- 2 LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn thạc sỹ khoa học: Nghiên cứu hiện tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 trong một số điều kiện chuyển tiếp và sự cố, cụ thể là “Mô phỏng và phân tích hiện tƣợng thủy nhiệt trong lò phản ứng VVER-1000 bằng chƣơng trình RELAP5 và COBRA-EN” được hoàn thành tại Bộ môn Kỹ thuật Hàng không và Vũ trụ, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. - Tổng quan về hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER-1000 10 I. - Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 10 II. - Vùng hoạt lò phản ứng 16 2. - Bơm tải nhiệt chính 18 3. - Bình sinh hơi 22 4. - Xây dựng mô hình tính toán 31 I. - Mô hình tính toán trong chương trình RELAP5 32 1. - Sơ đồ node hóa hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 32 2. - Xây dựng kịch bản sự cố suy giảm dòng chất tải nhiệt (LOFA) 32 III. - Mô hình tính toán trong chương trình COBRA-EN 35 1. - Tính toán và phân tích kết quả 38 I. - Tính toán bằng chương trình RELAP5 38 1. - Tính toán bằng chương trình COBRA-EN 50 III. - Lưu lượng giảm tốc của bơm tải nhiệt chính 20 Bảng 1.4. - Các thông số tại trạng thái hoạt động dừng của nhà máy 38 Bảng3.2. - Bố trí các thiết bị chính trong hệ thống tải nhiệt 12 Hình 1.2. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống làm mát lò phản ứng 14 Hình 1.3. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống làm mát lò phản ứng trong sơ đồ tổng thể của nhà máy 14 Hình 1.4. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống tải nhiệt lò phản ứng trong sơ đồ tổng thể nhà chứa lò phản ứng 15 Hình 1.5. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống tải nhiệt lò phản ứng trong sơ đồ tổng thể của nhà chứa lò phản ứng 15 Hình 1.6. - Mặt cắt ngang vùng hoạt lò phản ứng VVER-1000 16 Hình 1.7. - Cấu tạo bơm tải nhiệt chính 21 Hình1.10. - Bình sinh hơi PGV-1000MK với các bộ giá đỡ 25 Hình 1.11. - Sơ đồ node hóa hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 trong chương trình RELAP5 34 Hình 2.3. - Đường coastdown của bơm tải nhiệt chính 40 Hình 3.3. - Nhiệt độ chất tải nhiệt tại lối vào và lối ra vùng hoạt 42 Hình 3.5. - So sánh đường giảm tốc của bơm tải nhiệt chính giữa thiết kế và tính toán 44 Hình 3.7a. - So sánh áp suất tại lối ra vùng hoạt 45 Hình 3.7b. - So sánh áp suất tại lối ra vùng hoạt 46 Hình 3.8a. - So sánh nhiệt độ chất tải nhiệt 47 Hình 3.8b. - So sánh nhiệt độ chất tải nhiệt 48 Hình 3.9. - So sánh mức nước trong bình điều áp 49 Hình 3.10. - So sánh nhiệt độ trung bình tại lối của chất tải nhiệt hướng trục 51 Hình 3.11. - Enthalpy nhiên liệu cực đại và trung bình 52 Hình 3.12. - Diễn biến áp suất vòng sơ cấp của lò phản ứng APR1400 trong sự cố LOFA 53 6 BẢNG ĐỊNH NGHĨA CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt Dnom Nominal Diameter Đường kính danh định ECCS Emergency Core Cooling System Hệ thống làm mát khẩn cấp vùng hoạt lò phản ứng IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan năng lượng nguyên tử IAEA ISI In-Service Inspection Thiết bị kiểm tra trong khi đang vận hành LWR Light Water Reactor Lò phản ứng nước nhẹ MCP Main Coolant Piping Ống chính dẫn chất làm mát NPP Nuclear Power Plant Nhà máy điện hạt nhân PORV Pilot-Operated Relief Valve Van điều khiển xả áp Pz Pressuriser Bình điều áp RCP Reactor Coolant Pump Bơm chất làm mát lò phản ứng RCS Reactor Coolant System Hệ thống làm mát lò phản ứng SG Steam Generator Bình sinh hơi DBA Design Basic Accident Sự cố cơ bản theo thiết kế BDBA Beyond Design Basic Accident Sự cố ngoài thiết kế SBLOCA Small Break Loss of Coolant Accident Sự cố mất chất tải nhiệt do vết vỡ nhỏ LOFA Loss of Flow Accident Sự cố mất dòng chất tải nhiệt 7 BẢNG ĐỊNH NGHĨA CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa. - Nguồn nhiệt thể tích, W/m3 R : Bán kính, m V : Thể tích, m3 D : Đường kính, m k : Hệ số dẫn nhiệt, W/m/K H : Là hệ truyền nhiệt đối lưu, W/m2/K Re : Số Reynolds, Re = G.D/ Pr : Số Prandtl, Pr = CP/k 8 MỞ ĐẦU Nhà máy điện hạt nhân công nghệ lò phản ứng VVER-1000 (Nga) đã chính thức được phê duyệt xây dựng tại Ninh Thuận, Việt Nam, dự kiến xây dựng vào năm 2014 và đưa vào vận hành năm 2020. - Xây dựng đội ngũ nhân lực phục vụ dự án điện hạt nhân là một công việc quan trọng, cần được đặt lên hàng đầu tại mỗi quốc gia xây dựng nhà máy điện hạt nhân. - Đội ngũ cán bộ phân tích an toàn nhà máy điện hạt nhân sẽ góp phần sự làm chủ công nghệ của nhà máy. - Các bài toán thủy nhiệt trong lò phản ứng công suất gần đây đã được nghiên cứu và phân tích bằng các chương trình mô phỏng tại Việt Nam. - Đối với lò phản ứng VVER-1000 thì chưa được nghiên cứu nhiều. - Với những lý do trên, nội dung của luận văn này sẽ thực hiện ‘Nghiên cứu hiện tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 trong một số điều kiện chuyển tiếp và sự cố’ bằng các chương trình tính toán mô phỏng. - Cụ thể là Mô phỏng sự cố mất toàn bộ điện lƣới trong nhà máy điện hạt nhân VVER-1000 bằng chƣơng trình tính toán RELAP5 và COBRA-EN. - Các thông số thủy nhiệt được tính toán, phân tích và so sánh với các số liệu của lò phản ứng VVER-1000/V392 được xây dựng tại nhà máy điện hạt nhân Belene, Bulgari. - Bất kỳ một nhà máy điện hạt nhân nào được cấp phép xây dựng, nó đều có bộ tiêu chí an toàn riêng. - Trong mỗi điều kiện vận hành của nhà máy thì các tiêu chí an toàn là khác nhau nhằm mục đích đảm bảo tính toán an toàn cho toàn bộ nhà máy. - Cụ thể, trong điều kiện vận hành xảy ra sự cố mất toàn bộ điện lưới thì các tiêu chí cho nhà máy điện hạt nhận sử dụng lò phản ứng VVER-1000 cần tuân thủ theo các tiêu chí an toàn sau đây [6. - Chương 1: Tổng quan về hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER-1000 - Chương 2: Xây dựng mô hình tính toán - Chương 3: Tính toán và phân tích kết quả Nội dung của chương 1 sẽ tìm hiểu về hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER-1000. - Các thành phần chính của nhà máy như vùng hoạt, bình sinh hơi, bơm tải nhiệt chính, bình điều áp được mô tả bằng các hình ảnh và số liệu. - Nguyên lý hoạt động và các thông số thủy nhiệt được đề cập tới tại trạng thái hoạt động dừng của nhà máy. - Nội dung của chương 2 là xây dựng mô hình tính toán. - Toàn bộ hệ thống tải nhiệt trong lò phản ứng VVER-1000 được xây dựng bằng chương trình RELAP5/MOD3.3 và mô hình 1/6 vùng hoạt được xây dựng bằng chương trình COBRA-EN. - Các dữ liệu điều kiện biên và điều kiện ban đầu được xây dựng cùng với chuỗi sự kiện xảy ra sự cố mất toàn bộ điện lưới trong nhà máy điện hạt nhân. - Các kết quả tính toán được phân tích và đánh giá an toàn theo các tiêu chí an toàn đối với nhà máy điện hạt nhân dùng lò phản ứng VVER-1000 của Nga. - Tổng quan về hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER-1000 I. - Hệ thống tải nhiệt của lò phản ứng VVER-1000 Hệ thống tải nhiệt sơ cấp (RCS) của lò phản ứng là hệ thống tuần hoàn nước đi qua vùng hoạt và nhận nhiệt, nhiệt lượng được chuyển đến bình sinh hơi với mục đích sinh hơi và phát điện (khái niệm của EUR). - RCS được duy trì làm việc ở một áp suất ổn định trong suốt quá trình vận hành lò phản ứng, do đó nó trở thành một rào chắn phóng xạ trong tất cả các trạng thái vận hành của nhà máy. - Mục tiêu đầu tiên của RCS là đảm dòng chất tải nhiệt phù hợp để có khả năng tải nhiệt từ vùng hoạt trong tất cả các trạng thái vận hành, và cả những trạng thái xảy ra chuyển tiếp hay sự cố theo cơ sở thiết kế (DBA). - Tất cả những mục tiêu nêu trên cần được đáp ứng khi xem xét thiết kế của nhà máy điện hạt nhân. - Những điều khoản thiết kế có thể thay đổi tùy theo loại lò phản ứng, các điều kiện vận hành và vị trí xây dựng nhà máy. - Trong phần này sẽ mô tả - Khái quát chức năng của hệ thống tải nhiệt trong nhà máy điện hạt nhân - Các thành phần chính và chức năng của chúng: (1) lò phản ứng. - (2) Bình sinh hơi. - (3) Bơm tải nhiệt chính. - Năng lượng phân hạch của nhiên liệu trong vùng hoạt lò phản ứng được sử dụng để gia nhiệt cho chất tải nhiệt trong một vòng tuần hoàn kín: lò phản ứng – bình sinh hơi – bơm tải nhiệt chính – lò phản ứng. - Chất tải nhiệt nhận nhiệt trong lò phản ứng, chuyển nhiệt lượng đó qua các ống trao đổi nhiệt trong bình sinh hơi tới nước ở vòng thứ cấp, sau đó quay trở lại lò phản ứng nhờ bơm tải nhiệt chính. - Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng bao gồm lò phản ứng và 4 nhánh tuần hoàn, mỗi nhánh bao gồm. - Một bình sinh hơi (SG. - Một bơm tải nhiệt chính (MCP. - Đường ống dẫn chính kết nối các thiết bị với lò phản ứng. - Bình sinh hơi là bộ phận kết nối giữa hệ thống tải nhiệt sơ cấp và thứ cấp. - Chất tải nhiệt rò rỉ từ vòng sơ cấp qua vòng thứ cấp có thể xảy ra ở các bộ gia nhiệt và các ống dẫn trao đổi nhiệt 11 nhiệt, vòng tải nhiệt sơ cấp là một vòng tuần hoàn kín và có vai trò như một rào chắn phóng xạ từ vùng hoạt tới vòng thứ cấp cũng như môi trường trong nhà chứa lò phản ứng. - Hệ thống tăng áp và xả áp đáp ứng đầy đủ các chức năng liên quan đến áp suất trong vòng sơ cấp, duy trì trạng thái ổn định và những thăng giáng luôn nằm trong giới hạn của các điều kiện chuyển tiếp và sự cố. - Hệ thống điều chỉnh áp suất bao gồm. - Một bình điều áp - Ba van xả điều chỉnh trong quá trình vận hành - Bình xả áp - Ống dẫn từ chân nóng đến đáy của bình điều áp - Ống dẫn và van kết nối chân lạnh với phần hơi của bình điều áp Biên áp suất chất tải nhiệt lò phản ứng được giới hạn bởi. - Thiết bị và ống dẫn của hệ thống điều chỉnh áp suất từ các đướng ống dẫn tới các van PORV. - Các ống dẫn của các hệ thống khác nối với thiết bị và ống dẫn của hệ thống RCS cũng như các van cách ly thứ cấp trong suốt quá trình vận hành. - Các thiết bị chính trong nhà máy điện hạt nhân Belene (lò phản ứng, bình sinh hơi, bơm tuần hoàn chính, các ống dẫn và bình điều áp) được mô tả trong các hình vẽ dưới đây. - Vị trí tương đối của các thiết bị trong nhà máy giúp làm mát vùng hoạt trong các chế độ thiết kế cũng như tải nhiệt dư trong trạng thái đối lưu tự nhiên. - Hệ thống làm mát lò phản ứng được nối với các hệ thống dưới đây. - Hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp (ECCS. - Hệ thống tiêm boron nhanh. - Hệ thống khử khí khẩn cấp. - Hệ thống tải nhiệt thụ động. - 12 - Hệ thống tiêm boron khẩn cấp áp suất cao. - Hệ thống tiêm boron khẩn cấp. - Các thông số kỹ thuật chính của hệ thống làm mát lò phản ứng trong nhà máy Belene được mô tả trong bảng 1.1. - Các đặc trưng kỹ thuật chính Thông số Giá trị Số lượng nhánh tuần hoàn 4 Công suất nhiệt danh định của lò phản ứng, MW 3000 Áp suất chất tải nhiệt ở lối ra lò phản ứng, MPa 15,7+0,3 Áp suất chất tải nhiệt lối vào lò phản ứng*, °C 291+2-5 Nhiệt độ chất tải nhiệt lối ra lò phản ứng*, °C 321+5 Dòng chất tải nhiệt chảy qua lò phản ứng*, m3/h Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính cực đại, W/cm 448 Áp suất lối vào bình sinh hơi trong vòng sơ cấp, tuyệt đối, MPa 6,27+0,10 Nhiệt độ hơi tạo thành, °C 278,5+1,0 Hiệu suất của một bình sinh hơi. - không vượt quá 0,2 Tỉ lệ cháy trung bình của nhiên liệu trong FA (Trong ch trình nhiên liệu cân bằng), MW* day/kgU 55 Nhiệt độ nước cấp khi vận hành bình thường, °C 220+5 Nhiệt độ nước cấp khi không kết nối với hệ thống HPH, °C 164±4 Các thông số thiết kế vòng sơ cấp. - Sai lệch cực đại gây ra do chênh lệch công suất nhiệt tải nhiệt của bình sinh hơi 13 - Connecting piping: Đường ống kết nối. - Main coolant piping: Đường ống chính dẫn chất tải nhiệt. - Reactor: lò phản ứng. - Steam generator: Bình sinh hơi. - Reactor coolant pump: bơm tải nhiệt chính. - Bố trí các thiết bị chính trong hệ thống tải nhiệt [5]. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống làm mát lò phản ứng [5] Hình 1.3. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống làm mát lò phản ứng trong sơ đồ tổng thể của nhà máy [5]. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống tải nhiệt lò phản ứng trong sơ đồ tổng thể nhà chứa lò phản ứng [5] Hình 1.5. - Bố trí các thiết bị trong hệ thống tải nhiệt lò phản ứng trong sơ đồ tổng thể của nhà chứa lò phản ứng [5] 16 II. - Vùng hoạt lò phản ứng Mặt cắt ngang vùng hoạt lò phản ứng VVER-1000 được biểu diễn trong hình 1.6. - Mặt cắt ngang vùng hoạt lò phản ứng VVER-1000
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt