Анализ водородной взрывобезопасности АЭС с реактором типа ВВЭР-1200/491 при протекании тяжелой запроектной аварии

Представлены результаты расчетного анализа с помощью программного средства COCOSYS возможных режимов горения водородсодержащей паровоздушной смеси в объеме, ограниченном герметичным ограждением, при протекании тяжелой запроектной аварии (ЗПА). В качестве объекта исследования рассмотрена защитная оболочка энергоблока АЭС с реакторной установкой типа ВВЭР-1200/В-491. Исходным событием исследуемой тяжелой запроектной аварии (ЗПА) с течью теплоносителя принят отрыв трубопровода впрыска системы компенсации давления (Ду179), при этом накладывалось условие одновременного отказа всех активных каналов системы аварийного охлаждения активной зоны реактора. Рассчитаны параметры термодинамического состояния (давление и температура) газовой смеси, а также значения концентрационного распределения водорода в атмосфере под защитной оболочкой. Полученные результаты расчета распространения, накопления водорода и изменения параметров среды использованы для анализа возможных режимов горения в помещениях с использованием трехкомпонентной диаграммы Шапиро–Моффетти. Результаты показали, что при исследуемой тяжелой ЗПА детонация водородсодержащей смеси исключается, а дефлаграция возможна только в боксе парогенераторов, в котором происходит разрыв трубопровода. Таким образом, водородная взрывобезопасность на атомной станции согласно «Правилам обеспечения водородной взрывозащиты на атомных электростанциях с реакторами типа ВВЭР» считается обеспеченной. Эффективность функционирования системы удаления водорода из защитной оболочки с помощью каталитической рекомбинации для рассматриваемой ЗПА принимается достаточной.

1. Анализ причин и последствий аварии на АЭС Fukushima как фактор предотвращения тяжелых аварий в корпусных реакторах / В. И. Скалозубов [и др.]; под ред. В. И. Скалозубова. – Чернобыль: Ин-т проблем безопасности АЭС НАН Украины, 2012. – 280 с.

2. 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). – 26–37.

3. Meynet, N. Numerical study of hydrogen ignition by passive autocatalytic recombiners / N. Meynet, A. Bentaib // Nucl. Technol. – 2012. – Vol. 178, № 1. – P. 17–28. https://doi.org/10.13182/NT12-A13544

4. Experimental study of effect of ambient flow condition on the performance of as passive autocatalytic recombiner / Z. Liang [et al.] // Nucl. Eng. Design. – 2016. – Vol. 301. – P. 49–58. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2016.03.005

5. A large-scale study on the effect of ambient conditions on hydrogen recombiner-induced ignition / L. Gardner [at al.] // Int. J. Hydrog. Energy. – 2021. – Vol. 46, iss. 23. – P. 12594–12604. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.06.132

6. Bentaib, A. Overview on hydrogen risk research and development activities: methodology and open issues / A. Bentaib, N. Meynet, A. Bleyer // Nucl. Eng. Technol. – 2015. – Vol. 47, iss. 1. – P. 25–32. https://doi.org/10.1016/j.net.2014.12.001

7. Hydrogen removal from LWR containments by catalytic-coated thermal insulation elements (THINCAT) / K. Fischer [et al.] // Nucl. Eng. Design. – 2003. – Vol. 221, iss. 1–3. – P. 137–149. https://doi.org/10.1016/S0029-5493(02)00348-5

8. Sprays in Containment: Final Results of the SARNET Spray Benchmark / J. Malet [et al.] // Nucl. Eng. Design. – 2011. – Vol. 241, iss. 6. – P. 2162–2171. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2011.03.016

9. Investigation of PAR Behavior in the REKO-4 Test Facility / B. Simon [et al.] // 20th Int. Conf. on Nuclear Engineering and the ASME Conference. – 2012. – Vol. 2. – P. 345–350. https://doi.org/10.1115/ICONE20-POWER2012-54234

10. THAI test facility for experimental research on hydrogen and fission product behavior in light water reactor containments / S. Gupta [et al.] // Nucl. Eng. Design. – 2015. – Vol. 294. – P. 183–201. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2015.09.013

11. Project MITHYGENE [Electronic resource] // IRSN. – Mode of access: https://www.irsn.fr/recherche/projet-mithygene. – Date of access: 03.06.2024.

12. Status report on hydrogen management and related computer codes / NEA, OECD Publishing. – Paris, 2015. – 211 p.

13. Shapiro, Z. M. Hydrogen flammability data and application to PWR loss-of-coolant accident: Report WAPD-SC-545 [Electronic resource] / Z. M. Shapiro, T. R. Moffette. – Pittsburgh: Westinghouse Electric Corp., 1957. – Mode of access: https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1024816/m2/1/high_res_d/4327402.pdf. – Date of access: 07.07.2023.

14. Анализ и устранение замечаний Ростехнадзора к пассивным каталитическим рекомбинаторам водорода для энергоблоков ВВЭР / А.В. Михальчук [и др.] // Краткие результаты научно-технической деятельности ВНИИАЭС за 2016 год: сб. работ / АО «ВНИИАЭС»; редкол.: Л. М. Воронин (гл. ред.) [и др.]. – М.: ВНИИАЭС, 2017. – С. 17–26.

15. Kumar, R. K. Flammability limits of hydrogen-oxygen-diluent mixtures / R. K. Kumar // J. Fire Sci. – 1985. – Vol. 3, iss. 4. – P. 245–262. https://doi.org/10.1177/073490418500300402