Расчет характеристик пассивного каталитического рекомбинатора водорода в условиях аварии на АЭС-2006

Выполнен расчет параметров работы системы удаления водорода в условиях тяжелой аварии на АЭС-2006. Система включает пассивные автокаталитические рекомбинаторы водорода, которые превращают водород в воду в ходе реакции с кислородом воздуха на катализаторе и обеспечивают подвод реагентов и отвод продуктов за счет естественной конвекции. Разработана расчетная модель рекомбинатора с блоком катализатора (основной матери- ал катализатора – платина с долей палладия) в форме пластин. Два свободных параметра модели – скорость реакции на катализаторе и гидравлическое сопротивление – устанавливаются на основе экспериментальных данных. Определены характеристики пассивного каталитического рекомбинатора водорода в условиях аварии. Производительность устройства в условиях аварии соответствует заявленной производителем. Температура катализатора, даже средняя по поверхности, выше 500 °С, температура выхлопной струи превышает 150 °С, содержание водорода в выхлопной струе значительно. Производительность рекомбинатора водорода линейно увеличивается с ростом объемного содержания водорода в газовой смеси, поступающей в устройство. Суммарная производительность рекомбинаторов водорода в со- ставе локализующей системы безопасности постоянна в условиях как равномерной, так и неравномерной концентрации водорода под герметичным ограждением. Влияние температуры атмосферы на производительность незначительно. Данные расчетов могут использоваться для оценки работы рекомбинаторов водорода при аварии на АЭС-2006.

1. Обеспечение водородной безопасности АЭС с ВВЭР-1000/ В. В. Безлепкин [и др.] // Теплоэнергетика. – 2002. – № 5. – С. 5–12.

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. Reinecke, E.-A. Operational behaviour of passive auto-catalytic hydrogen recombiners [Electronic Resource] / E.-A. Reinecke, G. Poss // Nucl. Eng. Int. – 2012. – Mode of access: https://www.neimagazine.com/features/featureoperational-behaviour-of-passive-auto-catalytic-hydrogen-recombiners

4. Большов, Л. А. Уроки Чернобыля и Фукусимы и современные концепции управления «тяжелыми» авариями / Л. А. Большов // X Международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» Москва, 25–27 мая 2016 г.: сб. тр. / АО «Концерн Росэнергоатом». – М., 2016. – С. 13–14.

5. Safety Research Opportunities Post-Fukushima: Initial Report of the Senior Expert Group: Nuclear Safety NEA/CSNI/R(2016)19. – Paris: CSNI, 2017. – 190 p.

6. 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.

7. Домашенко, А. М. Проблемы взрывобезопасности при создании и эксплуатации промышленных систем хранения и транспортирования жидкого водорода. Стандарты / А. М. Домашенко // Альтернативная энергетика и экология. – 2006. – № 11 (43). – С. 28–38.

8. Состояния и условия взрывобезопасности в проектных режимах АЭС с ВВЭР / В. И. Скалозубов [и др.] // Проблемибезпекиатомнихелектростанцій і Чорнобиля. – 2012. – Вип. 18. – С. 31–38.

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

10. State of the art on hydrogen passive autocatalytic recombiner (European Union parsoar project) [Electronic resource] / F. Arnould [et al.]. – Mode of access: http://www. iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/33/020/33020098.pdf – Date of access: 09.02.2018.

11. Исследование беспламенного горения водорода на поверхности гидрофобизированного катализатора / Ю. Н. Шебеко [и др.] // Физика горения и взрыва. – 1995. – Т. 31, № 5. – С. 37–38.

12. Тарарыкин, А. Г. Каталитические рекомбинаторы водорода для систем аварийной безопасности АЭС / А. Г. Тарарыкин // Безопасность окружающей среды. – 2007. – № 3. – С. 46–49.

13. Кутателадзе, С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: справ. пособие / С. С. Кутателадзе. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 367 с.

14. 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.] // Nucl. Eng. Des. –2012. – Vol. 248. – P. 178–196.https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2012.03.042

15. Коровин, Н. В. Электрохимические генераторы / Н. В. Коровин. – М.: Энергия, 1974. – 208 с.

16. Rożeń, A. A mechanistic model of a passive autocatalytic hydrogen recombiner / A. Rożeń // Chem. Process Eng. – 2015. – Vol. 36, № 1. – P. 3–19. https://doi.org/10.1515/cpe-2015-0001

17. CFD Analysis of Passive Autocatalytic Recombiner / B. Gera [et al.] // Science and Technology of Nuclear Installations. – 2011. – Article ID 862812.https://doi.org/10.1155/2011/862812

18. Конвективный теплообмен с химическими превращениями в вертикальном канале / Д. Г. Григорук [и др.] // Теплоэнергетика. – 2011. – № 6. – С. 63–67.

19. Математическое моделирование тепло- и массообмена в пассивном каталитическом рекомбинаторе водорода / С.В. Анпилов [и др.] // Теплоэнергетика. – 2013. – № 11. – С. 48–51.

20. Boreskov papers [Electronic resource]. – Mode of access: www.catalysis.ru/resources/html/boreskov_papers/glava2.doc – Date of access: 11.08.2016.

21. Prabhudharwadkar, D. M. Simulations of hydrogen mitigation in catalytic recombiner. Part I: Surface chemistry modeling / D. M. Prabhudharwadkar, P. A. Aghalayam, K. N. Iyer // Nucl. Eng. Des. – 2011. – Vol. 241, № 5. – P. 1746–1757.https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2010.09.032

22. Modelling of Catalytic Recombiners: Comparison of REKO-DIREKT Calculations with REKO-3 Experiments / E.-A. Reinecke [et al.] // Int. Conf. Nuclear Energy for New Europe. Bled, Slovenia, September 5–8, 2005. – Paper 92. – 10 p.

23. Schefer, R. W. Catalyzed combustion of H2/air mixtures in a flat plate boundary layer: II. Numerical model / R. W. Schefer // Combustion and Flame. – 1982. – Vol. 45. – P. 171–190. https://doi.org/10.1016/0010-2180(82)90043-8

24. Химическая гидродинамика: справ. пособие / А. М. Кутепов и [др.]. – М.: Бюро Квантум, 1996. – 336 с.

25. Conclusions on severe accident research priorities / W. Klein-Heßling [et al] // Ann. Nucl. Energy. – 2014. – Vol. 74. – P. 4–11.https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.07.015

26. Park, K. Hydrogen concentration variation and examination of PAR installation in reactor containment building during hydrogen release from different direction failure places / K. Park, Kyung-Hyo Bae // Nucl. Eng. Des. – 2014. – Vol. 278, № 11. – P. 229–238. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2014.07.021

27. Achievements of spray activities in nuclear reactor containments during the last decade/ J. Malet [et al]// Ann. Nucl. Energy. – 2014. – Vol. 74. – P. 134–142.https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.05.033

28. Malet, J. Influence of spray characteristics on local light gas mixing in nuclear containment reactor applications / J. Malet, X. Huang // Computers and Fluids. – 2015. – Vol. 107. – P. 11–24.https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2014.10.002

29. Effect of spray on performance of the hydrogen mitigation system during LB-LOCA for CPR1000 NPP / X. G. Huang [et al.] // Ann. Nucl. Energy. – 2011. – Vol. 38, № 8. – P. 1743–1750. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2011.04.003

30. Расчетно-экспериментальное исследование перемешивания легкого газа в рамках проектов ERCOSAM – SAMARA / А. М. Бахметьев [и др.] // Атом. энергия. – 2017. – Т. 123, вып. 1. – С. 3–9.