ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƯ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN o0o KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHẮC PHỤC SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH NGƯNG HOẠT ĐỘNG CHO LÒ WWER-1000 BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000. SVTH: Lữ Thế Đăng GVHD: TS. Võ Hồng Hải ThS. Phan Lê Hoàng Sang GVPB: TS. Lê Bảo Trân Thành Phố Hồ Chí Minh - Năm 2014 i LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Vật lý hạt nhân, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận. Với lòng biết ơn sâu sắc, em gửi đến thầy Võ Hồng Hải và thầy Phan Lê Hoàng Sang, người đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng, quan tâm giúp đỡ em hoàn thành khóa luận. Em gửi lời cảm ơn đến cô Lê Bảo Trân, cô đã dành thời gian quý báu để đọc và cho em những nhận xét quan trọng giúp em hoàn thành khóa luận Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn ở bên cạnh động viên, giúp đỡ trong thời gian thực hiện khóa luận. TP.HCM, ngày 14 tháng 7 năm 2014 Lữ Thế Đăng ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIÊT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000. 2 1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân. 2 1.2. Trang thiết bị vòng sơ cấp 4 Lò phản ứng 4 Lõi lò phản ứng 6 Bơm tuần hoàn chính (RCP) 8 Bình sinh hơi (SG) 8 Hệ thống điều hòa áp suất (Pressurizer) 9 1.3. Trang thiết bị vòng thứ cấp 10 Ống nối dẫn hơi (MSC) và ống góp hơi (MSH) 10 Van điều chỉnh hơi nước tua-bin 10 Các bộ phận khác. 10 CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT LÒ VÀ ĐỘ PHẢN ỨNG 11 2.1. Những khái niệm chung 11 2.2. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh điều khiển 12 2.3. Tỏa nhiệt dư trong nhiên liệu 12 iii CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH NGỪNG HOẠT ĐỘNG 14 3.1. Một máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 15 Khảo sát trường hợp không phục hồi sự cố. 15 Khắc phục sự cố bằng phương pháp điều chỉnh nồng độ acid boric từ mức 66% 22 Khắc phục sự cố bằng phương pháp điều chỉnh nồng độ acid boric từ mức thấp hơn 66% 26 3.2. Hai máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 28 Khảo sát các thông số của lò khi máy bơm tuần hoàn chính số 1 và 2 ngừng hoạt động 28 Khắc phục sự cố hai máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 31 PHỤ LỤC  Phụ lục 1: Giới thiệu phần mềm mô phòng WWER-1000 40  Phụ lục 2: Danh sách các mục của bảng thông báo cho chương trình mô phỏng lò phản ứng WWER-1000 49  Phụ lục 3: Danh sách các tín hiệu dẫn đến sự bảo vệ khẩn cấp 51 iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việ t CPS Reactivity Control Page Trang điều khiển độ phản ứng CR Control Rod Thanh điều khiển ĐHN Điện hạt nhân EP Emergency Protection Chế độ bảo vệ khẩn cấp FA Fuel Assemblies Bó nhiên liệu GRP Trends page Trang vẽ đồ thị IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế MSC Main steam collector Ống nối dẫn hơi MSV Main steam valve Những van hơi nước chính MSIV Main steam isolating valve Van xả hơi chính NMĐHN Nhà máy điện hạt nhân PP Preventive protection Chế độ bảo vệ phòng ngừa SG Steam Generator Bình sinh hơi TAB Enunciators Page Giao diện cảnh báo sự cố TBxxBxx Ký hiệu thùng chứa acid boric TBxxDxx Ký hiệu bơm acid boric TBxxSxx Ký hiệu van dẫn acid boric TK Feed and Bleed System Page Trang hệ thống thổi bù TKxxSxx Ký hiệu van dẫn nước sạch đến lò RCP Reactor coolant pump Bơm tuần hoàn chính WWER Water Water Energy Reactor Lò phản ứng hạt nhân nước-nước v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của WWER – 1000 4 Bảng 1.2. Các đặc tính chính của lõi lò phản ứng WWER-1000 6 Bảng 1.3. Các đặc tính chính của bó nhiên liệu của lò WWER-1000 7 Bảng 1.4. Các đặc tính của viên nhiên liệu 8 Bảng 3.1. Các tham số cần quan tâm khi lò đang hoạt động bình thường 16 Bảng 3.2. Các thông số cần khảo sát trong sự cố hai máy bơm ngừng hoạt động 29 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ mặt cắt của nhà máy điện hạt nhân 3 Hình 1.2. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER 3 Hình 1.3. Ảnh mặt cắt của lõi lò phản ứng WWER-1000 5 Hình 1.4. Hình dạng của lõi lò và các bó thanh nhiên liệu 7 Hình 1.5. Cấu tạo bình sinh hơi 9 Hình 3.1. Lựa chọn chế độ hoạt động bình thường của lò phản ứng. 15 Hình 3.2. Các tín hiệu cảnh báo sự cố khi đóng máy bơm tuần hoàn chính số 2. 17 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ và áp suất lò theo thời gian 17 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất, nhiệt độ và mức nước của bình điều áp theo thời gian 18 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 và công suất lò phản ứng theo thời gian. 19 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ chân nóng và chân lạnh ở bình sinh hơi số 2 theo thời gian 19 Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ chân nóng và chân lạnh ở bình sinh hơi số 1 theo thời gian 20 Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi mực nước và vị trí van điều khiển của bình sinh hơi số 2 21 Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi công suất và vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 21 Hình 3.10. Đồ thị biễu diễn mực nước của bình sinh hơi số 2 theo thời gian 22 Hình 3.11. Vị trí các van TB10S17, TB10S26, TB10S24, TK80S01 23 Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 theo thời gian 23 Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn nồng độ acid boric theo thời gian 23 Hình 3.14. Bình chứa nước cất TK70B01 24 Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn công suất lò phản ứng, nồng độ acid boric và độ phản ứng theo thời gian 25 Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn thông số OFFSET theo thời gian 26 vii Hình 3.17. Đồ thị biễu diễn sự thay đổi công suất theo thời gian khi tiến hành khắc phục sự cố từ mức 15% 27 Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn công suất theo thời gian khi tiến hành khắc phục sự cố từ mức 10% 28 Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc công suất theo thời gian khi không khắc phục sự cố 30 Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi vị trí nhóm thanh điều khiển số 9 và số 10 khi không khắc phục sự số 30 Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi vị trí nhóm thanh điều khiển số 10 theo thời gian khi tiến hành khắc phục sự cố 31 Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ acid boric theo thời gian. 31 Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ acid boric theo thời gian trong toàn bộ quá trình khảo sát 32 Hình 3.24. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi vị trí các nhóm thanh điều khiển từ số 5 đến số 10 theo thời gian trong toàn bộ quá trình khảo sát 32 Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi công suất lò thời gian trong toàn bộ quá trình khảo sát 33 Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi thông số OFFSET theo thời gian 33 1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, năng lượng điện hạt nhân tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất điện năng trên toàn thế giới. Mặc dù tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) Fukushima Daiichi năm 2011 ở Nhật Bản đã gây ra nỗi ám ảnh, nguy hiểm trên thế giới, nhưng không thể phủ nhận vai trò quan trọng điện hạt nhân trong việc thúc đẩy nền kinh tế phát triển và đảm bảo an ninh năng lượng. Vấn đề đặt ra về an toàn NMĐHN, sự vận hành, độ an toàn phóng xạ, cách quản lý, đội ngũ vận hành các sự cố có thể xảy ra,…. Nó quyết định sự thành bại của chương trình điện hạt nhân. Trong khóa luận này, tôi thực hiện mô phỏng khắc phục một sự cố tai nạn máy bơm tuần hoàn ở vòng sơ cấp ngừng hoạt động cho loại lò WWER - 1000 (Water Water Energy Reactor – 1000). Gói phần mềm sử dụng là WWER-1000, được tài trợ từ Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA cho trường đại học Khoa học Tự nhiên – Tp.HCM. Các thông số vật lý lò như nồng độ acid boric, vị trí của thanh điều khiển, độ phản ứng, công suất lò phản ứng, giá trị OFFSET của lò được khảo sát và đánh giá. Nội dung khóa luận gồm 3 chương:  Chương 1: Giới thiệu nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng WWER-1000.  Chương 2: Điều chỉnh công suất lò và độ phản ứng.  Chương 3: Khảo sát sự cố máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động. 2 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000. 1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân Ngày nay năng lượng hạt nhân tiếp tục đóng một vai trò quan trọng cho nhân loại. Tuy nhiên, một vấn đề quan trọng khi phát triển chương trình điện hạt nhân đó là an toàn. Các yêu cầu về an toàn luôn được quy định chặt chẽ, sau sự cố Fukushima chúng càng trở nên chặt chẽ hơn. Dù đang phải đối mặt với nhiều thách thức, nhưng công nghệ điện hạt nhân vẫn là một lựa chọn quan trọng của thế kỷ 21. Để đáp ứng nhu cầu về an ninh năng lượng, hiện nay nhiều loại lò thế hệ mới đang được nghiên cứu phát triển. Một trong số đó là lò phản ứng WWER-1000, được viết tắt từ Water Water Energy Reactor. Đây là loại lò phản ứng nước áp lực bốn vòng lưu thông trong đó nước được sử dụng như chất làm chậm và chất tải nhiệt, chỉ số 1000 cho biết công suất điện đạt 1000MW. Loại lò này được thiết kế đối phó với sự cố xảy ra cùng một lúc như vỡ ống đường kính lớn, động đất và mất điện hoàn toàn. Thiết kế cơ bản của lò phản ứng WWER-1000 gồm: bốn bình sinh hơi, một bình điều áp, và bốn máy bơm tuần hoàn chính. Có hai hệ thống chính được tối ưu hóa để chuyển nhiệt năng thành điện năng. Hệ thống vòng sơ cấp có chức năng chuyển nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng hạt nhân đến các bình sinh hơi. Bình sinh hơi là nơi trung gian giữa vòng sơ cấp và vòng thứ cấp, nó là điểm cuối của vòng sơ cấp và là điểm đầu của vòng thứ cấp. Hơi được tạo ra trong bình sinh hơi và đi vào tua- bin chính để tạo ra điện. Sau đó hơi được đưa vào bình ngưng tụ để chuyển thành nước và bơm trở lại bình sinh hơi để tái sử dụng. Ngoài ra, để hai hệ thống chính kể trên hoạt động trơn tru, cần có rất nhiều hệ thống phụ trợ khác nhau. Ví dụ như hệ thống thổi-bù, hệ thống điều hòa áp suất … Ngoài ra còn có hệ thống bảo vệ, ví dụ như hệ thống thanh điều khiển, hệ thống bảo vệ khẩn cấp (EP)… [...]... Đóng một máy bơm tuần hoàn chính  Đóng 2 máy bơm tuần hoàn chính 3.1 Máy bơm tuần hoàn chính ở vòng 2 ngừng hoạt động Khảo sát trường hợp không phục hồi sự cố Tiến hành khảo sát sự cố máy bơm tuần hoàn chính số 2 (YD20D01) ngừng hoạt động Và không khắc phục sự cố này, khi đó sẽ quan sát được quá trình điều khiển tự động của lò phản ứng WWER-1000 Để lò hoạt động bình thường, cho chương trình mô phỏng. .. đầu, lò hoạt động bình thường với công suất gần 100% (Nnom 100%) Khi tắt máy bơm tuần hoàn chính, gần như ngay lập tức, các tín hiệu và âm thanh cảnh báo xuất hiện Hình 3.2 Các tín hiệu cảnh báo sự cố khi đóng máy bơm tuần hoàn chính số 2 Từ hình 3.2, phần mềm mô phỏng cho biết hệ thống bảo vệ phòng ngừa cấp 1 hoạt động, kèm theo đó là tín hiệu “RCP trip” cho biết một máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt. ..  Tắt hai máy bơm tuần hoàn chính đối diện nhau (1 và 3 hoặc 2 và 4): công suất lò được giới hạn ở mức 52%  Tắt hai máy bơm tuần hoàn chính kế cận nhau: công suất lò được giới hạn ở mức 42 %  Tắt một máy bơm nước cấp: công suất lò được giới hạn ở mức 52%  Tắt một máy bơm nước cấp và hay máy bơm tuần hoàn chính: công suất lò được giới hạn ở mức 52%  Tắt hai máy bơm nước cấp: công suất lò được giới... động Khảo sát các thông số của lò khi máy bơm tuần hoàn chính số 1 và 2 ngừng hoạt động Ta tiến hành tắt máy bơm tuần hoàn chính số 1, đợi đến khi công suất lò giảm đến mức 66% thì tiếp tục tắt máy bơm tuần hoàn chính số 2 Sở dĩ phải tắt lần lượt vì qua khảo sát, ta nhận thấy rằng chỉ có thể phục hồi công suất lò khi tắt lần lượt hai máy bơm Nếu tắt đồng thời thì không thể phục hồi được Ở bài khảo sát... qua vùng hoạt sẽ giảm từ từ vì máy bơm tuần hoàn chính sẽ tiếp tục chạy theo quán tính nhờ bánh đà Việc giảm công suất được đảm bảo nhờ bộ phẩn điều chỉnh hạn chế công suất (ROM) Tùy theo số lượng máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động mà công suất được giới hạn ở các mức khác nhau[8]:  Lò hoạt động bình thường: công suất được giới hạn ở mức 102%  Tắt một máy bơm tuần hoàn chính: công suất lò được... để có thể phục hồi vào khoảng 15%, nếu thấp hơn mức này thì không thể phục hồi được Ngoài ra, tôi còn tiến hành khảo sát trường hợp sự cố hai máy bơm ngừng hoạt động Sau khi đã phục hồi công suất lò, độ ổn định được thể hiện qua thông số OFFSET (dao động xenon) của lò Những chế độ sau đây thuộc loại vi phạm lưu lượng chất tải nhiệt:  Kẹt một bơm tuần hoàn chính  Mất điện bơm tuần hoàn chính  Mất... vậy, đối với lò phản ứng có công suất nhiệt 3000MW, mức tỏa nhiệt dư vào khoảng 195 MW Công suất đó tương ứng với công suất của một tổ máy trung bình của nhà máy nhiệt điện Vấn đề là công suất này cần phải đưa ra khỏi lò phản ứng và ra khỏi vòng sơ cấp trong bất kỳ điều kiện nào 13 CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH NGỪNG HOẠT ĐỘNG Kịch bản của sự cố này là một máy bơm tuần hoàn chính ở vòng... bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động Tín hiệu “N heat > setpoint” xuất hiện cho biết nhiệt độ trong lõi lò vượt quá mức cho phép Đó là do khi vừa đóng một máy bơm tuần hoàn chính, công suất lò đang là 100%, nhiệt lượng tỏa đều ra cho bốn bình sinh hơi Tuy nhiên, một máy bơm ngừng hoạt động làm cho nhiệt lượng không được đưa ra hết lõi lò dẫn đến nhiệt lượng trong lõi lò tăng lên và xuất hiện tín hiệu... diễn công suất lò phản ứng, nồng độ acid boric và độ phản ứng theo thời gian 25 Kết quả là sự cố đã hoàn toàn được khắc phục Sự ổn định của lò phản ứng sau khi phục hồi được thể hiện qua thông số offset Đồ thị 3.16 cho thấy biên độ của dao động offset nhỏ dần nghĩa là lò đã hoạt động ổn định Thông số OFFSET, hay còn gọi là dao động xenon, là đại lượng được sử dụng làm thông số đặc trưng cho sự phân bố... cấp ngừng hoạt động Người điều khiển chủ động tắt máy bơm tuần hoàn để quan sát các quá trình xảy ra sau đó Theo kịch bản, tôi sẽ bắt đầu phục hồi công suất lò từ mức 66% bằng cách điều chỉnh nồng độ acid boric Sau khi làm theo đúng kịch bản của sách hướng dẫn, tôi mở rộng khảo sát là để cho công suất lò giảm xuống mức thấp hơn 66% mới bắt đầu tiến hành phục hồi sự cố Để phục hồi công suất lò từ mức . THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN o0o KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHẮC PHỤC SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH NGƯNG HOẠT ĐỘNG CHO LÒ WWER-1000 BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000. . SÁT SỰ CỐ MÁY BƠM TUẦN HOÀN CHÍNH NGỪNG HOẠT ĐỘNG 14 3.1. Một máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 15 Khảo sát trường hợp không phục hồi sự cố. 15 Khắc phục sự cố bằng phương pháp điều. khi máy bơm tuần hoàn chính số 1 và 2 ngừng hoạt động 28 Khắc phục sự cố hai máy bơm tuần hoàn chính ngừng hoạt động 31 PHỤ LỤC  Phụ lục 1: Giới thiệu phần mềm mô phòng WWER-1000 40  Phụ