Анализ производительности пассивного каталитического рекомбинатора водорода с учетом условий внутри герметичного ограждения локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР

На современной атомной электростанции предусмотрены локализующие системы безопасности для удержания при аварии радиоактивных веществ и ослабления ионизирующего излучения. Вместе с радиоактивными веществами удерживается и водород, образующийся при разложении теплоносителя первого контура. Накопление водорода в присутствии кислорода из атмосферы в зоне локализации аварии несет опасность формирования горючих и взрывоопасных концентраций этих компонентов. В проектах АЭС с ВВЭР предусмотрена система удаления водорода, включающая пассивные каталитические рекомбинаторы водорода. Производительность устройств подтверждается экспериментально в эталонных условиях (бедная воздушно-водородная смесь, давление и температура близки к нормальным, отсутствие помех для газообмена). Производительность – важный для безопасности параметр. Внутри герметичного ограждения локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР при аварии условия могут отличаться от эталонных и влиять на производительность. На основе расчетов исследована работа рекомбинаторов при недостатке кислорода и при затрудненном газообмене. Снижение производительности при недостатке кислорода достигает 50 %, что вызвано в основном ростом недожога. По сравнению с эталонными условиями, при аварии эффект выражен сильнее – 60–70 %. Затрудненный газообмен моделируется уменьшением высоты тягового канала рекомбинатора. К этому случаю можно свести размещение устройства в стесненных условиях и влияние скорости атмосферы внутри ограждения. Независимо от концентрации водорода рабочая характеристика устройства остается линейной, двукратное уменьшение высоты приводит к снижению производительности на 20 %. Результаты могут использоваться при обосновании безопасности АЭС с ВВЭР и экспертизе отчетов по обоснованию безопасности энергоблоков.

1. Проект АЭС-2006. Ленинградская АЭС-2. ОАО «СПбАЭП». СПб.: Ин-т «Атомэнергопроект», 2009. 34 с.

2. AREVA Passive Autocatalytic Recombiner. G-008-V3-13-ENGPB. Erlangen: AREVA GmbH, 2013. 4 р.

3. Исследование 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.

4. Gupta, S. Passive Autocatalytic Recombiners (PAR) Induced Ignition and the Resulting Hydrogen Deflagration Behaviour in LWR Containments / S. Gupta, T. Kanzleiter, G. Poss // Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16): Proc. International Topical Meeting. American Nuclear Society. Chicago (USA), 30 Aug. – 4 Sept. 2015. P. 1540–1553.

5. Gupta, S. Experimental Investigations Relevant for Hydrogen and Fission Product Issues Raised by the Fukushima Accident / S. Gupta // Nuclear Engineering and Technology. 2015. Vol. 47, Nо 1. P. 11–25. https://doi.org/10.1016/j.net.2015.01.002.

6. Experimental Investigation on the Kinetics of Catalytic Recombination of Hydrogen with Oxygen in Air / K. C. Sandeep [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39, No 31. P. 17906–17912. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.08.148.

7. Lopez-Alonso, E. Hydrogen Distribution and Passive Autocatalytic Recombiner (PAR) Mitigation in a PWR-KWU Containment Type / E. Lopez-Alonso, D. Papini, G. Jimenez // Annals of Nuclear Energy. 2017. Vol. 109, No 11. P. 600–611.

8. A Review on Hydrogen Generation, Explosion and Mitigation During Severe Accidents in Light Water Nuclear Reactors / R. Gharari [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43, No 4. P. 1939–1965. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.11.174.

9. Status Report on Hydrogen Management and Related Computer Codes. NEA/CSNI/R(2014)8 [Electronic resource] / Nuclear Energy Agency. Mode of access: https://www.oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2020-01/csni-r2014-8.pdf.

10. Meynet, N. Impact of Oxygen Starvation on Operation аnd Potential Gas-Phase Ignition of Passive Auto-Catalytic Recombiners / N. Meynet, A. Bentaïb, V. Giovangigli // Combustion and Flame. 2014. Vol. 161, No 8. P. 2192–2202. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2014.02.001.

11. Measurements of the Impact of Carbon Monoxide on the Performance of Passive Autocatalytic Recombiners at Containment-Typical Conditions in the THAI Facility / M. Freitag [et al.] // Annals of Nuclear Energy. 2020. Vol. 141, Art. 107356. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107356.

12. 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, No 1. P. 26–32. https://doi.org/10.1016/j.net.2014.12.001.

13. Evaluation of the PAR Mitigation System in Swiss PWR Containment Using the GOTHIC Code / D. Papini [et al.] // Nuclear Technology. 2019. Vol. 205, No 1–2. P. 153–173. https://doi.org/10.1080/00295450.2018.1505356.

14. Affect of Recombiner Location on its Performance in Closed Containment under Dry and Steam Conditions / V. Shukla [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44, No 47. P. 25957–25973. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.08.015.

15. Safety Research Opportunities Post-Fukushima. Initial Report of the Senior Expert Group. NEA/CSNI/R(2016)19 [Electronic resource] / Nuclear Energy Agency. Mode of access: https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_19758/safety-research-opportunities-post-fukushima-initial-report-of-the-senior-expert-group.

16. Испытания модели пассивного каталитического дожигателя водорода / В. Д. Келлер [и др.] // Теплоэнергетика. 1991. № 3. С. 55–58.

17. 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/mntk 2017/documents/mntk2017-137.pdf.

18. Таблицы физических величин / под ред. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

19. Бенсон, С. Основы химической кинетики / С. Бенсон. М.: Мир, 1964. 603 с.

20. Бэтчелор, Д. Введение в динамику жидкости / Д. Бэтчелор. М.: Мир, 1973. 760 с.

21. Джалурия, Й. Естественная конвекция: тепло- и массообмен / Й. Джалурия. М.: Мир, 1983. 400 с.

22. Теория турбулентных струй / Г. Н. Абрамович [и др.]. М.: Наука, 1984. 716 с.