Расчетное исследование теплогидравлических процессов в парогенераторе и контуре циркуляции теплоносителя РУ БРЕСТ-ОД-300

Обновлено: 05.05.2024

В настоящее время обоснование работоспособности, надежности и безопасности теплообменного оборудования в различных режимах и ситуациях, проводится, в том числе, с помощью расчетных кодов. Современные расчетные коды предоставляют пользователю большие возможности по моделированию теплогидравлических процессов в устройствах с различной конфигурацией трактов теплоносителей и рабочих сред, а также геометрией теплообменных поверхностей. Основной целью настоящей работы было создание численной модели первого контура реакторной установки (РУ) БРЕСТ-ОД-300 на базе кода HYDRA-IBRAE/LM/V1 3, которая позволила бы моделировать различные теплогидравлические процессы, происходящие в контуре при эксплуатации РУ. Наиболее сложные с точки зрения моделирования элементы расчетной схемы верифицированы на экспериментальных данных. С использованием расчетной схемы первого контура получены основные параметры первого контура РУ БРЕСТ-ОД-300.

1. Первый контур РУ БРЕСТ-ОД-300

Схема первого контура РУ БРЕСТ-ОД-300 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Контур циркуляции теплоносителя РУ БРЕСТ-ОД-300

В состав контура входят 4 петли. Каждая петля содержит следующие основные элементы: участок активной зоны ( а.з.), два парогенератора ( ПГ), главный циркуляционный насосный агрегат (ГЦНА), теплообменник расхолаживания (ТР), напорная камера, канал опускного тракта, трубопроводы, соединяющие эти элементы. Циркуляция в номинальном режиме работы осуществляется за счет разности уровней теплоносителя. Свинец поднимается насосом в напорную камеру, откуда основной поток направляется по каналам опускного тракта на вход а.з. Другая, меньшая часть, расхода теплоносителя из напорной камеры следует на вход а.з. через ТР. «Холодный» свинец, нагреваясь, проходит активную зону снизу вверх. Затем нагретый теплоноситель через патрубок отвода направляется в ПГ, где происходит обмен энергией с рабочим телом второго контура, и далее снова поступает на вход насоса.

2. Конструкция ПГ

Парогенератор РУ БРЕСТ-ОД-300 4 предназначен для выработки водяного пара заданных параметров за счет тепла, переносимого из активной зоны свинцовым теплоносителем. ПГ представляет собой вертикальный теплообменник погружного типа с витыми трубами (рис. 2а). Движение свинцового теплоносителя и рабочего тела - прямоточное на опускном участке трубного пучка и противоточное - на подъемном. В ПГ входят следующие основные элементы: камера питательной воды; паровые камеры; опорная плита; трубный пучок; наружный кожух.еВ конструкции трубки ПГ можно выделить несколько участков: опускной участок с паровой теплоизоляцией, вертикальные, горизонтальные и витой участки.

Вышеперечисленные особенности создают гидравлическую систему, в которой возможны пульсации расхода и изменение направления течения в отдельных трубах пучка. Из-за сложности процессов, протекающих на опускном участке ПГ, необходимо разрабатывать специальную модель теплового зазора и проверять методику ее составления. Со стороны свинца, в свою очередь, имеются тракты, как с продольным, так и поперечным омыванием пучка труб, что требует правильного подбора зависимостей для расчета коэффициентов теплоотдачи. Расчетная схема теплообменной трубы ПГ представлена на рис. 2б.

Ниже представлены основные номинальные характеристики ПГ.

Тепловая мощность ПГ, МВт 90

Температура свинцового теплоносителя среднесмешанная, °С

- на входе в ПГ 535

- на выходе из ПГ 420

Температура питательной воды на входе в ПГ, °С 340

Температура пара на выходе из ПГ, °С 505

Давление пара на выходе из ПГ, МПа 17

Паропроизводительность, кг/с 51,3

Рис. 2. Общий вид ПГ (а), расчетная схема теплообменной трубы (б)

3. Верификация расчетных моделей

Исследование свойств теплоизоляции опускного участка ПГ проводилось на стенде, изготовленном и установленном в АО «НИКИЭТ». Рабочий участок стенда представляет собой два параллельных канала, разделенных исследуемой теплоизоляцией (рис. 3а). В один из каналов подавалась вода, а в другой греющий пар. На стенде измерялись температуры воды и греющего пара вдоль тракта в различных режимах работы стенда. Схема размещения датчиков показана на рис. 3б. Подробное описание стенда и результатов экспериментов приводятся в [8 - 12].

Рис. 3. Поперечное сечение гидравлических трактов рабочего участка стенда (а), схема размещения датчиков (б)

Первоначально в целях создания численной модели ПГ проведены посттестовые расчеты экспериментов с помощью средств кода RELAP5/mod3. Для решения задач данной работы эти расчеты были повторены с использованием кода HYDRAIBRAE/LM/V1. На рисунке 4 приведены результаты сравнения подогрева воды, измеренного на экспериментальном участке, и рассчитанного с помощью кодов RELAP5/mod3 и HYDRA-IBRAE/LM/V1. Следует отметить, что при подогреве воды менее 25 °С результаты, полученные с помощью кода HYDRA-IBRAE/LM/V1, имеют много меньший разброс, чем результаты, полученные с помощью кода RELAP5/mod3. Данная область соответствует рабочему диапазону парогенератора. В этом случае отклонение расчета по коду HYDRA-IBRAE/LM/V1 не превышает 4 %, в то время как для кода RELAP5/mod3 аналогичный параметр равен 16 %.

Таким образом, отклонение расчета от эксперимента лежит в приемлемом диапазоне: приблизительно 85 % точек имеет отклонение ±15 % при расчете по коду RELAP5/mod3 (рис. 5б), а для кода HYDRA-IBRAE/LM/V1 отклонение для всех расчетных точек не превышает 12 % (рис. 5а).

Рис. 4. Отклонение расчетного подогрева воды от экспериментального

На рисунке 7а изображена численная модель экспериментального участка. По центру представлена схема опускного участка (рис. 7б). Опускной участок смоделирован исходя из опыта, полученного при верификации модели зазора. В структуре имеются два канала, соединенных горизонтальными связями за счет чего реализуется циркуляция рабочего тела в зазоре. Ввиду того, что в ряде экспериментов охлаждение осуществлялось одной половиной труб, а также по причине того, что погружные термопары располагаются с одной стороны модели, витой участок со стороны свинца выполнен в виде двух каналов, соединенных горизонтальными связями (рис. 7в). Это позволяет более точно рассчитать температуру свинца. Таким образом, можно видеть, что в численной модели отражены основные структурные особенности исследуемого объекта.

Результаты расчетов и экспериментальные данные по показаниям погружных и наружных термопар для одного из исследованных режимов показаны на рис. 8. Как можно видеть все расчетные значения расположены внутри облака точек экспериментальных данных.

Максимальное отклонение расчетной температуры свинца на выходе модели от экспериментальных данных составило 4,6 °С, максимальное отклонение расчетной мощности передаваемой воде от полученной в эксперименте составило 3,5 %.

4. Численные модели ПГ и первого контура РУ БРЕСТ-ОД-300

Рис. 9. Нодализационные схемы ПГ (а), опускного участка ПГ(б)

Модель ПГ для кода HYDRA схожа по структуре с ранее созданной численной моделью для кода RELAP5/mod3. Однако имеется существенное отличие. В код HYDRA-IBRAE/LM/V1 встроены зависимости для теплоотдачи от жидкого свинца. Поэтому созданная средствами кода HYDRA-IBRAE/LM/V1 численная модель ПГ РУ БРЕСТ-ОД-300 выполнена в соответствии с геометрическими характеристиками объекта без каких-либо значительных корректировок и включает в себя все элементы трактов. В тоже время в коде RELAP5/mod3 отсутствуют теплофизические свойства жидкого свинца. Поэтому в численной модели ПГ, построенной на базе кода RELAP5/mod3, свинец моделировался с помощью перегретого пара при использовании принципа сохранения водяного эквивалента [13, 14]. В дальнейшем для создания модели контура циркуляции РУ БРЕСТ-ОД-300 модель ПГ для кода RELAP5/mod3 была преобразована в модель для кода RELAP5-3D, в которой также отсутствуют теплофизические свойства свинца, но имеется эвтектика свинец-висмут. Для корректного моделирования теплоотдачи кодом RELAP5-3D при замене свинцового теплоносителя эвтектикой свинец-висмут в численной модели достаточно уменьшить тепловой диаметр пропорционально отношению теплопроводностей свинца и эвтектики, то есть в 17,1 / 14,2 ≈ 1,2 раза.

На рисунке 10 показаны расчетные теплогидравлические параметры воды, пара и свинца вдоль парогенерирующей трубы в номинальном режиме работы ПГ, рассчитанные как с помощью кода HYDRA-IBRAE/LM/V1 (рис. 10а), так и с помощью кода RELAP5/mod3 (рис. 10б). Результаты расчета по двум кодам практически не отличаются и показывают, что конструкция ПГ позволяет получить проектное значение температуры пара на выходе (505 °С) с некоторым запасом.

Рис. 10. Теплогидравлические параметры воды и свинца в номинальном режиме работы ПГ, рассчитанные кодом HYDRA-IBRAE/LM/V1 (а) и кодом RELAP5/mod3 (б)

Расчеты показывают, что тепловая изоляция опускного участка ПГ выполняет свои функции, сохраняя недогрев питательной воды до температуры насыщения вдоль всего опускного участка, а объемное паросодержание равно нулю. Иными словами, кипение на опускном участке, защищенном теплоизоляцией, отсутствует. Однако основные отличия в результатах расчета касаются именно опускного участка: по коду HYDRA-IBRAE/LM/V1 получен меньший на 2 °С подогрев на рассматриваемом участке. Как показали эксперименты, код HYDRA-IBRAE/LM/V1 дает меньшую погрешность при расчете теплоизолирующего зазора, чем код RELAP5/mod3. Поэтому можно считать, что результаты расчета подогрева воды на опускном участке ПГ полученные с помощью кода HYDRA-IBRAE/LM/V1 более достоверны. При сравнении графиков на рис. 10а и рис. 10б, видно, что различный подогрев воды на опускном участке, приводит к незначительным отличиям в длине испарительного и пароперегревательного участков.

Следует отметить, что код RELAP5.3D, на который имелась лицензия, обладал ограничением по размеру численных моделей, а код RELAP5/mod3, хотя и имел возможность рассчитывать большие модели, не мог использовать в качестве теплоносителя даже эвтектику свинец-висмут. Поэтому код RELAP5.3D использовался, по большей части, для кроссверификации небольших моделей, а также для расчета первого контура РУ БРЕСТ-ОД-300 с упрощенной моделью ПГ. У теплогидравлического код HYDRA-IBRAE/LM/V1 такие недостатки отсутствуют, это позволило интегрировать детально проработанную модель ПГ в расчетную схему первого контура РУ БРЕСТ-ОД-300, представленную на рис. 11. Таким образом, использование программного средства HYDRA-IBRAE/LM/V1 дает возможность проводить расчеты первого контура при работе установки в динамических режимах.

С использованием данной модели проведены расчеты, по результатам которых определены теплогидравлические характеристики первого контура РУ при работе на номинальном (100 %) и частичных уровнях мощности (30 и 50 %). Сравнение результатов, полученных кодами RELAP5.3D и HYDRA-IBRAE/LM/V1 показало различие общего перепада давления по контуру в 2,2 кПа и отличие в уровнях не более 0,02 м.

Рис. 11. Расчетная схема первого контура РУ БРЕСТ-ОД-300

Средствами теплогидравлических кодов Relap5/mod3 и HYDRA-IBRAE/LM/V1 разработана численная модель, позволившая провести расчетное моделирование теплоизолирующего зазора на опускном участке ПГ РУ БРЕСТ-ОД-300. Численная модель верифицирована и настроена с помощью данных, полученных в ходе экспериментов на физической модели опускной трубы с теплоизолирующим зазором. В ходе верификации создана численная модель рабочего участка стенда, проведены расчеты различных режимов работы стенда. Показано, что коды с достаточной точностью моделируют процессы в теплоизолирующем зазоре, причем отклонение расчета от эксперимента у кода HYDRA-IBRAE/LM/V1 меньше, чем у кода Relap5/mod3. Верифицированная численная модель теплоизолирующего зазора вошла в состав численной модели ПГ РУ БРЕСТ-ОД-300.

Результаты расчета номинального режима работы ПГ с помощью двух кодов отличаются незначительно и подтверждают работоспособность конструкции ПГ. Однако код HYDRA-IBRAE/LM/V1, по сравнению с кодом RELAP5/mod3, дает больше возможностей для моделирования теплогидравлических процессов в ПГ, позволяет снизить погрешность расчета.

После интеграции моделей ПГ в схемы первого контура РУ БРЕСТ-ОД-300, проведены расчеты стационарных режимов работы РУ с различными уровнями мощности. Результаты показали незначительное отличие в решении поставленной задачи кодами RELAP5.3D и HYDRA-IBRAE/LM/V1.

Благодарность

Техпроект РУ БРЕСТ-ОД-300: этапы разработки и обоснование

Ю.Г.Драгунов, В.В.Лемехов, А.В.Моисеев и другие, ОПУБЛИКОВАНО 17.10.2016

НИКИЭТ провёл 27-30 сентября 2016 года IV международную научно-техническую конференцию "Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики" (МНТК НИКИЭТ-2016).

С любезного разрешения оргкомитета конференции мы публикуем доклад "Технический проект РУ БРЕСТ-ОД-300: этапы разработки и обоснование".

Авторы доклада - Ю.Г.Драгунов, В.В.Лемехов, А.В.Моисеев, В.С.Смирнов, О.А.Ярмоленко, В.П.Васюхно, Ю.С.Черепнин (все - АО "НИКИЭТ", Москва, Россия).

Доклад публикуется по: "Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики: сб. докладов IV Международной научно-технической конференции (27-30 сентября 2016 г., Москва)". - М.: Изд-во АО "НИКИЭТ", 2016. - T. 1 - сс.21-30.

Инновационный быстрый реактор естественной безопасности БРЕСТ-ОД-300 разрабатывается как опытно-демонстрационный прототип базовых коммерческих РУ будущей ядерной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом [1].

Свойства свинцового теплоносителя позволяют:

- в сочетании с (U-Pu)N-топливом иметь полное воспроизводство делящегося материала в активной зоне, что обеспечивает постоянный малый запас реактивности, не допускающий катастрофических последствий неконтролируемого роста мощности при реализации полного запаса реактивности вследствие отказов оборудования и ошибок персонала 2;

- исключить возможность реализации пустотного эффекта реактивности по причине высокой температуры кипения и плотности свинца;

- исключить потерю теплоносителя из контура при повреждении корпуса вследствие высокой температуры плавления/затвердевания и применения интегральной компоновки;

- обеспечить большую теплоёмкость контура теплоносителя, что снижает вероятность повреждения твэл;

- использовать высокую плотность свинца и его альбедные свойства для выравнивания распределения мощности ТВС и, соответственно, температур твэлов, а также в системах безопасности;

- придать большую инерционность переходным процессам в контуре, что позволяет снизить требования к быстродействию систем безопасности [2].

Одной из задач создания РУ БРЕСТ-ОД-300 является практическое подтверждение основных технических решений, применяемых в реакторной установке со свинцовым теплоносителем, работающей в ЗЯТЦ, и основных положений концепции естественной безопасности, на которой эти решения основываются [2].

По этой причине обоснованию работоспособности активной зоны и её элементов отводится особое внимание.

Для обеспечения полного воспроизводства топлива в активной зоне, а также постоянного малого запаса реактивности, не допускающего разгона на мгновенных нейтронах при работе реактора, применяется смешанный уран-плутониевый нитрид. В качестве оболочек твэлов применена малораспухающая ферритно-мартенситная сталь.

Для подтверждения работоспособности топлива проводятся радиационные испытания твэлов в энергетическом реакторе БН-600 и исследовательском реакторе БОР-60.

В настоящее время в РУ БН-600 облучаются восемь ТВС с твэлами с нитридным топливом, твэлы одной ранее извлечённой ТВС проходят послереакторные исследования.

В исследовательском реакторе БОР-60 облучаются семь ТВС с твэлами с нитридным топливом.

При разработке изделий активной зоны новизна сочеталась с референтными решениями.

Конструкция ТВС - шестигранная бесчехловая. Такое решение исключает плавление топлива при перекрытии проходного сечения ТВС, перекрытие проходного сечения на входе даже группы из семи ТВС не приводит к превышению пределов безопасной эксплуатации по температуре оболочек твэл.

Положительным аспектом также является уменьшение металлоёмкости бесчехловой ТВС на 30% по сравнению с чехловым вариантом. В технологическом плане выбранный конструктив позволяет использовать опыт изготовления ТВС реакторов ВВЭР.

Для обоснования работоспособности конструкции ТВС изготовлены полномасштабные макеты (Рис.1), на которых проведены механические, гидравлические и вибрационные испытания в воздушной и водной средах.

Механические испытания включали в себя поперечный изгиб, кручение, продольное растяжение-сжатие. Вибрационные испытания проводились на проточной и непроточной воде, также проводились вибропрочностные испытания на воздухе.

Рис.1. Полномасштабный макет ТВС.

В активной зоне, набираемой из бесчехловых ТВС, важным с точки зрения определения температур твэлов является знание локальных расходов по гидравлическим ячейкам.

Для определения коэффициентов межячеечного и межкассетного перемешивания проведены соответствующие эксперименты на жидком металле и воздухе. На макетном 37-стержневом пучке твэлов проведены эксперименты в жидком металле по уточнению коэффициентов теплоотдачи.

Таким образом, получен большой объём данных, позволяющий верифицировать расчётные коды, предназначенные для расчёта активной зоны в части теплогидравлики.

Для подтверждения коррозионной стойкости элементов ТВС в свинцовом теплоносителе проведены испытания маломасштабных бестопливных макетов ТВС при различных температурах.

Отсутствие данных по физическим экспериментам с нитридным топливом привело к необходимости проведения эксперимента на стенде БФС (Рис.2).

Моделирование выполнялось с использованием свинца, плутония и нитрида урана. По результатам новых экспериментов, а также с использованием данных ранее выполненных экспериментов, была выполнена верификация расчётных кодов для нейтронно-физических расчётов.

Рис.2. Картограмма БФС с топливной композицией типа БРЕСТ.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Результаты расчётов, выполненных с использованием верифицированных программных средств, показывают возможность достижения малого запаса реактивности при работе реактора и обеспечение практически стабильного поля энерговыделения по кампании.

Для исключения потери теплоносителя в РУ применена интегральная компоновка [1, 3]. Корпус реакторной установки выполнен из многослойного металлобетона, свинцовый теплоноситель и основное оборудование первого контура расположено в корпусе РУ (Рис.3).

Рис.3. Корпус РУ БРЕСТ.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Для обоснования работоспособности нового для ядерной энергетики типа корпуса потребовалось проведение широкого круга расчётных и экспериментальных исследований 7.

Экспериментальное обоснование строится на исследованиях и испытаниях мало- и полномасштабных элементов.

На созданном полномасштабном макете днища корпуса подтверждена возможность обеспечения необходимой температуры строительных конструкций, определены совместные тепловые перемещения элементов.

На созданном полномасштабном макете центральной части корпуса (Рис.4) отработаны режимы разогрева корпуса, определены параметры газовыделения.

Рис.4. Полномасштабный макет центральной части корпуса.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Для проведения прочностных расчётов необходимо получение свойств применяемых материалов, что потребовало выполнения ряда экспериментальных работ.

Выполнена работа по определению свойств бетонов в рабочем диапазоне температур, в том числе с учётом облучения.

Для металла приведены эксперименты на коррозионную стойкость в среде свинцового теплоносителя. Для обоснования безопасности необходимо показать область химического взаимодействия свинца с бетоном. Экспериментально получена глубина проникновения свинца не более 0,5 мм без химического взаимодействия.

Анализ прочности корпуса выполнен по вновь разработанным методикам [5]. В расчёте учтены реальные геометрические и физико-механические свойства элементов корпуса и сложное пространственное контактное взаимодействие между ними, нелинейные свойства бетона и трещинообразование в нем (Рис.5).

Рис.5. Распределение первых главных напряжений σ1
в бетонном наполнителе корпуса БР в конце разогрева.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Расчётное обоснование показало, что выбранная конструкция обеспечивает вероятность потери теплоносителя не более 9,7×10 -10 1/год.

Интегральная компоновка с размещением парогенератора (ПГ) в корпусе реакторного блока накладывает особую ответственность на конструкторов, расчётчиков и экспериментаторов, выполняющих работы по обоснованию работоспособности и безопасности ПГ (Рис.6).

Рис. 6. Парогенератор РУ БРЕСТ.

Поэтому запланировано и проводится всестороннее обоснование элементов парогенератора и процессов, происходящих в парогенераторе.

Свинец обладает высоким удельным весом, поэтому возможен зависимый отказ трубок парогенератора при разгерметизации одной. Зависимый отказ и последующий выход пара в теплоноситель в свою очередь может повлиять на циркуляцию в контуре и, как следствие, ухудшить тепловой режим твэлов.

На основании серии экспериментов (Рис.8) была показана невозможность перерастания одиночного разрыва трубок ПГ во множественный (отсутствие зависимого разрыва) [9].

Рис.8. Эксперимент с разрывом трубок.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Для обоснования ресурса парогенератора проведены исследования на термоциклическую прочность узла крепления труб в трубных досках.

Определена степень надёжности соединений "труба - трубная доска" для камер отвода перегретого пара и подвода питательной воды в модулях ПГ и подтверждено выполнение условий термоциклической прочности теплообменных труб и сварных швов их приварки к трубной доске.

Проведены трибологические испытания мест контакта "труба-дистанционирующая решётка" в среде свинцового теплоносителя 10. В результате получены экспериментальные данные об износе элементов пар трения образцов в характерном диапазоне усилий и перемещений в зонах контакта.

Проведено комплексное объёмное расчётное обоснование работоспособности ПГ, которое включило в себя теплогидравлические расчёты (Рис.9), прочностные с учётом всех эксплуатационных режимов, вибропрочностные расчёты, расчёты на сейсмическое воздействие, на воздействие от падения самолёта и воздушной ударной волны, другие конструкторские расчёты.

Для верификации вибрационных расчётов создаётся макет парогенератора с натурными геометрическими параметрами.

Рис.9. Результаты расчёта температурных полей ПГ.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Главный циркуляционный насосный аппарат (ГЦНА) (Рис.10) служит для создания напора свинцового теплоносителя и обеспечения его циркуляции в контуре.

Для обоснования его работоспособности было создано сразу несколько макетов насоса и рабочих участков для их проверки:

- создан среднемасштабный рабочий участок, работающий на жидком свинце, и макет ГЦНА;

- получены энергетические характеристики проточной части в жидком свинце на уровне 80% от требуемых (ограничение стенда);

- подтверждена работоспособность гидростатического подшипника в условиях среднемасштабного стенда (более 300 циклов пуск - останов);

- оптимизирована энергетическая характеристика проточной части на воде, получены требуемые расход, напор, кавитационный запас.

В дальнейшем будет подготовлена стендовая база для испытаний, в том числе ресурсных характеристик, полномасштабного опытного образца ГЦНА.

Рис.10. Главный циркуляционный насосный аппарат РУ БРЕСТ.

Прочее основное и вспомогательное оборудование проходит обоснование на мало- и среднемасштабных стендах, идёт получение свойств конструкционных материалов в диапазонах рабочих температур и условий эксплуатации, включая облучение.

Основное (наиболее крупное) оборудование, разрабатываемое для РУ БРЕСТ, прошло экспериментальное и расчётное обоснование и находится в стадии подготовки к испытаниям опытных образцов.

Другим крайне важным направлением обоснования безопасности является получение данных по переносу радионуклидов в РУ.

Для изучения процессов переноса активности в жидкометаллической фазе и обмена радионуклидами между жидкометаллической и газовой фазами, были созданы:

- внереакторная петлевая установка со свинцовым и газовыми теплоносителями;

- реакторная петлевая установка с газовыми теплоносителем;

- реакторная петлевая установка со свинцовым и газовыми теплоносителями.

Изучался перенос продуктов активации теплоносителя 110m Ag, 123m Te, 124 Sb, 210 Ро, 65 Zn и 210 Hg, а также продуктов деления 131 I, 137 Cs и инертных радиоактивных газов.

Результаты экспериментов позволили провести обоснованный расчёт радиационных характеристик РУ.

Реакторная установка со свинцовым теплоносителем является инновационной, по причине того, что применяемые для достижения требуемых технико-экономических показателей технические решения в части конструкции отличны от регламентированных российскими нормами в области использования атомной энергии.

Проведённые эксперименты и выполненные к настоящему моменту расчёты позволяют приступить к лицензированию создания реакторной установки на подобных принципах и заложить основу для создания нормативной базы для разработки коммерческих установок.

Проекты нормативных документов целесообразно формировать до завершения этапа жизненного цикла, определяемого лицензированием. Введение в действие новой нормативной базы будет проходить также поэтапно по мере получения опыта на каждом этапе жизненного цикла.

Подводя итог, можно сказать, что разработанный технический проект РУ БРЕСТ-ОД-300 с обоснованием на мало- и среднемасштабных стендах и рабочих участках, а также на расчётном обосновании по верифицированным программным средствам удовлетворил основным параметрам, указанным в техническом задании, и может проходить в составе проекта энергоблока процесс лицензирования.

По результатам расчётов показано, что вероятность повреждения активной зоны (без плавления топлива) не превышает 8,65×10 -9 1/год, что позволяет обеспечить приемлемый уровень безопасности при развитии энергетики на РУ подобного типа.

Список литературы

2. Лемехов В.В., Смирнов В.С., Уманский А.А. Активная зона реактора БРЕСТ: современное состояние и перспективы // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2013. №2, С.89-93.

3. Гуськов В.Д., Коротков Г.В., Щекин М.В., Ходасевич К.Б., Лемехов В.В., Пикалов А.А. Особенности создания корпуса для реакторной установки БРЕСТ-ОД-300 // Безопасность жизнедеятельности. 2014. Номер S5. С. 2-6.

4. Гуськов В.Д., Васильев В.Ю., Воронцов В.В., Тюрина Н.В., Кривонос И.К., Панарин С.Н. Моделирование динамики осушки бетонных корпусов реакторной установки БРЕСТ-ОД-300 // Безопасность жизнедеятельности. 2014. Номер S5. С. 16-20.

5. Амелин А.М., Никуленко Е.С., Фетисов В.Я. Некоторые вопросы прочности корпуса блока реакторного реакторной установки БРЕСТ-ОД-300 // Безопасность жизнедеятельности. 2014. Номер S5. С. 12-16.

6. Гуськов В.Д., Кривонос И.К., Васильев В.Ю., Тюрина Н.В., Воронцов В.В. Анализ влияния радиационного тепловыделения на температуру в корпусе реакторной установки БРЕСТ-ОД-300 // Безопасность жизнедеятельности. 2014. Номер S5. С. 6-8.

7. Чубаров Д.Н., Елисеев Д.В., Жук В.И. Техническое обеспечение лабораторных экспериментов по идентификации теплофизических характеристик материалов элементов конструкции корпуса БР РУ БРЕСТ-ОД-300 на основе линейных тепловых моделей в установившихся и нестационарных тепловых режимах // Безопасность жизнедеятельности. 2014. Номер S5. С. 20-24.

8. Грабежная В.А., Михеев А.С., Штейн Ю.Ю., Семченков А.А. Расчётно-экспериментальное исследование работы модели парогенератора БРЕСТ-ОД-300 // Известия вузов. Серия: Ядерная энергетика. 2013. №1. С.101-109.

9. Афремов Д.А., Лемехов В.В., Тутукин А.В. и др. Исследование процессов в свинцовом теплоносителе при нарушении целостности теплоообменной трубы парогенератора БРЕСТ-ОД-300 // Атомная энергия. 2015. Вып. 3. Т. 119. С. 164-168.

10. Лемехов В.В., Сизарев В.Д., Столотнюк С.В., Столотнюк Я.Д., Чернецов Н.Г.,Васильев С.В., Куликов А.Е. Методика исследований изнашивания узлов "труба - дистанционирующая гребёнка" ПГ РУ БРЕСТ-ОД-300 при фреттинг-коррозии // Годовой отчёт НИКИЭТ-2014. Сб. статей / Под ред. Е.О.Адамова. - М.: ОАО "НИКИЭТ", 2014. - С. 225-226.

11. Горячева И.Г., Горячев А.П., Лемехов В.В., Архипов О.П., Тарасов В.В., Лыс В.Ф. Оценка параметров закона изнашивания в среде аргона пары теплообменная труба -дистанционирующая решётка.

Будут подписаны генеральное рамочное соглашение и протокол о предоставлении кредита.

Следующим этапом станет получение разрешения на сооружение Росатома.

Это следует из опубликованного проекта бюджета.

Проходит работа организованно, но медленно, потому что осуществляется полный набор пусконаладочных испытаний. Причём испытания на 75% достаточно весомы с точки зрения качания энергоблока.

Александр Пименов
Санная платформа - удобное средство для перемещения грузов по зимнику. Между прочим, на Билибинскую станцию многое в своё время доставлялось именно волоком, так что этот способ доставки не является экзотическими.

Владимир Рычин
Хитросплетение теплообменных трубок способно поразить даже на искушённый взгляд. Но действительно ли парогенератор SMART будет выглядеть так, как показано на макете?

Начиная с 1992 года, фактически после полного развала научной деятельности в учебных заведениях страны руководители и сотрудники, кафедры «Ядерные реакторы и установки» в рамках не потерявшей своего статуса ОЛАР и, созданного на кафедре в мае 1992 г. Учебно-научного центра «НУКЛОН», воссоздали научные связи с предприятиями атомной отрасли. В их числе были РНЦ им. И.В. Курчатова, ФГУП «НИКИЭТ», ПНИТИ, АО «МСЗ», НИКТБ Московского завода «Полиметаллов», ПО «Чемецкий МЗ».

Развивая научные связи, а в дальнейшем расширяя их за счет участия в НИОКР, выполняемых по грантам и договорам с Министерством науки и образования, ОАО «ТВЭЛ», «Росэнергоатом», ФГУП ВНИИНМ им. Бочвара, ФЭИ, МНТЦ, сложились следующие научные направления деятельности кафедры:

Комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по совершенствованию ядерного топлива для реакторов ВВЭР и РБМК и повышению его эксплуатационной надежности (Участие в программе Госкорпорации «ТВЭЛ» - «Эффективное топливоиспользование на АЭС на период 2002-2005 годы и на перспективу до 2020 года);
Научно-исследовательские работы по оптимизации гидродинамических характеристик потока теплоносителя во внутриреакторных трактах ВВЭР-1000, обеспечивающих эффективный подвод теплоносителя к активной зоне и улучшение условий охлаждения твэлов;
Экспериментальные и расчетные исследования турбулентных потоков применительно к интенсификации теплообмена в активных зонах реакторов ВВЭР нового поколения;
Экспериментальные и расчетные исследования гидродинамических и массообменных параметров потока теплоносителя в малостержневых моделях активных зон применительно к реактору БРЕСТ - ОД-300 и космической реакторной установки мегаватного класса;
Развитие, совершенствование и адаптация программного комплекса «Моделирование в технических устройствах» (ПК «МВТУ») применительно к исследованию динамических процессов и автоматизированному проектированию систем управления ЯЭУ различного назначения.

Лабораторное оборудование для проведения экспериментов

В объеме многолетних работ (1994-2011гг.), выполненных по первому направлению, можно выделить следующие:

Комплекс расчетно-экспериментальных исследований гидродинамического воздействия теплоносителя на конструктивные элементы ТВС ВВЭР-440;
Улучшение топливоиспользования, новые виды топлива. Определение влияния гидродинамики потока теплоносителя и колебаний ВКУ на вибрации ТВС в реакторах ВВЭР-440;
Исследование влияния конструктивных особенностей узлов кассеты ВВЭР-440 на её прочность;
Разработка и адаптация программного комплекса для анализа термомеханики активной зоны реактора ВВЭР, на основе нижепарных программ ТМ ТВС и ТМАЗ;
Расчетно-экспериментальные исследования ТВС второго поколения для реакторов ВВЭР-440 в условиях комбинированного гидродинамического нагружения;
Разработка предложений по конструкции антидебризных фильтров, исследование их характеристик на макете ТВС РБМК;
Исследование влияния дополнительного фильтра в конструкции ТВС РБМК-1000 на на гидродинамику потока теплоносителя и уровень вибрации пучка твэлов;
Влияние дроссельных шайб и антидебризных фильтров на гидродинамическое возбуждение вибрации рабочих кассет ВВЭР-440;
Исследование гидродинамической картины течения потока теплоносителя в пучке твэлов ТВС реактора ВВЭР-440 при различных конструктивных решениях входа в кассету и при использовании входного фильтрующего элемента (антидебризного фильтра);
Разработка методики и испытание макета измерительного зонда для исследований вибрационных характеристик РК ВВЭР-440;
Исследования гидродинамических и перемешивающих характеристик различных конструкций интенсифицирующей решетки ячеистого типа для ТВС реактора ВВЭР-1000;
Определение влияния конструкции отбойной сетки кассеты РК ВВЭР-440 на распределение гидродинамических характеристик потока в области термопары измерения температуры на выходе из ТВС;
Повышение безопасности и эксплуатационной надежности активной зоны ВВЭР-440, путем уменьшения диаметра твэла при сохранении конструкции ТВС в целом;
Исследование гидродинамики потока теплоносителя в хвостовике ТВС ВВЭР-440 второго поколения;
Статический анализ состояния твэлов и характеристики активной зоны реактора ВВЭР-440 в нормальных режимах работы;
Расчетно-экспериментальное обоснование конструкции отбойной сетки РК ВВЭР-440 для выравнивания поля температур в области установки внутренней термопары;
Разработка проекта и конструкторско-технологической документации установки для механических испытаний циркониевых оболочек в условиях взаимодействия топливо-оболочка;
Экспериментальные исследования по оптимизации гидравлического сопротивления и перемешивающих свойств отбойной сетки РК ВВЭР-440;
Проведение сравнительных гидравлических испытаний двух 19-ти ячеистых фрагментов дистанционирующей решетки реактора ВВЭР-1000.

По второму направлению научной деятельности кафедры в 2002-2009гг. выполнены следующие исследования:

Разработка модели межпетлевого перемешивания теплоносителя в реакторах ВВЭР-440, ВВЭР-1000;
Разработка информационных систем, направленных на повышение надежной эксплуатации АЭС, в части разработки модели межпетлевого перемешивания теплоносителя в реакторах ВВЭР-1000;
Исследование влияния нарушений циркуляции в контурах охлаждения реактора ВВЭР-1000 на скорость и состав теплоносителя перед активной зоной;
Исследование гидродинамики потока в напорных трактах движения теплоносителя внутри корпуса реактора ВВЭР-1000 при различных режимах работы петель охлаждения и исследование влияния на гидродинамику потока конструкции и размеров каналов;

Макет ТВС ВВЭР-440

По третьему направлению научной деятельности, финансированному за счет бюджетных средств. Тематический план работ утверждался и финансировался Министерством науки и образования. Исследования проводились в период 2011-2013гг.

По четвертому направлению были выполнены следующие работы:

Исследование гидродинамических нагрузок, действующих на трубы парогенератора РУ БРЕСТ-ОД-300 и их вибронапряженного состояния;
Разработка программы экспериментов и конструкторской документации на модели малостержневого пучка твэлов для изучения процессов массопереноса при характерных условиях ТВС БРЕСТ-ОД-300;
Исследование процессов гидродинамики и массопереноса в моделях малостержневых пучков твэлов применительно к ТВС РУ БРЕСТ-ОД-300;
Исследование влияния условий входа потока теплоносителя в модель ТВС с малостержневым пучком твэлов на гидродинамику и массоперенос для обоснования проектных решений РУ БРЕСТ - ОД-300;
Исследование процессов гидродинамики и массопереноса в моделях ТВС с малостержневым пучком твэлов для обоснования проектных решений РУ БРЕСТ-ОД-300;
Разработка моделей гидродинамического контура реакторной установки и проведение исследований гидродинамических характеристик;
Разработка моделей газодинамического контура РУ и проведение исследований гидродинамических характеристик;
Проведение исследований гидродинамических характеристик реакторной установки;
Разработка моделей газодинамического контура и фрагментов монозоны РУ, проведение исследований гидродинамических и турбулентных характеристик потока теплоносителя в трактах контура.

Управление экспериментальными процессами в LabVIEW

По пятому направлению выполнен комплекс работ по созданию программного обеспечения применительно к численному исследованию динамических процессов и автоматическому проектированию систем управления ЯЭУ с использованием программного комплекса «Моделирование в технических устройствах» (ПК МВТУ):

Объем работ выполненных по вышеперечисленным направлениям и договорам составил ~ 179 млн. рублей (179343,0 тыс. рублей). По результатам проведенных экспериментальных и расчетных исследований были получены следующие новые результаты:

Читайте также: