Đang tải... (xem toàn văn)
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM BWRV3 VÀO MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ SỰ CỐ TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN NƯỚC SÔI (BWR) 1300 MW(e) Với tình hình nhu cầu về năng lượng trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng hiện nay đang tăng cao trong khi các nguồn cung cấp năng lượng cũ (thủy điện, nhiệt điện…) đã không còn đáp ứng đủ và kịp thời cho sản xuất và sinh hoạt, thì việc khai thác những nguồn năng lượng mới là một đòi hỏi tất yếu của xã hội.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN NGUYỆT ANH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM BWR-V3 VÀO MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ SỰ CỐ TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN NƯỚC SÔI (BWR) 1300 MW(e) LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tp. Hồ Chí Minh - Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN NGUYỆT ANH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM BWR-V3 VÀO MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ SỰ CỐ TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN NƯỚC SÔI (BWR) 1300 MW(e) Chuyên ngành: Vật Lý Nguyên tử, Hạt nhân và Năng lượng cao Mã số chuyên ngành: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ BẢO TRÂN Tp. Hồ Chí Minh - Năm 2014 i LỜI CẢM ƠN Luận văn này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh. Để hoàn thành được đề tài, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô, các anh chị, bạn bè đồng khóa tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân. Đó là những chia sẻ vô cùng quý báu đối với tác giả. Thông qua luận văn, tác giả xin được gửi lời tri ân chân thành tới các thầy cô, xin cảm ơn các anh chị, bạn bè đã luôn động viên, hỗ trợ tác giả trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu. Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô hướng dẫn TS Lê Bảo Trân, người đã luôn quan tâm, đóng góp ý kiến, giúp đỡ tận tình và tạo điều kiện để luận văn được hoàn thành. Dù đã có nhiều cố gắng tuy nhiên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến bổ sung từ các thầy cô, các anh chị, bạn bè để nghiên cứu được hoàn thiện. TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 09 năm 2014 Nguyễn Nguyệt Anh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Vật lý lò phản ứng hạt nhân 1 1.1.1. Neutron trong lò phản ứng 1 1.1.2. Tán xạ và hấp thụ Neutron 2 1.1.3. Phản ứng phân hạch hạt nhân 3 1.1.4. Phản ứng dây chuyền và nguyên tắc làm việc của lò phản ứng hạt nhân 8 1.2. Cơ sở vật lý trong điều khiển lò phản ứng 11 1.2.1. Độ phản ứng 11 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ phản ứng 11 1.2.3. Động học lò phản ứng 17 1.3. Lò phản ứng hạt nhân nước sôi BWR 1300MW(e) 21 1.3.1. Nguyên tắc hoạt động chung 21 1.3.2. Cấu trúc lò phản ứng nước sôi 22 1.3.3. Các hệ thống an toàn lò phản ứng 23 CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG SỰ CỐ BWR-V3 27 2.1. Giới thiệu về phần mềm BWR-V3 27 2.2. Cài đặt và chạy mô phỏng 27 2.4. Các giao diện mô phỏng 28 2.4.1. Giao diện tổng quan lò 29 2.4.2. Giao diện các chu trình điều khiển lò 32 2.4.3. Bản đồ công suất/lưu lượng và các chức năng điều khiển BWR 34 2.4.4. Giao diện độ phản ứng và điều khiển lò 40 iii 2.4.5. Giao diện các tham số dập lò 42 2.4.6. Giao diện máy phát tua-bin 43 2.4.7. Giao diện cấp nước và tách hơi 44 2.4.8. Hệ thống rào chắn bảo vệ lò 46 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT SỐ SỰ CỐ 48 3.1. Sự cố giảm lưu lượng tải nhiệt vùng hoạt do lỗi điều khiển 48 3.1.1. Mô tả sự cố 48 3.1.2. Mô phỏng sự cố trên BWR-V3 48 3.1.3. Phân tích kết quả 54 3.2. Van điều khiển mực nước cấp bị lỗi mở 59 3.2.1. Mô tả sự cố 59 3.2.2. Mô phỏng sự cố trên BWR-V3 59 3.2.3. Phân tích kết quả 63 3.3. Sự cố vỡ thùng lò phản ứng mức trung bình – LOCA 800 kg/s 66 3.3.1. Mô tả sự cố 66 3.3.2. Mô phỏng trên BWR-V3 66 3.3.3. Phân tích kết quả 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tổ chức IAEA International Atomic Energy Agency – Cơ quan năng lượng nguyên tử Quốc tế CTI Cassiopeia Technologies Incorporated – Liên hợp khoa học công nghệ Cassiopeia Lò phản ứng BWR Boiling Water Reactor – Lò phản ứng hạt nhân nước sôi PWR Pressuried Water Reactor – Lò phản ứng nước áp lực Hệ thống ADS Automatic Depressure System – Hệ thống giảm áp tự động CEP Condensate Extraction Pump – Bơm ngưng tụ CRDH Control rod drive hydraulic subsystem – Bộ điều khiển thủy lực phụ CST Condensate Storage Tank – Bể chứa chất lỏng dự trữ ECCS Emergency Core Cooling Systems – Hệ thống làm mát khẩn cấp EHC Electrohydraulic Control System – Bộ điều khiển thủy điện FMCRD Fine Motion Control Rod Drive – Thiết bị định vị thanh điều khiển FWP Feedwater Pumps – Bơm cấp nước HCU Hydraulic Control Unit – Thiết bị điều khiển thủy lực HPCF High Pressure Coolant Flooder – Hệ thống phun chất tải nhiệt cao áp HPHX High Pressure Heaters – Hệ nung nhiệt cao áp HP-MV High Pressure heater motorized valves – Van điều chỉnh nung nhiệt cao áp LPCF Low Pressure Coolant flooder – Hệ thống phun chất tải nhiệt thấp áp MSR Moisture Separator and Reheater - Máy tách ẩm và gia lại nhiệt RCIC Reactor Core Isolated Coolant – Hệ thống làm mát dự phòng RHR Residual Heat Removal – Hệ thống khử nhiệt dư RIPs Reactor Internal Pumps – Các máy bơm nội bộ v RPC Reactor Pressure Control unit – Bộ điều áp RPS Reactor Protection System – Hệ thống bảo vệ lò phản ứng RSP Remote Setpoint – Điểm đặt từ xa SRVs Safety Relief Valves – Van xả áp an toàn TCV Turbine Control Valve – Van điều khiển tua-bin Sự cố DCF Decreasing Core Flow – Giảm lưu lượng vùng hoạt LOCA Loss of Coolant Accident – Tai nạn mất chất tải nhiệt FWLCVO Feedwater Level Control Valve Open – Van điều khiển mực nước cấp mở Thông số, trạng thái FP Full Power – Công suất toàn phần (Công suất tối đa trên danh nghĩa) IC Initial Conditions – Chế độ điều kiện ban đầu RPM Round per Minute – Vòng/phút SP Setpoint – Điểm đặt TAF Tof of Fuel – Đỉnh thanh nhiên liệu vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1: Tiết diện các phản ứng (barn) tại năng lượng neutron 0.025eV 3 Bảng 1.2: Năng lượng ngưỡng E ng và năng lượng liên kết B đối với các hạt nhân phân hạch 5 Bảng 1.3: Số trung bình các neutron sinh ra do phân hạch ν 8 Bảng 2.1: Các tín hiệu cảnh báo trên màn hình 31 Bảng 3.1: Các bước tăng công suất bơm nội bộ và công suất lò 52 Bảng 3.2: Sự thay đổi của các thông số lò trong sự cố LOCA 800kg/s 70 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Trang Hình 1.1: Sự phụ thuộc σ ie vào năng lượng neutron 2 Hình 1.2: Mô hình cơ chế phân hạch hạt nhân 4 Hình 1.3: Sự phụ thuộc số mảnh vỡ phân hạch 235 U bởi neutron nhiệt 7 Hình 1.4: Mô hình phát triển của phản ứng dây chuyền 9 Hình 1.5: Sơ đồ hoạt động của lò phản ứng hạt nhân nước sôi 21 Hình 1.6: Các kiểu thiết kế tòa nhà lò phản ứng nước sôi 25 Hình 2.1: Giao diện Tổng quan phần mềm BWR-V3 29 Hình 2.2: Giao diện Các chu trình điều khiển lò 33 Hình 2.3: Giao diện Bản đồ Công suất/Lưu lượng 35 Hình 2.4: Giao diện Độ phản ứng và Điều khiển lò 40 Hình 2.5: Giao diện Các tham số dập lò 42 Hình 2.6: Giao diện Máy phát tua-bin 44 Hình 2.7: Giao diện Cấp nước và Tách hơi 45 Hình 2.8: Giao diện Hàng rào bảo vệ lò 46 Hình 3.1: Đường dịch chuyển của con nháy vàng 50 Hình 3.2: Công suất neutron quá điểm giới hạn 50 Hình 3.3a: Trạng thái vùng hoạt không ổn định 51 Hình 3.3b: Trạng thái van điều khiển hơi đến tua-bin 51 Hình 3.4a: Các bước tăng công suất bơm nội bộ và công suất lò 53 Hình 3.4b: Công suất lò khôi phục 100% 53 Hình 3.5: DCF - Áp suất bơm nội bộ (kPa) 55 Hình 3.6: DCF - Tốc độ bơm nội bộ (RPM) 55 Hình 3.7: DCF - Lưu lượng tải nhiệt vùng hoạt (kg/s) 55 Hình 3.8: DCF - Lưu lượng hơi đến tua-bin (kg/s) 55 Hình 3.9: DCF - Áp suất lò (kPa) 55 Hình 3.10: DCF - Công suất lò (%) 55 viii Hình 3.11: DCF - Nhiệt độ nhiên liệu ( 0 C) 56 Hình 3.12: DCF - Độ phản ứng tổng (mk) 56 Hình 3.13: DCF - Nồng độ hai pha vùng hoạt (%) 56 Hình 3.14: DCF - Độ phản ứng của bọt khí (mk) 56 Hình 3.15: Hiển thị lỗi van cấp nước mở ra hoàn toàn 61 Hình 3.16: Giao diện “Bản đồ Công suất/Lưu lượng” khi xảy ra sự cố 61 Hình 3.17: Tình trạng bơm cấp nước và các van 62 Hình 3.18: Giao diện hàng rào bảo vệ lò 62 Hình 3.19: FWLCVO - Mực nước trong lò (m) 63 Hình 3.20: FWLCVO - Áp suất lò (kPa) 63 Hình 3.21: FWLCVO - Lưu lượng hơi trên mái (kg/s) 63 Hình 3.22: FWLCVO - Lưu lượng nước cấp (kg/s) 63 Hình 3.23: FWLCVO - Công suất lò (kPa) 64 Hình 3.24: FWLCVO - Lưu lượng tải nhiệt vùng hoạt (kg/s) 64 Hình 3.25: FWLCVO - Nhiệt độ nhiên liệu ( 0 C) 64 Hình 3.26: FWLCVO - Tốc độ máy bơm nội bộ (RPM) 64 Hình 3.27: Cảnh báo dập lò khi lưu lượng tải nhiệt bị vỡ lên đến ~600 kg/s 67 Hình 3.28 : Các tín hiệu cảnh báo và sự thay đổi của các thông số lò 67 Hình 3.29 : Trạng thái bơm cấp nước và các van 68 Hình 3.30 : Giao diện “Hệ thống hàng rào bảo vệ lò” và “Các tham số dập lò” 68 Hình 3.31: LOCA - Lưu lượng dòng bị vỡ (kg/s) 73 Hình 3.32: LOCA - Áp suất trong bể khô (kPa) 73 Hình 3.33: LOCA - Lưu lượng nước cấp (kg/s) 73 Hình 3.34: LOCA - Công suất lò (kPa) 73 Hình 3.35: LOCA - Áp suất lò (kPa) 73 Hình 3.36: LOCA - Lưu lượng hơi trên mái (kg/s) 73 Hình 3.37: LOCA - Mực nước trong lò (m) 74 Hình 3.38: LOCA - Nhiệt độ chất tải nhiệt ( 0 C) 74 Hình 3.39: LOCA - Nhiệt độ nhiên liệu ( 0 C) 74 [...]... đó, đề tài Ứng dụng phần mềm BWR-V3 vào mô phỏng và khảo sát một số sự cố trong lò phản ứng hạt nhân nước sôi (BWR) 130 0MW(e) được chọn ra để nghiên cứu Về phần mềm mô phỏng các sự cố có thể xảy ra trong lò phản ứng, BWR-V3 là phần mềm được IAEA hỗ trợ cho các nước thành viên phục vụ cho mục đích giáo dục Nghiên cứu BWR-V3 để đưa vào bồi dưỡng đào tạo nhân lực là một yếu tố không thể thiếu trong những... cập trong chương 3 của luận văn xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong chương này, luận văn sẽ trình bày sơ lược những cơ sở lý thuyết về lò phản ứng, điều khiển lò phản ứng và giới thiệu cấu trúc cơ bản của một hệ thống lò phản ứng hạt nhân nước sôi 1300 MW(e) 1.1 Vật lý lò phản ứng hạt nhân 1.1.1 Neutron trong lò phản ứng Hạt nhân nguyên tử do các proton và neutron tạo nên Số proton và neutron trong hạt nhân. .. an toàn lò phản ứng Vì mục đích của luận văn là tiến hành mô phỏng một số sự cố có thể xảy ra trong lò phản ứng hạt nhân nước sôi, vì vậy trong nội dung này sẽ đề cập chi tiết tới một số hệ thống an toàn chính yếu của lò phản ứng hạt nhân, chúng là các hệ thống bảo vệ lò khỏi nguy cơ rò rỉ phóng xạ ra ngoài khi sự cố mất chất tải nhiệt vùng hoạt do bể đường ống, thủng đáy thùng lò, hư bơm cấp nước (Loca)... trễ hiệu dụng; I - phần neutron trễ ở nhóm thứ i; 20 - hằng số phân rã nhóm thứ i và không có nguồn neutron ngoài 1.3 Lò phản ứng hạt nhân nước sôi BWR 130 0MW(e) Trong phần này, luận văn sẽ tập trung mô tả chi tiết cấu trúc cũng như các chức năng hệ thống cơ bản trong lò phản ứng hạt nhân nước sôi BWR-6 (1300MWe) [6], [7], [8] 1.3.1 Nguyên tắc hoạt động chung BWR sử dụng nước khử khoáng (nước nhẹ)... diện 10 B được làm chất hấp thụ neutron trong lò phản ứng với neutron nhiệt Trong trường hợp 235 U phản ứng phân hạch có tiết diện rất lớn, vì vậy hạt nhân này được dùng làm nhiên liệu phân hạch 1.1.3 Phản ứng phân hạch hạt nhân Phản ứng hạt nhân quan trọng nhất trong các quá trình vật lý của lò phản ứng là phản ứng phân hạch hạt nhân Dưới tác dụng của neutron, hạt nhân nguyên tố nặng bị phân chia chủ... hành và điều khiển nhà máy điện hạt nhân Trong phạm vi nghiên cứu, mục tiêu của đề tài là chọn ra một số những sự cố thường xảy ra trong lò phản ứng nước sôi: sự cố giảm lưu lượng chất tải nhiệt trong vùng hoạt do lỗi điều khiển, sự cố van điều khiển mực nước làm mát bị lỗi mở hoàn x toàn, sự cố thủng đáy thùng lò làm rò rỉ lưu lượng tải nhiệt 800 kg/s (sự cố LOCA trung bình) Thông qua việc mô phỏng. .. lò phản ứng 1.2.1 Độ phản ứng Với điều kiện hoạt động bình thường của một lò phản ứng ở mức tới hạn hoặc gần tới hạn, k gần bằng 1 Độ lệch của k trên dưới 1 sẽ làm thay đổi công suất của lò phản ứng Hệ số thông dụng trong phân tích lò để mô tả hoạt động của lò phản ứng khi k lệch khỏi 1 được gọi là độ phản ứng Độ phản ứng là một đại lượng được định nghĩa bằng toán học và không thể đo đạc trực tiếp trong. .. soát, khắc phục và hạn chế tối đa những sự cố ngoài mong muốn Với mục tiêu như trên, nội dung nghiên cứu sẽ được trình bày trong 3 chương, trong đó chương 1 của luận văn sẽ trình bày một số cơ sở lý thuyết của lò phản ứng, động học lò và cơ sở cho việc điều khiển lò Chương 2 sẽ mô tả khái quát phần mềm mô phỏng BWR-V3 với những đặc điểm và chức năng chính Nội dung mô phỏng các sự cố và phân tích kết... tại đó phần lớn nước bị tách ra Hơi nước tiếp tục thổi qua máy sấy khô để tách phần nước còn 21 lại Cuối cùng hơi nước đi ra khỏi lò phản ứng qua đường ống dẫn đến tua-bin Nước còn lại từ máy tách hơi và máy sấy khô trộn với nước cấp từ bình ngưng tụ chảy xuống ngăn dưới thùng lò để tiếp tục tái tuần hoàn vào trong vùng hoạt 1.3.2 Cấu trúc lò phản ứng nước sôi (1) Vùng hoạt và cấu trúc bên trong: vùng... nhiệt và chất làm chậm neutron Nhiệt sinh ra trong lò phản ứng sẽ làm cho nước bay hơi, hơi nước sinh ra được chuyển trực tiếp tới tua-bin và làm quay máy phát điện, sau đó nó sẽ được ngưng tụ thành chất lỏng và chuyển trở lại tâm lò phản ứng Nước tải nhiệt được duy trì ở 75atm (7.6 Mpa) vì vậy nước sôi ở tâm lò phản ứng có nhiệt độ khoảng 2850C (5500F) Hình 1.5: Sơ đồ hoạt động của lò phản ứng hạt nhân . phản ứng RSP Remote Setpoint – Điểm đặt từ xa SRVs Safety Relief Valves – Van xả áp an toàn TCV Turbine Control Valve – Van điều khiển tua-bin Sự cố DCF Decreasing Core Flow – Giảm lưu lượng. Hình 3.15: Hiển thị lỗi van cấp nước mở ra hoàn toàn 61 Hình 3.16: Giao diện “Bản đồ Công suất/Lưu lượng” khi xảy ra sự cố 61 Hình 3.17: Tình trạng bơm cấp nước và các van 62 Hình 3.18: Giao. 3.1.1. Mô tả sự cố 48 3.1.2. Mô phỏng sự cố trên BWR-V3 48 3.1.3. Phân tích kết quả 54 3.2. Van điều khiển mực nước cấp bị lỗi mở 59 3.2.1. Mô tả sự cố 59 3.2.2. Mô phỏng sự cố trên BWR-V3