Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá sự cố mất nước tải nhiệt với vết nứt nhỏ xảy ra đối với lò phản ứng VVER công suất 1000MWE

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu các đặc trưng của lò VVER-1000; tìm hiểu các đặc trưng chuyển tiếp và các hiện tượng vật lý, thủy nhiệt trong sự cố mất nước tải nhiệt của lò phản ứng áp lực nói chung và lò VVER- 1000, mô phỏng sự cố vỡ đường ống nối bình điều áp với chân nóng bằng chương trình tính toán CATHARE2.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá sự cố mất nước tải nhiệt với vết nứt nhỏ xảy ra đối với lò phản ứng VVER công suất 1000MWE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM XUÂN LINH ĐÁNH GIÁ SỰ CỐ MẤT NƢỚC TẢI NHIỆT VỚI VẾT NỨT NHỎ XẢY RA ĐỐI VỚI LÒ PHẢN ỨNG VVER CÔNG SUẤT 1000MWe LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM XUÂN LINH ĐÁNH GIÁ SỰ CỐ MẤT NƢỚC TẢI NHIỆT VỚI VẾT NỨT NHỎ XẢY RA ĐỐI VỚI LÒ PHẢN ỨNG VVER CÔNG SUẤT 1000MWe Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lƣợng cao Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ CHÍ DŨNG HÀ NỘI - 2013
MỤC LỤC DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT ...................................................................... 3 DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. 7 MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 8 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 8 2.Mục đích nghiên cứu....................................................................................... 9 3.Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................... 9 4.Giới hạn phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 9 5.Nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................................... 9 6.Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................. 9 7.Cấu trúc luận văn .......................................................................................... 10 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG VVER CÔNG SUẤT 1000MWe ............................................................................................................ 11 1.1. Các đƣờng ống làm mát chính .................................................................. 12 1.2. Vùng hoạt và nhiên liệu của lò phản ứng ................................................. 12 1.3. Bình điều áp .............................................................................................. 13 1.4. Bình sinh hơi ............................................................................................. 15 CHƢƠNG 2. SỰ CỐ MẤT NƢỚC TẢI NHIỆT VỚI VẾT VỠ NHỎ (SB - LOCA ) ................................................................................................................ 17 2.1. Sự cố LOCA .............................................................................................. 17 2.1.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 17 2.1.2 Các hiện tƣợng vật lý trong sự cố LOCA ............................................... 18 2.1.3. Ảnh hƣởng của vị trí vết vỡ lên các đặc trƣng chuyển tiếp ................... 19 2.1.4. Ảnh hƣởng của việc các bơm vòng sơ cấp ngừng hoạt động ................ 21 2.1.5. Đặc trƣng thiết kế làm giảm nhẹ hậu quả sự cố LOCA của lò phản ứng VVER-1000...................................................................................................... 22 2.2 Mô tả về sự cố mất chất làm mát với vết vỡ nhỏ (SB-LOCA) .................. 24 2.2.1. Mô tả chung............................................................................................ 24 1
2.2.2 Các pha chuyển tiếp trong sự cố SB–LOCA .......................................... 26 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH AN TOÀN SỰ CỐ SB-LOCA CỦA LÒ PHẢN ỨNG VVER-1000 BẰNG CHƢƠNG TRÌNH CATHARE2 ............................. 43 3.1 Tiêu chí chấp nhận áp dụng cho sự cố vỡ đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng ............................................................................................................ 43 3.2 Mô phỏng sự cố vỡ đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng sử dụng chƣơng trình tính toán CATHARE2 ................................................................... 43 3.2.1 Chƣơng trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2 ..................................... 43 3.2.2 Mô phỏng lò VVER1000 và sự cố vỡ đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng sử dụng chƣơng trình CATHARE2 ................................................ 46 3.2.3 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu cho sự cố vỡ đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng ...................................................................................... 49 3.3 Phân tích kết quả tính toán......................................................................... 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 69 2
DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Giải thích tiếng Anh Giải thích tiếng Việt viết tắt VVER Lò phản ứng năng lƣợng với nƣớc làm mát – nƣớc làm chậm PWR Pressure water reactor Lò phản ứng nƣớc áp lực AFS Auxiliary feedwater system Hệ thống cấp nƣớc phụ CCFL Countercurrent flow limitation Giới hạn dòng thuận nghịch DEGB Double-end guillotine break Vết vỡ tách rời 2 đầu ống DESB Double-end split break Vết vỡ gập 2 đầu ống ECCS Emergency core coolant Hệ thống làm mát vùng hoạt system khẩn cấp HPSI High pressure safety injection Bơm an toàn áp suất cao LOCA Loss of coolant accident Sự cố mất nƣớc tải nhiệt LB-LOCA Large break loss of coolant Sự cố mất nƣớc tải nhiệt với accident kích thƣớc vỡ lớn SB-LOCA Small break loss of coolant Sự cố mất nƣớc tải nhiệt với accident kích thƣớc vỡ nhỏ LPSI Low pressure safety injection Bơm an toàn áp suất thấp MFWS Main feedwater system Hệ thống cấp nƣớc chính PORV Pressurizer power operated Van an toàn của bình điều relief valves áp 3
RCP Reactor coolant pump Bơm nƣớc làm mát lò phản ứng (bơm của vòng sơ cấp) RCS Reactor coolant system Hệ thống nƣớc tải nhiệt RPV Reactor Pressure Vessel Thùng áp lực lò phản ứng SCRAM Safety Control Rod Axe Man Dập lò SIAS Safety Injection Actuation Tín hiệu phát động bơm an Signal toàn SIT Safety injection tank Bể nƣớc dự trữ TMI Three Miles Island Đảo ba dặm PHRS Passive Heat Removal System Hệ thống tải nhiệt thụ động 4
DANH MỤC HÌNH VẼ STT Hình vẽ Trang Hình 1.1 Cấu trúc của lò VVER1000 11 Hình 1.2 Cấu tạo của bó thanh nhiên liệu lò VVER-1000 13 Hình 1.3 Cấu tạo Bình điều áp của lò VVER-1000 14 Hình 1.4 Cấu tạo bình sinh hơi của lò VVER-1000 15 Hình ảnh bình sinh hơi của lò VVER-1000 trong thực Hình 1.5 15 tế Hiện tƣợng đi tắt của dòng nƣớc làm mát vùng hoạt Hình 2.1 19 khẩn cấp Ảnh hƣởng của hƣớng vết vỡ đến dòng chảy qua vết Hình 2.2 20 vỡ Ảnh hƣởng hoạt động của các bơm lên quá trình Hình 2.3 chuyển tiếp mức hai pha trong thùng lò khi có vết vỡ 22 trên kênh nóng Hình 2.4 Hệ thống làm ngập vùng hoạt lò phản ứng thụ động 23 Hình 2.5 Hệ thống tải nhiệt thụ động 23 Hình 2.6 Hình vẽ mô tả dòng đơn pha 28 Hình 2.7 Hình vẽ mô tả dòng hai pha 33 Hình 2.8 Các mô hình làm mát của tuàn hoàn tự nhiên trong lò 35 Hình 2.9 Hình vẽ mô tả hiện tƣợng đối lƣu tự nhiên. 36 Hiện tƣợng hóa hơi và ngƣng tụ trong suốt giai đoạn Hình 2.10 37 giảm mực nƣớc Minh họa sự đi tắt của nƣớc đƣợc bơm từ hệ thống Hình 2.11 37 ECCS trong 2 vòng của lò phản ứng Hình 2.12 Dòng thuận nghịch của nƣớc và hơi nƣớc 38 Sơ đồ hệ thống lò phản ứng ở cuối giai đoạn lấp đầy Hình 2.13 39 trở lại và đầu giai đoạn làm ngập trở lại. Hình 2.14 Các chế độ sôi 40 Sự rơi của màng chất lỏng và nhúng lạnh bề mặt trên Hình 2.15 40 lớp vỏ các thanh nhiên liệu Hiện tƣợng làm ngập trở lại trong thùng lò, Hình 2.16 41 sự tiếp xúc của nƣớc với cấu trúc phía trên vùng hoạt Sự tạo thành bể trong khoang trên vùng hoạt Hình 2.17 41 trong giai đoạn lấp đầy trở lại Hình 3.1 Mô phỏng CATHARE2 lò VVER1000 48 Mô phỏng sự cố vỡ đƣờng ống nối bình điều áp với Hình 3.2 49 chân nóng sử dụng chƣơng trình CATHARE2 Hình 3.3 Tốc độ dòng qua vết vỡ 55 Hình 3.4 Áp suất vòng sơ cấp và thứ cấp 56 Hình 3.5 Công suất lò 56 5
Hình 3.6 Tốc độ bơm vòng sơ cấp 57 Hình 3.7 Tốc độ dòng nƣớc cấp cho bình sinh hơi 57 Phần trống trong vòng sơ cấp ở thời điểm bắt đầu quá Hình 3.8 58 trình chuyển tiếp Phần trống trong vòng sơ cấp ở thời điểm 10,14s sau Hình 3.9 59 khi xảy ra sự cố Phần trống trong vòng sơ cấp ở thời điểm 20,4s sau Hình 3.10 59 khi xảy ra sự cố Hình 3.11 Nhiệt độ nhiên liệu 60 Hình 3.12 Nhiệt độ vỏ thanh nhiên liệu 60 Phần trống trong vòng sơ cấp ở thời điểm 100,2s Hình 3.13 61 sau khi xảy ra sự cố Hình 3.14 Tốc độ dòng HPSI 62 Hình 3.15 Tốc độ dòng từ các bể chứa nƣớc 62 Hình 3.16 Tốc độ dòng LPSI 63 Hình 3.17 Khối lƣợng nƣớc trong vòng sơ cấp và thứ cấp 63 Phần trống trong vòng sơ cấp ở thời điểm 300,1s sau Hình 3.18 64 khi xảy ra sự cố Hình 3.19 Nhiệt độ lối vào và lối ra vùng hoạt 65 Hình 3.20 Phần trống trong vùng hoạt 65 Hình 3.21 Vận tốc dòng nƣớc trong vùng hoạt 66 Hình 3.22 Nhiệt độ chân nóng 66 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Bảng Trang Bảng 1.1 Một số thông số kỹ thuật cơ bản 12 đƣờng ống làm mát Bảng 1.2 Một số thông số cơ bản của chu kỳ 13 nhiên liệu Bảng 1.3 Một số thông số cơ bản của bình 14 điều áp Bảng 1.4 Một số thông số cơ bản của bình sinh 16 hơi Bảng 3.1 Cơ sở kiểm tra cho việc đánh giá độ 44 tin cậy và khả năng tính toán của CATHARE Bảng 3.2 Điều kiện ban đầu của kịch bản sự 50 cố Bảng 3.3 Tốc độ dòng HPSI 51 Bảng 3.4 Tốc độ dòng LPSI 51 Bảng 3.5 Công suất lò sau khi dập lò 52 Bảng 3.6 Kịch bản sự cố vỡ đƣờng ống nối 53 bình điều áp với chân nóng Bảng 3.7 Chuỗi sự kiện trong sự cố vỡ đƣờng 54 ống nối bình điều áp với chân nóng 7
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong xu thế phát triển chung của thế giới, đồng thời đảm bảo nguồn an ninh năng lƣợng, phục vụ tiến trình phát triển kinh tế xã hội của đất nƣớc, ngày 25/11/2009, Quốc hội đã thông qua chủ trƣơng đầu tƣ xây dựng nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) đầu tiên ở Việt Nam. Ngày 17/6/2010 Thủ tƣớng Chính phủ đã ký quyết định số 906/QĐ-TTg về việc “Phê duyệt định hƣớng quy hoạch phát triển điện hạt nhân ở Việt Nam giai đoạn đến năm 2030”, trong đó định hƣớng: - Năm 2020: tổ máy điện hạt nhân đầu tiên, công suất khoảng 1000 MW vào vận hành. - Năm 2025: tổng công suất các nhà máy điện hạt nhân khoảng 8.000 MW, chiếm khoảng 7% tổng công suất nguồn điện. - Năm 2030: tổng công suất các nhà máy điện hạt nhân khoảng 15.000 MW, chiếm khoảng 10% tổng công suất nguồn điện. Ngày 31/10/2010 Chính phủ đã kí Hiệp định xây dựng NMĐHN đầu tiên với Nga (công nghệ lò dự kiến đƣợc nhập khẩu VVER) và đồng thời Thủ tƣớng Chính phủ hai nƣớc Việt Nam và Nhật Bản đã trao đổi ý kiến về khả năng xây dựng NMĐHN số 2 bằng công nghệ của Nhật Bản. Chính phủ Việt Nam đã cam kết phát triển điện hạt nhân gắn liền với an toàn hạt nhân, an toàn cho con ngƣời và môi trƣờng. Để thực hiện đƣợc mục tiêu đó, các vấn đề an toàn liên quan đến nhà máy điện hạt nhân cần phải đƣợc nghiên cứu kỹ trƣớc khi NMĐHN đầu tiên đi vào hoạt động. Các kết quả nghiên cứu trong khuôn khổ luận văn này sẽ đề xuất những hiểu biết cần thiết của quá trình vận hành nhà máy điện, tăng cƣờng năng lực phân tích an toàn, phục vụ cho việc đánh giá, thẩm định an toàn nhà máy điện hạt nhân đặc biệt trong quá trình đánh giá phân tích an toàn cho lò loại VVER-1000. 8
2. Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu các đặc trƣng của lò VVER-1000; - Tìm hiểu các đặc trƣng chuyển tiếp và các hiện tƣợng vật lý, thủy nhiệt trong sự cố mất nƣớc tải nhiệt của lò phản ứng áp lực nói chung và lò VVER- 1000; - Mô phỏng sự cố vỡ đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng bằng chƣơng trình tính toán CATHARE2 3. Đối tƣợng nghiên cứu Các hiện tƣợng vật lý, thủy nhiệt và các đặc trƣng chuyển tiếp trong sự cố mất nƣớc của lò phản ứng nƣớc áp lực nói chung và trong trƣờng hợp cụ thể đối với lò VVER-1000. 4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu đƣợc thực hiện trong phạm vi lò phản ứng nƣớc áp lực nói chung và lò VVER-1000. Các tính toán cụ thể đƣợc thực hiện trên lò phản ứng VVER-1000 bằng chƣơng trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2, với giả định vết nứt có thể dẫn đến sự cố vỡ ống. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Phân tích các hiện tƣợng vật lý, thủy nhiệt và các đặc trƣng chuyển tiếp của sự cố mất nƣớc tải nhiệt, đánh giá khả năng giảm nhẹ hậu quả sự cố bởi các hệ thống an toàn thụ động của công nghệ lò phản ứng VVER-1000. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu • Phƣơng pháp hồi cứu tài liệu: nhằm thu thập tài liệu làm cơ sở lý luận cho đề tài nghiên cứu. Tài liệu thu thập gồm có: - Các công trình nghiên cứu về sự cố mất nƣớc tải nhiệt trong lò phản ứng PWR, VVER của các tác giả ở những nƣớc phát triển về lĩnh vực điện hạt nhân. 9
- Các tài liệu về sự cố LOCA của một số nƣớc nhƣ Nga, Mỹ, Pháp, Nhật Bản,… - Các quy định và tiêu chuẩn của Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Ủy ban pháp quy Hoa Kỳ (US NRC) và Nga về an toàn hạt nhân đối với vận hành nhà máy điện hạt nhân. - Các tài liệu về vật lý và thủy nhiệt lò phản ứng hạt nhân. • Phƣơng pháp quan sát: Sử dụng chƣơng trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2 mô phỏng lò phản ứng VVER-1000 và kịch bản sự cố. Quan sát, đánh giá hành vi của các hiện tƣợng vật lý, thủy nhiệt và các hệ thống trong lò phản ứng. 7. Cấu trúc luận văn Luận văn gồm các phần sau: - Phần mở đầu: Giới thiệu khái quát về đề tài, mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu. - Phần kết quả nghiên cứu: Gồm 3 chƣơng  Chƣơng 1: Tổng quan về lò phản ứng VVER công suất 1000MWe;  Chƣơng 2: Sự cố mất nƣớc tải nhiệt với vết vỡ nhỏ (SB - LOCA);  Chƣơng 3: Mô phỏng sự cố vỡ đƣờng ống nối bình điều áp với chân nóng bằng chƣơng trình tính toán CATHARE2; - Phần kết luận và kiến nghị. - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục. 10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG VVER CÔNG SUẤT 1000MWe Lò phản ứng hạt nhân loại VVER đƣợc Liên Xô (Liên Bang Nga ngày nay) nghiên cứu, thiết kế từ những năm đầu thập kỷ 60 thế kỷ trƣớc và đƣợc xây dựng, vận hành thành công ở Liên Xô cũ và một số nƣớc Đông Âu. Trong những năm 1980, loại lò VVER công suất 1000MWe (VVER-1000) đã đƣợc xây dựng tại Liên Xô cũ, Bugaria và Cộng Hòa Séc. Tiếp đó, vào những năm 90, thế hệ lò thứ III đƣợc phát triển, trong đó dải công suất khoảng 1000MWe gồm: AES-91, AES-92 đã đƣợc triển khai xây dựng và vận hành tại Trung Quốc và Ấn độ, thiết kế AES-2006 với công suất 1200MWe đƣợc xây dựng tại Sosnovy Bor – Liên Bang Nga. Lò phản ứng hạt nhân VVER-1000 là loại lò nƣớc áp lực sử dụng nƣớc nhẹ với 04 vòng tuần hoàn tải nhiệt (4 circulation loops). Vòng tải nhiệt sơ cấp (qua vùng hoạt và tải nhiệt từ vùng hoạt) và vòng tải nhiệt thứ cấp (trao đổi nhiệt với vòng sơ cấp và sinh hơi làm quay tuốc bin phát điện). Lò VVER-1000 có công suất nhiệt thiết kế khoảng 3000MWt, công suất điện khoảng 1000MWe. Hình 1.1: Cấu trúc của lò VVER-1000 11
1.1. Các đƣờng ống làm mát chính Các đƣờng ống làm mát chính nối lò phản ứng, bình sinh hơi và các bơm chính để hình thành một hệ tuần hoàn và để tuần hoàn chất làm mát từ lò phản ứng ra các bình sinh hơi. Các đƣờng ống làm mát chính bao gồm 4 vòng tuần hoàn, mỗi vòng có kênh nóng và kênh lạnh. Kênh nóng là phần đƣờng ống nối giữa lối ra của thùng lò và lối vào của bình sinh hơi. Kênh lạnh là bộ phận đƣờng ống nối giữa lối ra của bình sinh hơi và lối vào của thùng lò. Đƣờng kính trong của các ống này là 850mm. Đƣờng ống nối giữa kênh nóng của vòng 4 (loop 4) với bình điều áp có tiết diện là 426x40mm. Kênh lạnh số 3 kết nối với bình điều áp bởi ống có tiết diện là 219x20mm (đƣờng cấp). Các đƣờng ống này đƣợc chế tạo bởi hợp kim thép, bề mặt trong của ống đƣợc phủ bởi thép không rỉ với khả năng chịu ăn mòn cao. Một số thông số kỹ thuật cơ bản đƣờng ống làm mát đƣợc nêu trong bảng sau: Bảng 1.1 Một số thông số kỹ thuật cơ bản đƣờng ống làm mát Đƣờng kính trong của kênh nóng/kênh 850mm lạnh Bề dày ống 70mm Thông lƣợng nƣớc làm mát 21500 m3/h Chiều dài kênh nóng 10m Chiều dài kênh lạnh 26m 1.2. Vùng hoạt và nhiên liệu của lò phản ứng Vùng hoạt của lò phản ứng: khối lƣợng tổng cộng của các bó nhiên liệu trong vùng hoạt khoảng hơn 100 tấn, trong đó có 163 bó nhiên liệu, mỗi bó nhiên liệu có 312 thanh nhiên liệu. Vùng hoạt đƣợc bao bọc bởi một vỏ bọc thép, bên ngoài có vành phản xạ để hạn chế sự rò rỉ của nơtron ra bên ngoài. Phía dƣới vùng hoạt là hệ thống giá đỡ, phía trên vùng hoạt là hệ thống dẫn các thanh điều khiển, các thiết bị đo lƣờng điều khiển. Nhiên liệu sử dụng là UO2, trong đó Urani (U-235) đƣợc làm giàu đến 4%. Nhiên liệu này đƣợc chế tạo thành các viên nhiên liệu, các viên này đƣợc xếp vào thanh nhiên liệu với vỏ bọc là Zirconi (Zr). 311 thanh nhiên liệu đƣợc ghép thành một bó nhiên liệu theo hình lục giác. 12
Hình 1.2: Cấu tạo của bó thanh nhiên liệu Các thanh điều khiển đƣợc đƣa vào từng bó thanh nhiên liệu (vật liệu hấp thụ nơtron đƣợc sử dụng là: Bo, Cd, Gd). Ngoài các thanh điều khiển này, a xít bo còn đƣợc hòa tan trong nƣớc để điều khiển lò phản ứng. Một số thông số cơ bản của chu kỳ nhiên liệu đƣợc nêu trong bảng sau đây: Bảng 1.2 Một số thông số cơ bản của chu kỳ nhiên liệu Độ làm giàu của nhiên liệu (U-235) 4,45% Chu kỳ thay đảo nhiên liệu trong quá 325 ngày trình vận hành Độ cháy của nhiên liệu khi phải thay 52,8MWD/kgU (tính trung bình) 1.3. Bình điều áp Bình điều áp đƣợc thiết kế theo chiều thẳng đứng với bộ sấy điện để tăng áp suất của vòng sơ cấp. Bình điều áp đƣợc chế tạo bởi thép các bon với lớp tráng austen ở mặt trong để chống ăn mòn. Hai vòi phun độc lập với các thiết bị phun đƣợc gắn ở phần trên của bình điều áp, chúng đảm bảo phun nƣớc vào phần không gian hơi nƣớc từ các nguồn sau đây: + Từ đƣờng nƣớc cấp trích từ vòng sơ cấp trong điều kiện hoạt động bình thƣờng và trong điều kiện xả ra hoạt động bất thƣờng; 13
+ Từ đƣờng cấp của bơm cấp áp suất cao trong điều kiện sự cố. Bình điều áp đƣợc kết nối với kênh nóng và đƣa vào vòi lối vào ở phía dƣới bình điều áp thông một ống tràn “surge line” với đƣờng kính ống là 350mm. Phía trên bình điều áp còn có một vòi để kết nối với hệ thống bảo vệ quá áp vòng sơ cấp, trong đó bao gồm 3 van xả. 1- Chai tràn (Surge bottle); 2 - cổ; 3 – các bộ phận bên trong; 4 - vỏ; 5 - ống sấy điện; 6 – vòi; 7 – bộ phận hỗ trợ Hình 1.3: Cấu tạo Bình điều áp của lò VVER Một số thông số cơ bản của bình điều áp đƣợc nêu trong bảng sau đây: Bảng 1.3 Một số thông số cơ bản của bình điều áp Áp suất trong bình điều áp 15,7MPa Thể tích 79m3 Lƣợng nƣớc trong bình điều áp trong 55m3 điều kiện vận hành bình thƣờng Tổng cộng công suất của thiết bị sấy 2520kW 14
1.4. Bình sinh hơi Khác với bình sinh hơi của các loại lò PWR, bình sinh hơi của lò VVER- 1000 có cấu trúc theo phƣơng nằm ngang. Trong bình sinh hơi gồm 10978 các ống trao đổi nhiệt sắp xếp theo phƣơng nằm ngang. Hình 1.4: Cấu trúc bình sinh hơi của lò VVER-1000 Chú thích: 1: Vỏ bình sinh hơi 2: Các ống trao đổi nhiệt 3: Đầu cấp nƣớc 4: Đầu lạnh Hình 1.5: Hình ảnh bình sinh hơi của lò VVER-1000 trên thực tế 15
Một số thông số cơ bản của bình sinh hơi đƣợc nêu trong bảng sau đây: Bảng 1.4 Một số thông số cơ bản của bình sinh hơi Thể tích hơi 1470 t/h Áp suất tại lối ra của bình sinh hơi 6,27MPa Nhiệt độ nƣớc làm mát của vòng sơ 3210C cấp tại lối vào bình sinh hơi Nhiệt độ nƣớc làm mát của vòng sơ 2910C cấp tại lối ra bình sinh hơi Nhiệt độ của nƣớc cấp 2200C Nhiệt độ của nƣớc cấp khi hệ thống 1640C sấy áp suất cao ngừng hoạt động Độ ẩm của hơi nƣớc tại lối ra của bình
CHƢƠNG 2. SỰ CỐ MẤT NƢỚC TẢI NHIỆT VỚI VẾT VỠ NHỎ (SB - LOCA ) 2.1. Sự cố LOCA 2.1.1 Giới thiệu chung LOCA là viết tắt tiếng Anh của cụm từ “Loss Of Coolant Accident” nghĩa là “sự cố mất nƣớc tải nhiệt”. Sự cố LOCA rất đƣợc quan tâm trong lĩnh vực an toàn lò phản ứng suốt 2 thập kỷ qua. Sự cố LOCA thƣờng đƣợc bắt nguồn từ sự kiện vỡ ống nƣớc tải nhiệt của vòng sơ cấp. Ngƣời ta phân loại sự cố LOCA theo kích thƣớc vỡ ống: LOCA với vết vỡ có kích thƣớc nhỏ (SB–LOCA) có diện tích vỡ nhỏ hơn hoặc bằng 465 cm2 (0,5ft2) và LOCA với vết vỡ có kích thƣớc lớn (LB–LOCA) có kích thƣớc từ 465 cm2 đến hai lần tiết diện ngang của ống lớn nhất của hệ thống nƣớc tải nhiệt. Lò phản ứng nƣớc nhẹ sử dụng nƣớc thƣờng (còn gọi là nƣớc “nhẹ”) vừa làm chất tải nhiệt, vừa làm chất làm chậm. Khi xảy ra sự cố mất nƣớc, khả năng làm chậm nơtron giảm sẽ đƣa lò xuống dƣới tới hạn. Do đó, đặc trƣng an toàn của lò phản ứng nƣớc nhẹ là tự động dừng hoạt động khi bị mất nƣớc. Đặc trƣng này tƣơng ứng với hệ số độ phản ứng âm do phần trống (phần thể tích chiếm bởi hơi nƣớc và khí) của lò phản ứng. Khi mất nƣớc tải nhiệt, nhiệt tích trữ trong các thanh nhiên liệu đƣợc phân bố lại. Nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu tăng, trong khi nhiệt độ tại đƣờng xuyên tâm của các viên nhiên liệu giảm xuống. Mặc dù nhiệt sinh ra do phân rã phóng xạ (nhiệt phân rã) sau khi dập lò chỉ vào khoảng 6% so với nhiệt khi lò ở mức công suất vận hành bình thƣờng, nhƣng do không đƣợc tải đi nên lƣợng nhiệt này có thể làm nóng chảy vỏ thanh nhiên liệu (thƣờng làm bằng hợp kim zirconi). Khi vỏ thanh nhiên liệu bị nóng quá mức sẽ bị ô xi hóa bởi nƣớc và hơi nƣớc. Tốc độ của phản ứng kim loại – nƣớc là không đáng kể ở nhiệt độ thấp, nhƣng tăng nhanh ở nhiệt độ khoảng 1000 oC. Phản ứng ô xi hóa làm sinh nhiệt, đóng góp thêm vào sự tăng nhiệt độ của vỏ thanh nhiên liệu. Theo phƣơng trình: 17
Zr + 2H2O -> ZrO2 + 2H2 + Q (6400 J/gZr) Hệ thống ECCS đƣợc thiết kế nhằm duy trì việc tải nhiệt vùng hoạt trong trƣờng hợp sự cố LOCA, cung cấp nƣớc vào tiếp xúc với nhiên liệu, ngăn việc tăng nhiệt độ quá mức của vỏ thanh nhiên liệu. Trong trƣờng hợp toàn bộ Zr trong lò phản ứng VVER-1000 bị ô xi hóa lƣợng H2 phát sinh cơ khoảng 1 tấn. Một số tham số chính ảnh hƣởng đến hiệu ứng phát sinh khí H2, bao gồm: - Lƣợng Zr trong lò; - Thời gian vùng hoạt bị tăng nhiệt và thoái hóa; - Thời gian thùng lò bị phá hủy; - Các hành động của nhân viên vận hành; Các cấu trúc bằng thép cũng có thể bị ô xi hóa và làm phát sinh khí H2. Lƣợng khí H2 phát sinh là ít hơn so với trƣờng hợp ô xi hóa Zr tại nhiệt độ khoảng 10000C. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn lƣợng khí H2 phát sinh lại lớn hơn. 2.1.2 Các hiện tƣợng vật lý trong sự cố LOCA Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về sự cố LOCA cho thấy giống nhƣ các loại lò PWR khác, khi sự cố LOCA xảy ra tại lò VVER có thể có một số hiện tƣợng vật lý làm cho chức năng của hệ thống ECCS không đƣợc thực hiện một cách hoàn hảo: - Hiện tượng đi tắt của dòng nước cấp cứu: Hình 2.1 chỉ ra hiện tƣợng xảy ra khi bơm nƣớc làm mát vùng hoạt khẩn cấp vào kênh lạnh của một trong các nhánh làm mát của vòng sơ cấp. Thông thƣờng nƣớc làm mát đƣợc mong đợi chảy vào trong khoang lƣu hồi và lấp đầy thùng lò. Tuy nhiên, một số thực nghiệm tiến hành tại một phòng thí nghiệm chỉ ra rằng, thay vì chảy xuống và lấp đầy khoang lƣu hồi, nƣớc lại chảy vòng quanh vách ngăn vùng hoạt và đi thẳng ra ngoài vết vỡ. Hơi nƣớc sinh ra trong thùng lò sẽ dâng lên trong khoang lƣu hồi và thoát ra ngoài vết vỡ. Nhƣ mô tả của các đƣờng mũi tên trong hình vẽ, hơi nƣớc dâng lên trong khoang lƣu hồi 18