ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƯ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỤC HỒI CÔNG SUẤT TỪ SỰ CỐ “HOT SHUTDOWN” CHO LÒ WWER-1000 BẰNG PHẦN MỀM WWER-1000 SVTH: Phạm Văn Hiệu GVHD: TS. Võ Hồng Hải ThS. Phan Lê Hoàng Sang GVPB: ThS. Nguyễn Hoàng Anh Thành Phố Hồ Chí Minh - Năm 2014 ii LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn đầu tiên là dành cho ba và mẹ tôi, người có có công sinh thành và dưỡng dục để tôi có cơ hội hoàn thành nghiên cứu đầu tiên trong cuộc đời. Khóa luận này không chỉ là kết quả của quá trình học tập của bản thân mà còn là thành quả của sự tận tâm và nhiệt huyết của quý Thầy Cô tại bộ môn Vật Lý Hạt Nhân, khoa Vật Lý, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM. Trân trọng nhất, xin gửi lời cảm ơn đến TS. Võ Hồng Hải và ThS. Phan Lê Hoàng Sang. Thầy Hải đã luôn tận tình hỗ trợ, hướng dẫn tôi rất nhiều trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu khóa luận này. Và thầy Sang, một người thầy và cũng là một người anh mẫu mực, người đã rất tận tâm giúp tôi hiểu rõ thế nào là sự tỉ mỉ, sự cẩn thận để có thể hoàn thành được một đề tài hoàn chỉnh. Xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Châu Văn Tạo, một người thầy và cũng là một thần tượng, người đã truyền cảm hứng để tôi có động lực mạnh mẽ để theo học bộ môn Vật Lý Hạt Nhân và có cơ hội để tiếp xúc với những kiến thức tuyệt vời. Xin gửi lời cảm ơn đến TS. Trần Thiện Thanh, người Thầy cung cấp cho tôi những kiến thức cực kỳ quan trọng về lĩnh vực lò phản ứng hạt nhân, trong quá trình thực tập tại Lò Phản Ứng Hạt Nhân Đà Lạt. Những kiến thức này đã làm tiền đề và hành trang quan trọng trong quá trình thực hiện khóa luận. Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Nguyễn Hoàng Anh và ThS. Lưu Đặng Hoàng Oanh, những người chị nhiệt huyết, không chỉ là người luôn tận tình đóng góp những ý kiến quý báu để hoàn thành khóa luận này, mà còn là người đã giúp tôi bổ sung rất nhiều kiến thức quý báu trong phạm vi đề tài này. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 6 năm 2014 Họ tên PHẠM VĂN HIỆU iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000 2 1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân. 2 1.2. Trang thiết bị vòng sơ cấp. 4 1.2.1. Giới thiệu vòng sơ cấp 4 1.2.2. Lõi lò phản ứng 6 1.2.3. Máy bơm tuần hoàn chính 8 1.2.4. Bình sinh hơi 9 1.2.5. Hệ thống điều hòa áp suất 10 1.3. Trang thiết bị vòng thứ cấp. 10 1.3.1. Ống góp hơi và ống nối dẫn hơi 10 1.3.2. Van điều chỉnh hơi turbine 11 1.3.3. Van đệm khí và van xả hơi nước đến bồn ngưng tụ 11 1.3.4. Các bộ phận khác 11 CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC THÀNH PHẦN NUCLIT CỦA LÒ PHẢN ỨNG 12 2.1. Quá trình cháy nhiên liệu hạt nhân 12 2.2. Quá trình tạo xỉ của lò phản ứng 13 2.3. Sự nhiễm độc Xe và Sm của lò phản ứng 14 iv CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHỈNH ĐỘ PHẢN ỨNG 16 3.1. Những khái niệm chung 16 3.2. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh 16 3.3. Điều chỉnh độ phản ứng bằng chất lỏng 16 3.4. Tỏa nhiệt dư trong nhiên liệu 17 3.5. Sự cố EP và cách khắc phục 18 CHƯƠNG 4: PHỤC HỒI CÔNG SUẤT TỪ SỰ CỐ “HOT SHUTDOWN” CHO LÒ WWER-1000 BẰNG PHẦN MỀM WWER-1000. 20 4.1. Mô tả kịch bản 20 4.2. Tóm tắt diễn biến mô phỏng 34 4.3. Phân tích và đánh giá kết quả 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC ix Phụ lục 1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng WWER-1000. ix Phụ lục 2. Danh sách các mục của bảng thông báo cho chương trình mô phỏng lò phản ứng wwer-1000 xxiii Phục lục 3. Danh sách các tín hiệu dẫn đến sự bảo vệ khẩn cấp xxi v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuậ t ngữ Tiếng Anh Tiếng Việ t CPS Reactivity Control Page Trang điều khiển độ phản ứng CR Control Rod Thanh điều khiển ĐHN Điện hạt nhân EP Emergency Protection Chế độ bảo vệ khẩn cấp FA Fuel Assemblies Bó nhiên liệu GRP Trends page Trang vẽ đồ thị IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế MSC Main steam collector Ống nối dẫn hơi MSV Main steam valve Những van hơi nước chính MSIV Main steam isolating valve Van cách ly nước hơi chính MSRV Main steam relese valve Van xả hơi nước chính NMĐHN Nhà máy điện hạt nhân PP Preventive protection Chế độ bảo vệ phòng ngừa SG Steam Generator Bình sinh hơi TAB Enunciators Page Giao diện cảnh báo sự cố TBxxBxx Ký hiệu thùng chứa boron TBxxDxx Ký hiệu bơm boron TBxxSxx Ký hiệu van dẫn boron TK Feed and Bleed System Page Trang hệ thống thổi bù TKxxSxx Ký hiệu van dẫn nước sạch đến lò RCP Reactor coolant pump Bơm tuần hoàn chính WWER Water Water Energy Reactor Lò phản ứng hạt nhân nước-nước vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của WWER-1000 4 Bảng 1.2. Các đặc tính chính của lõi lò phản ứng WWER-1000 6 Bảng 1.3. Các đặc tính chính của bó nhiên liệu của lò WWER-1000 7 Bảng 1.4. Các đặc tính của ống thanh nhiên liệu 8 Bảng 3.1. Các thao tác phục hồi công suất từ hot shutdown 19 Bảng 4.1. Các thông số lò ở điều kiện đầu (điều kiện hoạt động bình thường) 21 Bảng 4.2. Diễn biến mô phỏng theo thời gian 34 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ khối của nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng WWER-1000 2 Hình 1.2. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER-1000 3 Hình 1.3. Ảnh mặt cắt của lõi lò phản ứng WWER-1000 5 Hình 1.4. Hình dạng của lõi lò và các bó thanh nhiên liệu 7 Hình 1.5. Cấu tạo bình sinh hơi 9 Hình 4.1. Các task điều kiện đầu trong phần mềm mô phỏng WWER-1000 20 Hình 4.2. Kích hoạt chế độ EP 21 Hình 4.3. Tín hiệu sau khi kích hoạt EP. 22 Hình 4.4. Điều chỉnh van xả hơi nước chính lần 1. 23 Hình 4.5. Cung cấp boron vào mạch chính. 24 Hình 4.6. Ba van quan trọng khi bơm boron vào mạch chính. 25 Hình 4.7. Cách quan sát nồng độ boron trong mạch chính. 26 Hình 4.8. Cảnh báo mực nước điều áp trong TAB 27 Hình 4.9. Thông báo dập lò vì mực nước bình điều áp quá thấp. 27 Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn mực nước trong bình điều áp ở nồng độ boron 14,75 (g/kg) theo thời gian 27 Hình 4.11. Cách deblock tín hiệu trong TAB. 28 Hình 4.12. Cách rút các nhóm thanh điều khiển. 29 Hình 4.13. Pha loãng boron trong mạch chính. 30 Hình 4.14. Kích hoạt chế độ ACP. 31 viii Hình 4.15. Điều chỉnh van xả hơi nước lần 2. 32 Hình 4.16. Giá trị setpoint mặc định. 33 Hình 4.17. Đồ thị biểu diễu độ phản ứng theo thời gian 35 Hình 4.18. Đồ thị biểu diễn công suất lò phản ứng ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian. 37 Hình 4.19. Đồ thị biểu diễn mực nước của bình điều áp ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian. 48 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 40 Hình 4.21. Đồ thị biểu diễn vị trí của 10 nhóm thanh điều khiển ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian. 42 Hình 4.22. Đồ thị biểu diễn giá trị offset ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian. 45 1 MỞ ĐẦU Từ một cột mốc quan trọng – khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 đã thách thức các nước phát triển trong việc đa dạng hóa các nguồn năng lượng, và đặc biệt là việc tìm ra một nguồn năng lượng mới phù hợp về giá thành. Năng lượng hạt nhân đang là ứng cử viên số một đảm nhận vai trò đó, điển hình tỷ phần năng lượng hạt nhân trong tổng sản lượng điện của các nước trong Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD) tăng từ 5% vào năm 1947 lên 25% vào giữa những năm 90 [1]. Qua đó cho thấy năng lượng hạt nhân đã trở thành một trong những yếu tố quan trọng ở nhiều quốc gia, và hiện nay tỷ phần của nó trên quy mô toàn cầu đã đạt mốc 15% [1]. Những vấn đề liên quan đến an toàn NMĐHN, an toàn phóng xạ, vận hành và quản lý, xử lý rủi ro…. Tất cả những yếu tố này quyết định số phận, tương lai của ngành công nghiệp điện hạt nhân. Về việc đào tạo nguồn nhân lực phụ vụ trong NMĐHN, có rất nhiều phương pháp học tập, nghiên cứu, tập huấn nhưng một trong những phương pháp dễ tiếp cận nhất là việc sử dụng các phần mềm mô phỏng lò phản ứng hạt nhân, cũng như nhà máy điện hạt nhân nói chung. Với mong muốn được tìm hiểu và khảo sát thêm những cơ chế thiết yếu của loại lò nước nhẹ áp lực WWER-1000, chúng tôi chọn đề tài “Phục hồi công suất từ sự cố Hot shutdown cho lò WWER-1000 bằng phần mềm WWER-1000”. Nội dung khóa luận này bao gồm làm bốn chương:  Chương 1. Giới hiệu nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng WWER-1000.  Chương 2. Động học thành phần nuclit của lò phản ứng.  Chương 3. Điều chỉnh lò phản ứng.  Chương 4. Phục hồi công suất từ sự cố “Hot shutdown” cho lò WWER- 1000 bằng phần mềm WWER-1000. 2 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000 1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân là một nhà máy tạo ra điện năng ở quy mô công nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân. Để nhà máy điện hạt nhân vận hành cần phải có sự phối hợp hoạt động của rất nhiều hệ thống khác nhau. Mỗi hệ thống thực hiện các chức năng đặc trưng riêng; từ hệ thống giám sát, đo đạc các tham số cho đến hệ thống kiểm soát lõi lò hay tua-bin chính. Ở đây chúng tôi chỉ xét đến các hệ thống quan trọng cùng với các thành phần của nó trong lò phản ứng nước áp lực (Pressurized water reactor) [6]. Hình 1.1. Sơ đồ khối của nhà máy điện hạt nhân WWER [...]... hoạt hot shutdown được thực hiện trong thời gian 1 phút 30 giây  Cách phục hồi công suất từ hot shutdown: Cụ thể cho lò WWER- 1000, việc khắc phục công suất lò từ hot shutdown được thông qua các bước như trong bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thao tác phục hồi công suất từ hot shutdown STT Thao tác 1 Chế độ hot shutdown xuất hiện 2 Đợi áp suất trong ống góp hơi chính ổn đỉnh (đạt đến giá trị 60 kgf/cm2) và điểu... thanh điều khiển từ 1-9, riêng nhóm 10 để nhúng trong lò 25%-40% 5 Pha loãng boron trong mạch chính bằng nước tinh khiết 6 Đợi công suất đạt 35%-40%, bật chế độ ACP (Automatic control power), điều chỉnh van xả hơi nước chính lần (MSRV) lần 2 7 Chờ công suất đã được phục hồi (đạt 100%), bật chế độ ACP 19 Chương 4 PHỤC HỒI CÔNG SUẤT TỪ SỰ CỐ HOT SHUTDOWN CHO LÒ WWER- 1000 BẰNG PHẦN MỀM WWER- 1000 4.1 Mô tả... khoảng 195 MW [1] Công suất đó tương ứng với công suất của một tổ máy trung bình của nhà máy nhiệt điện Vấn đề là công suất này cần phải đưa ra khỏi lò phản ứng và ra khỏi vòng sơ cấp trong bất kỳ điều kiện nào 3.5 Chế độ Hot shutdown và cách phục hồi  Chế độ Hot shutdown : Chế độ Hot shutdown được hiểu là dập lò tức thời xuống 0% từ công suất đang hoạt động (ví dụ 100%) Chế độ hot shutdown này chỉ... độ Hot shutdown 4.1.1.1 Thiết lập điều kiện đầu Chúng tôi thực hiện mô phỏng lò được thực hiện hot shutdown và tiến hành phục hồi công suất lò (100%) Điều kiện đầu được thiết lập ở task “Rated state operation.1load”, như trong hình 4.1 Ở đó, một số thông số lò ban đầu được trình bày như trong hình 4.1 Hình 4.1 Các task điều kiện đầu trong phần mềm mô phỏng WWER- 1000 20 Bảng 4.1 Các thông số lò ở... YP10W01-04 Hình 4.3 Tín hiệu sau khi kích hoạt EP 22 4.1.2 Phục hồi công suất từ hot shutdown cho lò WWER- 1000 4.1.2.1 Điều chỉnh van xả hơi nước chính lần 1 Sau khi kích hoạt sự cố EP, nhấn nút EP lần thứ hai để tắt chế độ này Chúng tôi vào trang mô phỏng vòng sơ cấp (2C), đợi cho đến khi các tham số trong mạch thứ cấp ổn định, tức là áp suất trong ống góp hơi chính (Main Steam Header) phải đạt đến... lò WWER [2] 3 1.2 Trang thiết bị vòng sơ cấp 1.2.1 Giới thiệu vòng sơ cấp Vòng sơ cấp có nhiệm vụ tuần hoàn chất tải nhiệt và truyền nhiệt tỏa ra từ vòng sơ cấp đến vòng thứ cấp thông qua bình sinh hơi Lò phản ứng WWER- 1000 là loại lò phản ứng có vỏ (vessel-type), hoạt động với neutron nhiệt sử dụng nước thường để làm chậm (moderator) và tải nhiệt (coolant) Chỉ số 1000 cho biết công suất điện của lò. .. độc thường ngụ ý sự tích lũy Xe135 và Sm149 [1] 2.3.3 Đặc điểm đặc trưng cho sự nhiễm độc lò phản ứng Hiện tượng nhiễm độc và giải nhiễm vùng hoạt chỉ được thể hiện rõ ràng trong các lò phản ứng nơtron nhiệt (trong các lò phản ứng nơtron trung gian, nó yếu, còn trong các lò phản ứng nơtron nhanh nói chung, không có) Sự nhiễm độc lò phản ứng làm phức tạp đáng kể cho quá trình điều khiển lò phản ứng [1]... khoảng giá trị từ 12-16 (g/kg), sau khi đã hồi phục được lò rồi, thì một số giá trị không thể duy trì sự ổn định của lò Hình 4.7 Cách quan sát nồng độ boron trong mạch chính Biểu hiện không bền vững ở đây là sau khi phục hồi, mực nước trong hệ thống điều hòa áp suất liên tục giảm khi lượng boron ban đầu bơm vào mạch chính không phù hợp Sự giảm liên tục mực nước của hệ thống điều hòa áp suất được cảnh... -0,004 0,67 60,2 4.1.1.2 Kích hoạt chế độ hot shutdown Hình 4.2 Kích hoạt chế độ hot shutdown 21 886,863 Trong trang điều khiển độ phản ứng (CPS), chúng tôi nhấn nút EP để dập lò phản ứng khẩn cấp Trong khoảng thời gian 8 giây sau đó, tất cả các thanh điều khiển sẽ được nhúng ngập vào trong lõi lò phản ứng Kết quả của động thái này là công suất sẽ lò sẽ giảm từ 100% xuống còn 0.009% trong khoảng thời... đó đi đến vòng phân cách và đi ra khỏi lò phản ứng thông qua đầu ra (outlet nozzles) và đi vào “chân nóng” của bình sinh hơi [8] 1 Đầu vào 2 Thùng lò phản ứng 3 Giếng ngoài 4 Đầu ra 5 Bó thành nhiên liệu Hình 1.3 Ảnh mặt cắt của lõi lò phản ứng WWER- 1000 [8] 5 Cần lưu ý rằng trong vòng sơ cấp thì nước không sôi, áp suất khoảng 160 kg/cm2 (áp suất của lõi lò) Áp suất cao trong vòng sơ cấp ngăn ngừa khả . WWER- 1000.  Chương 2. Động học thành phần nuclit của lò phản ứng.  Chương 3. Điều chỉnh lò phản ứng.  Chương 4. Phục hồi công suất từ sự cố Hot shutdown cho lò WWER- 1000 bằng phần mềm. tài Phục hồi công suất từ sự cố Hot shutdown cho lò WWER- 1000 bằng phần mềm WWER- 1000 . Nội dung khóa luận này bao gồm làm bốn chương:  Chương 1. Giới hiệu nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò. HẠT NHÂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHỤC HỒI CÔNG SUẤT TỪ SỰ CỐ HOT SHUTDOWN CHO LÒ WWER- 1000 BẰNG PHẦN MỀM WWER- 1000 SVTH: Phạm Văn Hiệu GVHD: TS. Võ Hồng