Расчет влияния отравления на производительность пассивного каталитического рекомбинатора водорода локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР

На современной атомной электростанции предусмотрены локализующие системы безопасности для удержания при аварии радиоактивных веществ и ионизирующего излучения в предусмотренных проектом границах. Для защиты границы применяется система удаления водорода, включающая пассивные автокаталитические рекомбинаторы. Система предотвращает образование горючих и взрывоопасных концентраций водорода за счет превращения последнего в воду в ходе реакции с кислородом воздуха на катализаторе. Основной материал катализатора – обычно платина с долей палладия. Наряду с водородом аварийная среда содержит специфические вещества, известные как каталитические яды. Яды уменьшают активность катализатора и снижают производительность рекомбинаторов. Для платинового катализатора опасны вещества-доноры пары электронов, например теллур. Количества выделившихся каталитических ядов на стадии плавления активной зоны достаточно для снижения активности катализатора. Уровень снижения оценен расчетами. Яды в аэрозольной форме опасны в зоне отрывных течений у поверхности каталитического элемента. Яды в атомарной (молекулярной) форме опасны для катализатора по всей длине элемента. Яд вызывает постепенное снижение производительности рекомбинаторов с ростом количества прореагировавшего водорода. Скорость отравления зависит от типа и концентрации яда, массы активной платины на единице поверхности катализатора. Расчетом показана возможность снижения производительности пассивного каталитического рекомбинатора водорода вследствие отравления катализатора в условиях аварии на АЭС с ВВЭР. Представлены количественные данные по отравлению рекомбинаторов типа FR и РВК. Эффект отравления следует учитывать при выборе производительности системы удаления водорода локализующей системы безопасности энергоблока АЭС с ВВЭР.

1. Проект АЭС-2006. Основные концептуальные решения на примере Ленинградской АЭС-2 / ОАО «СПбАЭП». СПб.: Ин-т «Атомэнергопроект», 2011. 40 с.

2. Велькер, М. Инновационные технологии для обеспечения безопасности АЭС, как следствие аварии на АЭС Фукусима / М. Велькер // 7-я международная выставка и конференция «Атомэкспо-Беларусь 2015», Минск, 22–24 апр. 2015: офиц. каталог. Минск, 2015. С. 59.

3. AREVA Passive Autocatalytic Recombiner G-008-V3-13-ENGPB. Erlangen, Germany, 2013.

4. Рубинштейн, А. М. Применение платины и палладия в качестве катализатора / А. М. Рубинштейн // Известия сектора платины и других благородных металлов. Москва: Издательство Академии наук СССР, 1943. Вып. 19. С. 61–102.

5. Morfin, F. Catalytic Combustion of Hydrogen for Mitigating Hydrogen Risk in case of a Severe Accident in a Nuclear Power Plant: Study of Catalysts Poisoning in a Representative Atmosphere / F. Morfin, J.-C. Sabroux, A. Renouprez // Applied Catalysis B: Environmental. 2004. Vol. 47, No. 1. P. 47–58. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2003.07.001

6. Understanding of the Operation Behaviour of a Passive Autocatalytic Recombiner (PAR) for Hydrogen Mitigation in Realistic Containment Conditions during a Severe Light Water Nuclear Reactor (LWR) Accident / F. Payota, E.-A. Reinecke, F. Morfin [et al.] // Nuclear Engineering and Design. 2012. Vol. 248. P. 178–196. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2012.03.042

7. Пассивный каталитический рекомбинатор водорода РВК-3. Технические условия: РЭТ-131.00.000 ТУ. М.: Русские энергетические технологии, 2011. 25 с.

8. Техническое задание на закупку системы аварийного удаления водорода из ГО РУ для энергоблоков № 3 и № 4 Нововоронежской АЭС: Утв. 04.07.2013. Нововоронеж: НвАЭС, 2013. 10 с.

9. Национальный отчет о результатах проведения «стресс-тестов» / Государственная инспекция ядерного регулирования Украины. Киев: ГИЯРУ, 2011. 136 с.

10. IAEA Safety Related Publications. Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants: IAEA-TECDOC-1661. Vienna: IAEA, 2011. 174 p.

11. Корсак, Е. П. Имитационное моделирование и вероятностный анализ безопасности в управлении рисками АЭС / Е. П. Корсак, В. А. Романко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2025. Т. 68, № 5. С. 428–441. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2025-68-5-428-441

12. Боресков, Г. К. Катализ в производстве серной кислоты / Г. К. Боресков. М.–Л.: ГНТИ ХЛ, 1954. 348 с.

13. Курский, А. С. Радиолиз теплоносителя и методы обеспечения водородной взрывозащиты корпусного кипящего реактора ВК-50 / А. С. Курский // Атомная энергия. 2013. Т. 115, вып. 5. С. 250–255.

14. Gupta, S. THAI Experimental Research on Hydrogen Risk and Source Term Related Safety Systems / S. Gupta, M. Freitag, G. Poss // Front. Energy. 2021. Vol. 15, № 4. P. 887–915. https://doi.org/10.1007/s11708-021-0789-1

15. Braun, M. AMHYCO Engineering Correlation to Describe the Conversion of Fammable Gases in Framatome Passive Autocatalytic Recombiners / M. Braun, E.-A. Reinecke // Nuclear Engineering and Design. 2025. Vol. 442. P. 114206. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2025.114206

16. Moffett, R. A Canadian Perspective on Ppassive Autocatalytic Recombiners / R. Moffett // Nuclear Engineering International. 2012. Vol. 57, № 8. Р. 15–17. URL: https://www.neimagazine.com/advanced-reactorsfusion/a-canadian-perspective-on-passive-autocatalytic-recombiners/?cf-view

17. Reply to Request for Additional Information Passive Autocatalytic Recombiners. Indian Point Unit No. 2 Docket No. 50-247, May 2, 1997. URL: https://www.nrc.gov/docs/ML1004/ML100430711.pdf

18. Обеспечение водородной безопасности на атомных электростанциях с водоохлаждаемыми реакторными установками. Современное состояние проблемы / И. А. Кириллов, Н. Л. Харитонова, Р. Б. Шарафутдинов, Н. Н. Хренников // Ядерная и радиационная безопасность. 2017. № 2 (84). С. 26–37.

19. Трехмерный расчет горения водородосодержащих паровоздушных смесей в рамках обоснования безопасности АЭС с ВВЭР/ В. В. Безлепкин, М. В. Семишкур, С. Л. Соловьев [и др.] // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Междунар. науч.-техн. конф., Подольск, АО ОКБ «Гидропрогресс», 16–19 мая 2017. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2017/documents/mntk2017-007.pdf (дата обращения: 18.09.2019).

20. Nuclear Fuel Behaviour in Loss-of-Coolant Accident (LOCA) Conditions. State-of-the-Art Report. NEA No. 6846. OECD, 2009. 369 р. URL: https://www.oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2021-03/csni-r2009-15.pdf

21. Витоль, С. А. Выход радиоактивных материалов из расплава активной зоны при тяжелой аварии АЭС: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.03 / Витоль Сергей Александрович. Санкт-Петербург, 2007. 247 с.

22. Климов, А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы / А. Н. Климов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 352 с.

23. Воробьев, В. В. Расчет влияния отравления на производительность пассивного каталитического рекомбинатора водорода / В. В. Воробьев // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Междунар. науч.-техн. конф., Подольск, АО ОКБ «Гидропрогресс», 16–19 мая 2017. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2017/documents/mntk2017-137.pdf (дата обращения: 18.09.2019).

24. Свойства вещества: теллур // База данных физико-химических свойств и синтезов веществ. URL: http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=262 (дата обращения: 18.08.2017).

25. Сорокин, В. В. Расчет характеристик пассивного каталитического рекомбинатора водорода в условиях аварии на АЭС-2006 / В. В. Сорокин // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2020. Т. 65, № 4. С. 496–505. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-4-496-505

26. Сорокин, В. В. Эффективность рекомбинаторов водорода РВК в условиях тяжёлой аварии на энергоблоке проекта АЭС-2006 / В. В. Сорокин// Энергетик. 2025. № 3. С. 20–22. https://doi.org/10.71527/EP.EN.2025.03.005

27. State-of-the-Art Report on Nuclear Aerosols: NEA/CSNI/R(2009)5 / Nuclear Energy Agency Committee on the Safety of Nuclear Installations. Paris: CSNI, 2009. 388 p. URL: https://oecd-nea.org/jcms/pl_18750/state-of-the-art-report-soar-on-nuclear-aerosols

28. Containment Code Validation Matrix: NEA/CSNI/R(2014)3 / Nuclear Energy Agency Com- mittee on the Safety of Nuclear Installations. Paris: CSNI, 2014. 614 p. URL: https://oecd-nea.org/jcms/pl_19413/containment-code-validation-matrix

29. Сорокин, В. В. Точность расчетных зависимостей для определения производительности пассивных рекомбинаторов водорода РВК-3 и РВК-4 // Ядерная и радиационная безопасность. 2025. № 3 (117). С. 81–89. https://doi.org/10.26277/SECNRS.2025.117.3.006

30. Ши, Д. Численные методы в задачах теплообмена / Д. Ши. М.: Мир, 1988. 544 с.

31. Чжен, П. Отрывные течения: в 3 т. / П. Чжен. М.: Мир, 1972. Т. 1. 299 с.