Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
6 Thiết kế an toàn lò phản ứng hạt nhân (ESF)

6 Thiết kế an toàn lò phản ứng hạt nhân (ESF)

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý mơi trường



quan trọng của lò phản ứng như hệ thống làm mát vòng sơ cấp, đường hơi chính,

đường nước phản hồi chính.

ESF bao gồm hệ thống làm mát khẩn cấp(ECCS), nhà lò phản ứng, hệ thống phun

nước trong nhà lò phản ứng và hệ thống thơng gió trong trường hợp vật liệu phóng xạ

bị giải phóng.

Nguyên tắc thiết kế của hệ thống an tồn(ESF):

-



Tính dư thừa: trong thiết kế, nhằm tránh những lỗi khi chỉ có một hệ thống hoạt

động, các nhà máy điện hạt nhân yêu cầu ít nhất 2 hệ thống với năng lực bảo vệ

của mỗi hệ thống là 100% hoặc ba hệ thống với năng lực 50%. Trong các thiết kế

mới hơn, các hệ thống sẽ được cài đặt nhiều hơn với khả năng đáp ứng cao hơn

khi có một hệ thống khơng hoạt động.



-



Đa dạng hóa nguồn cấp điện hoạt động, hệ thống phát điện khẩn cấp với động cơ

diesel, hơi từ turbine là nguồn cung ứng cơ bản của mạng điện. Tuy nhiên, sau sự

cố Fukushima, khi hệ thống cấp điện bằng diesel khơng thể hoạt động được do

sóng thần đưa nước biển vào làm ngập các máy phát diesel. Các thiết kế đòi hỏi

cần có những nguồn cấp điện khác như pin dự phòng hoặc các turbine gió, ngồi

ra cần có những nguồn dự phòng thụ động khơng dung đến điện năng như các hồ

chứa lớn.



-



Tính độc lập: các hệ thống an tồn hồn tồn độc lập với nhau, khơng có sự chia

sẻ giữa các lò phản ứng cũng như trong cùng một lò phản ứng.



-



Kiểm tra định kì hoạt động của các thiết bị thường xuyên hàng tháng nhằm đảm

bảo sự hoạt động của các thiết bị cũng như sự sẵn sang của hệ thống khi có tai nạn

xảy ra.



Hồng Tân Hưng-K54



11



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường



1.6.2 Hệ thống làm mát khẩn cấp(ECCS)

Hệ thống làm mát vòng sơ cấp khơng được dừng lại trong trường hợp tai nạn, nếu

khơng sẽ có hiện tượng tan chảy lõi lò phản ứng. Khi LOCA xảy ra, hệ thống làm mát

khẩn cấp sẽ có nhiệm vụ đưa nước làm mát vào lò phản ứng nhằm lấy đi lượng nhiệt

dư và giữ cho nhiên liệu nguyên vẹn trong suốt q trình LOCA.

Ngồi chức năng làm mát, hệ thống ECCS còn có tác dụng đưa lò phản ứng về

trạng thái tắt hồn tồn nhờ hòa tan một lượng lớn boron trong nước cấp.

Hệ thống làm mát khẩn cấp bao gồm:

-



Hệ thống bơm nước cao áp (HPIS)



-



Hệ thống bơm nước thấp áp (LPIS)



-



Bình dự trữ(ACC)



Hình 5: Hệ thống làm mát khẩn cấp (ECCS)

Hoàng Tân Hưng-K54



12



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường



Khi vết vỡ nhỏ, thể tích nước bị mất ít, áp suất trong vòng sơ cấp vẫn còn cao hệ

thống bơm nước cao áp có thể hoạt động bơm một lượng nhỏ với áp suất cao khoảng

hơn 10 MPa. Khi vết vỡ lớn, một lượng lớn nước thoát ra làm giảm áp suất vòng sơ

cấp một cách nhanh chóng, khi đó hệ thống bơm nước thấp áp sẽ đưa một lượng lớn

nước vào lò phản ứng với áp suất thấp hơn 4MPa. Cả hai hệ thống này đều hoạt động

nhờ năng lượng điện.

Bình dự trữ là một bình được tạo áp nhờ khí nito ở áp suất 5MPa, thực hiện bơm

nước vào lò phản ứng khi các hệ thống bơm nước cao áp và thấp áp trong thời gian

khởi động và hoạt động mà không cần đến nguồn năng lượng nào.

Một hệ thống làm mát khẩn cấp được thiết kế với ít nhất ba bình dự trữ(ACC),

một bơm nước bổ sung, một bơm an toàn, một bơm tải nhiệt dư cùng hệ thống van và

ống giúp làm mát nhiên liệu trong sự cố LOCA.



Hình 6: Đáp ứng của hệ thống làm mát khẩn cấp (ECCS)

Như hình trên cho thấy, đường màu đỏ là lượng nước yêu cầu khi xảy ra tai nạn, và đáp

ứng của hệ thống ECCS luôn đảm bảo yêu cầu của việc cấp nước lam mát vào hệ thống.

Trong giai đoạn bùng phát hệ thống bình dự trữ sẽ hoạt động đầu tiên do không cần khởi

động hệ thống điện, sau đó hệ thống bơm nước cao áp và thấp áp sẽ đưa nước vào làm

mát sau khi khởi động được các bơm.

Hoàng Tân Hưng-K54



13



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường



CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN AN TỒN THỦY NHIỆT RELAP5







Giới thiệu về phần mềm RELAP5

RELAP5 là phần mềm mô phỏng các q trình thủy nhiệt trong diễn ra trong lò



phản ứng nước nhẹ được phát triển bởi phòng thí nghiệm Idaho nhằm phân tích an tồn

lò phản ứng trong các q trình chuyển tiếp như sự cố mất chất tải nhiệt(LOCA), sự cố

mất nước cấp hoặc mát điện toàn bộ.





Cấu trúc của chương trình RELAP5

Cấu trúc của chương trình RELAP5 được chia làm 3 khối: khối INPUT,khối



transient/steady-state(TRNCTL) và khối stripping (STRIP):



Cấu trúc khối dữ liệu trên cùng

Khối INPUT:xử lý dữ liệu đầu vào, chuẩn bị các khối dữ liệu cần thiết cho tồn bộ

lựa chọn của chương trình.

Khối TRNCTL: xử lý, tính tốn trong các trạng thái chuyển tiếp và ổn định

Khối STRIP: trích dữ liệu từ file mơ phỏng chuyển kết quả tính tốn trong

RELAP5 tới các phần mềm tính tốn khác.

Khối TRNCTL còn được chia làm các khối nhỏ hơn với chức năng khác nhau:



Hoàng Tân Hưng-K54



14



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường



Cấu trúc khối TRNCTL

Cấu trúc input của một chương trình RELAP5 bao gồm các thẻ khai báo sau:

Thẻ điều khiển

Thẻ vẽ đồ thị

Thẻ các thiết bị thủy động

Thẻ đầu vào cấu trúc nhiệt

Thẻ đầu vào động học lò phản ứng

Thẻ dữ liệu chung

Bảng 3: Cấu trúc input của chương trình RELAP5

Thẻ điều khiển: tên chương trình, các khai bao điều khiển thời gian tính tốn, bước thời

gian tính tốn…

-



Thẻ vẽ đồ thị: bao gồm các yêu cầu vẽ đồ thị hiển thị chọn lọc các thơng số ra màn

hình, u cầu những thơng số cần tính tốn ra trong file output.



Hoàng Tân Hưng-K54



15



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường



-



Thẻ khai báo các thiết bị thủy động: về hình học cũng như các thơng số hoạt động như

lưu lượng, áp suất, nhiệt độ… của từng thiết bị như ống, bơm, bình điều áp, chân

nóng, chân lạnh…



-



Thẻ khai báo cấu trúc nhiệt: khai bao về các đặc tính nhiệt của các thiết bị, bao gồm

như công suất phát nhiệt, hệ số trao đổi nhiệt, nhiệt dung phụ thuộc vào vật liệu…



-



Thẻ đầu vào động học lò phản ứng: khai báo những thứ liên quan tới động học như

công suất, độ phản ứng…



-



Thẻ dữ liệu bảng chung: khai báo những yếu tố bổ xung cho các thẻ cấu trúc nhiệt

hoặc động học lò phản ứng.





Khái niệm về node hóa và một số yêu cầu cơ bản khi thực hiện node hóa



Khi thực hiện q trình tính toán với RELAP5 chúng ta sẽ phải làm quen với khái

niệm sơ đồ node hóa. Node hóa là mơ phỏng một cách đơn giản hóa các mơ hình của hệ

thống thành các yếu tố hình học đơn giản như dạng ống(pipe), dạng vành khăn (anuulus),

dạng nhánh (branch) hay một số dạng đặc biệt khác và chia chúng thành các thể tích kiểm

sốt, các thể tích này được nối với nhau bởi các mối nối (junction) thành các dạng hình

học cụ thể. Chương trình tính tốn sẽ tính trung bình các đặc tính của chất lỏng tại tâm

của thể tích kiểm soát và các đại lượng vecto của chất lỏng tại các mối nối.

Việc node hóa đơn giản nhất của một mơ hình là chia nó thành các thể tích kiểm sốt

có kích thước hình học như nhau. Tuy nhiên việc lựa chọn thể tích kiểm sốt phải đảm

bảo tính ổn định về số học, thời gian chạy và miền hội tụ. Tính ổn định về số học đòi hỏi

tỷ số giữa chiều dài và đường kính của các node phải lớn hơn 1. Kích thước sẽ ảnh hưởng

đến thời gian chạy của chương trình, với kích thước nhỏ hơn thì cần bước thời gian cũng

nhỏ nhằm đảm bảo sự ổn định về mặt số học.

Hoàng Tân Hưng-K54



16



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường







Cơ sở lý thuyết của chương trình:

Việc tiến hành giải các mơ hình thủy nhiệt trong RELAP5 dựa vào 8 phương trình



cho 8 biến phụ thuộc chính:

-



Các phương trình bảo tồn khối lượng với trạng thái khí và lỏng.



-



Các phương trình moment với trạng thái khí và lỏng.



-



Các phương trình bảo tồn năng lượng đối với khí & lỏng



-



Phương trình bảo tồn khối lượng cho thành phần khơng ngưng tụ trong pha khí.



-



Phương trình bảo tồn khối lượng cho hòa tan trong pha lỏng

Các biến phụ thuộc chính:



-



Áp suất (P).



-



Các năng lượng nội tại cụ thể từng pha (Ug, Uf).



-



Tỷ số thể tích hơi(αg)



-



Vận tốc chop ha khí và pha lỏng. (Vg, Vf)



-



Độ khơ của khí khơng ngưng tụ (Xn) và mật độ Boron(ρb).



-



Các biến độc lập bao gồm biến về thời gian (t) và khoảng cách (x).



Phương trình bảo tồn khối lượng:



Hoàng Tân Hưng-K54



17



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý mơi trường



Phương trình bảo tồn momen:



Phương trình bảo tồn năng lượng



Phương trình bảo tồn khối lượng cho thành phần khơng ngưng tụ trong pha khí:

Hồng Tân Hưng-K54



18



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý mơi trường



Phương trình bảo tồn khối lượng cho chất hòa tan trong pha lỏng:



Các tương tác xảy ra trong mơ hình bao gồm: truyền nhiệt qua tường, ma

sát với thành, truyền nhiệt và khối lượng qua mặt phân cách, ma sát giữa các mặt

phân cách.



Hình 7 : Các tương tác sử dụng trong RELAP5





Cấu trúc của dữ liệu đầu vào



-



Thẻ điều khiển



-



Thẻ yêu cầu vẽ đồ thị



-



Thẻ khai báo các thiết bị



-



Thẻ khai báo các cấu trúc nhiệt



-



Thẻ khai báo dữ liệu động học lò phản ứng



Hồng Tân Hưng-K54



19



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường



-



Thẻ dữ liệu bảng chung

Một số nội dung dữ liệu đầu vào của RELAP5



-



Cards 200-299, điều khiển bước thời gian.



-



Cards 401-599, các trip theo dõi các biến



-



Cards 601-799, các trip logic



-



Cards CCCXXXN, các thành phần thủy động lực học



-



Cards 1CCCGXNN, đầu vào cấu trúc nhiệt



-



Cards 201MMMNN, dữ liệu thành phần cấu trúc nhiệt



-



Cards 202TTTNN, dữ liệu bảng chung



-



Cards 30000000 -39999999, đầu vào động học lò phản ứng



Hoàng Tân Hưng-K54



20



Đồ án tốt nghiệp- Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý mơi trường



CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN PHÂN TÍCH SỰ CỐ MẤT NƯỚC LÀM MÁT

(SBLOCA) LỊ PHẢN ỨNG PWR BỐN VỊNG CỦA WESTINGHOUSE BẰNG

CHƯƠNG TRÌNH RELAP5







Sơ đồ node hóa hệ thống:

Cấu trúc lò phản ứng nước áp lực (PWR) gồm có bốn vòng, cơng suất nhiệt



3600MW, trong đó sự cố vỡ ống nhỏ xảy ra ở chân lạnh của một vòng nên khi viết đã

gộp ba vòng khơng xảy ra sự cố vào thành một vòng và một vòng xảy ra tai nạn.

Vòng nguyên vẹn gồm các thiết bị có số từ 100 đến 199.

Vòng chứa vết vỡ gồm các thiết bị có số từ 200 đến 299.

Thùng lò phản ứng gồm các thiết bị có số từ 300 đến 399

Các bộ phận chính của lò phản ứng: thùng lò phản ứng, các chân nóng và chân

lạnh, bình sinh hơi, bình điều áp, các bơm tuần hồn, hệ thống các van và các đường ống,

các hệ thống an tồn của lò phản ứng.





Thùng lò phản ứng

Nước từ chân lạnh được đưa qua nhánh (300) qua khe biên (downcomer, 315)



xuống phía đáy lò phản ứng (323) rồi chảy ngược lại qua nhiên liệu(335) để làm mát

nhiên liệu và nhận nhiệt trước khi đi qua nhánh (345) và đi ra ngồi chân nóng.

Ngồi ra trong thùng lò phản ứng còn có các yếu tố khác như phần khoang trên (310,

350) nóc lò phản ứng (356).





Hệ thống chân nóng và chân lạnh

Hệ thống chân nóng và chân lạnh được mơ phỏng bởi các yêu tố hình học dạng



ống (100, 104, 200, 118, 214).

Hoàng Tân Hưng-K54



21



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

6 Thiết kế an toàn lò phản ứng hạt nhân (ESF)

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×