Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân Tìm hiểu hệ mô phỏng lò phản ứng nước sôi cải tiến có hệ thống an toàn thụ động trong nhà máy điện hạt nhân
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ TRUNG KIÊN TÌM HIỂU HỆ MƠ PHỎNG LỊ PHẢN ỨNG NƯỚC SƠI TIÊN TIẾN CĨ HỆ THỐNG AN TỒN THỤ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh, năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ TRUNG KIÊN TÌM HIỂU HỆ MƠ PHỎNG LỊ PHẢN ỨNG NƯỚC SƠI TIÊN TIẾN CĨ HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số chuyên ngành: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN QUỐC DŨNG TP Hồ Chí Minh, năm 2013 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chương trình cao học viết luận văn, nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình nhiều người Trước hết, tơi xin chân thành cảm ơn Thầy TS Trần Quốc Dũng, người trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Mặc dù bận rộn công việc thầy giành thời gian để giúp đỡ, định hướng, cung cấp tài liệu, góp ý sửa chữa chỗ sai luận văn Thầy thông cảm tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin cám ơn Thầy Cô giảng dạy chương trình cao học Bộ mơn Vật lý Hạt nhân, Thầy Cô Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP HCM truyền đạt kiến thức, tảng giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn Anh Chị bạn lớp Cao học K21 Mọi người động viên, giúp đỡ đưa lời khuyên bổ ích cho tơi suốt q trình học tập thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tạo điều kiện động viên thời gian qua Mặc dù cố gắng trình thực luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý Thầy Cơ bạn Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng năm 2013 Nguyễn Thị Trung Kiên MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT… …………………………v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LỊ PHẢN ỨNG NƯỚC SƠI TIÊN TIẾN CĨ HỆ THỐNG AN TỒN THỤ ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển lò phản ứng nước sơi (BWR) 1.2 Hệ thống an toàn thụ động nhà máy điện hạt nhân 1.2.1 Sự phát triển thiết kế hệ thống an toàn 1.2.2 Hệ thống an toàn thụ động 1.2.3 Ưu điểm hệ thống an toàn thụ động so với hệ thống an toàn chủ động……………………………………………………………….…………….9 1.3 Thiết kế lò phản ứng ESBWR 1.3.1 Thiết kế tuần hoàn tự nhiên 1.3.2 Các đặc tính an tồn thụ động 11 1.3.2.1 Hệ thống làm mát lõi lò trọng lực (GDCS) 12 1.3.2.2 Hệ thống làm mát nhà lò thụ động (PCCS) 13 1.3.2.3 Hệ thống ngưng tụ cô lập (Isolation Condenser System) 15 1.3.2.4 Hệ thống điều khiển chất lỏng dự phòng (Standby Liquid Control System)… …………………………………………………………………… 17 1.3.2.5 Hệ thống giảm áp tự động (ADS) 17 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ MÔ PHỎNG LỊ PHẢN ỨNG NƯỚC SƠI CĨ HỆ THỐNG AN TOÀN THỤ ĐỘNG (PASSIVE BWR) 19 2.1 Tổng quan hệ mô Passive BWR 19 2.1.1 Khởi động phần mềm hệ mô 19 2.1.2 Khởi tạo hệ mô 19 2.1.3 Danh sách hình hiển thị hệ mơ “Passive BWR” 20 2.1.4 Các đặc điểm hiển thị chung hệ mô “Passive BWR” 20 2.2 Các hình hệ mơ Passive BWR 23 2.2.1 Màn hình ‘Passive BWR Plant Overview’ 23 2.2.2 Màn hình ‘Passive BWR Control Loops’ 25 2.2.3 Màn hình Passive BWR Power/Flow Map & Controls 28 2.2.4 Màn hình Passive BWR Reactivity & Setpoints 33 2.2.5 Màn hình Passive BWR Scram Parameters 35 2.2.6 Màn hình Passive BWR Turbine Generator 36 2.2.7 Màn hình Passive BWR Feedwater & Extraction Steam 38 2.2.8 Màn hình Passive BWR Containment 39 2.2.9 Màn hình Passive BWR Cleanup/Shutdown Cooling 41 CHƯƠNG CÁC BÀI TẬP VỀ HỆ MÔ PHỎNG PASSIVE BWR 44 3.1 Các tập khởi động, dừng lò phản ứng điều chỉnh công suất 44 3.1.1 Sự điều chỉnh công suất: giảm 10% công suất quay trở cơng suất tồn phần 44 3.1.2 Giảm công suất tới 0% FP quay 100% FP 45 3.1.3 Tuốc-bin “trip” phục hồi 46 3.1.4 Dừng lò phản ứng khẩn cấp (reactor scram) phục hồi nhanh 49 3.1.5 Làm mát sau dừng lò phản ứng 50 3.1.6 Khởi động làm nóng lò phản ứng 51 3.2 Các tập cố nhà máy điện hạt nhân 52 3.2.1 Hao hụt nước cấp – hai bơm nước cấp (FW pumps) bị ngắt (trip) 52 3.2.2 Vô ý khởi xướng ngưng tụ cô lập (IC) 54 3.2.3 Vô ý mở van nhánh phụ (van BP) 56 3.2.4 Giảm lưu lượng nước từ mái vòm sai hỏng điều khiển áp suất…… ………………………………………………………………………58 3.2.5 Sự tăng lưu lượng nước từ mái vòm sai hỏng điều khiển áp suất… 60 3.2.6 Thiết bị truyền áp suất (PT) tiết lưu tuốc-bin bị hỏng, thấp (turbine throttle PT fails low) 62 3.2.7 Van xả an toàn (SRV) đường nước bị hỏng nên mở ra…… 64 3.2.8 Van kiểm soát mức nước cấp bị hỏng nên mở 66 3.2.9 Tuốc-bin bị “trip” với việc van nhánh phụ (Bypass valve) bị hỏng đóng lại/khơng mở 67 3.2.10 Vơ ý rút nhóm điều khiển 69 3.2.11 Vô ý đưa vào nhóm điều khiển 71 3.2.12 Vơ ý lập lò phản ứng (reactor isolation) 72 3.2.13 Thiếu hụt việc làm nóng nước cấp 74 3.2.14 Thiếu hụt chân không ngưng tụ (condenser vacuum) 77 3.2.15 Đường ống nước bị vỡ/nứt bên giếng khô 79 3.2.16 Đường nước cấp bị vỡ/nứt bên giếng khô 80 3.2.17 Đáy thùng lò bị vỡ/nứt – 1660 kg/s LOCA 82 3.2.18 Mất tải (Load Rejection) 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 91 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABWR (Advanced Boiling Water Reactor) ADS (Automatic Depressurization System) Lò phản ứng nước sôi cải tiến Hệ thống giảm áp tự động BP (Bypass) Nhánh phụ (tuốc-bin) BWR (Boiling Water Reactor) Lò phản ứng nước sơi DBAs (Design Basic Accidents) Các cố thiết kế ĐHN Điện hạt nhân DPV (Depressurization Valve) Van giảm áp DW (Drywell) Giếng khô ECCS (Emergency Core Cooling System) ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor) FMCRD (Fine Motion Control Rod Drive) Hệ thống làm mát lõi lò khẩn cấp Lò phản ứng nước sôi đơn giản kinh tế Dẫn động điều khiển tinh vi FP (Full Power) Cơng suất tồn phần FW (Feedwater) Nước cấp GDCS (Gravity Driven Cooling Hệ thống làm mát dẫn động trọng System) lực HP CRD (High Pressure Control Rod Drive) IAEA (International Atomic Energy Agency) Dẫn động điều khiển áp suất cao Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế IC (Isolation Condenser) Bộ ngưng tụ cô lập ICS (Isolation Condenser System) Hệ thống ngưng tụ cô lập vi LOCA (Loss Of Coolant Accident) Sự cố chất làm mát MSIV (Main Steam Isolation Valve) Van lập đường NMĐHN Nhà máy điện hạt nhân Passive BWR (Passive Boiling Water Lò phản ứng nước sơi với hệ thống an Reactor) toàn thụ động PCC (Passive Containment Cooling) Làm mát nhà lò thụ động PCCS (Passive Containment Cooling System) PHWR (Pressuried Heavy Water Reactor) Hệ thống làm mát nhà lò thụ động Lò nước nặng áp lực PP (Present Power) Cơng suất thời PWR (Pressuried Water Reactor) Lò phản ứng nước áp lực RWCU/SDC (Reactor Water Làm nước lò phản ứng/Làm mát Cleanup/Shutdown Cooling) sau dừng lò SB&PC (Steam Bypass & Pressure Điều khiển hệ thống nhánh phụ áp Control) suất SBWR (Simplified Boiling Water Reactor) SCRAM (Safety Control Rod Axe Man) SCRRI (Selected Control Rod RunIn) SLCS (Standby Liquid Control System) Lò phản ứng nước sơi đơn giản Sự dừng lò khẩn cấp (bằng cách đưa nhanh vào lõi lò điều khiển để tạo độ phản ứng âm lớn) Nhập vào điều khiển Hệ thống điều khiển lưu chất dự phòng SP (Suppression Pool) Bể khử nhiệt SRV (Safety Relief Vale) Van xả an toàn WW (Wetwell) Giếng ướt vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Hình Diễn giải 1.1 Sự phát triển thiết kế lò phản ứng BWR 1.2 Sự tuần hồn tự nhiên lõi lò ESBWR 10 1.3 Các hệ thống an toàn thụ động ESBWR 11 1.4 Hệ thống GDCS ESBWR 12 1.5 Hệ thống PCCS ESBWR 14 1.6 Hệ thống ICS ESBWR 15 2.1 Ảnh chụp hình ‘Plant Overview’ 23 2.2 Ảnh chụp hình ‘Control Loops’ 25 2.3 Ảnh chụp hình ‘Power/Flow Map & Controls’ 28 10 2.4 Ảnh chụp hình Biểu đồ thơng lượng 32 11 2.5 Ảnh chụp hình ‘Reactivity & Setpoints’ 33 12 2.6 Ảnh chụp hình ‘Scram Parameters’ 35 13 2.7 Ảnh chụp hình ‘Turbine & Generator’ 36 14 2.8 Ảnh chụp hình ‘FW & Extraction Steam’ 38 15 2.9 Ảnh chụp hình ‘Containment’ 39 16 2.10 Ảnh chụp hình ‘RWCU/SDC’ 41 17 3.1 Ảnh chụp hình Plant Overview 100%FP 44 18 3.2 Ảnh chụp hình Power/Flow xảy tuốc-bin trip 48 19 3.3 Ảnh chụp hình cố Hao hụt nước cấp 54 20 3.4 Ảnh chụp hình cố Vơ ý khởi xướng ICS 56 21 3.5 Ảnh chụp hình cố Vơ ý mở van nhánh phụ 57 22 3.6 23 3.7 24 3.8 Ảnh chụp hình cố Giảm lưu lượng nước SB&PC Ảnh chụp hình cố Tăng lưu lượng nước SB&PC Ảnh chụp hình cố Hỏng thiết bị truyển áp suất Trang 60 62 64 viii 25 3.9 Ảnh chụp hình cố Van SRV bị hỏng nên mở 65 26 3.10 Ảnh chụp hình cố Van nước cấp bị hỏng nên mở 67 27 3.11 28 3.12 29 3.13 30 3.14 Ảnh chụp hình cố Vơ ý lập lò phản ứng 74 31 3.15 Ảnh chụp hình cố Thiếu hụt làm nóng nước cấp 77 32 3.16 33 3.17 Ảnh chụp hình cố Nứt/gãy đường ống nước 80 34 3.18 Ảnh chụp hình cố Nứt/gãy đường ống nước cấp 81 35 3.19 Ảnh chụp hình cố Đáy thùng lò bị vỡ/nứt 83 36 3.20 Ảnh chụp hình cố Mất tải tuốc-bin/máy phát 85 37 PL.1 Giản đồ mơ hình lõi lò 91 38 PL.2 Mơ hình nút (node) lõi lò phản ứng 92 39 PL.3 Hệ thống kiểm soát điều khiển 100 Ảnh chụp hình cố Tuốc-bin trip van BP khơng mở Ảnh chụp hình cố Vơ ý rút nhóm điều khiển Ảnh chụp hình cố Vơ ý đưa vào nhóm điều khiển Ảnh chụp hình cố Thiếu hụt chân không ngưng tụ 69 70 72 78 Trong trường hợp không mong muốn cố bên DW chẳng hạn nứt/gãy đường ống nước cấp, nứt/gãy đường ống nước, nứt/gãy phía lò phản ứng vết nứt gây áp suất cao DW, điều mà tạo tín hiệu cố LOCA Trình tự kiện xảy phát tín hiệu LOCA: Lò phản ứng bị dừng khẩn cấp bị lập Việc đóng MSIV khởi xướng hoạt động hệ thống ICS Hỗn hợp khí nước từ cố LOCA DW vào bể khử nhiệt Khi mực nước giảm xuống tới mức L1.5 (13m) hệ thống ADS kích hoạt để mở van SRV DPV để giảm áp suất lò phản ứng Hệ thống SLCS cung cấp nguồn dự trữ chất lỏng thêm cho lò phản ứng trường hợp kích hoạt DPV Một áp suất lò phản ứng giảm đến gần áp suất nhà lò, hệ thống GDCS cung cấp lưu lượng làm mát vào thùng lò nhờ trọng lực Tuy nhiên chương trình mơ tồn vài nhược điểm như: Phần mềm mơ chạy hệ điều hành Windows XP hệ điều hành trước Điều gây bất tiện cho người sử dụng hệ điều hành dùng đến Hệ mơ phù hợp với hình máy tính có kích thước 15 inch trở lên Người sử dụng chạy cố chương trình mơ quy định sẵn (có tất 18 cố) Do hệ mơ hình thành lý thuyết (chưa có hoạt động thực tế từ nhà máy điện hạt nhân để kiểm chứng) nên phù hợp để nghiên cứu lý thuyết dùng giáo dục, giảng dạy Kiến nghị: Do lò phản ứng ESBWR chưa xây dựng thực tế cần nghiên cứu nhiều hệ thống an toàn thụ động để bổ sung hồn chỉnh kiến thức loại lò phản ứng 88 Có thể thực so sánh hệ mô với hệ mô khác Nếu có điều kiện tìm hiểu sâu so sánh hệ mơ với lò phản ứng thực tế Cần nghiên cứu thêm hệ thống an toàn thụ động dành cho loại lò phản ứng khác Tiếp tục tìm hiểu thêm hệ mô trường hợp vận hành khác 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngơ Quang Huy (2004), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh [2] Dr M Hadid Subki (2011), Current Reactor Technology and Advanced Reactor Development, IAEA, Trieste, Italy [3] General Electric (2006), The ESBWR Plant General Description, GE Brochure [4] International Atomic Energy Agency (1996), Technical feasibility and reliability of passive safety systems for nuclear power palnts (Proceedings of an Advisory Group meeting held in Julien, Germany, 21-24 November 1994), Austria [5] International Atomic Energy Agency (2002), Natural circulation data and methods for advanced water cooled nuclear power plant designs (Proceedings of a technical committee meeting held in Vienna, 18-21 July 2000), Austria [6] International Atomic Energy Agency (2006), Boiling water reactor simulator, Bucharest, Romania [7] International Atomic Energy Agency (2009), Boiling water reactor simulator with passive safety systems, Austria [8] International Atomic Energy Agency (2009), Passive safety systems and natural circulation in water cooled nuclear power plants, Austria [9] Mark J Harper (2012), Advanced reactor technology development for near term deployment, Nuclear Energy Management SchoolTokai Mura, Japan [10] http://www.roymech.co.uk/Related/Valves.html [11] https://canteach.candu.org/Content%20Library/20042407.pdf 90 PHỤ LỤC MÔ TẢ MÔ HÌNH HỆ MƠ PHỎNG PASSIVE BWR [7] Mơ hình Passive BWR bao gồm: Mơ hình hóa q trình dựa phép tính xấp xỉ thơng số tập trung phân bố để xem xét đến: Khoa học neutron lò phản ứng khơng gian chiều; Các q trình nhiệt-thủy lực tuần hồn tự nhiên lõi lò; Mơ hình hệ thống ECC thụ động; Các mơ hình phần lại nhà máy; Mơ hình hóa logic đơn giản cho hệ thống điều khiển hệ thống cung cấp nước hạt nhân (Nuclear Steam Supply System) hệ thống phần lại nhà máy (BOP) Mơ hình tốn học – hệ thống cung cấp nước hạt nhân (NSSS): Hình PL.1 Giản đồ mơ hình lõi lò Hình giản đồ mơ hình lõi lò nơi mà xếp tính tốn mơ hình lõi lò thể Thùng lò chia thành nút (ơ mạng) Hai số đó, mái vòm thùng lò đường nước xuống (downcomer), tích biến thiên theo mực nước thùng lò Ba nút tích cố định vùng khơng gian bên (lower plenum); vùng không gian bên (upper plenum) thiết bị tách hơi; lõi lò ống khí Chi tiết cho mơ hình lõi lò sau: 91 Lõi lò chia nhỏ thành bốn góc phần tư theo bán kính Mỗi góc phần tư có ba mức theo trục thẳng đứng: khu vực lõi lò phía dưới, lõi lò lõi lò phía trên; từ tạo thành 12 nút lò phản ứng Mơ hình T-H có tám kênh lưu lượng tập trung với hai kênh nằm góc phần tư lõi lò Mỗi kênh lưu lượng có lượng nhiên liệu tập trung, lượng chất làm mát tập trung tham số trung gian riêng từ nút lò theo trục thẳng đứng, mơ hình mái vòm thùng lò đường nước xuống Các thơng số T-H tính tốn theo chiều dài thẳng đứng kênh: nhiệt độ nhiên liệu; nhiệt độ chất làm mát; tỉ lệ bọt khí, cung cấp thơng tin đầu vào cho mơ hình nút lò theo trục thẳng đứng lưu ý Sự phân bố độ phản ứng điều khiển từ nhóm điều khiển 12 nút phụ thuộc vào vị trí điều khiển Mơ hình cơng suất lò phản ứng: Hình PL.2 Mơ hình nút (node) lõi lò phản ứng Mơ hình neutron lò phản ứng cho hệ mơ Passive BWR mơ hình lò phản ứng động học không gian chiều sử dụng phương pháp tiếp cận nút dựa thuyết động học Avery Lõi lò phản ứng chia thành nút theo bán kính theo trục thẳng đứng Thơng thường việc cân nhắc lựa chọn nút dựa độ 92 xác đối xứng lõi lò u cầu mơ tả việc phân bố thông lượng neutron thời gian thực mơ hình động học nút Đối với hệ mơ này, lõi lò passive BWR chia thành 12 nút: nút phần lõi lò, nút phần lõi lò nút lõi lò phía Mỗi nút thể phần tư tiết diện lõi lò vùng phía trên, phía Các chi tiết mơ hình hóa mơ hình động học khơng gian chiều cho lõi lò passive BWR thảo luận sau: a) 12 mơ hình động học điểm sử dụng tương ứng để mơ 12 nút lò bên lõi hình b) Mỗi nút lò mơ hình động học điểm, mà việc tính tốn cơng suất neutron dựa nhóm neutron trễ khác Độ phản ứng thực nút dựa cân hiệu ứng hồi tiếp độ phản ứng so với độ phản ứng thiết bị điều khiển Các hiệu ứng hồi tiếp độ phản ứng bao gồm: độ phản ứng nhiên liệu theo nút; độ phản ứng tỉ lệ bọt khí nút đó, độ phản ứng xenon theo nút, nhiệt độ nhiên liệu nút, nhiệt độ chất làm chậm nút, hiệu ứng kết cặp độ phản ứng theo nút Độ phản ứng thiết bị điều khiển bao gồm: giá trị độ phản ứng điều khiển vị trí nút lò nói đến, hiệu ứng độ phản ứng nút thiết bị dừng an toàn áp dụng c) 12 nút lò phản ứng kết cặp với hiệu ứng kết cặp độ phản ứng theo nút Vì thế, độ phản ứng điều khiển cục thay đổi việc di chuyển điều khiển chọn gần nút đề cập đến cơng suất neutron nút thay đổi Sự thay đổi cơng suất neutron nút hay gọi gradient thông lượng nút tạo hiệu ứng kết cặp lên độ phản ứng nút kế cận Hiệu ứng định lượng hệ số biết đến “hệ số kết cặp” định nghĩa xác suất neutron sinh nút j (nút xét đến) tạo neutron phân hạch nút i (các nút kế cận) hệ 93 Mơ hình nhiên liệu: Mặt cắt ngang viên nhiên liệu bọc kín lớp phủ nhiên liệu kim loại Chất làm mát lò nhận nhiệt từ lớp phủ nhiên liệu Đối với nhiên liệu lò phản ứng, nhiệt độ phần cốt lõi nhiên liệu nhiệt độ lớp phủ nhiên liệu cho công thức: C1 dT1 T1 T2 Qn dt R1 C2 dT2 T1 T2 T2 Tc dt R1 R2 Trong đó: Q n = nhiệt hạt nhân nhiên liệu C1 r12c p11 = suất nhiệt viên nhiên liệu C2 2 r2 r c p 2 = suất nhiệt lớp phủ R1 1 = khả cản nhiệt UO2 khoảng trống 4 k1 2 r1hg k1 = hệ số dẫn nhiệt UO2 hg = hệ số dẫn nhiệt khoảng trống T1 = nhiệt độ trung bình viên nhiên liệu T2 = nhiệt độ trung bình lớp phủ Tc = nhiệt độ trung bình chất làm mát R2 1/ 2 r2 h = khả cản nhiệt lớp phủ chất làm mát, với h hệ số dẫn nhiệt lớp phủ chất làm mát r2 bán kính ngồi viên nhiên liệu gồm lớp phủ Mơ hình nhiệt phân rã: Sự phân rã tích tụ sản phẩm phân hạch nhà máy BWR hoạt động tạo nguồn lượng phân rã lõi lò sau 94 phản ứng dây chuyền dập tắt neutron trễ biến mất, trường hợp sau hãm lò Có số lượng lớn đồng vị sản phẩm phân hạch góp phần vào nguồn nhiệt phân rã khó để mơ hình hóa nguồn phân rã riêng lẻ Tuy nhiên, từ liệu đo đạt, công thức thực nghiệm xây dựng để phù hợp với nguồn phân rã sau hãm lò: Sự tính tốn nhiệt phân rã cho lò phản ứng giả thiết tồn nhóm sản phẩm phân rã riêng biệt, nhóm có số thời gian phân rã khác P N FLUX i * N FLUX Di i 1 dDi i * i * N FLUX Di dt Trong đó: P = công suất nhiệt phát từ nhiên liệu N FLUX = thông lượng neutron Di = nồng độ sản phẩm phân hạch cho nhóm phân rã thứ i i = tỉ lệ sản phẩm phân hạch cho nhóm phân rã thứ i i = số thời gian phân rã cho nhóm phân rã i Sự tính tốn nhiệt phân rã sử dụng, với thông tin đầu vào – cơng suất lò P, moduel “Sự truyền nhiệt nhiên liệu cho chất làm mát” để tính tốn nhiệt độ nhiên liệu nhiệt độ chất làm mát tương ứng lõi lò Mơ hình mái vòm thùng lò: Mái vòm thùng lò mơ hình hóa khơng gian có hai vùng, vùng chất lỏng vùng Hai vùng đảm bảo áp suất khơng cần thiết có nhiệt độ Mơ hình động học sử dụng để thu áp suất mái vòm thùng lò dựa cân khối lượng lượng: dP dt f g W jf (h jf h f ) g W jg W jg (h jg hg ) h h j j f g p p j Q Q^ Q Q^ f W jf j Trong đó: 95 f f Q m f f h f p p h f g g Q ^ mg g hg p p hg W jf W jg tốc độ lưu lượng khối lượng vào vùng chất lỏng hơi, cách tương ứng h jf h jg enthalpy chất lỏng vào vùng chất lỏng hơi, cách tương ứng Khối lượng chất lỏng, khối lượng hơi, enthalpy chất lỏng enthalpy cho phương trình cân sau đây: dm f dt dmg dt dh f dt dhg dt W jf j W jg j mf W jf (h jf h f ) f dp dt mg W jg (h jg hg ) g dp dt jf jg Các lưu lượng bốc nhanh ngưng tụ cho bởi: W flash dm f h f h fsat h f h fsat dt hgsat h fsat Wcond dmg hgsat hg hgsat hg dt hgsat h fsat Mật độ nhiệt độ downcomer tính tốn phụ thuộc hàm với áp suất enthalpy chất lỏng, xác định hàm dạng bảng nước Mực nước thùng lò tính tốn hàm thể tích chất lỏng, thể tích chất lỏng cho bởi: V f 96 mf f Vòng tuần hồn tự nhiên: Sự cân cột áp trọng lực có hiệu lực giảm áp suất vòng lặp tổng cộng thu nhờ lấy tích phân cân động lượng dẫn đến mơ hình cho tuần hồn tự nhiên Mơ hình tuần hoàn tự nhiên bao gồm độ giảm áp suất dòng chảy từ đường nước xuống (downcomer), khoảng đầy bên bên trên, lõi lò phản ứng thiết bị tách để thu cân động lượng sau đây: dWcirc dt n li A i 1 i Wsep W c ir c K psn K sep pcore pgravity dw sep Trong đó: n li A i 1 số hạng quán tính i dw mật độ downcomer sep mật độ thiết bị tách nước Wsep khối lượng dòng qua thiết bị tách nước K psn hệ số tổn thất giá đỡ lõi lò K sep hệ số tổn thất thiết bị tách pcore độ giảm áp suất lõi lò pgravity độ giảm áp suất trọng lực Độ giảm áp suất tổng cộng lõi lò tổng thành phần ma sát, gia tốc trọng lực Lưu lượng nước cấp: Lưu lượng nước cấp xác định từ vị trí van điều khiển độ chênh lệch áp suất khoảng đầy bên thùng lò hệ thống nước cấp/phần ngưng tụ: dw fw dt ( Pc Pfw Pc PD ) c Z c fw Z fw c Z cc ( K c K fw K fww )Wfw 97 Trong đó: Pc = áp suất ngưng tụ Pfw = áp suất bơm nước cấp Pc = áp suất bơm ngưng tụ PD = áp suất khoảng đầy bên lò phản ứng K c = hệ số tổn thất lưu lượng phần ngưng tụ K fw = hệ số tổn thất lưu lượng nước cấp K fww = hệ số tổn thất van điều khiển nước cấp c = mật độ phần ngưng tụ fw = mật độ nước cấp Z c = độ cao nung nóng nước cấp nung nóng sản phẩm ngưng tụ Z fw = độ cao phát nước nung nóng nước cấp Z cc = độ cao ngưng tụ Enthalpy nước cấp thu từ độ trễ thời gian nung nóng nước cấp phát nước dh fw dt h fwh h fw Trong đó: h fw = enthalpy nước cấp phát nước h fwh = enthalpy nước cấp nung nóng nước cấp, mà thu từ cân nhiệt nước xuất từ tuốc-bin cho việc nung nóng nước cấp nước cấp Hệ thống nước chính: Mơ hình hệ thống nước bao gồm hệ thống đường ống nước từ ống gom phát nước, van cô lập đường nước (MSIV), van khóa tuốc-bin, van điều khiển tuốc-bin van thoát nước ngưng tụ 98 Trạng thái nhiệt động lực học hệ thống nước bị chi phối bảo toàn lượng khối lượng: dM h WDOME (WT WD WB ) dt Trong đó: M h = khối lượng nước tổng cộng hệ thống WDOME = lưu lượng nước từ mái vòm lò phản ứng tới góp nước WT = tốc độ lưu lượng qua van điều khiển tuốc-bin WD = tốc độ lưu lượng qua van thoát nước WB = tốc độ lưu lượng qua vết nứt/gãy đường ống nước Thể tích riêng nội riêng cho bởi: vh Vh Mh uh Uh Mh Áp suất nước xác định từ phương trình trạng thái: P f (vh , uh ) Lưu lượng mái vòm lò phản ứng hệ thống nước có công thức sau: PDOME Ph KV 1WW 1WW K NZ 2 h AV h ANZ Trong đó: PDOME = áp suất mái vòm lò phản ứng Ph = áp suất nước KV = hệ số tổn thất van cô lập đường nước K NZ = hệ số tổn thất hạn chế lưu lượng W = tốc độ lưu lượng nước AV = tiết diện dòng qua van cô lập tổng cộng ANZ = tiết diện vách ngăn hạn chế lưu lượng h = mật độ nước 99 Mơ hình logic dành cho hệ thống điều khiển hệ thống bảo vệ: Các hệ thống điều khiển khả dụng hệ mô bao gồm hệ thống mô tả mục “Passive BWR Control Loops” Trong mục này, mơ tả mơ hình ngắn gọn đưa dành cho hệ thống sau đây: 9.1 Hệ thống kiểm soát điều khiển Hệ thống kiểm soát điều khiển hệ thống điều khiển công suất lò phản ứng phác họa sơ đồ khối đơn giản sau đây: Hình PL.3 Hệ thống kiểm sốt điều khiển Cơng suất lò phản ứng cuối (công suất mục tiêu) PTAR chọn liệu nhập vào người vận hành so sánh với cơng suất lò phản ứng thời, có nhờ máy dò thơng lượng đo đạc nhiệt độ lõi lò Tín hiệu độ lệch công suất, PERR PACT PTAR gởi đến thiết bị kiểm soát điều khiển Đáp lại tín hiệu độ lệch cơng suất, hệ thống dẫn động điều khiển điều chỉnh vị trí điều khiển bên lõi lò theo biểu đồ Cơng suất/Lưu lượng Sự giải thích đơn giản logic điều khiển điều khiển là: Các điều khiển di chuyển đưa vào (“in”) hay đưa (“out”) cách tự động điều khiển cơng suất lò phản ứng, CHỈ KHI giá trị tuyệt đối độ lệch công suất, ABS ( PERR ) , lớn deadband định 100 9.2 Hệ thống điều khiển áp suất lò phản ứng Áp suất lò phản ứng điều khiển cách tự động để giữ cố định Xem mô tả chi tiết mục “Passive BWR Control Loops” 9.3 Hệ thống điều khiển mực nước lò phản ứng: Sự điều khiển mực nước lò phản ứng đạt thơng qua việc sử dụng điều khiển “3 phần tử” Bộ điều khiển mực nước điều khiển tái thiết lập PI (PI reset controller) điều chỉnh để tạo hầu hết hành động tích hợp tín hiệu theo tỉ lệ nhỏ để vi chỉnh lưu lượng nước cấp Bộ điều khiển có cơng thức phương trình sau: M L KCL *(eL (1/ ) eL dt ) Trong đó: ML = tín hiệu điều khiển mực nước lò phản ứng đến van điều khiển KCL = độ tăng/độ khuếch đại tỉ lệ eL = độ lệch mực nước lò phản ứng = số thời gian tái thiết lập Bộ điều khiển lưu lượng nước cấp/lưu lượng nước điều khiển PI điều chỉnh để tạo hầu hết hành động tỉ lệ M FS KCF *(eFS (1/ ) eFS dt ) Trong đó: MFS = tín hiệu điều khiển lưu lượng lò phản ứng đến van điều khiển KCF = độ khuếch đại tỉ lệ eFS = độ lệch lưu lượng = lưu lượng nước – lưu lượng nước cấp = số thời gian tái thiết lập Sau so sánh lưu lượng nước với lưu lượng nước cấp hiệu chỉnh cho mực nước, điều khiển ba phần tử phát tín hiệu điều khiển tổng cộng M = ML + MFS để điều khiển vị trí van điều khiển nước cấp, điều mà cuối tạo tốc độ lưu lượng nước cấp điều chỉnh tới máy phát nước 101 9.4 Hệ thống điều khiển công suất tuốc-bin Hệ thống điều khiển công suất tuốc-bin bao hàm hệ thống điều khiển điều tốc tuốc-bin, mà điều chỉnh lưu lượng nước qua tuốc-bin để đáp ứng tải mục tiêu cách điều khiển độ mở van điều tốc tuốc-bin Trong trình hoạt động bình thường, việc điều khiển áp suất lò phản ứng giữ cho áp suất đầu vào tuốc-bin không đổi cách điều chỉnh độ mở bánh “bộ tăng tốc tuốc-bin” (“turbine speeder” gear), việc điều khiển độ mở van điều tốc Nếu tốc độ máy phát tăng bỏ tải đột ngột máy phát phận điều khiển tốc độ hệ thống điều tốc tuốc-bin lấy quyền kiểm soát điều khiển áp suất lò phản ứng (RPC) đóng van điều tốc tuốc-bin Các trường hợp vượt quyền tương tự áp dụng cho tình trạng bất bình thường tuốc-bin tuốc-bin “runback” tuốc-bin “trip” 9.5 Hệ thống điều khiển nhánh phụ nước tuốc-bin Áp suất lò phản ứng trì giá trị khơng đổi cân xác định cân nhiệt lưu lượng vào lõi lò phản ứng lượng tiêu thụ nước tuốc-bin Trong trường hợp có giảm tải tuốc-bin đột ngột, ví dụ bỏ tải hay tuốc-bin “trip”, hệ thống nhánh phụ nước tự động cung cấp để đưa nước tới ngưng tụ, áp suất lò phản ứng vượt giá trị cài đặt xác định trước 9.6 Hệ thống bảo vệ Hãm lò phản ứng: Khóa điều khiển: Nhập vào điều khiển: Van cô lập đường nước (MSIV) bị đóng – lò phản ứng bị lập Kích hoạt ngưng tụ lập (IC): Phun vào làm mát lõi lò khẩn cấp thụ động (Passive ECC Injection) 102 ... CĨ HỆ THỐNG AN TỒN THỤ ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển lò phản ứng nước sôi (BWR) 1.2 Hệ thống an toàn thụ động nhà máy điện hạt nhân 1.2.1 Sự phát triển thiết kế hệ thống an toàn. .. với lò phản ứng hệ cũ sử dụng hệ thống an toàn chủ động (sử dụng hệ thống bơm hoạt động nhờ điện năng), lò phản ứng hệ III III+ đánh giá cao tính an tồn nhờ bổ sung hệ thống an toàn thụ động. .. để dừng lò phản ứng trường hợp cố xảy (là đặc tính hệ thống an toàn chủ động) 1.2.3 Ưu điểm hệ thống an toàn thụ động so với hệ thống an toàn chủ động Đơn giản Nhìn chung hệ thống thụ động, chất