Lò VVER-1200 với các giải pháp an toàn tin cậy

Wednesday, 24/12/2014, 00:00

1/ Giới thiệu

Như đã giới thiệu trong phần đầu về công nghệ VVER-1200, sự tiến hóa của công nghệ này còn thể hiện ở tiêu chí nâng cao tính an toàn của hệ thống. Trong phần dưới đây sẽ trình bày các ý niệm an toàn là kim chỉ nam của thiết kế VVER-1200 và các giải pháp an toàn tin cậy được áp dụng trong công nghệ để tạo ra đặc trưng nổi bật của lò tiến hóa VVER-1200.

2/ Ý niệm an toàn trong thiết kế VVER-1200

Các mức tình trạng

Ý niệm an toàn đầu tiên trong thiết kế công nghệ lò phản ứng là đặt ra các mức trạng thái của lò để từ đó có các giải pháp an toàn tương thích. Cơ sở chia mức trạng thái trong thiết kế VVER-1200 là dựa trên tài liệu hướng dẫn của IAEA (SSR-2/1 Iterm 51) với hai mức  trạng thái, tóm tắt như sau: mức bình thường và chuyển tiếp, mức sự cố trong cơ sở thiết kế và sự cố vượt ra ngoài cơ sở thiết kế.

Trong thiết kế VVER-1200, các mức trạng thái được cân nhắc tỉ mỉ hơn để có thể đưa ra các giải pháp thận trọng và hiệu quả. Các mức trạng thái thiết bị trong thiết kế VVER-1200 được chia làm hai mức chính: (1) Các điều kiện trong cơ sở thiết kế (design basis conditions-DBC) và; (2) Các điều kiện vượt ra ngoài cơ sở thiết kế (design extension conditions). Ở mức đầu (1) lại chia làm hai trạng thái:  Trạng thái vận hành gồm vận hành bình thường (DBC-1) và các chuyển tiếp được lường trước (DBC-2); Trạng thái sự cố trong cơ sở thiết kế gồm hai mức DBC-3 và DBC-4. Ở mức hai (2) trạng thái sự cố vượt ra ngoài cơ sở thiết kế chia ra hai: mức thấp là chuỗi các sự kiện phức tạp xảy ra và mức cao là tai nạn trầm trọng.

Các nguyên tắc an toàn

Trong quá trình thiết kế, các nguyên tắc và tiêu chuẩn đảm bảo an toàn được đáp ứng để tạo ra một hệ thống độc lập. Hệ thống an toàn dựa trên các nguyên tắc sau: (1) Nguyên tắc sai hỏng riêng rẽ; (2) Nguyên tắc dư thừa để dự phòng; (3) Nguyên tắc đa dạng; (4) Nguyên tắc tách biệt; (5) Bảo vệ chống lại lỗi của người vận hành; (6) Phát triển các nguyên tắc an toàn kế thừa.

Tính an toán thiết kế và sự đảm bảo có độ tin cậy

Thiết kế đơn giản và độ tin cậy của các hệ thống an toàn được nâng cao do áp dụng các hệ thống chủ động cùng hệ thống thụ động - không liên quan đến các hệ thống khác cho sự vận hành của chúng - và áp dụng các loại thiết bị có độ tin cậy cao.

Trong thiết kế VVER-1200/ V-491 các hệ thống chủ động và thụ động  được kết hợp như sau:

• Các hệ thống chủ động: (1) Hệ thống phun khẩn cấp áp suất cao; (2) Hệ thống phun khẩn cấp áp suất thấp; (3) Hệ thống khử khí khẩn cấp; (4) Hệ thống tiêm Bo nhanh; (5) Hệ thống cấp nước khẩn cấp; (6) Hệ thống khử nhiệt dư; (7) Hệ thống cách ly đường dẫn hơi chính.

• Các hệ thống thụ động: (1) Hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp, phần thụ động; (2) Hệ thống thụ động khử nhiệt ra khỏi kết cấu che chắn; (3) Hệ thống thụ động khử nhiệt qua các bình sinh hơi; (4) Nhà lò vỏ kép và bẫy vùng hoạt.

Bên cạnh đó còn có các hệ thống bảo vệ khỏi sự quá áp của hai phía sơ cấp và thứ cấp được dự tính trong thiết kế. Hệ thống này chứa các van xả  được vận hành bởi áp suất có khả năng hoạt động trong cả hai trường hợp đối phó khẩn cấp  là chức năng tự động và thiết lập các thông số cần thiết cho các phương thức vận hành chủ động và thụ động.

Bảo vệ theo chiều sâu

Ý niệm bảo vệ theo chiều sâu được dựa trên (1) sự áp dụng một hệ thống các rào cản vật lý để ngăn chặn các sản phẩm phân hạch và bức xạ i on hóa thoát ra môi trường; (2) Hệ thống các biện pháp có tổ chức và kỹ thuật để bảo vệ các rào cản đồng thời duy trì hiệu quả làm việc của các rào cản này cũng như để bảo vệ nhân viên, dân cư, môi trường.

• Hệ thống các rào cản vật lý (H.1) bao gồm viên nhiên liệu, vỏ thanh nhiên liệu, vòng làm mát lò phản ứng, hệ bao quanh thiết bị lò phản ứng (che chắn sơ cấp) và hệ che chắn sinh học (che chắn thứ cấp).

 

 H.1: Hình ảnh mô tả cho ý niệm bảo vệ theo chiều sâu

 

• Hệ thống các biện pháp có tổ chức và kỹ thuật tạo ra năm mức bảo vệ theo chiều sâu như sau:

Mức 1 (Các điều kiện tìm địa điểm cho NM ĐHN và ngăn chặn các sự cố vận hành được lường trước):

- Đánh giá và chọn địa điểm thích hợp để xây dựng NMĐHN;

- Thiết lập vùng kiểm soát và vùng lân cận bên ngoài để thực hiện các biện pháp bảo vệ cần được lập kế hoạch;  

- Đánh giá kỹ lưỡng thiết kế trên cơ sở  phương pháp thận trọng với tính an toàn của thiết bị lò phản ứng được kế thừa ;

- Dự phòng số lượng các hệ thống trong NMĐHN và các công việc thực hiện theo yêu cầu;

- Sự vận hành nhà máy phù hợp với các yêu cầu của qui phạm an toàn, các chỉ số kỹ thuật của quá trình và các hướng dẫn vận hành;

- Đảm bảo khả năng hoạt động của các thiết bị quan trọng đối với sự an toàn bằng cách phát hiện kịp thời các sai hỏng, sử dụng các biện pháp bảo vệ, thay thế thiết bị đã hết hạn sử dụng và bố trí hệ thống có hiệu quả, ghi chép công việc và kết quả đo đạc.

- Tuyển mộ nhân viên và dự liệu về mức độ được yêu cầu chất lượng làm việc dưới các điều kiện vận hành bình thường, các sự cố vận hành được lường trước bao gồm các tình trạng tiền sự cố và sự cố, giáo dục văn hóa an toàn.

Mức 2 (Ngăn chặn các sự cố trong cơ sở thiết kế bởi các hệ thống vận hành bình thường):

- Phát hiện các sai lệch từ các điều kiện vận hành bình thường và loại trừ chúng;

- Quản lý các chuyển tiếp.

Mức 3 (Ngăn chặn các sự cố vượt ngoài cơ sở thiết kế bằng các hệ thống an toàn): 

- Ngăn chặn sự phát triển của khởi phát một sự kiện thành các sự cố trong cơ sở thiết kế hoặc thành các sự cố vượt ngoài cơ sở thiết kế bằng các hệ thống an toàn;  

- Làm giảm nhẹ hậu quả của sự cố do một sai hỏng để ngăn chặn và giam giữ các chất phóng xạ .

Mức 4 (Quản lý các sự cố vượt ngoài cơ sở thiết kế - BDBA)

- Ngăn chặn sự phát triển của sự cố vượt ngoài cơ sở thiết kế và làm giảm nhẹ hậu quả của chúng;

- Bảo vệ các kết cấu bao che chống rò rỉ khỏi sự phá hủy tại BDBA và duy trì khả năng chống rò rỉ của kết cấu;   

- Đưa thiết bị trở lại tình trạng được kiểm soát , cung cấp sự làm mát nhiên liệu hạt nhân liên tục và giữ lại các chất phóng xạ bên trong các ranh giới được thiết lập.

Mức 5 (Lập kế hoạch các hành động khẩn cấp) 

- Chuẩn bị các kế hoạch hành động khẩn cấp bên trong và bên ngoài NMĐHN và thực hiện nếu cần thiết.     

2/ Các hệ thống an toàn đáp ứng các sự cố trong và vượt ngoài cơ sở thiết kế.

Chiến lược giải quyết các sự cố trong cơ sở thiết kế được dựa trên việc sử dụng cả hai hệ thống an toàn chủ động và thụ động.

Chiến lược giải quyết các sự cố vượt ngoài cơ sở thiết kế được dựa trên việc sử dụng tốt nhất là các hệ thống an toàn thụ động.

Các hệ thống an toàn chủ động và thụ động dưới đây được thực hiện trong thiết kế VVER-1200/ V-491:

Hệ thống phun khẩn cấp áp suất thấp

Hệ thống được thiết kế cho việc cung cấp dung dịch axit boric đến hệ thống làm mát lò phản ứng trong trường hợp sự cố mất chất tải nhiệt (LOCA) bao gồm vỡ ống hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng (RCS) với đường kính tối đa 850mm khi áp suất trong hệ thống dưới các thông số làm việc đã cho của hệ thống phun khẩn cấp áp suất thấp

Hệ thống phun khẩn cấp áp suất cao

Hệ thống này cũng được thiết kế cho mục đích cung cấp axit boric đến hệ thống chất tải nhiệt trong trường hợp LOCA nhưng vượt quá khả năng bù của hệ thống bù chất tải nhiệt thông thường tại áp suất trong RCS dưới các thông số làm việc của hệ thống phun khẩn cấp áp suất cao (<7,9 MPa).

Mỗi hệ thống nói trên là một phần của hệ phun chất tải nhiệt áp suất thấp (LPCI) và cao (HPCI) tương ứng trong hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) chủ động. H.2 thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của ECCS chủ động trong hệ thống lò phản ứng.

 

 

H.2: Sơ đồ nguyên lý của ECCS chủ động

 Hệ thống tải nhiệt dư

Hệ thống được thiết kế để tải nhiệt phân rã và còn có mục đích làm giảm nhiệt độ thiết bị lò phản ứng trong quá trình ngắt/dừng hoạt động NMĐHN khẩn cấp dưới các điều kiện sự cố vận hành được lường trước và sự cố trong cơ sở thiết kế bằng giải pháp duy trì tính toàn vẹn của phía sơ cấp cùng với hệ thống phun khẩn cấp áp suất thấp.

Hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp, phần thụ động

Hệ thống được thiết kế cho việc cung cấp axit boric với nồng độ không nhỏ hơn 16 g/kg tại áp suất sơ cấp dưới 5,9 MPa với lượng thích hợp chất làm mát để làm mát vùng hoạt lò phản ứng trước khi các bơm phun khẩn cấp áp suất thấp khởi động tại điều kiện LOCA cơ bản trong thiết kế. Hệ thống này là một phần thuộc ECCS thụ động. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của ECCS thụ động được chỉ ra trong H.3

 

 

H.3: Sơ đồ nguyên lý của ECCS thụ động

 

Hệ thống tiêm Bo nhanh  

Hệ thống này được thiết kế để tiêm axit boric vào bình điều áp trong trường hợp rò rỉ từ sơ cấp sang thứ cấp để làm giảm áp suất sơ cấp và tạo ra nồng độ axit boric cần thiết trong chất tải nhiệt sơ cấp dưới điều kiện BDBA không có dập lò.

Hệ thống khử khí khẩn cấp

Hệ thống được thiết kế để loại trừ hỗn hợp khí-hơi ra khỏi phía sơ cấp thiết bị lò phản ứng (lò, bình điều áp và các bộ thu của bình sinh hơi) và để làm giảm áp suất sơ cấp nhằm giảm nhẹ hậu quả tại điều kiện các sự cố trong và vượt ngoài cơ sở thiết kế.

 Hệ thống bảo vệ quá áp sơ cấp 

Hệ thống được thiết kế để bảo vệ thiết bị lò phản ứng và đường ống dẫn khỏi sự quá áp cho phía sơ cấp dưới các điều kiện trong cơ sở thiết kế mức 2- 4 và các điều kiện vượt ngoài cơ sở thiết kế do sự vận hành của các van xả hoạt động bởi sự điều khiển của bình điều áp được đặt trên ống dẫn hơi ra khỏi bình sinh hơi đổ vào bể xả.

Hệ thống bảo vệ quá áp thứ cấp 

Mục đích của hệ thống này cũng giống như hệ thống bảo vệ quá áp sơ cấp nhưng cho phía thứ cấp do sự vận hành của van xả  đặt trên các nhánh dẫn hơi giữa các bình sinh hơi.   

Hệ thống thụ động khử nhiệt qua đường các bình sinh hơi 

Hệ thống được thiết kế cho mục đích khử nhiệt dư dài hạn từ vùng hoạt đến nguồn tản nhiệt cuối cùng qua phía thứ cấp trong các sự cố vượt ngoài cơ sở thiết kế. Hệ thống thụ động khử nhiệt nhờ bình sinh hơi là dự phòng cho trường hợp hệ thống chủ động khử nhiệt đến nguồn tản nhiệt cuối cùng không thể thực hiện các chức năng thiết kế của nó.  

Hệ thống cấp nước khẩn cấp

Hệ thống được thiết kế để cung cấp nước đến bình sinh hơi dưới các điều kiện sự cố vận

hành được lường trước và sự cố trong cơ sở thiết kế khi việc cung cấp nước qua hệ thống tiêu chuẩn và các hệ thống trợ giúp không thể thực hiện được. 

 Hệ thống thụ động khử nhiệt ra khỏi nhà lò

Hệ thống liên quan đến các đặc trưng an toàn để giải quyết trường hợp BDBA và được thiết kế khử nhiệt dài hạn ra khỏi nhà lò tại các sự cố vượt ngoài cơ sở thiết kế.

Hệ thống cách ly đường dẫn hơi chính

Hệ thống được thiết kế để cách ly bình sinh hơi chắc chắn và nhanh ra khỏi bộ phận rò rỉ như sau:

- Tại đường ống vỡ trên tuyến ống phía sau của bình sinh hơi đến tận van khóa tuốc bin trong các nhánh ống không thể được cách ly với bình sinh hơi;

- Tại đường ống vỡ cấp nước phía sau của bình sinh hơi đến các van kiểm tra;

- Tại chỗ rò rỉ từ sơ cấp sang thứ cấp.

Nhà lò vỏ kép và bẫy vùng hoạt

Mục đích của hai hệ thống này để giữ lại các chất phóng xạ  trong các giới hạn được dự tính trong thiết kế. Mô tả khái quát bố trí nhà lò vỏ kép bao gồm bẫy vùng hoạt được thể hiện trong H.4.

Toàn bộ các hệ thống an toàn của hệ thống VVER-1200 có thể tham khảo ở công nghệ VVER-1000 được thể hiện trong H.5

 

H.4: Mô tả khái quát bố trí nhà lò

 

 

H.5: Sơ đồ hệ thống an toàn của công nghệ VVER

 

 

Trần Thu Hà

Nguồn “Status report 108 – VVER-1200 (V-491)” trên internet

Lượt xem: 2803