Luận văn Mô hình và phân tích sự cố vỡ ống bình sinh hơi lò VVER-1000

Nội dung tài liệu: Luận văn Mô hình và phân tích sự cố vỡ ống bình sinh hơi lò VVER-1000

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN THỊ CẨM NHUNG MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ VỠ ỐNG BÌNH SINH HƠI LÒ VVER-1000 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN THỊ CẨM NHUNG MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ VỠ ỐNG BÌNH SINH HƠI LÒ VVER-1000 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao Mã số: 06440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ CHÍ DŨNG Hà Nội – 2013
3. Lời cảm ơn Luận văn này là kết quả của quá trình học tập tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội và quá trình tham gia thực tập làm khóa luận của bản thân tại Cục An toàn bức xạ và hạt nhân trong suốt thời gian qua. Với tình cảm chân thành, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy lớp chuyên ngành Vật lý hạt nhân nguyên tử và năng lượng cao, khóa 2011-2013, khoa Vật Lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHGQHN, Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Chí Dũng - Phó Cục trưởng Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức chuyên ngành, những kinh nghiệm vô cùng quý báu trong nghiên cứu khoa học giúp em thực hiện và hoàn thành luận văn trong thời gian vừa qua. Em cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Phòng An toàn hạt nhân, cảm ơn thạc sĩ Nguyễn Hoàng Anh chuyên viên Phòng An toàn hạt nhân- Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã nhiệt tình chỉ bảo và hướng dẫn cho em rất nhiều kiến thức bổ ích về an toàn hạt nhân trong suốt quá trình nghiên cứu luận văn này. Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được nhận những ý kiến đóng góp bổ sung của quý thầy cô. Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Học viên Nguyễn Thị Cẩm Nhung
4. MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC THUẬT NGỮ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 7 CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT ............................ 8 1.1. Mô hình thủy động hỗn hợp hai thành phần .................................... 8 1.2. Mô hình dẫn nhiệt một chiều ...................................................... 12 1.3. Kết luận .................................................................................. 12 CHƢƠNG 2: LÒ PHẢN ỨNG VVER-1000 VÀ SỰ CỐ VỠ ỐNG BÌNH SINH HƠI ....................................................................................................... 13 2.1. Lò phản ứng VVER-1000 .......................................................... 13 2.2 Tổng quan về sự cố vỡ ống bình sinh hơi ...................................... 21 2.3 Lựa chọn điều kiện ban đầu và sự kiện khởi phát cho phân tích sự cố vỡ ống bình sinh hơi .......................................................................... 24 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5............................................................................................................. 26 3.1. Tổng quan về chương trình RELAP5 ........................................... 26 3.2. Cấu trúc của chương trình RELAP5 ............................................ 27 3.3. Cách chạy chương trình RELAP5 ............................................... 45 CHƢƠNG IV: PHÂN TÍCH SỰ CỐ VỠ ỐNG BÌNH SINH HƠI SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH RELAP5 ......................................................................... 46 4.1. Mô phỏng bình sinh hơi bằng RELAP5 ........................................ 46 4.2. Phân tích sự cố vỡ ống bình sinh hơi ........................................... 53 KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ .......................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 61 PHỤ LỤC........................................................................................................ 64 1
5. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT APS- Auto Pressure System: Hệ thống áp suất tự động ECCS- Emergency Core Cooling System: Hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp HPI- Hight Pressure Injection: Tiêm cao áp LOCA-Loss of Coolant Accident: Sự cố mất chất tải nhiệt SGTR- Steam Generator Tube Rupture: Vỡ ống bình sinh hơi PORV- Power operated relief valves: Van an toàn hoạt động bằng công suất 2
6. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Một số thông số vận hành bình thường của bình sinh hơi ................ 15 Bảng 2.2: Các thông số hình học của bình sinh hơi .......................................... 16 Bảng 2.3: Dữ liệu về bó ống ............................................................................ 17 Bảng 2.4: Các thông số của lò phản ứng trong điều kiện hoạt động bình thường ............................................................................................................. 23 Bảng 3.1: Định dạng thẻ trong RELAP5 ......................................................... .29 Bảng 3.2: Các card input cho các thành phần thủy động ................................. 34 Bảng 3.3: Các card input cho cấu trúc nhiệt .................................................... 39 Bảng 4.1: Vòng sơ cấp bình sinh hơi ................................................................ 46 Bảng 4.2: Vòng thứ cấp bình sinh hơi .............................................................. 48 3
7. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Mô hình hoạt động nhà máy điện hạt nhân VVER-1000/AES ........... 13 Hình 2.2: Mô tả tổng quan bình sinh hơi lò VVER-1000 .................................. 14 Hình 2.3: Mặt cắt dọc bình sinh hơi ................................................................. 15 Hình 2.4: Vị trí thường bị ăn mòn mạnh của ống chữ U bình sinh hơi ............ 22 Hình 3.1: Cấu trúc chương trình RELAP5........................................................ 26 Hình 3.2: Cách chia mắt lưới trong cấu trúc nhiệt ........................................... 39 Hình 4.1: Sơ đồ nút hóa bình sinh hơi VVER-1000 bằng RELAP5 ................... 49 Hình 4.2: Khối điều khiển van cô lập bình sinh hơi .......................................... 50 Hình 4.3: Khối điều khiển bơm cấp nước làm mát ............................................ 50 Hình 4.4: Khối điều khiển hệ thống tiêm nước cấp cao áp ............................... 51 Hình 4.5: Khối điều khiển hệ thống tiêm nước cấp thấp áp .............................. 51 Hình 4.6: Khối điều khiển van điều khiển đường hơi chính .............................. 51 Hình 4.7: Khối điều khiển van xả đường hơi chính........................................... 52 Hình 4.8: Lưu lượng dòng qua vết vỡ ............................................................... 53 Hình 4.9: Áp suất vòng sơ cấp .......................................................................... 54 Hình 4.10: Công suất lò phản ứng.................................................................... 54 Hình 4.11: Lưu lượng dòng qua các bơm nước cấp .......................................... 55 Hình 4.12: Lưu lượng đường hơi chính sau khi xảy ra sự cố ............................ 56 Hình 4.13: Áp suất bình sinh hơi ở bình xảy ra vỡ ống và bình nguyên vẹn...... 57 Hình 4.14: Lưu lượng nước cấp bởi hệ thống tiêm nước cao áp ....................... 58 Hình 4.15: Nhiệt độ tại tâm và bề mặt vỏ thanh nhiên liệu ............................... 59 4
8. DANH MỤC THUẬT NGỮ VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN Thuật ngữ Thuật ngữ Giải thích thuật ngữ tiếng Anh tiếng Việt Một trong 3 thành phần của hệ thống bơm Accumulator Bình nước dự trữ nước làm mát vùng hoạt khẩn cấp Kênh dẫn nước từ bình sinh hơi đến Cold leg Kênh lạnh khoang lưu hồi Vách ngăn vùng Vách ngăn vùng hoạt với khoang lưu hồi Core barrel hoạt Dòng đi trong các ống dẫn của các bó nhiên liệu, các khe hở của vành phản Dòng đi tắt qua Core bypass xạ, không tiếp xúc với vỏ thanh nhiên vùng hoạt 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 Khoang nằm giữa vỏ thùng lò và vách Downcomer Khoang lưu hồi ngăn vùng hoạt Kênh dẫn nước từ khoang trên vùng hoạt Hot leg Kênh nóng đến bình sinh hơi Phần ống chữ U Phần ống giữa khoang lối ra của bình sinh Loop seal của kênh làm mát hơi và bơm của vòng sơ cấp Lower Khoang dưới Khoang phía dưới vùng hoạt, dẫn nước plenum vùng hoạt mát từ khoang lưu hồi vào vùng hoạt Pressurizer Bình điều áp Bình điều chỉnh áp suất vòng sơ cấp 5
9. MỞ ĐẦU Căn cứ nhu cầu điện năng phục vụ cho phát triển kinh tế- xã hội, năm 2009 Quốc hội đã thông qua việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên dự kiến tại Ninh Thuận vào năm 2014, nhằm đối phó với tình trạng thiếu hụt nguồn năng lượng điện và hiện tượng nóng lên của trái đất trong tương lai. Loại công nghệ dự kiến cho nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở nước ta là loại lò VVER-1000 của Liên bang Nga. Nguyên lý loại công nghệ lò này cũng tương tự như loại công nghệ lò nước áp lực PWR được sử dụng phổ biến ở các nước châu Âu, Mỹ và Nhật Điểm khác biệt chính giữa 2 loại công nghệ này nằm ở bình sinh hơi. Với loại lò VVER-1000 thì bình sinh hơi nằm ngang, còn với loại lò PWR thì bình sinh hơi là thẳng đứng. Từ trước tới nay, để đảm bảo độ an toàn hạt nhân cho các nhà máy điện hạt nhân trước khi vận hành, các nước châu Âu hoặc Mỹ đều xây dựng các chương trình thủy nhiệt mô phỏng các tai nạn có thể xảy ra trong hệ thống của lò PWR có bình sinh hơi thẳng đứng và dùng để xây dựng các tiêu chí an toàn cho nhà máy điện sử dụng loại công nghệ này, ví dụ như: chương trình RELAP5 của Mỹ, CATHARE2 của Pháp, Do đó, trong thời gian gần đây việc sử dụng các chương trình tính toán thủy nhiệt không phải của nước Nga nhằm kiểm tra và mô phỏng các sự cố, tai nạn đối với bình sinh hơi cho loại công nghệ lò VVER- 1000 đang là vấn đề thời sự. Việc nghiên cứu về các loại sự cố này sẽ giúp cho thẩm định thiết kế an toàn cho đặc trưng của loại bình nằm ngang, cũng như kiểm tra xem loại công nghệ này đáp ứng được bao nhiêu phần trăm các tiêu chuẩn an toàn của châu Âu và Mỹ. Cho tới nay, tại Việt Nam hiện chưa có một đánh giá hoàn chỉnh hay một mô phỏng nào về sự cố vỡ ống trong bình sinh hơi của loại lò VVER-1000. Mục tiêu của Luận văn như sau: - Nâng cao năng lực phân tích sự cố vỡ ống trong bình sinh hơi, góp phần phục vụ cho công việc thẩm định an toàn hạt nhân cho lò phản ứng VVER-1000; - Khai thác và sử dụng chương trình tính toán các thông số thủy nhiệt khi có sự cố vỡ 1 ống trong bình sinh hơi của nhà máy điện hạt nhân. Luận văn tập trung vào các nội dung nghiên cứu như sau: 6
10. - Nghiên cứu tổng quan về sự cố vỡ ống trong bình sinh hơi của lò phản ứng VVER-1000; - Nghiên cứu ảnh hưởng của sự cố vỡ ống trong bình sinh hơi lên các thông số thủy nhiệt của vòng sơ cấp; - Nghiên cứu làm giảm nhẹ hậu quả sự cố vỡ ống trong bình sinh hơi dựa trên hệ thống an toàn thụ động, hệ thống phun phụ trợ và các van tự động của bình điều áp. 7