Экспериментальное исследование свойств концентрированных растворов борной кислоты применительно к охлаждению реакторных установок ВВЭР

05.06.2024 2024 - №02 Атомные электростанции

А.А. Лебезов А.В. Морозов А.Р. Сахипгареев А.С. Сошкина А.С. Шлепкин

https://doi.org/10.26583/npe.2024.2.02

Представлены результаты экспериментального исследования теплофизических свойств водных растворов борной кислоты с добавкой гидроксида калия, используемого для соответствия требованиям водно-химического режима первого контура ВВЭР. Параметры были измерены при давлении P=0,1 МПа в диапазоне температур 25–90°C при следующих концентрациях H3BO3 в растворах: плотность 2,5–150 г/кг H2O, вязкость 2,5–100 г/кг H2O, поверхностное натяжение 2,5–150 г/кг H2O. Описаны основное экспериментальное оборудование и методика проведения исследований. На основании экспериментальных данных получены зависимости теплофизических свойств растворов от концентрации борной кислоты. Выявлены особенности изменения поверхностного натяжения H3BO3 при изменении концентрации и росте температуры раствора борной кислоты с корректирующей добавкой гидроксида калия.

Результаты проведенных исследований позволяют расширить диапазон известных свойств водных растворов борной кислоты и имеют важное прикладное значение для АЭС с реакторами ВВЭР нового поколения. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для уточнения результатов расчетов аварийных процессов в реакторной установке ВВЭР при работе комплекса пассивных систем безопасности, включающего в себя системы пассивного залива активной зоны, пассивного отвода тепла от парогенератора и гидроемкости третьей ступени.

Ссылки

1. Morozov A.V., Remizov O.V. An experimental substantiation of the design functions imposed on the additional system for passively flooding the core of a VVER reactor. // Thermal Engineering. – 2012. – Vol. 59. – PP. 365 – 370. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040601512050096

2. Морозов А.В., Сорокин А.П., Рагулин С.В., Питык А.В., Сахипгареев А.Р., Сошкина А.С., Шлепкин А.С. Влияние процессов массопереноса борной кислоты на ее накопление в активной зоне при аварийных режимах АЭС с ВВЭР. // Теплоэнергетика. – 2017. – No 7. – С. 33 – 38.

3. Abdulagatov I.M., Azizov N.D. Densities and Apparent Molar Volumes of Aqueous H3BO3 Solutions at Temperatures from 296 to 573 K and at Pressures up to 48 MPa. // Journal of Solution Chemistry. – 2004. – Vol. – 33. – Iss. 10. – PP. 1305 – 1331. DOI: https://doi.org/10.1007/s10953-004-7142-2

4. Alavia W., Lovera J.A., Cortez B.A., Graber T.A. Solubility, Density, Refractive Index, Viscosity, and Electrical Conductivity of Boric Acid + Lithium Sulfate + Water System at (293.15, 298.15, 303.15, 308.15 and 313.15) K. // Journal of Chemical and Engineering Data. – 2013. – Vol. 58. – Iss. 6. – PP. 1668 – 1674. DOI: https://doi.org/10.1021/je400086a

5. Byers W.A., Brown W.L., Kellerman B.E., Shearer K.S., Fink D.J. Summary of Tests to Determine the Physical Properties of Buffered and Un-buffered Boric Acid Solutions. WCAP-17021-NP. Revision 1. – Westinghouse Electric Company, 2010. – 46 p. Электронный ресурс: https://www.nrc.gov/docs/ML1122/ ML11220A169.pdf (дата доступа 12.01.2024).

6. Santarao K., Prasad C.L.V.R.S.V., Swami Naidu G. Experimental investigation to study the viscosity and dispersion of conductive and non-conductive nanopowders’ blended dielectrics. // Advances in Science and Technology Research Journal. – 2017. – Vol. 11. – Iss. 1. – PP. 154 – 160. DOI: 10.12913/22998624/68463

7. Hassan Y.A., Osturk S., Lee S. Rheological characterization of buffered boric acid aqueous solutions in light water reactors. // Progress in Nuclear Energy. – 2015. – Vol. 85. – PP. 239 – 253. DOI: https://doi. org/10.1016/j.pnucene.2015.06.025

8. Arias F.J. Boron dilution effect on boiling heat transfer with special reference to nuclear reactors technology. // Annals of Nuclear Energy. – 2009. – Vol. 36. – Iss. 9. – PP. 1382 – 1385. DOI: https://doi.org/10.1016/j. anucene.2009.06.018

9. Nakath R., Schuster Ch., Hurtado A. Bubble size distribution in flow boiling of aqueous boric acid under high pressure. // Nuclear Engineering and Design. – 2013. – Vol. 262. – PP. 562-570. DOI: https://doi. org/10.1016/j.nucengdes.2013.06.006

10. Стырикович М.А., Цхвирашвили Д.Г., Небиеридзе Д.П. Исследование растворимости борной кислоты в насыщенном водяном паре // Доклады АН СССР. – 1960. – Т. 134. – No 3. – С. 615 – 617.

11. Цхвирашвили Д.Г., Галусташвили В.В. Поведение боратов и борной кислоты в кипящих реакторах. // Атомная энергия. – 1964. – Т. 16. – Вып. 1. – С. 65 – 67.

12. Böhlkea S., Schustera C., Hurtado A. About the volatility of boron in aqueous solutions of borates with vapour in relevance to BWR–Reactors / Proc. of International Conference on the Physics of Reactors, Interlaken, Sep. 14–19, 2008. – Vol. 4. – PP. 3089 – 3096.

13. Tuunanen J., Tuomisto J., Raussi P. Experimental and analytical studies of boric acid concentrations in a VVER-440 reactor during the long-term cooling period of loss-of-coolant accidents. // Nuclear Engi- neering and Design. – 1994. – Vol. 148. – Iss. 2–3. – PP. 217–231. DOI: https://doi.org/10.1016/0029-5493(94)90111-2

14. Питык А.В., Морозов А.В., Шлепкин А.С., Сахипгареев А.Р. Экспериментальное исследование растворимости борной кислоты в кипящем паре при атмосферном давлении // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – No 1. – С. 30 – 40. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.1.03

15. Морозов А.В., Шлепкин А.С., Сахипгареев А.Р. Экспериментальное моделирование процесса кристаллизации борной кислоты при аварийном охлаждении активной зоны АЭС с ВВЭР. / Сборник тезисов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых ученых «XXXV Сибирский теплофизический семинар». – Новосибирск: ИТ СО РАН, 2019. – С. 223.

16. Морозов А.В., Питык А.В., Сахипгареев А.Р., Шлепкин А.С. Теплофизические свойства водных растворов борной кислоты в широком диапазоне концентраций // ВАНТ. Cерия: Ядерно-реакторные константы. – 2018. – Вып. 3. – С. 102 – 114.

17. Сахипгареев А.Р., Морозов А.В. Исследование теплофизических и физико-химических свойств растворов борной кислоты применительно к аварийному охлаждению активной зоны ВВЭР / Тезисы докладов IV Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика». – Новосибирск: ИТ СО РАН, 2019. – С. 202.

18. Sakhipgareev A.R., Shlepkin A.S., Morozov A.V. Experimental study of the surface tension of highly concentrated boric acid solutions applicable to VVER emergency cooling. // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. Vol. 1675. – 012097. DOI: 10.1088/1742-6596/1675/1/ 012097

19. Морозов А.В., Питык А.В., Рагулин С.В., Сахипгареев А.Р., Сошкина А.С., Шлепкин А.С. Оценка влияния капельного уноса борной кислоты на ее накопление в реакторе ВВЭР в случае аварии. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – No 4. – С. 72–82. DOI: https://doi.org/10.26583/ npe.2017.4.07

ВВЭР борная кислота аварийные режимы теплофизические свойства пассивные системы безопасности

Ссылка для цитирования статьи: Лебезов А.А., Морозов А.В., Сахипгареев А.Р., Сошкина А.С., Шлепкин А.С. Экспериментальное исследование свойств концентрированных растворов борной кислоты применительно к охлаждению реакторных установок ВВЭР. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 2. – С. 19-29. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.2.02 .