Sự chuyển biến giữa dòng xoáy và dòng chảy giọt - Miêu tả sự chuyển dịch từ dòng chảy rối thành dòng phân tầng Sự truyền nhiệt với cấu trúc ngoài và những thanh . QUAN LÒ PHẢN ỨNG PWR VÀ SỰ CỐ LOCA 1.1. Tổng quan về lò phản ứng nƣớc áp lực PWR - PWR: viết tắt của cụm từ “Pressure Water Reactor”. Nghĩa là Lò phản ứng nước áp lực. - Lò phản ứng PWR: . Cấu trúc đồ án …………………………………………………………… 9 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG PWR VÀ SỰ CỐ LOCA. 10 1.1. Tổng quan về lò phản ứng PWR ….……………………………………… 10 1.2. Giới thiệu về sự cố LOCA …………. thùng lò của một lò phản ứng PWR thực và trong LSTF cho thấy các vị trí cụ thể của các vùng được phân chia và sự giống, khác nhau giữa PWR và LSTF. Hình 2.2. Thùng lò trong một lò phản ứng PWR

Ngày đăng: 18/05/2014, 18:53

Xem thêm: [Đồ án] Lò phản ứng PWR và sự cố Loca, [Đồ án] Lò phản ứng PWR và sự cố Loca

[Đồ án] Lò phản ứng PWR và sự cố Loca

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan