Особенности технологии очистки от примесей высокотемпературного натриевого теплоносителя в быстром реакторе для производства водорода и других инновационных применений

25.12.2016 2016 - №04 Материалы и ядерная энергетика

Ф.А. Козлов С.Г. Калякин А.П. Сорокин В.В. Алексеев А.А. Труфанов  М.А. Коновалов Е.А. Орлова

https://doi.org/10.26583/npe.2016.4.11

Рассмотрены вопросы технологии очистки от примесей высокотемпературного натрия, используемого в качестве теплоносителя в высокотемпературном быстром реакторе (БН-ВТ) 600 МВт (тепл.), предназначенном для производства водорода и других инновационных применений. Анализируется поведение примесей в контурах БН-ВТ, связанное с интенсификацией процессов тепломассопереноса при высокой температуре, при различных режимах его эксплуатации. Особое внимание уделено очистке натрия в БН-ВТ от водорода, трития и продуктов коррозии. Показано, что очистка натрия от трития до концентраций, обеспечивающих в производимом водороде его предельно допустимую концентрацию, предъявляет более жесткие требования к системе очистки от водорода. Интенсивность поступления продуктов коррозии (ПК) в натрий определяется скоростью коррозии конструкционных материалов. Выполненные расчеты показали, что для первого контура БН-ВТ количество продуктов коррозии, образующихся при концентрации кислорода в натрии 1 млн–1, превышает 900 кг/год, если оболочки твэлов изготовлены из стали ЭП-912-ВД, и 464 кг/год при оболочках из молибденового сплава. Для второго контура количество продуктов коррозии составляет 263 кг/год на каждую петлю. С учетом высокотемпературных опытов, в которых показана высокая эффективность удержания взвесей продуктов коррозии на фильтрах, установленных в низкотемпературной зоне, предложено охлаждать натрий до необходимой температуры с одновременным удержанием продуктов коррозии на поверхностях массо-обмена, включая фильтры. Показано, что при использовании 30% мощности для производства водорода с эффективностью 50% БН-ВТ мог бы производить около 0,6·106 м3 водорода в сутки, что достаточно для современного крупного предприятия, перерабатывающего сырую нефть среднего качества, и реализации других технологий.

Ссылки

1. Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Богословская Г.П., Иванов А.П., Коновалов М.А., Морозов А.В., Стогов В.Ю. Нейтронно-физические и теплофизические исследования в обоснование высокотемпературной ядерной энерготехнологии с реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем для производства водорода // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – №3. – С. 104-115.
2. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. – М.: Физматгиз, 1959.
3. Kozlov F.A., Sorokin A.P., Alekseev V.V. The High_Temperature Sodium Coolant Technology in Nuclear Power Installations for Hydrogen Power Engineering // Thermal Engineering. – 2014. – Vol. 61. – No. 5. – PP. 348-356.
4. Козлов Ф.А., Коновалов М.А., Сорокин А.П., Алексеев В.В. Особенности массопереноса трития в высокотемпературной ЯЭУ с натриевым теплоносителем для производства водорода / Сборник тезисов докладов конференции «Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах (Теплофизика-2013)», г. Обнинск, 30 октября – 1 ноября 2013 г. – Обнинск: ФГУП «ГНЦ РФ-ФЭИ», 2013. – С. 197-198.
5. Беловодский Л.Ф., Гаевой В.К., Гришмановский В.И. Тритий. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
6. Невзоров Б.А., Зотов В.В., Иванов В.А., Старков О.В., Краев Н.Д., Умняшкин Е.Б., Соловьев В.А. Коррозия конструкционных материалов в жидких щелочных металлах. – М.: Атомиздат, 1977.
7. Бескоровайный Н.М., Иолтуховский А.Г. Конструкционные материалы и жидкометаллические теплоносители. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
8. Краев Н.Д. Коррозия и массоперенос конструкционных материалов в натриевом и натрий-калиевом теплоносителях // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 1999. – №3. – С. 40-48.
9. Zhang J., Marcille T.F., Kapernick R. Theoretical Analysis of Corrosion by Liquid Sodium and Sodium-Potassium Alloys // Corrosion. – 2008. – Vol. 64. – No. 7. – PP. 563-573.
10. Алексеев В.В., Козлов Ф.А., Загорулько Ю.И. Исследование массопереноса никеля и хрома в неизотермическом участке циркуляционного натриевого контура: Препринт ФЭИ-2666. – Обнинск: ФЭИ, 1997.
11. Thorley A.W. Mass Transfer Behavior of SS in Flowing Sodium Envoronment at Different Oxygen Levels / 4-th Int. Conf. on liquid metal engineering and technology. – Avignon, France, 1988.
12. Краев Н.Д., Умняшкин Е.Б., Старков О.В. Влияние физико-химических параметров на скорость массопереноса в жидких щелочных металлах. – Обзорная информация. ОБ-122. – Обнинск: ФЭИ, 1981.
13. Singer R.M., Fleitman A.H., Weeks J.A., Issaacs H.S. Corrosion by Liquid Metals. – Eds. J.E. Draley, J.R. Weeks. – New York: Plemun Press, 1970.
14. Алексеев В.В. Массоперенос трития и продуктов коррозии конструкционных материалов в контурах с натриевым теплоносителем: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. – Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2002.
15. Schad M. Zur Korrosion von Austenitischen Stдhlen in Natrium-Kreislaufen. KfK 2582 – Als Dissertation genehmigt von der Fakultat fьr Maschinenbau. – Karlsruhe: KFK GMBH. – 1978. – Р. 118. URL: http://bibliothek.fzk.de/zb/kfk-berichte/KFK2582.pdf.

быстрый реактор интегральная компоновка трехконтурная схема высокотемпературный натрий примеси водород, тритий продукты коррозии система очистки безопасность стали

Ссылка для цитирования статьи: Козлов Ф.А., Калякин С.Г., Сорокин А.П., Алексеев В.В., Труфанов А.А., Коновалов М.А., Орлова Е.А. Особенности технологии очистки от примесей высокотемпературного натриевого теплоносителя в быстром реакторе для производства водорода и других инновационных применений. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 4. – С. 114-124. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.4.11 .