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: официальный каталог, Минск, 22–24 апреля 2015 г. / РУП НВЦ «БелЭкспо». Минск, 2015. С. 59.

3. AREVA Passive Autocatalytic Recombiner / Brochure: AREVA GmbH Paul-Gossen-Straße 100 91052 Erlangen. Germany. 2013. G-008-V3-13-ENGPB.

4. Рубинштейн, А. М. Применение платины и палладия в качестве катализатора / А. М. Рубинштейн // Изв. Ин-та изучения платины. 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.

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 [et al.] // Nuclear Engineering and Design. July 2012. Vol. 248. P. 178–196.

7. Пассивный каталитический рекомбинатор водорода РВК-3. Технические условия: РЭТ-131.00.000 ТУ. М.: Рус. энерг. 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.

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. 114206.

16. Moffett, R. A Canadian Perspective on Passive Autocatalytic Recombiners / R. Moffett // Nuclear Engineering International. 2012. No 8. Р. 2.

17. Reply to Request for Additional Information Passive Autocatalytic Recombiners, Indian Point Unit No 2, May 2, 1997. Indian Point Station, 1997. Docket-No. Р. 50–247.

18. Обеспечение водородной безопасности на атомных электростанциях с водоохлаждаемыми реакторными установками. Современное состояние проблемы / И. А. Кириллов [и др.] // Ядерная и радиационная безопасность. 2017. № 2 (84). С. 1–12.

19. Трехмерный расчет горения водородосодержащих паровоздушных смесей в рамках обоснования безопасности АЭС с ВВЭР / В. В. Безлепкин и [др.] // Режим доступа: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2017/documents/mntk2017-007.pdf. Дата доступа: 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.

21. Витоль, С. А. Выход радиоактивных материалов из расплава активной зоны при тяжелой аварии АЭС: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.03 / С. А. Витоль; ФГУП НИТИ Сосновый Бор, 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. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2017/documents/mntk2017-137.pdf.

24. Свойства вещества: теллур. Режим доступа: https://chemister.ru/Databases/Chemdatabase/properties.php?dbid=1&id=262 Дата доступа: 18.08.2017.

25. Сорокин, В. В. Расчет характеристик пассивного каталитического рекомбинатора водорода в условиях аварии на АЭС-2006 / В. В. Сорокин // Изв. НАН Беларуси. Сер. физ.-техн. 2020. № 4. С. 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.

27. State-of-the-Art Reports of Nuclear Energy Agency Committee on the Safety of Nuclear Installations. State-of-the-art report on nuclear aerosols: NEA/CSNI/R(2009)5. Paris: CSNI, 2009. 388 p.

28. State-of-the-Art Reports of Nuclear Energy Agency Committee on the Safety of Nuclear Installations. Containment Code Validation Matrix: NEA/CSNI/R(2014)3. Paris: CSNI, 2014. 614 p.

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. DOI: 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. Т. 1 / П. Чжен. М.: Мир, 1972. 299 с.