[Đồ án] Phân tích sự cố Loga 10 kenh nóng trong thực nghiệm ROSALSTF sử dụng chương trình Relap 5

Thông tin tài liệu

[Do an] Phan tich su co Loga 10 kenh nong trong thuc nghiem ROSALSTF su dung chuong trinh RELAP5

1 Lời cảm ơn Đồ án này là kết quả nghiên cứu trong suốt thời gian tôi tham gia học tập tại Viện kỹ thuật hạt nhân và Vật lý môi trường - Đại học Bách Khoa Hà Nội và thời gian nghiên cứu tại Phòng An toàn hạt nhân – Cục an toàn bức xạ và hạt nhân. Lời đầu tiên, tôi xin bày bỏ lòng biết ơn sâu sắc tới nhà trường cùng toàn thể các thầy cô giáo đã tận tình hướng dẫn tôi học tập tại Viện kỹ thuật hạt nhân và Vật lý môi trường - Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Lưu Nam Hải đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các anh, chị tại Phòng An toàn hạt nhân – Cục an toàn bức xạ và hạt nhân đã tạo điều kiện và cho tôi một môi trường làm việc lý tưởng khi tôi nghiên cứu tại Phòng. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên và cổ vũ tôi cũng như tạo điều kiện cho tôi học tập và hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, tháng 6 năm 2011 Sinh Viên Phùng Khắc Toàn Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 2 DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt ACC Accumulator Bình nước dự trữ AM Accident management Quản lý sự cố AFS Auxiliary feedwater Hệ thống cấp nước phụ ECCS Emergency core coolant system Hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp HPSI High pressure injection system Hệ thống bơm an toàn áp suất cao LPSI Low pressure injection system Hệ thống bơm an toàn áp suất thấp LB-LOCA Large break loss of coolant accident Sự cố mất nước tải nhiệt kích thước lớn LSFT Large scale Test Facility Cơ sở thử nghiệm quy mô lớn MSIV Main steam isolation valve Van cô lập dòng hơi chính LOCA Loss of coolant accident Sự cố mất nước tải nhiệt PORV Power operated relief valves Hệ thống các van an toàn của bình điểu áp 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 SCRAM Safety control Reactor Axe Dập lò khẩn cấp Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 3 Man RV Relief valves Van xả SG Steam Generator Bình sinh hơi MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn 1 DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT 2 MỤC LỤC Trang 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 DANH MỤC CÁC BẢNG 6 Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 4 Lời mở đầu 7 CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT 8 1.1. Mô hình thủy động hỗn hợp hai thành phần 9 1.1.1. Phương trình bảo toàn khối lượng 9 1.1.2. Phương trình bảo toàn động lượng 11 1.1.3. Phương trình bảo toàn năng lượng 12 1.1.4. Phương trình vận chuyển Boron 13 1.2. Mô hình dẫn nhiệt một chiều 14 1.3. Mô hình động học lò điểm 15 1.4. Kết luận 16 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ LOCA TRONG LÒ PWR 17 2.1. Giới thiệu về sự cố LOCA 17 2.2. Các hiện tượng vật lý trong sự cố LOCA 18 2.3. Các bộ phận giảm nhẹ hậu quả sự cố LOCA của lò phản ứng PWR 18 2.4. Sự cố LB-LOCA 20 2.4.1.Giai đoạn giảm mực nước ( blowdown) 21 2.4.2. Giai đoạn lấp đầy lại ( refill ) 22 2.4.3. Giai đoạn làm ngập trở lại ( reflood ) 22 2.5. Sự cố SB-LOCA 23 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5 26 3.1. Tổng quan về chương trình RELAP5 26 3.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển của chương trình RELAP5 26 3.1.2. Những đặc trưng chính 27 3.1.3. Phạm vi áp dụng 27 3.2. Cấu trúc của chương trình RELAP5 28 3.2.1. Cấu trúc của chương trình 28 3.2.2. Cấu trúc file input 29 3.2.3. Dữ liệu mô tả bài toán 31 Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 5 3.2.4. Minor Edits và Trips 33 3.2.5. Dữ liệu cấu trúc thủy động 34 3.2.6. Dữ liệu cấu trúc nhiệt 40 3.2.7. Thuộc tính nhiệt của cấu trúc nhiệt 42 3.2.8. Thành phần điều khiển hệ thống 45 3.2.9. Dữ liệu động học lò 45 3.3. Cách chạy chương trình RELAP5 48 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH SỰ CỐ LOCA VỠ 10% KÊNH NÓNG TRONG THỰC NGHIỆM ROSA/LSTF SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH RELAP5 49 4.1. Tìm hiểu về cơ sở thực nghiệm LSFT (Large scale test facility) – Nhật Bản và dự án ROSA 49 4.1.1. Tổng quan về LSTF trong dự án ROSA 49 4.1.2. Mục đích của chương trình ROSA 50 4.1.3. Những bài toán cho ROSA /LSTF 50 4.1.4. Thiết kế của LSTF 51 4.2. Phân {ch sự cố LOCA vỡ 10% kênh nóng trong thực nghiệm ROSA/LSTF sử dụng chương trình RELAP5 52 4.2.1. Phân tích bài toán 52 4.2.2. Phân tích kết quả bài toán 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 [3] SCIENTECH, Inc.Rockville, Maryland, Idaho Falls, Idaho: RELAP5/MOD3.2 Code manual volume I Code structure; system models; and solu‰on methods; volume II: User’ guide and input requirements; volume V user’s guidelines. Washington, DC 03/1998 75 [5] U.S. EPR: Final safety analysic report Tier 2 Revision 0, Mỹ 2008 75 PHỤ LỤC 76 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 6 Hình 2.1 Hệ thống ECCS của lò phản ứng PWR………………………………… 19 Hình 3.1 Cấu trúc chương trình RELAP5……………………………………… 28 Hình 3.2 Cách chia mắt lưới trong cấu trúc nhiệt ……………………………… 43 Hình 4.1 Mô tả vết vỡ 10% kênh nóng………………………………………… 59 Hình 4.2 Mô phỏng LOCA vỡ 10% kênh nóng trong thực nghiệm ROSA/LSTF bằng chương trình RELAP5……………………………………………………….60 Hình 4.3 Công suất vùng hoạt………………………………………………………61 Hình 4.4 Áp suất bên sơ cấp và thứ cấp……………………………………………63 Hình 4.5 Tốc độ dòng chảy qua vết vỡ…………………………………………….64 Hình 4.6 Tốc độ dòng của ACC tại các vòng………………………………………65 Hình 4.7 Tốc độ dòng của HPSI tại các vòng…………………………………… 66 Hình 4.8 Tốc độ dòng tại các vòng……………………………………………… 67 Hình 4.9 Mực nước tại kênh nóng………………………………………………… 69 Hình 4.10 Độ chênh lệch áp suất trong SG A…………………………………… 70 Hình 4.11 Mực nước tại Upper Plenum…………………………………………….71 Hình 4.12 Mực nước tại vùng hoạt…………………………………………………71 Hình 4.13 Nhiệt độ bề mặt thanh nhiên liệu……………………………………… 72 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Định dạng Card trong RELAP5………………………………………… 31 Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 7 Bảng 2: Các card input cho các thành phần thủy động…………………………… 37 Bảng 3: Các card input cho cấu trúc nhiệt………………………………………… 43 Bảng 4: Bảng điều khiển các biến Logic……………………………………………55 Bảng 5: Thông số ban đầu bên sơ cấp………………………………………………56 Bảng 6: Thông số ban đầu của bình điều áp……………………………………… 57 Bảng 7: Thông số ban đầu của bình sinh hơi……………………………………….57 Bảng 8: Thông số ban đầu của hệ thống ECCS…………………………………….58 Lời mở đầu Trong cuộc sống hiện đại với sự phát triển kinh tế nhanh chóng, năng lượng là nhu cầu vô cùng thiết yếu đối với con người. Trong hoàn cảnh thế giới đang tiến vào một cuộc khủng hoảng năng lượng mới khi các nguồn tài nguyên hóa thạch đang dần Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 8 cạn kiệt, con người cần khai thác nguồn năng lượng khác, bổ sung để có thể đáp ứng cho nhu cầu cuộc sống trong tương lai. Năng lượng nguyên tử là một nguồn như vậy. Ngày 25/11/2009, Quốc Hội đã phê duyệt báo cáo đầu tư xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên tại Việt Nam tại Ninh Thuận. Một trong các công việc quan trọng trong thẩm định an toàn nhà máy điện hạt nhân là đánh giá phân tích an toàn thủy nhiệt. Phân tích an toàn thủy nhiệt lò phản ứng là tính toán, xem xét và đánh giá các tham số nhiệt động của lò phản ứng trong các quá trình chuyển tiếp, các trạnh thái hoạt động bình thường của lò phản ứng cũng như khi xảy ra tai nạn, sự cố từ đó đề xuất các phương án xử lý. Để giải quyết bài toán này, hiện nay có rất nhiều phần mềm tính toán thủy nhiệt khác nhau. Đồ án tốt nghiệp này sẽ sử dụng chương trình RELAP5/Mod3.2. Đây là chương trình hiện được nhiều nước trên thế giới có nhà máy điện hạt nhân đã và đang sử dụng Đồ án tốt nghiệp được thực hiện với mục tiêu cung cấp những kiến thức cơ bản về phân tích an toàn thủy nhiệt lò phản ứng và tiếp cận, làm chủ chương trình RELAP/Mod3.2. Đồ án này sẽ là cơ hội để người thực hiện được nâng cao trình độ, năng lưc, sớm đáp ứng được các yêu cầu công việc sau khi tốt nghiệp. CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT Tính toán thủy nhiệt là phản ứng là xác định các thông số nhiệt tại các vị trí khác nhau của hệ thống lò phản ứng. Trong đó có 8 tham số nhiệt động là: nhiệt độ (T), Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 9 áp suất (P), nội năng hơi nước (U v ), nội năng của nước (U l ), vận tốc dòng trong cả hai trạng thái nước (V l ), và hơi nước (V v ), mật độ Boron (C B ), tỉ lệ khối lượng khí không ngưng tụ trên tổng khối lượng khí (X n ). Để tính toán thủy nhiệt lò phản ứng, việc mô hình hóa phải sử dụng một số lý thuyết sau: + Đối với nước và hơi nước trong hệ thống lò phản ứng sử dụng mô hình thủy động hỗn hợp hai thành phần. + Với các thành phần chất rắn trong lò như ống dẫn nước, vỏ thùng lò, vỏ bình sinh hơi,…sử dụng mô hình dẫn nhiệt một chiều. + Với lò phản ứng ta dử dụng mô hình động học lò điểm. 1.1. Mô hình thủy động hỗn hợp hai thành phần Nước trong tự nhiên tồn tại ở 3 trạng thái cơ bản là rắn, lỏng và khí tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất của nước. Do đó, trong tính toán cần phải xác định nước đang ở trạng thái nào và sử dụng hệ phương trình chuyển động của chất lỏng hỗn hợp nhiều trạng thái. Trong mô hình tính toán chúng ta chỉ xem xét hệ thủy động ở hai trạng thái nước và hơi nước. Khi không ngưng tụ được xem xét trong trạng thái hơi nước. Bão hòa tan không bay hơi được xem xét trong trạng thái nước. Hệ phương trình chuyển động của chất lỏng 1.1.1. Phương trình bảo toàn khối lượng Mọi chất lỏng đều có một tính chất cơ bản là khối lượng. Trong thể tích dV khối lượng là: m = 1 2 3 V ( , , ) Vx x x d ρ ∫∫∫ Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 10 Theo định luật bảo toàn khối lượng, khối lượng chất lỏng không đổi trong quá trình chuyển động. 1 2 3 V ( , , ) V 0 dm d x x x d dt dt ρ = = ∫∫∫ Hay : Do thể tích V là tùy ý nên: 0 i i d v dt x ρ ρ ∂ + = ∂ Hay: V 0 d div dt ρ ρ + = Giả sử trong hỗn hợp, nồng độ và vận tốc trung bình hỗn hợp có thể xác định theo công thức: 1 N i i ρ ρ = = ∑ 1 N i i i v v ρ ρ = = ∑ Khi đó phương trình bảo toàn khối lượng dạng tổng quát có dạng: 1, V N n i i i ji j j i t s V dV v dS J dV ρ ρ = ≠ ∂ = − + ∂ ∑ ∫ ∫ ∫ Trong đó ij J là cường độ trao đổi khối lượng từ pha j sang pha i trong một đơn vị thể tích và một đơn vị thời gian. Áp dụng phép biến đổi Gauss – Ostrogradski, phương trình vi phân khối lượng cho mỗi pha thành phần có thể viết lại như sau: Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 V ( ) V 0 i i d v d dt x ρ ρ ∂ + = ∂ ∫∫∫ [...]... không đủ làm giảm ấp của hệ thống thì sự sôi tiếp tục do sự phân rã sinh nhiệt Quá trình này làm xuất hiện một số phản ứng hóa học sinh nhiệt làm nhiệt vùng hoạt tăng cao, gây ra sự nóng chảy thanh nhiên liệu CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5 3.1 Tổng quan về chương trình RELAP5 3.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển của chương trình RELAP5 Chương trình RELAP5 (Reactor Excursion and Leak Analysis... bít, phiên bản này có thể chạy trong môi trường WINDOWS của máy tính cá nhân Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 28 3.2 Cấu trúc của chương trình RELAP5 3.2.1 Cấu trúc của chương trình Chương trình được tổ chức theo dạng modul và có cấu trúc Top - Down, cấu trúc của chương trình Pelap5 được thể hiện trong hình 3.1 Hình 3.1 Cấu trúc chương trình RELAP5 Cấu trúc chương trình ở mức cao nhất được chia... VLMT – K 51 17 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ LOCA TRONG LÒ PWR 2.1 Giới thiệu về sự cố LOCA LOCA là viết tắt tiếng Anh của cụm từ “ Loss of coolant accident ” – sự cố mất chất tải nhiệt Sự cố LOCA thường được khởi phát bởi sự kiện vỡ ống nước tải nhiệt của vòng sơ cấp Người ta phân loại sự cố LOCA theo kích thước vỡ ống: LOCA kích thước nhỏ (SB-LOCA) có diện tích vỡ nhỏ hơn hoặc bằng 4 65 cm 2 (0 ,5 ft2)... quản lý chỉ đạo khắc phục sự cố - Phân tích kế hoạch thí nghiệm - Cơ sở cho nhà phân tích nhà máy điện hạt nhân - Phân tích an toàn thiết kế thương mại Ứng dụng điển hình nhất của chương trình Relap5 là mô phỏng quá trình chuyển tiếp trong lò PWR như là: loss of coolant accident (LOCA), Ipated Transients Without Scram (ATWS) Loss of FeedWater (LOF),… Môi trường máy tính: Relap5 được viết bằng Fortran -77... thiết bị khác Trong thực tế, sự cố SB LOCA được phân tích theo kích thước và vị trí vỡ mà không phân tích theo nguyên nhân gây vỡ Sự cố SB LOCA được xem là có xác suất xuất hiện cao, nên cần yêu cầu cơ quan vận hành kiểm tra kỹ lưỡng tác hại và có quy trình khắc phục sự cố rõ ràng Thông thường, sự cố SB-LOCA có diễn biến chậm để người vận hành có thể theo dõi thông qua các thiết bị đo đạc và thực hiện... lớn nhất giữa một sự cố SBLOCA và một sự cố LB-LOCA là tốc độ thất thoát nước làm mát và sự thay đổi áp suất theo thời gian Nói chung, các sự kiện trong sự cố SB-LOCA xảy ra chậm hơn so với Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 25 sự cố LB-LOCA Điều này cho phép người vận hành có nhiều thời gian hơn và có thể đưa ra nhiều khả năng can thiệp khác nhau Một điểm khác nhau về nguyên lý là sự chiếm ưu thế... trống Ví dụ về card 100 hay dùng: 100 NEW TRANSNT Card 101 – thuộc tính kiểm tra input hay chạy Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 32 Cấu trúc card input: 101 W1 W1: Dữ liệu nhập vào có thể là INP-CHK hay RUN Nếu INP-CHK thì chương trình sẽ dừng lại sau khi quá trình xử lý input file kết thúc Nếu RUN được nhập chương trình sẽ thực thi input file sau quá trình xử lý input Card 102 – Card lựa chọn... trips: 50 2 mfloj 3 150 00000 lt null 0 19.4 l -1.0 Dòng input trên có nghĩa là khi vận tốc khối chất lỏng qua juntion 3 150 00000 nhỏ hơn 19.4 thì giá trị biến trip 50 2 sẽ là true Các thành phần trips được sử dụng để mô phỏng các thành phần có thể điều khiển và được sử dụng trong các vấn đề như: phân tích hoạt động của lò phản ứng, mô tả kịch bản tai nạn… 3.2 .5 Dữ liệu cấu trúc thủy động Mô hình thủy động trong. .. thước từ kích thước vỡ lớn nhất đối với sự cố SB-LOCA đến toàn bộ tiết diện của ống lớn nhất của hệ thống nước tải nhiệt lò phản ứng Đối với một sự cố LB-LOCA, vết vỡ nghiêm trọng nhất xảy ra với đoạn ống của kênh lạnh ở giữa bơm vòng sơ cấp và thùng lò Các hiện tượng thủy nhiệt xảy ra trong sự cố LB- LOCA: Các hiện tượng thủy nhiệt trong sự cố LB-LOCA bao gồm quá trình bay hơi và ngưng tụ, ma sát và... khoảng 100 00C Phản ứng oxy hóa làm sinh nhiệt, đóng góp thêm vào sự tăng nhiệt độ của vỏ thanh nhiên liệu Hệ thống ECCS được thiết kế nhằm duy trì việc tải nhiệt vùng hoạt trong trường hợp sự cố LOCA, cung cấp nước vào tiếp xúc với nhiên liệu, ngăn việc tăng nhiệt độ quá mức của vỏ thanh nhiên liệu Phùng Khắc Toàn Lớp KTHN & VLMT – K 51 18 2.2 Các hiện tượng vật lý trong sự cố LOCA Đối với sự cố LOCA, . 45 3.3. Cách chạy chương trình RELAP5 48 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH SỰ CỐ LOCA VỠ 10% KÊNH NÓNG TRONG THỰC NGHIỆM ROSA/LSTF SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH RELAP5 49 4.1. Tìm hiểu về cơ sở thực nghiệm LSFT (Large. 51 4.2. Phân {ch sự cố LOCA vỡ 10% kênh nóng trong thực nghiệm ROSA/LSTF sử dụng chương trình RELAP5 52 4.2.1. Phân tích bài toán 52 4.2.2. Phân tích kết quả bài toán 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI. reflood ) 22 2.5. Sự cố SB -LOCA 23 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5 26 3.1. Tổng quan về chương trình RELAP5 26 3.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển của chương trình RELAP5 26 3.1.2.

Ngày đăng: 18/05/2014, 19:03

Xem thêm: [Đồ án] Phân tích sự cố Loga 10 kenh nóng trong thực nghiệm ROSALSTF sử dụng chương trình Relap 5, [Đồ án] Phân tích sự cố Loga 10 kenh nóng trong thực nghiệm ROSALSTF sử dụng chương trình Relap 5, CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT, CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ LOCA TRONG LÒ PWR, CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5, CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH SỰ CỐ LOCA VỠ 10% KÊNH NÓNG TRONG THỰC NGHIỆM ROSA/LSTF SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH RELAP5, TÀI LIỆU THAM KHẢO

[Đồ án] Phân tích sự cố Loga 10 kenh nóng trong thực nghiệm ROSALSTF sử dụng chương trình Relap 5

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Mục lục

Lời cảm ơn

DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC Trang

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Lời mở đầu

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT

1.1. Mô hình thủy động hỗn hợp hai thành phần

1.1.1. Phương trình bảo toàn khối lượng

1.1.2. Phương trình bảo toàn động lượng

1.1.3. Phương trình bảo toàn năng lượng

1.1.4. Phương trình vận chuyển Boron

1.2. Mô hình dẫn nhiệt một chiều

1.3. Mô hình động học lò điểm

1.4. Kết luận

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ LOCA TRONG LÒ PWR

2.1. Giới thiệu về sự cố LOCA

2.2. Các hiện tượng vật lý trong sự cố LOCA

2.3. Các bộ phận giảm nhẹ hậu quả sự cố LOCA của lò phản ứng PWR

2.4. Sự cố LB-LOCA

2.4.1.Giai đoạn giảm mực nước ( blowdown)

2.4.2. Giai đoạn lấp đầy lại ( refill )

2.4.3. Giai đoạn làm ngập trở lại ( reflood )

2.5. Sự cố SB-LOCA

Trích đoạn

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan