Luận văn Mô phỏng thành công bình điều áp lò AP1000 bằng chương trình tính toán thủy nhiệt RELAP5 tại trạng thái dừng và trạng thái chuyển tiếp khi xảy ra sự cố vô ý mở van an toàn

ẫn nước trực tiếp vào thùng lò IRWRT (In-Containment Refueling Water Storage Tank): Bể trữ nước thay đảo nhiên liệu boong-ke lò. LOCA (Small Loss Of Coolant Accident): Sự cố mất nước làm mát nhỏ PRHR (Passive Residual Heat Removal): Hệ thống tải nhiệt dư thụ động PXS (Passive core Cooling System): Hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động. PWR (Pressurized Water Reactor): Lò phản ứng nước áp lực. RCS (Reactor Cooling System): Hệ thống làm mát lò phản ứng. TMI-2 (ThreeMiles Island – 2): Tổ máy thứ 2 nhà máy điện hạt nhân Three Miles Island. U.S NRC (United States Nuclear Regulatory Commission): Ủy ban pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ MỞ ĐẦU Do nhu cầu điện năng tăng cao, năm 2009, Quốc hội đã phê duyệt chủ trương xây dựng hai nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở nước ta, ở Ninh Thuận, theo công nghệ do Liên bang Nga (gọi là Ninh Thuận 1) và Nhật Bản (gọi là Ninh Thuận 2) đề xuất. Dự kiến công nghệ đề xuất cho Ninh Thuận 2 có thể là AP1000. Vì vậy, Luận văn này đã chọn một nội dung nghiên cứu liên quan đến AP1000. AP1000 là lò phản ứng hạt nhân thuộc loại PWR (lò nước áp lực) của Tập đoàn Westinghouse. Đây là loại lò có nhiều cải tiến theo hướng an toàn thụ động (Advanced Passive) có mức độ an toàn cao. AP1000 có bình điều áp với thể tích gần gấp đôi các loại lò cùng công suất. Nhà máy điện hạt nhân là loại hình sử dụng năng lượng với hiệu suất cao, nhưng khi tai nạn xảy ra thì thiệt hại vô cùng lớn, nên vấn đề an toàn luôn được đặt lên hàng đầu. Bất cứ cải tiến nào cũng yêu cầu phải có sự chú ý nghiên cứu phù hợp. Vì vậy, Luận văn này đề xuất nghiên cứu về bình điều áp và sự cố bình điều áp có thể xảy ra đối với lò phản ứng AP1000. Sự cố được mô phỏng tính toán bằng phần mềm RELAP5 – một phần mềm được sử dụng tương đối phổ cập hiện nay trong tính toán an toàn nhà máy điện hạt nhân nói chung, cũng như được sử dụng để mô phỏng các sự cố giả định đối với các bộ phận, hệ thống của nhà máy điện hạt nhân nói riêng. Do vấn đề an toàn của nhà máy điện hạt nhân được xem xét chủ yếu trên cơ sở phân tích các sự cố giả định của lò phản ứng hạt nhân. Vì vậy, dưới đây, trong luận văn này, tác giả sẽ dùng cụm từ “nhà máy điện hạt nhân AP1000” với cùng ý nghĩa như cụm từ “lò phản ứng hạt nhân AP1000”. CHƯƠNG 1. LÒ PHẢN ỨNG AP1000, BÌNH ĐIỀU ÁP Giới thiệu về lò phản ứng AP1000 Giới thiệu chung Lò phản ứng hạt nhân AP1000 có công suất 1117 MWe, trong luận văn này, tác giả thống nhất gọi tắt là AP1000. Dựa trên 20 năm nghiên cứu và phát triển, AP1000 được xây dựng và cải tiến dựa trên các công nghệ đã có từ các bộ phận đang được sử dụng trong các thiết kế của Westinghouse. Bao gồm bình sinh hơi, bình điều áp, thiết bị điều khiển – đo đạc, nhiên liệu và thùng lò được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và được kiểm chứng qua nhiều năm với độ tin cậy cao khi vận hành, các thành phần chính của AP1000 được giới thiệu ở Hình 1.1 AP1000 thiết kế hướng tới sự an toàn cao và hiệu suất tối ưu. Hệ thống an toàn được thụ động hóa bằng việc sử dụng các lực tự nhiên: Áp suất, trọng lực và đối lưu. Bên cạnh đó các tác động điều hành phức tạp để điều khiển sự an toàn được giảm thiểu. Vùng hoạt AP1000 bao gồm 157 bó nhiên liệu, chiều dài 4.3 m, sắp xếp theo mảng 17´17. Vùng hoạt AP1000 gồm ba lớp xuyên tâm có độ giàu khác nhau; độ giàu của nhiên liệu theo dải từ 2.35 đến 4,8%. Thiết kế một chu kỳ nhiên liệu của vùng hoạt là 18 tháng với yếu tố công suất là 93%, tốc độ trung bình lớp phát ra cao cỡ 60000 MWD/t, các thông số chính của AP1000 Bảng 1.1. Bảng 1.1 Các thông số chính của lò AP1000 Thông số AP1000 Công suất điện, MWe 1117 Công suất nhiệt, MWt 3400 Áp suất vận hành lò phản ứng, MPa 15.5 Nhiệt độ chân nóng, °C (°F) 321 (610) Số bó nhiên liệu 157 Kiểu bó nhiên liệu 17x17 Chiều dài hoạt động thanh nhiên liệu, m (ft) 4.3 (14) Hệ số tuyến tính nhiệt, kw / ft 5.71 Lưu lượng nhiệt thùng lò 10m3/h(103gpm) 68,1 (300) Diện tích bề mặt máy tạo hơi nước, m2(Ft2) 11.600 (125.000) Thể tích bình điều áp, m 3 (Ft 3) 59,5 (2100) Hình 1.1 Nhà máy điện hạt nhân AP1000 Hệ thống tải nhiệt Hệ thống tải nhiệt AP1000 bao gồm hai hệ thống đơn, mỗi hệ thống đơn có một chân nóng và hai chân lạnh, bình sinh hơi, hai máy hơm nước đặt ở chân lạnh của bình sinh hơi và chỉ một bình điều áp cho cả hai hệ thống đơn. Hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động PXS (Passive Core Cooling System) đảm bảo quá trình làm mát vùng hoạt khi xảy ra những sự cố. PXS tải nhiệt dư từ vùng hoạt, bơm nước cấp cứu và giảm áp suất mà không cần dùng một thiết bị tác động nào như máy bơm hay nguồn điện. PXS dùng 3 nguồn nước để làm mát vùng hoạt là bể bù nước vùng hoạt CMT (Core Make-up Tank), bể tích nước cao áp ACC (Accumulators) và bể tích nước thay đảo nhiên liệu IRWST (In-containment Refueling Water Storage Tank). Hệ thống CMT thay thế hệ thống phun an toàn áp suất cao HPSI (High Pressure Safety Injection) của những loại lò phản ứng hạt nhân PWR thông thường. CMT cung cấp nước trộn với axit boric dưới áp suất cao và dẫn dung dịch axitboric theo hai đường song song. CMT được thiết kế để hoạt động dưới mọi áp suất của hệ thống sơ cấp nhờ sự tác động của trọng lực do được đặt cao hơn những đường ống của hệ thống làm mát lò phản ứng RCS. Một đường điều chỉnh áp suất nối chân lạnh với đỉnh của CMT và đường ống ra kết nối phần dưới của CMT qua đường dẫn nước trực tiếp vào thùng lò DVI (Direct Vessel Injection). ACC của AP1000 giống như ACC của những lò phản ứng hạt nhân PWR thông thường. ACC có dạng hình cầu chứa ¾ nước lạnh có axit boric và chịu áp suất nén bởi khí nitơ. Đường ống ra của ACC được kết nối với hệ thống DVI. Một cặp van kiểm tra (check valves) ngăn chặn nước trong ACC khi vận hành bình thường. Khi áp suất giảm xuống dưới áp suất của ACC (cộng với áp suất của van kiểm tra), nước sẽ được đưa vào phần dưới của vùng hoạt - downcomer qua DVI. Hình 1.2 Hệ thống làm mát lò phản ứng AP1000 PXS còn có hệ thống tải nhiệt dư thụ động PRHR (Passive Residual Heat Removal), được thiết kế để tải nhiệt dư của RCS trong quá trình sự cố. PRHR nằm trong IRWST ở chiều cao trên vùng hoạt. Đường ống dẫn vào của PRHR được kết nối với một chân nóng trong khi đó đường ống ra được kết nối với đầu ra của một trong hai bình sinh hơi. Đường ống vào được mở với áp suất như của RCS, đường ống ra thường bị đóng bởi hai van cô lập song song để thỏa mãi tiêu chí “sai hỏng đơn”. Trong quá trình vận hành bình thường, nước trong đường ống của PRHR cân bằng với IRWST. Khi tín hiệu bơm an toàn SI (Safety Injection) được kích hoạt sau một sự cố, những van cô lập trên sẽ mở và do đó nhiệt dư của RCS sẽ được truyền đi theo cơ chế đối lưu tự nhiên. Để gia tăng sự đối lưu tự nhiên, máy bơm sẽ bị ngắt khi tín hiệu SI khởi động. Hệ thống nước làm mát thụ động boong-ke lò PCS (Passive Containment System), tải nhiệt đối lưu tự nhiên qua bể tích nước làm mát boong-ke lò thụ động PCCWST (Passive Containment Cooling Water Storage Tank) bằng trọng lực. Nó tải nhiệt qua hệ thống bồn nhiệt cuối cùng UHS (Ultimate Heat Sink) trong trường hợp áp suất của boong-ke lò gia tăng quá cao. Bình điều áp lò phản ứng AP000 Cấu tạo bình điều áp Bình điều áp của lò phản ứng AP1000 là bộ phận chính của hệ thống kiểm soát áp suất chất làm mát lò phản ứng. Bình điều áp là một thùng hình trụ đứng có đầu trên và đầu dưới hình bán cầu. Trong vận hành bình thường, nước chiếm khoảng một nửa dung tích bình điều áp. Phần nước này được đun nóng đến nhiệt độ bão hòa bằng bộ gia nhiệt trong suốt quá trình vận hành bình thường. Nước và hơi nước trong bình duy trì ở điều kiện bão hòa cân bằng. Hình 1.5 Bình điều áp lò AP1000 Một đầu phun giảm áp, 2 đầu ra van an toàn và van giảm áp được đặt ở đầu trên, bộ gia nhiệt dùng điện được bố trí ở đầu dưới và có thể tháo rời để thay thế. Đầu dưới bao gồm một vòi gắn với đường nối bình điều áp với chân nóng. Trong quá trình co và giãn nở nhiệt hệ thống chất làm mát, dòng chất làm mát đi vào và đi ra khỏi bình điều áp thông qua đường nối này. Cấu tạo bình điều áp lò phản ứng AP1000 được thể hiện qua Hình 1.5. Van an toàn của bình điều áp Hai van an toàn của bình điều áp là loại van tự dẫn động, tải lò xo có chức năng giảm áp. Các van này được đặt ở nắp bình điều áp. Khi áp suất hệ thống vượt quá áp suất phát động của các van này, thì áp suất sẽ được xả vào boong-ke lò. Áp suất phát động của van là 17,23 MPa. Áp suất phát động và khả năng kết hợp của chúng được thiết lập dựa trên nguyên tắc áp suất hệ thống chất làm mát lò phản ứng không được vượt quá giới hạn áp suất tối đa trong điều kiện vận hành mức B - mất tải nhất thời (110% của 17,23MPa). Hình 1.6 Hệ thống giảm áp thụ động trong lò phản ứng AP1000 Kích thước van an toàn của bình điều áp được thiết kế dựa trên phân tích sự cố mất toàn bộ dòng hơi nước đến tua-bin khi lò phản ứng đang vận hành ở công suất 102%. Tốc độ xả của van được yêu cầu ít nhất là bằng tốc độ dòng lớn nhất từ đường ống nối bình điều áp với chân nóng vào bình điều áp trong suốt quá trình chuyển tiếp sự cố này. Hệ thống van giảm áp tự động ADS Một số chức năng của hệ thống làm mát vùng hoạt thụ động của lò AP1000 được thiết kế dựa trên việc giảm áp của hệ thống chất làm mát lò phản ứng. Chức năng này được thực hiện nhờ các van giảm áp thụ động ADS (Automatic Depressurization System). Các van giảm áp tự động gắn với bình điều áp được sắp xếp thành 6 bộ song song, mỗi bộ gồm 2 van nối tiếp mở theo 3 giai đoạn. Khi áp suất hệ thống vượt quá áp suất phát động của các van này, thì hơi nước sẽ được xả vào bể chứa trữ nước tiếp nhiên liệu trong boong-ke lò IRWRT (In-Containment Refueling Water Storage Tank). Ngoài ra, một bộ van giảm áp tự động giai đoạn thứ 4 được nối với mỗi chân nóng của lò phản ứng. Mỗi bộ gồm 2 nhánh song song, mỗi nhánh gồm 2 van đặt nối tiếp nhau. Hơi nước được xả từ các van này trực tiếp ra boong-ke lò. Bảng 1.2 Các thông số thiết kế của bình điều áp Bình điều áp Thể tích (ft3) 2.100 Thể tích nước (ft3) 1.000 Đường kính trong (in.) 90 Chiều cao (in.) 607 Áp suất thiết kế (MPa) 17,23 Nhiệt độ thiết kế (°F) 680 Đường kính đường nối bình điều áp với chân nóng (in) 18 Chiều dày thành đường nối bình điều áp với chân nóng (in) 1,78 Đường kính đường ống phun giảm áp (in) 4 Áp suất van phun giảm áp (bắt đầu mở, MPa) 15,68 Áp suất van phun giảm áp (mở hoàn toàn, MPa) 16,03 Bảng 1.3 Các thông số thiết kế của van an toàn của bình điều áp Số lượng 2 Đường kính đầu van an toàn (in.) 14 Khả năng xả yêu cầu tối thiểu cho mỗi van (lb/h) 750.000 Áp suất thiết lập (MPa) 17,23 ± 0,27 Nhiệt độ thiết kế (0F) 680 Dung dịch Hơi bão hòa CHƯƠNG 2. CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT RELAP5 Giới thiệu về chương trình RELAP5 RELAP5 (Reactor Excursion and Leak Analysis Program) là phần mềm tính toán thủy nhiệt lò phản ứng, cho phép chúng ta phân tích an toàn, thiết kế lò phản ứng hoặc mô phỏng các sự cố trong trạng thái dừng và chuyển tiếp của hệ thống làm mát và vùng hoạt lò phản ứng. RELAP5 được phát triển và chỉnh sửa tại phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Idaho Nationl Engineering Laboratory (INEEL). Tới phiên bản RELAP5/Mod3 được phát triển cùng Ủy ban quy chế năng lượng nguyên tử Hoa Kỳ - U.S Nuclear Regulatory Commission (U.S NRC) và một vài thành viên của ICAP (International Code Assessment and Application Program). Phiên bản RELAP5/Mod3 được dùng phân tích trong Luận văn này ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước. RELAP5 tạo nên từ hệ sáu phương trình cơ bản là phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng cho hai pha nước và hơi/khí trong hệ thống không cân bằng. Trong trường hợp cụ thể, kết hợp với điều kiện biên các phương trình cơ bản được thiết kế để giải quyết các biến số phụ thuộc, trong đó có áp suất (P), nội năng theo pha (Ug, Uf), tỷ lệ khối lượng pha (αg, αf), vận tốc dòng các pha (Vg, Vf), chất lượng hơi (Xn) và nồng độ Boron (ρb). Cấu trúc của chương trình RELAP5 Cấu trúc của chương trình Chương trình RELAP5 có cấu trúc “trên – xuống” và được tổ chức theo dạng mô-đun thể hiện trong Hình 2.1 Hình 2.1 Cấu trúc chương trình RELAP5 Cấu trúc chương trình ở mức cao nhất được chia thành 3 khối: INPUT: Có nhiệm vụ đọc file Input,kiểm tra và xử lý dữ liệu nhập vào (New, Restart, Initialization) STRIP: Trích dữ liệu từ tệp RESTART. TRNCTL: Có nhiệm vụ lựa chọn giải bài toán thủy nhiệt ở chuyển tiếp hay trạng thái dừng. Cấu trúc tệp dữ liệu đầu vào Tệp dữ liệu đầu vào của RELAP5 mô tả toàn bộ các thuộc tính của hệ thống thủy nhiệt cần tính toán. Do đó, trước khi viết tệp dữ liệu đầu vào cần thu thập toàn bộ số liệu và hệ thống thủy nhiệt như: vật liệu trông cấu trúc nhiệt,hệ số dẫn nhiệt của cấu trúc nhiệt,tiết diện dòng chảy của ống dẫn nước, tốc độ bơm của bơm, chi tiết về vùng hoạtCác thẻ trong tệp dữ liệu đầu vào của RELAP5 được tóm tắt trong Bảng 2.1 Bảng 2.1 Định dạng thẻ trong RELAP5 Thẻ Các thành phần được mô tả 1 – 199 Dữ liệu mô tả bài toán 200 – 299 Điều khiển bước thời gian 301- 399 Hiệu chỉnh lỗi nhỏ 407 – 799 hoặc 20600000 – 20620000 Đóng, ngắt 801 – 899 Dữ liệu ảnh hưởng 1001 – 1999 Yêu cầu đóng/ ngắt hoặc so sánh tập tin kết xuất CCCXXNN Dữ liệu cấu trúc thủy động 1CCCGXNN Dữ liệu cấu trúc nhiệt 6SSNNXXX Mô hình bức xạ 201MMMNN Thuộc tính của cấu trúc nhiệt 202TTTNN Bảng dữ liệu chung 20300000 – 20349999 Hình vẽ yêu cầu 205CCCNN Thành phần điều khiển hệ thồng 30000NNN Dữ liệu động học lò Dữ liệu đầu vào của bình điều áp Mô hình hóa bình điều áp của lò phản ứng AP1000 Hình 2.2 Mô hình hóa bình điều áp của lò phản ứng AP1000 Các bộ phận của bình điều áp lò phản ứng AP1000 được mô hình hóa thành các phần như trong Hình 2.2 và được mô phỏng bằng RELAP như trong Hình 2.3: P501 – Đường nối bình điều áp với chân nóng; SJ502 – Nút giữa bình điều áp với đường nối bình điều áp với chân nóng; P503 – Bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng ống; V540 – Van an toàn của bình điều áp; TV541 – Bể chứa nước sau van an toàn của bình điều áp; V550, V551, V552 – Các van giảm áp tự động giai đoạn 1, 2 và 3 của bình điều áp; TV553, TV554, TV555 – Bể chứa nước sau van xả an toàn của bình điều áp; V511 – Van của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp; TV510 – Đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp; SJ509 – Nút giữa đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp với chân lạnh; Hình 2.3 Sơ đồ nút hóa bình điều áp trong REALAP5 101 – Chân nóng gắn với bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng đơn khối phụ thuộc thời gian; 500 – Nút giữa chân nóng và đường nối bình điều áp với chân nóng, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng nút đơn phụ thuộc thời gian; 501 – Đường nối bình điều áp với chân nóng, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng ống; 502 – Nút giữa bình điều áp với đường nối bình điều áp với chân nóng, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng nút đơn; 503 – Bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng ống. Đoạn bình hình trụ chứa nước được chia thành 6 đoạn có chiều cao như nhau và đoạn bình hình trụ chứa hơi nước được chia thành 7 đoạn có chiều cao như nhau; 540 - Van an toàn của bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng van điều khiển; 541 - Bể chứa nước sau van an toàn của bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng đơn khối phụ thuộc thời gian; 550, 551, 552 – Các van giảm áp tự động giai đoạn 1, 2 và 3 của bình điều áp, được mô phỏng bằng các mô-đun dạng van mô-tơ; 553, 554, 555 – Bể chứa nước sau van xả an toàn của bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng đơn khối phụ thuộc thời gian; 511 – Van của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng van điều khiển; 510 – Đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng ống; 509 – Nút giữa đường ống của hệ thống phun giảm áp của bình điều áp với chân lạnh, được mô phỏng bằng một mô-đun dạng nút đơn; 141 – Chân lạnh (cấp nước cho hệ thống phun giảm áp), được mô phỏng bằng một mô-đun dạng đơn khối phụ thuộc thời gian. Để mô phỏng bình điều áp, chia bình thành 3 phần: đáy bình (phần hình chỏm cầu cụt ở đáy bình), thân bình (phần bình hình trụ) và nắp bình (phần hình chỏm cầu ở đỉnh bình). Đáy bình và nắp bình sẽ được quy đổi sang hình trụ với cùng độ cao, các thông số thu nhập và quy đổi được cho ở Bảng 2.3 Bảng 2.3 Thông số hình học của bình điều áp Thông số Giá trị thông số Giá trị đưa vào RELAP Giá trị thu thập Giá trị đổi đơn vị Chiều cao 607 in. H = 607 inch = 15,4178 m 15,4178 m Đường kính trong 90 in. Di = 90 inch = 2,286 m 2,286 m Tiết diện S = Di2 x π /4 = 4,1022 m2 4,1022 m2 Thể tích 2.100ft3 V = 2.100 ft3 = 59,4654 m3 59,4653 m3 Thể tích nước 1.000ft3 Vnước = 1.000 ft3 = 28,3168 m3 28,3168 m3 Thể tích hơi nước 1.100ft3 Vhơi=1.100 ft3 = 31,1485m3 31.1485 m3 Bán kính nắp (Rn) 1,26m 1,26 m Chiều cao nắp (Hn) 1,2295m 1,2295 m Thể tích nắp Vn= [(3Rn-Hn)Hn2] π /3 = 4,0354 m3 4,0354m3 Tiết diện quy đổi(*) Sn = Vn/Hn = 3,2821 m2 3,2821m2 Đường kính nắp quy đổi(*) Dn= (4Sn/3,14)1/2 = 2,0448 m 2.0448m Chiều cao phần thân chứa hơi nước Hhơ i= (Vhơi-Vn)/S = 6,6094 m 6,6094m Chiều cao phần thân và nắp 14,192m 14,192m Chiều cao phần thân chứa nước Htn = 14,192 – Hhơi – Hn = 6,3531 m 6,3531m Thể tích phần thân chứa nước Vtn = Htn x S = 26,0617 m3 26,0617m3 Thể tích đáy Vđ = Vnước – Vtn = 2,2551 m3 2,2551 m3 Chiều cao đáy Hđ = 15,4178 – 14,192 = 1,2258m 1,2258m Tiết diện đáy quy đổi(*) Sđ=Vđ/Hđ=3,3742 m2 3,3742 m2 Đường kính đáy quy đổi(*) Dđ=(4Sđ/3,14)1/2 = 2,0732 m 2,0732 m (*): Các thông số của nắp và đáy bình điều áp sau khi đã được quy đổi thành hình trụ với thể tích và chiều cao của nắp và đáy bình điều áp không đổi. Trong mô phỏng, đoạn ống hình trụ chứa nước được chia thành 6 đoạn nhỏ hơn có chiều cao như nhau và đoạn ống hình trụ chứa hơi nước được chia thành 7 đoạn nhỏ hơn có chiều cao như nhau. Chiều cao mỗi đoạn nhỏ của phần chứa nước là: hn =6,3531 /6 = 1,0589m Chiều cao mỗi đoạn nhỏ của phần chứa hơi nước là: hh = 6,6094/7 = 0,9442m Bảng 2.4 Thông số thủy nhiệt của bình điều áp Thông số Giá trị thông số Đơn vị gốc Đơn vị trong RELAP Nhiệt độ (lối vào bình điều áp) 653oF(*) T1=618,15 K(*) Áp suất (lối vào bình điều áp) 2.241 psig P1=15451150,437Pa (*): Vì luận văn lựa chọn đơn vị tính toán trong RELAP5 là hệ SI Bảng 2.5 Tính độ giảm áp dọc theo bình điều áp Đoạn (kg/m3) ∆H ∆P (Pa) P (Pa) T (K) 1 594,89 0,6129 3646,0808 15447504,3562 617,6 2 595,05 1,14235 6797,5537 15440706,8025 617,60 3 595,18 1,0589 6302,3610 15434404,4415 617,57 4 595,30 1,0589 6303,6317 15428100,8098 617,54 5 595,41 1,0589 6304,7965 15421796,0133 617,50 6 595,53 1,0589 6306,0672 15415489,9461 617,47 7 595,65 1,0589 6307,3379 15409182,6083 617,44 8 595,76 0,9442 5625,1659 15403557,4424 617,40 9 595,87 0,9442 5626,2045 15397931,2378 617,37 10 595,97 0,9442 5627,1487 15392304,0891 617,34 11 596,07 0,9442 5628,0929 15386675,9961 617,32 12 596,18 0,9442 5629,1316 15381046,8646 617,29 13 596,28 0,9442 5630,0758 15375416,7888 617,26 14 596,38 0,9442 5631,0200 15369785,7689 617,23 15 596,49 1,1442 6825,0386 15362960,7303 617,20 Dữ liệu đầu vào của van an toàn Bảng 2.12 Thông số hình học của van an toàn Thông số Giá trị thông số Giá trị đưa vào RELAP Giá trị thu thập Giá trị đổi đơn vị Đường kính trong 14 in. Di=14 inch =0,3556 m 0,3556 m Tiết diện S = Di2*π/4 = 0,0993 m2 0,0993m2 Bảng 2.13 Thông số thủy nhiệt của van an toàn Thông số Giá trị thông số Đơn vị gốc Đơn vị trong RELAP Nhiệt độ 680oF 633,15 K Áp suất mở hoàn toàn 2.575 psia 17.753.999,996 Pa CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Kết quả trạng thái dừng Trước khi thực hiện tính toán quá trình chuyển tiếp sự cố mở vô ý van xả an toàn của bình điều áp, trạng thái dừng được thiết lập và kiểm tra. Trạng thái dừng của lò phản ứng tính toán bằng chương trình RELAP5 được chỉ ra trong các hình dưới đây. Các kết quả này chỉ ra rằng lò đã đạt trạng thái dừng (là trạng thái nhà máy hoạt động bình thường, các thông số ổn định theo thời gian) và sẵn sàng cho việc tính toán quá trình chuyển tiếp sự cố. Hình 3.1 Áp suất bình điều áp ở trạng thái dừng Sau khoảng 30 giây thì áp suất trong bình điều áp đã đạt được trạng thái dừng. Áp suất bình điều áp ở trạng thái dừng cỡ 15,47 MPa phù hợp với giá trị lý thuyết là 15,51 MPa Hình 3.1. Nhiệt độ nước và hơi bão hào trong bình điều áp cỡ 617,75 độ K Hình 3.2. Ngoài ra, xem xét hoạt động của các van tiêm, van an toàn, van giảm áp thụ động thì chúng được đóng hoàn toàn. Hình 3.2 Nhiệt độ nước và hơi trong bình điều áp ở trạng thái dừng Kết quả ở trạng thái chuyển tiếp Bảng 3.1 Diễn biến các sự cố Sự kiện Thời gian (giây) Van an toàn bình điều áp mở vô ý 0.0 Áp suất giảm đến tín hiệu dập lò 18.55 Hạ thanh điều khiển dập lò 20.55 Bắt đầu bơm nước vào vùng hoạt 23.23 Kết thúc thời gian nghiên cứu 35 Hình 3.3 Áp suất bình điều áp sự cố mở van an toàn (theo tính toán của luận văn) Hình 3.4 Áp suất bình điều ápsự cố mở van an toàn (theo tính toán của U.S NRC) Tại thời điểm 0 giây sự cố bắt đầu xảy ra, van an toàn bình điều áp vô ý mở, nước làm mát trong vòng sơ cấp thất thoát qua van an toàn làm áp suất trong bình điều áp giảm. Khi áp suất giảm đến 18,55 giây thì tín hiệu dập lò sẽ được kích hoạt (lúc này áp suất giảm đến điểm đặt áp suất dập lò). Đến khoảng 21 giây sau khi có tín hiệu dập lò thì các thanh điều khiển dập lò được hạ xuống, vùng hoạt ngừng hoạt động và không sinh thêm nhiệt mà chỉ còn nhiệt dư. Tín hiệu bơm nước làm mát khẩn cấp vào vùng hoạt được phát động. Từ 0 giây đến khoảng 21 giây áp suất bình điều áp giảm đều Hình 3.3 đường áp suất gần như là một đường thẳng có độ dốc vừa phải, giai đoạn này áp suất giảm đều do van an toàn bình điều áp vô ý mở. Tại thời gian khoảng 21 giây, lúc này tín hiệu dập lò đã được kích hoạt, vùng hoạt đã ngừng hoạt động nên nhiệt độ nước làm mát giảm nhanh, dẫn đến áp suất trong bình điều áp cũng giảm nhanh. Sau khoảng 23 giây trở đi, khi nước làm mát khẩn cấp bắt đầu được bơm vào vùng hoạt, nhiệt độ bình điều áp tiếp tục giảm nhanh Hình 3.5, ở giai đoạn này áp suất bình điều áp cũng giảm nhanh hơn giai đoạn trước nên đường cong áp suất có độ dốc lớn hơn Hình 3.3. So sánh kết quả tính toán sự cố vô ý mở van an toàn bình điều áp của của luận văn và tính toán của U.S NRC[2] ta hai kết quả là khá giống nhau Hình 3.3 và Hình 3.4. Cụ thể đường đồ thị áp suất trong cả hai kết quả có dạng tương đồng, ta có thể phân tích thành 3 đoạn theo thời gian. Đầu tiên, từ 0 giây đến khoảng 23 giây đường đồ thị áp suất giảm đều. Thứ hai, từ 23 giây trở đi tới khoảng 28 giây thì áp suất giảm mạnh hơn – đường đồ thị áp suất dốc hơn đoạn trước đó. Thứ ba, từ giây thứ 28 tới khi kết thúc thời gian khảo sát (35 giây) áp suất vẫn giảm nhưng không còn giảm nhanh như trước đó nữa, đường đồ thị đỡ dốc hơn. Ngoài ra, đường đồ thị áp suất của luận văn Hình 3.3 không hoàn toàn trơn và có sai lệch không đáng kể so với đường đồ thị áp suất của NRC Hình 3.4 vì trong luận văn chỉ mô phỏng được riêng bình điều áp mà chưa mô phỏng được các thành phần khác của nhà máy. Luận văn xem các thông số liên quan tới các thành phần khác là điều kiện biên và các điều kiện biên được lựa chọn theo Bảng 3.2. Bảng 3.2 Lựa chọn điều kiện biên (lối vào chân nóng) Thời gian (s) Nhiệt độ (K) Áp suất (MPa) 0 617 15,61 23 604 13,11 28 580 10,79 32 570 10,22 35 560 9,64 Tuy đó, ta cũng thấy có sự sai khác nhau trong kết quả tính toán của luận văn hình 3.4 và của U.S NRC hình 3.5. Đầu tiên là đơn vị tính toán thang đo áp suất trong luận văn là Pascal (Pa) còn trong U.S NRC là psia với cách chuyển đổi 1 psia = 6895 Pa. Tại thời điểm 0 giây, áp suất theo tính toán của luận văn là 15,61 MPa còn theo US.NRC là khoảng 2250 psia, trong khi 2250 psia = 15,51 MPa, ta thấy có sai số cỡ 0,1 MPa. Tại các thời điểm sau đó, sau khi chuyển đổi ta cũng thấy có sai số nhỏ giữa tính toán của luận văn và của U.S NRC. Sai số này là do điều kiện ban đầu, điều kiện biên và phần mềm tính trong luận văn và U.S NRC. Hình 3.5 Nhiệt độ hơi nước và nước trong bình điều áp KẾT LUẬN Luận văn đã mô phỏng thành công bình điều áp lò AP1000 bằng chương trình tính toán thủy nhiệt RELAP5 tại trạng thái dừng và trạng thái chuyển tiếp khi xảy ra sự cố vô ý mở van an toàn. Luận văn đã thực hiện được các tính toán liên quan đến áp suất, nhiệt độ của bình điều áp trong trạng thái dừng và chuyển tiếp. Kết quả tính toán cho thấy, dữ liệu đầu vào của bình điều áp là phù hợp với kết quả của những nghiên cứu trước đó, có thể sử dụng làm cơ sở để hoàn thiện xây dựng dữ liệu đầu vào cho toàn bộ lò AP1000 và thực hiện các phân tích an toàn khác. Kiến nghị: Tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện mô phỏng toàn bộ lò AP1000, để có thể hỗ trợ công tác thẩm định an toàn nếu công nghệ AP1000 được chính thức đề xuất cho dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 2. TÀI LIỆU THAM KHẢO Idaho Nationl Engineering Laboratory (1995), RELAP5/MOD3 Code Manual Vol II, Washington. Westinghouse Electric Company (2011), AP1000 Design Control Document Rev.19, America.