Исследования закономерностей накопления шлаков, восстанавливаемых водородом, в циркуляционных контурах со свинецсодержащими теплоносителями

15.06.2021 2021 - №02 Химия, физика и техника теплоносителей

В.В. Ульянов М.М. Кошелев В.С. Кремлёва С.Е. Харчук

https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.11

Проведен расчетный анализ закономерностей накопления шлаков при взаимодействии свинцового и свинцово-висмутового теплоносителей с газообразным кислородом. При окислении свинецсодержащих теплоносителей будет образовываться оксид свинца, образование оксида висмута маловероятно. При дозированной подаче газообразного окислителя в свинецсодержащие теплоносители можно избирательно окислять железо, хром и никель до их оксидов без образования шлака из твердого оксида свинца. Исследованы закономерности образования оксида свинца при взаимодействии свинецсодержащих теплоносителей с газообразным кислородом. Выявлено, что при взаимодействии с газообразным кислородом сплав свинца и висмута окисляется в 1,7 раза интенсивнее свинца, что объясняется наличием в сплаве висмута. Висмут окисляется интенсивнее и свинца, и сплава свинца с висмутом. Избыточное давление инертного газа при разгерметизации не предотвращает поступление в контур кислорода воздуха, а зависимость потока азота и кислорода в контур от потока аргона из контура близка к линейной независимо от состояния контура (холодный без теплоносителя, разогретый без теплоносителя, разогретый с циркулирующим теплоносителем). Кислород является химически активной примесью и поглощается контуром, поэтому важно контролировать азот в газовых объемах контуров реакторных и исследовательских установок со свинецсодержащими теплоносителями. Это позволит своевременно сигнализировать о поступлении кислорода в контур и провести необходимые мероприятия по исключению или уменьшению масштабов образования шлаков на основе оксидов свинца.

Ссылки

1. Pioro I., Duffey R.B., Kirillov P.L. et al. Current Status and Future Developments in Nuclear-Power Industry of the World. // Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science. – 2019. – Vol. 5. – No. 2. – P. 27; DOI: https://doi.org/10.1115/1.4042194.
2. Weeks J.R. Lead, Bismuth, Tin and their Alloys as Nuclear Coolants. // Nuclear Engineering and Design. – 1971. – Vol. 15. – No. 4. – PP. 363-372.
3. Fleitman A., Weeks J.R. Mercury as a Nuclear Coolant. // Nuclear Engineering and Design. – 1971. – Vol. 16. – No. 3. – PP. 266-278.
4. Антоновский Г.М., Воронцов В.Е., Вотинцев И.С. и др. Полвека в атомном машиностроении. – Нижний Новгород: КиТиздат, 1997. – 303 с.
5. Зродников А.В., Драгунов Ю.Г., Василенко В.А. и др. Проблемы и подходы к обращению с отработавшим ядерным топливом жидкометаллических реакторов атомных подводных лодок. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2007. – № 1. – С. 13-22.
6. Безносов А.В., Бокова Т.А., Боков П.А. Технологии и основное оборудование контуров реакторных установок, промышленных и исследовательских стендов со свинцовым и свинцово-висмутовым теплоносителями: Учебное пособие. – Нижний Новгород: Литера, 2016. – 488 с.
7. Ефанов А.Д., Иванов К.Д., Мартынов П.Н., Орлов Ю.И. Технология свинцово-висмутового теплоносителя на ЯЭУ первого и второго поколений. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2007. – № 1. – С. 138-144.
8. Громов Б.Ф., Орлов Ю.И., Тошинский Г.И., Чекунов В.В. Ядерные энергетические установки с теплоносителем висмут-свинец. // Атомная энергия. – 1996. – Т. 81. – № 5. – С. 340-347.
9. Митенков Ф.М. Размышления о пережитом. – М.: Издательство по атомной технике, 2004. – 400 с.
10. Поплавский В.М. Состояние и тенденции развития технологии быстрых реакторов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2011. – № 1. – С. 5-15.
11. Уикс К.Е., Блок Ф.Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, галогенидов, карбидов и нитридов. – М.: Металлургия, 1965. – 240 с.
12. Туровцева З.М., Кунин Л.Л. Анализ газов в металлах. – Москва-Ленинград: Издательство АН СССР, 1959. – 390 с.
13. Громов Б.Ф., Шматко Б.А. Физико-химические свойства расплавов свинец-висмут. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 1996. – № 4. – С. 35-41.
14. Драгунов Ю.Г., Лемехов В.В., Моисеев А.В., Смирнов В.С. Реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем (БРЕСТ). // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2015. – № 3. – С. 97-103.
15. Martynov P.N., Gulevich A.V., Orlov Yu.I., Gulevsky V.A. Water and Hydrogen in Heavy Liquid Metal Coolant Technology. // Progress in Nuclear Energy. –2005. – Vol. 47. – Iss. 1-4. – PP. 604-615.
16. Асхадуллин Р.Ш., Иванов К.Д., Шелеметьев В.М., Садовничий Р.П. Оценка интенсивности процессов окисления конструкционных сталей первого контура ЯЭУ с тяжелыми теплоносителями. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2011. – № 4. – С. 121-128.
17. Салаев С.В., Асхадуллин Р.Ш., Легких А.Ю. и др. Результаты исследований по расширению методических возможностей определения физико-химического состояния жидкометаллических теплоносителей на основе свинца. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2020. – № 1. – С. 98-106. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.1.10
18. Белоусова Н.В., Денисов В.М., Истомин С.А. и др. Взаимодействие жидких металлов и сплавов с кислородом. – Екатеринбург: Институт металлургии УрО РАН, 2004. – 288 с. ISSN 5-7691-1531-9.
19. Иванов И.И., Шелеметьев В.М., Ульянов В.В., Тепляков Ю.А. Кинетика восстановления водородом свинца из его оксидов ромбической и тетрагональной модификации. // Кинетика и катализ. – 2015. – № 3. – С. 1-5.
20. Cercignani C. Numerical Study of the Strong Evaporation of a Binary Mixture. // Fluid Dynamics Research. – 1991. – Vol. 8. – Iss. 5-6. – PP. 175-187.
21. Теоретические основы хладотехники. Ч. 2. Тепломассообмен. / Под ред. Э.И. Гуйго. – М.: Колос, 1994. – 288 с.

свинецсодержащий теплоноситель шлаки на основе оксидов свинца свинец свинцово-висмутовая эвтектика газообразный кислород активность оксида свинца энергия Гиббса водородная очистка от шлаков закономерность окисления натекание на противодавление

Ссылка для цитирования статьи: Ульянов В.В., Кошелев М.М., Кремлёва В.С., Харчук С.Е. Исследования закономерностей накопления шлаков, восстанавливаемых водородом, в циркуляционных контурах со свинецсодержащими теплоносителями. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 2. – С. 119-129. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.11 .