Концептуальные вопросы разработки холодных фильтр-ловушек для очистки натриевого теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах

19.03.2020 2020 - №01 Химия, физика и техника теплоносителей

В.В. Алексеев Ю.А. Кузина А.П. Сорокин

https://doi.org/10.26583/npe.2020.1.12

Представлены результаты исследований особенностей тепло- и массообмена в холодных ловушках для очистки натрия от примесей в контурах быстрых реакторов как на специальных экспериментальных участках, моделирующих различные зоны ловушки (изотермический и неизотермический отстойники и фильтры, зона окончательного охлаждения), так и на моделях прототипов ловушек. В результате создано научное обоснование для разработки ловушек оригинальной конструкции для различных реакторов. Их емкость по примесям в три – пять раз превышает лучшие зарубежные аналоги. Испытания показали их высокую эффективность при очистке натрия от кислорода и водорода и существенно меньшую от продуктов коррозии и углерода. Учитывая течи радиоактивного натрия при эксплуатации ловушек первого контура реактора БН-600, для повышения безопасности быстрого реактора большой мощности принято решение о размещении системы очистки в баке реактора. Решен вопрос об исключении накопления водорода в ловушках первого контура в номинальном режиме. Обсуждаются две конструкции ловушки – с охлаждением аргоном и натрием. Показано, что при работе системы очистки реактора с охлаждением аргоном в течение срока эксплуатации реактора требуется 20 замен ловушек, при исключении попадания водорода в холодные ловушки первого контура – семь замен. Вариант встроенной в бак реактора ловушки с натриевым охлаждением имеет те же габаритные размеры, как и у ловушки с охлаждением аргоном. Охлаждающий натрий циркулирует по двум трактам: снаружи корпуса рабочей полости в рубашке – до 30% расхода и по расположенному внутри рабочей полости змеевику – до 70%. На основании расчетов по кодам, моделирующим тепло- и массообменные процессы в ловушках, предложены уточняющие технические решения.

Ссылки

1. Козлов Ф.А., Волчков Л.Г., Кузнецов Э.К., Матюхин В.В. Жидкометаллические теплоносители ЯЭУ. Очистка от примесей и их контроль. – М.: Энергоатомиздат, 1983. 128 c.
2. Козлов Ф.А., Алексеев В.В., Загорулько Ю.И., Сергеев Г.П., Волчков Л.Г., Козуб П.С., Кова$ лев Ю.П., Воробьева Т.А., Волов А.Н. Итоги развития технологии натрия как теплоносителя реакторов на быстрых нейтронах // Теплоэнергетика. – 2007. – № 12. – С. 10-23. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040601507120026.
3. Рачков В.И., Поплавский В.М., Цибуля А.М., Багдасаров Ю.Е. Васильев Б.А., Каманин Ю.Л., Осипов С.Л., Кузавков Н.Г., Ершов В.Н., Аширметов М.Р. Концепция перспективного энергоблока с быстрым натриевым реактором БН-1200 // Атомная энергия. – 2010. – Т. 108. – Вып. 4. – С. 201-205. DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-010-9286-z.
4. Васильев Б.А., Васяев А.В., Зверев Д.Л., Шепелев С.Ф., Аширметов М.Р., Ершов В.Н., Онуфриенко С.В., Говердовский А.А., Поплавский В.М., Труфанов А.А., Ошканов Н.Н. Инновационный проект энергоблока БН-1200 как основа эволюционного развития направления БН / Сб. тезисов докладов IV Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии атомной энергетики (МНТК НИКИЭТ – 2016)», АО «НИКИЭТ» (27–30 сентября 2016 г., Москва). – М.: АО «НИКИЭТ», 2016. – С. 38-40.
5. Козлов Ф.А., Алексеев В.В., Ковалев Ю.П., Кумаев В.Я., Матюхин В.В., Орлова Е.А., Пиро$ гов Э.П., Сорокин А.П., Щербаков С.И. Исследования в обоснование системы очистки натрия для быстрых реакторов // Атомная энергия. – 2012. – Т. 112. – Вып. 1. – С. 18-24. DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-012-9519-4.
6. Алексеев В.В., Ковалев Ю.П., Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Кумаев В.Я., Кондратьев А.С., Матюхин В.В., Пирогов Э.П., Сергеев В.В., Сорокин А.П., Торбенкова И.Ю. Система очистки натриевого теплоносителя АЭС с реактором БН-1200 // Теплоэнергетика. – 2013. – № 5. – С. 9-20. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040601513050017.
7. Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Алексеев В.В., Щербаков С.И., Кондратьев А.С., Варсеев Е.В. Исследования в обоснование встроенной в бак реактора системы очистки натрия // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2014. – № 2. – С. 81-89. DOI: https:// doi.org/10.26583/npe.2014.2.09.
8. Сорокин А.П., Труфанов А.А. Очистка натрия АЭС с реакторами на быстрых нейтронах. // ВАНТ. Сер.: Ядерно-реакторные константы. – 2017. – Вып. 3. – C. 142-162. Электронный ресурс: https://vant.ippe.ru/year2017/3/thermal-physics-hydrodynamics/1381-12.html (дата доступа 04.10.2019).
9. Варсеев Е.В., Коновалов М.А., Алексеев В.В. Результаты численного моделирования тепломассообмена в макете холодной ловушки // ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы. – 2014. – Вып. 2. – С. 106-113. Электронный pесурс: https://vant.ippe.ru/images/ pdf/2014/2-11.pdf (дата доступа 04.10.2019).
10. Алексеев В.В., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Варсеев Е.В., Кумаев В.Я., Кондратьев А.С. Расчеты массопереноса примесей в холодных ловушках с натриевым охлаждением. // Атомная энергия. – 2015. – Т. 118. – Вып. 5. – С. 257-261. DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-015-9999-0.
11. Алексеев А.А., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Варсеев Е.В., Кумаев В.Я., Кондратьев А.С. Расчеты массопереноса примесей в холодных ловушках с натриевым охлаждением. / Сб. докладов научно-технической конференции «Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах (Теплофизика-2014)». – Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2015. – С. 380-385.
12. Алексеев В.В., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Труфанов А.А., Крючков Е.А., Варсеев Е.В., Ко$ новалов М.А., Торбенкова И.Ю. Испытания на натриевом стенде модели холодной ловушки. // Атомная энергия. – 2017. – Т. 122. – № 1. – С. 29-33. DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-017-0232-1.
13. Козлов Ф.А., Волчков Л.Г. Новый способ регенерации ловушек для очистки щелочных жидкометаллических теплоносителей. // Атомная энергия. – 1975. – Т. 39. – Вып. 4. – С. 310. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01261913.

быстрые реакторы натриевый теплоноситель холодная ловушка бак реактора эксперимент расчетные коды теплогидравлика массообмен примеси кислород водород охлаждение аргоном охлаждение натрием

Ссылка для цитирования статьи: Алексеев В.В., Кузина Ю.А., Сорокин А.П. Концептуальные вопросы разработки холодных фильтр-ловушек для очистки натриевого теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2020. – № 1. – С. 121-133. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.1.12 .