PHAN TICH THAM SO THUY NHIET CUA LO PHAN iTNG VVER-lOOo' DOI VOfI TAI NAN VQ ONG BINH SINH HOI
LLTU NAM HAI, T R L T O N G CONG THANG Cue An todn birc xg vd hgt nhdn, 70 Trdn Himg Dao, Hd Ngi, Viet Nam
Email: [email protected], [email protected]
Abstract: To ensure the safety operation of nuclear power plant (NPP), a lot of postulated accident scenarios were considered and analysed. This research chose and analysed the accident of steam generator tube rupture (SGTR) under the actual plant conditions by using the simulation program PCTRAN. The SGTR accident is happened when the NPP is under operation with the steady state condition (power of 3000 MWth, primary pressure of 157 bar and secondary pressure of 63 bar). The accident is initiated by creating a break with equivalent diameter of 100 mm in the area of lower row heat exchanging tubes. The result of analysis was compared with the calculation of the Shariz University, Iran using the thermal hydraulics code RELAP5/mod3.2 and results reported in the PSAR data of WER-1000. This comparison shows that it is possible for using PCTRAN to analyse accidents of VVER-1000 reactor.
TCr khoa: WER-1000, PCTRAN, Binh sinh hai, V& dng binh sinh hoi.
I. Md DAU
Vo ong binh sinh hoi la mot su co co the dan den hau qua nghiem trpng trong van hanh NMDHN neu nhu nguoi van hanh khong dua ra cac phuong sach van hanh dung dan.
Lo phan ung VVER-1000 co 4 binh sinh hoi nam ngang voi hieu suat truyen nhiet rat cao. Moi binh sinh hoi c6 gan 11000 ong trao doi nhiet, duong kinh trong cua moi ong la 13 mm va duong kinh ngoai 15 mm, dien tich be mat trao doi nhiet 6100 m .
Trong dieu kien van hanh binh thuang, nuoc vong sa cap sau khi da trao doi nhiet qua cac ong cua binh sinh hoi se dugc quay tro lai kenh lanh. Tuy nhien khi co mgt hoac mot so ong binh sinh hoi bj ro ri hoac bi va, nuoc vong so cap duoi ap suat 157 bar la nuac bi nhiem phong xa se bi thoat vao vong thii cap vai ap suat thap hon 63 bar. Nhung tmcmg hey vo Ion CO the gay ra luu luang nuoc ro ri ban dau len toi vai nghin tSn moi gio. Khi su co va ong binh sinh hoi xay ra se dan den hau qua la chat phong xa bi thoat ra vong thu cap va tir do co the thoat ra moi truong neu ap suat binh sinh hoi cao hon 76 bar, hon niia that thoat chat tai nhiet cung dan den giam kha nSng lam mat vimg boat 16 phan ung. Trong mot so cac diiu kien khong kiem soat cung co the dan den nong chay viing boat.
De giam thieu hau qua, phai ngan chan dugc dong ro ri nay cang som cang tot. Dong ro ri se bi chan lai neu ap suat ciia hai vong so cap va thii cap can bang nhau. Dong thoi ap dung cac bien phap co lap dugc binh sinh hoi bi hu hai. N h u vay nguoi van hanh se phai nhanh chong dua ra phuong sach dieu khien nhim dat dugc can bang ap suat hai vong nuoc nay trong thai gian ngan nhdt co the.
ghien cuu nay su dimg chuong tiinh PCTRAN mo phong hoat dpng cua 16 phan ung W E R - 1 0 0 0 vol kich ban v 5 duong 6ng phia duoi ciia he th6ng trao d6i nhiet trong binh sinh hoi (duorng 6ng dan chat tai nhi?t ra khoi binh sinh hoi) voi kich thuoc \k v o tuong duong voi duong kinh 100 mm. Cac tham s6 thuy nhiet cua 16 phan ung dugc phan tich va danh gia gom ap suit cua vong s o cap, ap suit binh sinh hoi, nhiet do chSt tai nhiet tai kenh nong va kenh lanh, too dp d6ng ro ri t ^ vet v5, ...
120 Hdi nghi Khoa hgc vd Cdng nghe hgt nhdn todn qudc idn thir IX. Ninh Thugn 18-19/8/2011 II. CHUONG TRINH MO PHONG PCTRAN
Theo yeu cau cua Cue An toan biic xa va hat nhan (ATBXHN) va thong qua d\r an h6 trg ky thuat VIE/09/013-95687S, Co quan Nang lugng nguyen tur qu6c xk (IAEA) da dat hang cong ty Micro-Simulation Technology (MST) xay dung va phat triSn chuong trinh mo phong boat dpng ciia 16 phan ung bang chuong trinh PCTRAN. Chuong trinh nay da dugc chuySn giao cho Cue ATBXHN vao dau nam 2011. Mo hinh ciia nha may dugc mo ph6ng trong chuong trinh PCTRAN la thiet ke cua Nga, cong nghe VVER-1000 voi 4 v6ng lam mat va 4 binh sinh hoi nam ngang (dac trung thiet ke cua Nga). Trong do mgt vong lam mat ket noi voi binh dieu ap dugc mo phong rieng re. Cac thong so ky thuat cua 16 phan img dugc nguoi sir dung diiu khien linh hoat, cho phep dieu khien 16 phan ung o cac trang thai khac nhau.
Chuong trinh co giao dien than thien voi nguoi sir dung thong qua viec bieu dien cac tham s6 ciia 16 phan img theo thai gian thuc nhu ap suat cua v6ng so cap, ap suat cua binh dieu ap, nhiet dp kenh nong, kenh lanh, ...
Hinh 1 the hien giao dien day dii cua chuong trinh PCTRAN cho 16 phan ling VVER- 1000 voi 4 binh sinh hoi nam ngang, trong do 3 vong lam mat dugc thS hien ciing nhau va vong c6n lai dugc the hien rieng re cimg binh dieu ap.
^ j — lMl.Ela]MhJjJ
Hinh 1. Chuong trinh PCTRAN-VVER-WOO.
PCTRAN mo phong cac thanh phSn chinh cua 16 phan ling VVER-1000 iaqc thS hien tren Hinh 1 va chi tiet trong Bang 1 voi mau sic th6 hien trang thai ho^it dgng khac nhau ciia he thong, thiet bi (do - trang thai ma, trjng - trang thai dong, xanh la cay - trang thai dong + mo, xanh da troi - muc nuoc).
Hgi nghi Khoa hgc vd Cdng ngh? hgt nhdn todn qudc idn thu IX, Ninh Thugn I8-19/8/20II 121
Bdng I. Cdc thanh phdn chinh cua id phdn ung WER-1000 duac mo phong trong chuong trinh PCTRAN STT
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
He thoDg Vung ho^t 16 phan ihig Bcrm niTCTc vong sacap Binh sinh hai Binh dieu ap
He thong van cap nuac trd lai binh sinh hai He thong bom nude cap cmi ap suat cao He thong bam nuac cap cuu ap suat thap Van CO I?p he thong hai
He th6ng van xa hai an toan cua binh dilu ap va binh sinh hai
H? thong bom bo sung nuac phy tra
Ky hieu
RCP SG PRZ MFW HPI LPI Msrv Relie&Safety
\alve AFW/EFW
Vitri 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m. KICH BAN MO PHONG SI/ CO VO ONG BINH SINH HOI
1. Bieu kien hoat d^ng ban dau
Su CO va ong binh sinh hoi dugc mo phong khi 16 phan ling VVER-1000 dang dugc van hanh o dieu kien binh thuong, cac thong so chinh cua 16 phan ung dugc the hien trong Bang 2.
Bdng 2. Cdc thong so cua Id phdn img trong dieu kien hogt dgng binh thuong STT
1 2 3 4 5 6 7 8
Thong so Ap suat he thong mgt (RCS) Ap suat he thong hai (Binh sinh hai - SG) Cong suat nhiet cua vung ho^t Nhi?t dp kenh nong Nhi^t do kenh lanh
Lim Iirgmg dong h^ thong mpt qua binh sinh hai M^c nucrc binh sinh hcri
Mgc nuac binh dieu ap
Gia tri 157 bar
63 bar 3000 MW 319.6 °C 290.4 °C 15930 tin/gio 2,45 m 7,0 m 2. IVIo ta kich ban va dien tien cda sv co
Sir ki?n khoi phat bang mot vet vo duong ong phia duoi ctia he thong trao doi nhiet trong binh sinh hcri voi kich thuoc tuong ducmg voi duong kinh 100 mm. Vet vo gay ra mot dong nuoc ro ri tii vong so cap vao vong thii cip (vao binh sinh hoi) vol liru lugng rat Ion.
2 giay sau khi vS, luu lugng ro ri len tori 3179 tin/gio. Dong ro ri nay lam giam lugng nuoc va ap suat cua vong so cap, do vay h$ thSng suoi bmh diSu ap (heater) dugc kich hoat va nuoc tir binh dieu ap dugc day vao vimg hoat de lam tang lai ap suit va bit lai lugng nuac bi that thoat. Tuy nhien boat dgng ciia binh di6u ap khong bit lai dugc nuoc ro ri qua bmh sinh
122 Hdi nghi Khoa hgc vd Cdng ngh0 hgt nhdn todn qudcldn thu IX, Ninh Thudn 18-19/8/2011 hoi. Muc nuoc binh dieu ap bi giam nhanh va dong thoi m\rc nuoc trong binh sinh hoi bj su c6 Cling tang nhanh. Tin hieu "ro ri nu6c tir v6ng so c i p vao thii cSp" xuSt hien (do su tang len ciia phong phong xa gamma trong du6fng hoi chinh).
Sau 10,5 giay, do ap suat binh dieu ap giam den 147 bar d?it gioi ban ap suit thdp cua binh di^u ap, tin hieu dap 16 khan cap (scram) xuat hien. T o ^ bp thanh dihu khiSn roi vao viing hoat tai 13,5 giay, cong suat vimg boat giam nhanh ve duoi 10%, tua-bin ngimg hoat dpng. Khi quan sat thay hien tugng nay, ngu6i van hanh se nhanh ch6ng t i t he thong bom cap nuac tra lai binh sinh hoi (bom vong thu cap) MFW nham co lap cdc binh sinh hoi.
87 giay sau sy co, ap suat vong so cap giam xuong 87,1 bar, ap suat binh sinh hoi la 66,5 bar, muc nuoc binh dieu ap giam den 0, toe do d6ng ro ri vao binh sinh hoi c6n 1369 tin/gio, nhiet dp nuoc he thong mot vao khoanp 287''C, cong su§t nhiet vimg boat chi con 107,8 MW (3,6%). Luc nay nguoi van hanh sg tat tat ca bom ciia vong sa cap dh co lap binh sinh hoi va lam giam d6ng nuoc ro ri vao binh sinh hoi.
130 giay sau su co, ngu6i van hanh dong toan bg he thong van cap, xa nuoc va hoi cua binh sinh hoi bi su co. Liic nay ap suat binh sinh hoi nay la 65,7 bar va muc nuac la 5,19 m.
150 giay sau su co, ap suat vong so cap la 77,4 bar, ap suat binh sinh hoi la 67 bar, luu lugng nuoc ro ri c6n 896,9 tan/gia. Nguoi van hanh tiep tuc tim each can bang ap suat giiia vong so cap va thu cap bang each khoi dpng he thong bom nuac cap cuu ap sudt cao HPI (nhiet dp nuoc cap curu la 25 C) nham lam giam ap suat v6ng so cap.
750 giay sau su co, ap suat giira v6ng so cap va thu cap da dgt gan can bang voi hai gia tri la 74,9 bar va 74,6 bar. Luc nay dong r6 ri da giam xuong chi con 132 tan/gio.
1250 giay sau su co, ap suat vong so cap va thir cap da can bang 6 75,6 bar, luu luong dong r6 ri da giam ve 0. Liic nay nguoi van hanh se giii cho van hoi chinh MSIV luon ma (van nay se dong neu ap suat binh sinh hoi duoi 49 bar), dong thai khoi dpng he thong bom bo sung nuoc phu trg cho binh sinh hoi AFW. He thong bom nay lam ap suat binh sinh hai tang len va nuoc bat dau chay ngugc tro lai vong so cap.
1867 giay sau su co, muc nuac binh dieu ap da dhy tv6 lai, binh dieu ap hoat dpng tra lai lam ap suat vong so cap tang va giii cSn bing voi v6ng thii c i p .
Toan bg kich ban va hanh dpng thuc hien dugc tom tat trong Bang 3.
Bdng 3. Kjch bdn mdphdng cua su cd va dng binh sinh hai theo thoi gian.
Thoi gian*
13,5+ 200 sec 87,0 + 200 sec 130 +200 sec 150 +200 sec 1050+200 sec
Hanh d^ng Cha tin hi?u scram va ngat tua-bin, tat hf bam MFW Tat tat ca bam vong sa cap RCP
D6ng toan bp van hoi va cap nuac binh sinh hai co ong bj (Binh sinh hai A)
v&
Khai dong bom cap cuu ap suat cao HPI Khai dpng bom AFW;
Giu van MSIV ben phai luon ma.
* (su CO xdy ra bat ddu tir thai diim t=200 gidy)
Hgi nghi Khoa hgc vd Cdng nghe hgt nhdn todn qudc idn thu IX, Ninh Thudn 18-19/8/2011 123
IV. K £ T Q U A VA THAO LUAN
Cac ket qua danh gia su co vo ong binh sinh hoi bao gom ap suat cua v6ng so cap, ap suat binh sinh hoi, nhiet dp chat tai nhiet tai kenh nong va kenh lanh, t6c dp dong ro ri tai v6t vo. Nhung ket qua nay dugc xem xet va so sanh voi ket qua cua truong dai hpc Shariz, Iran sir dung RELAP5/Mod3.2 va ket qua tinh toan dupe trinh bay trong PSAR cua 16 phan ung VVER-1000 [1]. Ngoai ra, ket qud nghien cuu cGng dugc danh gia thdng qua cac kit qua thuc nghiem cua co quan van hanh thupc cong ty dien luc cua Phap (EdF) vol su c6 v5 6ng binh sinh hoi 16 PWR 900 MW [2].
;;• i 11 i
1
i , X
1 a j —
I ^./^
J i
0 . . . . t K fine (sec)
-
1
oenD ^^^ RELAP5
, ,
Hinh 2. Ap suat vong sa cdp (bar) (PCTRAN- trdi, Shariz, Iran vd PSAR -phdi).
Hinh 2 (trai) la ket qua ve ap suat cua vong sa cAp trong toan bp th6i gian su c6 xay ra dugc tinh bang PCTRAN va so sanh voi Hinh 2 (phai) la kit qua cua truong dai hgc Shariz, Iran va PSAR. Ro rang thay rang, PCTRAN cimg cho thay dugc xu huong giam ap suit ciia vong so cap tir 157 bar cho den khi can bang voi dp suat vong thii cSp tai 60 -^ 70 bar. K§t qua nay kha phii hgp voi cac ket qua so sanh cua Iran va PSAR.
Hinh 3 the hien dong thoi ap suat ciia vong so cap va binh sinh hoi (xay ra sir c6 vo ong). Xu huong dieu khien 16 phan ling sao cho dat can bang ap suat giiia hai v6ng nay dugc so sanh voi phuong sach van hanh cua EdF cho 16 phan ung 900 MW khi xay ra su c6 vo 6 ong binh sinh hai (Hinh 4).
Hinh 3. Ap sudt vdng sa cdp vd dp sudt cita binh sinh hai xdy ra sti cd (bar).
124 Hdi nghi Khoa hgc vd Cdng nghe hgt nhdn todn qudc idn thu IX. Ninh Thudn 18-19/8/2011
^ Session soroe ccBur
— Ptesslon GV accidenU
— - Pro»ion G V » i n
100O 2G0D 3 0 0 0 4 0 0 0
Hinh 4. Phuong sdch van hanh cua ca quan van hanh EdF ddi vai su cd va 6 dng binh sinh hai Id PWR-900MW.
Theo kinh nghiem ciia cac co quan van hanh tren the giol [2], doi v<!fi s\r c6 vof ong binh sinh hoi, nguoi van hanh phai dua dugc ap suat v6ng so cap va thir cap gan can bang nhau cang som cang tot va truac 15 phiit sau khi su co. Voi khoang thoi gian nay nguoi van hanh hoan toan co the kiem soat dugc tinh hinh cua nha may. Nhu vay theo ket qua tinh toan cua PCTRAN, su can bang ap suat dat dugc tai 800 giay sau su c6. Voi khoang thoi gian nay, thi viec van hanh 16 VVER-1000 co the dap img dugc ySu cdu ve an toan.
Hinh 5 the hien luu luong nuoc r6 ri tir vong so cap vao thir cap tai vSt v& cua binh sinh hoi. K8t qua so sanh voi Iran va PSAR cho thay lim lugng ro ri deu giam rdt nhanh ngay sau khi xay ra vet vo va giam den 0 khi co van hanh dat dugc can bdng dp su4t giiia hai vong.
Theo kit qua tinh toan bdng PCTRAN, luu lugng r6 ri dat xIp xi 0 tai thoi dilm 800 gidy sau su c6 trong khi ket qua cua Iran la 200 giay. Tuy nhien co the thiy rdng nhiing kit qua tinh toan nay kha tuong dong.
3K»
m o
IWO 1
I v _ . .„.„ „„„.^
^^*" 1 \ ^^^^^^^WBHi•M IM
1 «»o
• o o jE )0«
•^ I M
8 »»«
" ft
-
0
I
1
PSAR RELAPS
Hinh 5: Luu luang nuac ro ri tic vdng sa cdp vdo thii cdp (ro ri vdo binh sinh hai) PCTRAN- trdi (tdn/gia), Iran + PSAR -phai (kg/s).
Xu huomg giam ciia nhiet do tai kenh nong va kenh lanh (ndi vdi binh sinh hoi bi vo ong - Binh sinh hoi A) tinh toan theo PCTRAN ciing cho ket qua kha gin vol kit cua cua Iran va PSAR. Su so sanh nay dugc thg hien tren Hinh 6 va Hinh 7. Them vao do, so sanh s\r khac nhau ve nhi$t dp tai kenh nong va kenh lanh (n6i voi binh sinh hoi khong xay ra sv c6 - Binh sinh hoi B) ciing dugc the hien tren Hinh 8. Thdy ro rang nhift dg ctia kenh n6ng \k kSnh lanh
Hgi nghj Khoa hgc vd Cdng nghe hgt nhdn todn qudc idn thu IX, Ninh Thudn 18-19/8/2011 125
la kha gan nhau cho truong hgp ciia binh sinh hoi A do sir ro ri qua vet vo va khong co su trao d6i nhiet sau thoi gian xay ra tai nan (binh sinh hoi A bj co lap sau 130 giay) trong khi sir khac biet la thay ro d6i voi binh sinh hoi B (Hinh 8).
E S
0 1000
Hinh 6. Nhiet do kenh ndng vd kenh lanh tgi binh sinh hai bi sii co (Binh sinh hcri A).
I HD - an
I:
tN MQ l i t
•
J l
u
••'''"
t . 101 rane(MC) « . 40PSAR RaJU>5
" ^
i _ i _
• 1
" • ' ' ' " • • ' ' ' " • •
FFinh 7. Nhiet do kenh ndng (trdi) vd kenh lanh (phdi) tinh duac tirRELAP5, dgi hgc Shariz, Iran va PSAR.
Hinh 8. Nhiet do kenh ndng vd kenh Ignh ra binh sinh hai khdng bi tai nan (Binh sinh hai B)
126 Hgi nghi Khoa hgc vd Cdng nghe hgt nhdn todn qudc idn thir IX, Ninh Thudn 18-19/8/2011 Hinh 9 va Hinh 10 ciing cho bilt kit qud tinh toan cho luu lugng d6ng di vao kenh lanh tir binh sinh hcri bi su co A va tong luu lugng dong tii 3 binh sinh hoi con lai. Kit qua nay hoan toan phii hgp voi ket qud ciia Iran, PSAR.
%
Hinh 9. Luu luang dong di vdo kenh Ignh tir binh sinh hai bi su cd A vd tic 3 binh sinh hai con lgi - PCTRAN.
: i \
j
; :
i
:
0.
W-J
-,,,,
^' 1 .
• , , , - 0 . 1 0
1 ' ' • • 0. 30 1 ' ' ' '
0 . 40C P S A R
- ^
n C L A P . , ' •
1 ' ' ' '
0 . 5 0 0 . SOD Time (sec)
Hinh 10. Luu luang dong di vdo kenh Ignh tir binh sinh hai bi su co - RELAP5, Shariz, Iran.
V. KET LUAN
Su CO vo ong binh sinh hoi la kich ban su co cua 16 phdn ung hat nhdn VVER-1000 da dugc mo phong vd cho kitqud t6t bdng chuong trinh PCTRAN. Tren co so d6, chuong trinh PCTRAN dugc sir dung de nghien cuu cac s\r c6 khdc nhu LOCA voi vlt v5 nho va Ian a kenh lanh hoac kenh nong, nghien cuu kich ban mit todn bg he thOng dien voi 16 phan ung VVER-1000 nhu da xay ra d6i voi tai nan Fukushima-I ngay 11/3/2011 tai Nhat Ban.
PCTRAN du doan t6t xu huong biln d6i cua cdc tham s6 thiiy nhiet, tir do co thi danh gid dugc cdc trang thdi cua 16 phan ung trong dilu kien van hanh binh thuang cCLng nhu xay ra su CO. Chuong trinh nay dang dugc dp dung dl nghien ctru vd phan tich tai nan ciia 16 phan ling VVER-1000 vd co y nghia rdt Ion trong cong tdc ddo tgo can bg chuyen mon, phuc vu cho du an dien hat nhan Ninh Thuan trong tuong lai.
Hdi nghi. Khoa hoc vd Cdng nghe hat nhdn todn quoc Idn thir DC, Ninh Thudn 18-19/8/2011 127
TAILIEUTHAM KHAO
[1] Typical steam generator tube rupture (SGTR) effect on thermo-hydraulic parameters of WER-IOOO primary loop, A. Zare, M.R. NematolIaM, K. Hadad. MA. Mozaffari.
Engineering school of Shiraz University, 71348-51154, Shiraz, Iran.
[2] Steam Generator Tube Rupture, TS. Trin Dai Phuc, Ha Ngi 3/2011 [3] VVER-1000 Coolant Transient Benchmark, NEA/NSC/DOC (2002)/6 [4] Stattis of advanced light water reactor design 2004, IAEA-TECDOC-1391.
