Расчет времени пуска пассивного каталитического рекомбинатора водорода локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР

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.

1. 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.

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

3. AREVA Passive Autocatalytic Recombiner. G-008-V3-13-ENGPB. Erlangen: AREVA GmbH. 2013. 4 p.

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.

5. 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.

6. Mitigation of Hydrogen Hazards in Water Cooled Power Reactors: IAEA-TECDOC-1196 / International Atomic Energy Agency. Vienna, 2001. 48 p.

7. Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants: IAEA-TECDOC-1661 / International Atomic Energy Agency. Vienna, 2011. 174 p.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Пассивные каталитические рекомбинаторы водорода РВК-500, РВК-1000. Технические условия: РЭТ-111.00.000 ТУ. Москва, 2007.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Кириллов, П. Л. Теплофизические свойства материалов ядерной техники / П. Л. Кириллов, М. И. Терентьева, Н. Б. Денискина. М.: ИздАт, 2007. 200 с.

18. Маркус, Т. А. Здания, климат, энергия / Т. А. Маркус, Э. Н. Моррис. Л.: Гидромет, 1985. 543 с.

19. 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.