energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2022-65-1-67-75energy-2133Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGРасчет времени пуска пассивного каталитического рекомбинатора водорода локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭРCalculation of Start-Up Time of Passive Catalytic Hydrogen Recombiner of Localization Safety System of a Nuclear Power Plant Equipped with VVERСорокинВ. B.SorokinV. V.

Адрес для переписки:Сорокин Владимир Владимирович – Белорусский национальный технический университетпросп. Независимости, 65/2,220013, г. Минск, Республика БеларусьТел.: +375 17 293-91-45sorokin.npp@gmail.com

Address for correspondence:Sorokin Vladimir V. –Belarusian National Technical University65/2, Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of BelarusTel.: +375 17 293-91-45sorokin.npp@gmail.com

sorokin.npp@gmail.comБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus2022020220226516775Copyright © Сорокин В.B., 20222022Сорокин В.B.Sorokin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2133

Система удаления водорода обеспечивает водородную безопасность. На АЭС с ВВЭР она состоит из пассивных каталитических рекомбинаторов водорода. Расчет устройств имеет большое значение для обоснования безопасности, поскольку сложные условия аварии на энергоблоке невоспроизводимы в экспериментах. Рекомбинатор состоит из корпуса и кассеты c каталитическими элементами, конструкция которых обеспечивает прохождение газообразной среды через устройство. При контакте с катализатором происходит химическая реакция соединения водорода и кислорода, сопровождающаяся выделением теплоты, в результате концентрация водорода под оболочкой снижается. Проблемой является пуск из холодного состояния: активность холодного катализатора низка, а тяга не наблюдается до нагрева катализатора и формирования столба теплого газа внутри устройства. Переход из холодного состояния в рабочее занимает определенное время, в течение которого производительность рекомбинатора меньше номинальной. Время пуска – важный для безопасности параметр. В статье проведен расчет времени пуска рекомбинатора водорода с каталитическим блоком в форме эквидистантных параллельных каталитических пластин. Используются средние по местному сечению величины и коэффициенты передачи, последние учитывают влияние свободной конвекции и химической реакции. Скорость газа определяется по балансу сил плавучести и сопротивления. Расчетные и известные из научно-технической литературы данные совпадают удовлетворительно. В качестве консервативной оценки времени пуска рекомбинатора рекомендуется использовать величину 300 с. Рост температуры практически не влияет на запуск рекомбинатора с активным катализатором, повышение концентрации водорода ускоряет запуск, понижение давления его замедляет. Полученные результаты могут использоваться при обосновании безопасности АЭС с ВВЭР и экспертизе отчетов по обоснованию безопасности энергоблоков.

The hydrogen removal system ensures hydrogen safety. At a VVER nuclear power plant, it consists of passive catalytic hydrogen recombiners. The calculation of devices is of great importance for safety justification, since the complex conditions of an accident at a power unit are not reproducible in experiments. The recombiner consists of a casing and a cassette with catalytic elements, the design of which ensures the passage of a gaseous medium through the device. Upon contact with the catalyst, a chemical reaction of hydrogen and oxygen compounds occurs, accompanied by the release of heat; as a result, the concentration of hydrogen under the shell decreases. The problem is starting from a cold state since the activity of the cold catalyst is low, and the thrust is not observed until the catalyst is heated and a column of warm gas is formed inside the device. The transition from the cold state to the working state takes a certain time, during which the recombiner performance is below nominal. The start-up time is a parameter that is important in terms of safety. The article calculates the start-up time of a hydrogen recombiner with a catalytic block in the form of equidistant parallel catalytic plates. Local cross-sectional averages and transmission coefficients are used, the latter taking into account the influence of free convection and chemical reaction. The gas velocity is determined by the balance of buoyant and resistance forces. The calculated data and the data known from the scientific and technical literature coincide satisfactorily. As a conservative estimate of the start-up time of the recombiner, it is recommended to use the value of 300 s. An increase in temperature practically does not affect the start of the recombiner with an active catalyst, an increase in the concentration of hydrogen accelerates the start, and a decrease in pressure slows it down. The results obtained in the study can be used in the justification of the safety of VVER nuclear power plants and the examination of reports on the justification of the safety of power units.

АЭСВВЭРводородная безопасностьпассивные каталитические рекомбинаторы водородавремя пускарасчетыnuclear power plantVVERhydrogen safetypassive catalytic hydrogen recombinerstart-up timecalculationsReferencesИсследование локальной гидродинамики теплоносителя в смешанной активной зоне реактора ВВЭР / С. М. Дмитриев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 2. С. 151–162. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-2-151-162.Dmitriev S. M., Gerasimov A. V., Dobrov A. A., Doronkov D. V., Pronin A. N., Ryazanov A. V., Solntsev D. N., Khrobostov A. E. (2020) Investigation of Coolant Local Hydrodynamics in the Mixed Core of the VVER Reactor. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (2), 151–162. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-2-151-162 (in Russian).Проект АЭС-2006. Ленинградская АЭС-2 / ОАО «СПбАЭП». СПб.: Ин-т «Атомэнергопроект», 2009. 34 с.“SPb Atomenergoproekt” JSC (2009) NPP-2006 Project. Leningrad NPP-2. St. Petersburg, Atomenergoproekt Instiute. 34 (in Russian).AREVA Passive Autocatalytic Recombiner. G-008-V3-13-ENGPB. Erlangen: AREVA GmbH. 2013. 4 p.AREVA Passive Autocatalytic Recombiner (2013) G-008-V3-13-ENGPB. Erlangen: AREVA GmbH. 4.State of the Art on Hydrogen Passive Autocatalytic Recombiner (European Union Parsoar Project) [Electronic Resourse] / F. Arnould [et al.]. Mode of access: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/33/020/33020098.pdf. Date of access: 09.02.2018.Arnould F., Bachellerie E., Auglaire M., De Boeck B., Braillard O., Eckardt B., Ferroni F., Moffett R., Van Goethem G. (2001) State of the Art on Hydrogen Passive Autocatalytic Recombiner (European Union Parsoar Project). Available at: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/33/020/33020098.pdf (Аccessed 9 February 2018).Обеспечение водородной безопасности на атомных электростанциях с водоохлаждаемыми реакторными установками. Современное состояние проблемы / И. А. Кириллов [и др.] // Ядерная и радиационная безопасность. 2017. Вып. 84, № 2. С. 1–12.Kirillov I., Kharitonova N., Sharafutdinov R., Krenniikov N. (2017) Hydrogen Safety for Nuclear Power Plants with Light Water Reactor Units. Current State of the Problem. Yadernaya i Radiatsionnaya Bezopasnost' = Nuclear and Radiation Safety Journal, 84 (2), 1–12 (in Russian).Mitigation of Hydrogen Hazards in Water Cooled Power Reactors: IAEA-TECDOC-1196 / International Atomic Energy Agency. Vienna, 2001. 48 p.International Atomic Energy Agency (2001). Mitigation of Hydrogen Hazards in Water Cooled Power Reactors: IAEA-TECDOC-1196. Vienna, 2001. 48.Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants: IAEA-TECDOC-1661 / International Atomic Energy Agency. Vienna, 2011. 174 p.International Atomic Energy Agency (2011). Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants: IAEA-TECDOC-1661. Vienna, 2011. 174.Национальный доклад Республики Беларусь о целевой переоценке безопасности (стресс-тесты) Белорусской АЭС [Электронный ресурс]. Минск, 2017. Режим доступа: https://gosatomnadzor.mchs.gov.by/upload/iblock/88c/national-report-on-belarusian-npp-stress_tests.pdf.National Stress-Test Report of the Republic of Belarus on Belarusskaya NPP Targeted Safety Reassessment (2016). Minsk. Available at: https://gosatomnadzor.mchs.gov.by/upload/iblock/88c/national-report-on-belarusian-npp-stress_tests.pdf (in Russian).Investigation of a Hydrogen Mitigation System During Large Break Loss-Of-Coolant Accident for a Two-Loop Pressurized Water Reactor / M. Dehjourian [et al.] // Nuclear Engineering and Technology. 2016. Vol. 48, Iss. 5. P. 1174–1183. https://doi.org/10.1016/j.net.2016.04.002.Dehjourian M., Sayareh R., Rahgoshay M., Jahanfarnia G., Shirani A. S. (2016) Investigation of a Hydrogen Mitigation System During Large Break Loss-Of-Coolant Accident for a Two-Loop Pressurized Water Reactor. Nuclear Engineering and Technology, 48 (5), 1174–1183. https://doi.org/10.1016/j.net.2016.04.002.Reinecke, E.-A. Studies on Innovative Hydrogen Recombiners as Safety Devices in the Containments of Light Water Reactors / E.-A. Reinecke, I. M. Tragsdorf, K. Gierling // Nuclear Engineering and Design. 2004. Vol. 230, Iss. 1–3. P. 49–59. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2003.10.009.Reinecke E.-A., Tragsdorf I. M., Gierling K. (2004) Studies on Innovative Hydrogen Recombiners as Safety Devices in the Containments of Light Water Reactors. Nuclear Engineering and Design, 230 (1–3), 49–59. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2003.10.009.Rożeń, A. Simulation of Start-Up Behaviour of a Passive Autocatalytic Hydrogen Recombiner / A. Rożeń // Nukleonika. 2018. Vol. 63, Iss. 2. P. 27–41. https://doi.org/10.2478/nuka-2018-0004.Rożeń A. (2018) Simulation of Start-Up Behaviour of a Passive Autocatalytic Hydrogen Recombiner. Nukleonika, 63 (2), 27–41. https://doi.org/10.2478/nuka-2018-0004.Пассивные каталитические рекомбинаторы водорода РВК-500, РВК-1000. Технические условия: РЭТ-111.00.000 ТУ. Москва, 2007.Technical Specifications: RET-111.00.000 TU. Passive Hydrogen Catalytic Recombiners RVK-500, RVK-1000. Moscow, 2007 (in Russian).Ensuring the Long-Term Functionality of Passive Autocatalytic Recombiners under Operational Containment Atmosphere Conditions – an Interdisciplinary Investigation / S. Kelm [et al.] // Nuclear Engineering and Design. Vol. 239, Iss. 2. P. 274–280. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2008.10.029.Kelm S., Schoppe L., Dornseiffer J., Hofmann D., Reinecke E.-A., Leistner F., Jühe S. (2009) Ensuring the Long-Term Functionality of Passive Autocatalytic Recombiners under Operational Containment Atmosphere Conditions – аn Interdisciplinary Investigation. Nuclear Engineering and Design, 239 (2), 274–280. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2008.10.029.Bentaib, A. Overview on Hydrogen Risk Research and Development Activities: Methodology and Open Issues / A. Bentaib, N. Meynet, A. Bleyer // Nuclear Engineering and Technology. 2015. Vol. 47, Iss. 1. P. 26–32. http://doi.org/10.1016/j.net.2014.12.001.Bentaib A., Meynet N., Bleyer A. (2015) Overview on Hydrogen Risk Research and Development Activities: Methodology and Open Issues. Nuclear Engineering and Technology, 47 (1), 26–32. http://doi.org/10.1016/j.net.2014.12.001.Воробьев, В. В. Расчет влияния отравления на производительность пассивного каталитического рекомбинатора водорода [Электронный ресурс] / В. В. Воробьев, В. А. Немцев, В. В. Сорокин. Режим доступа: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2017/documents/mntk2017-137.pdf.Vorob’ev V. A., Nemtsev V. A., Sorokin V. V. Calculation of the Effect of Poisoning on the Performance of a Passive Catalytic Hydrogen Recombiner. Available at: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2017/documents/mntk2017-137.pdf (in Russian).Operational Behavior of a Passive Auto-Catalytic Recombiner under Low Pressure Conditions / P.-M. Steffen [et al.] // Fusion Engineering and Design. 2017. Vol. 124. P. 1281–1286. http://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.02.019.Steffen P.-M., Reinecke E.-A., Meynet N., Bentaib A., Chaumeix N., Allelein H.-J. (2017) Operational Behavior of a Passive Auto-Catalytic Recombiner under Low Pressure Conditions. Fusion Engineering and Design, 124, 1281–1286. http://doi.org/10.1016/j.fusengdes. 2017.02.019.Кириллов, П. Л. Теплофизические свойства материалов ядерной техники / П. Л. Кириллов, М. И. Терентьева, Н. Б. Денискина. М.: ИздАт, 2007. 200 с.Kirillov P. L., Terentieva M. I., Deniskina N. B. (2007) Thermo Physical Properties of Materials of Nuclear Power Technology. Moscow, IzdAt Publ. 200 (in Russian).Маркус, Т. А. Здания, климат, энергия / Т. А. Маркус, Э. Н. Моррис. Л.: Гидромет, 1985. 543 с.Markus T. A., Morris E. N. (1980) Buildings, Climate and Energy. London, Pitman Publ. 540.Сорокин, В. В. Анализ производительности пассивного каталитического рекомбинатора водорода с учетом условий внутри герметичного ограждения локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР / В. В. Сорокин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 2. С. 178–186. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-2-178-186.Sorokin V. V. (2021) Аnalysis Catalytic Hydrogen Recombiner Capacity Calculation Taking into Account Conditions Inside Sealed Enclosure of Containment Safety System of Nuclear Power Plants with Water-Water Energetic Reactor. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64 (2), 178–186. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-2-178-186 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.