Оценка динамических нагрузок на стены и перекрытие подреакторного помещения РБМК-1000 при паровом взрыве
Ключевые слова:
паровой взрыв, расплав, активная зона, коэффициент конверсии, РБМК-1000
Аннотация
Одно из условий безопасной эксплуатации энергоблока атомной станции (АЭС) — всестороннее расчетное и экспериментальное обоснование его безаварийной работы во всех эксплуатационных режимах и ограничение радиационных последствий аварий, в том числе, при тяжелых запроектных авариях.
Согласно планам развития атомной энергетики России, строительство новых АЭС с реакторами типа РБМК-1000 в перспективе отсутствует, а назначенные сроки службы эксплуатируемых энергоблоков истекают. Однако на долю подобных станций приходится большая часть выработки электроэнергии в общем объеме атомных мощностей России (около 40%), поэтому в настоящий момент отраслевыми организациями принято решение о продлении их эксплуатации.
Проанализирован сценарий развития тяжелой аварии на АЭС с РБМК на стадии тяжелого повреждения активн ой зоны, в ходе которого топливосодержащие массы обрушиваются в подреакторное пространство, заполненное водой.
После появления топливосодержащих масс в подреакторном помещении происходит их взаимодействие с бетоном основания реактора. Существует потенциальная опасность проплавления бетонной плиты перекрытия и обрушения кориума в воду бассейна-барботера. В качестве основной стратегии удержания расплавленной активной зоны в границах реакторного пространства предусмотрены отвод остаточного энерговыделения от реактора и охлаждение опорных металлоконструкций за счет подачи воды, однако заполнение подреакторного пространства жидкостью может повлечь за собой создание условий для возникновения парового взрыва.
В ходе выполнения работы проведена оценка максимального динамического воздействия на стены подреакторного помещения РБМК‑1000 при возможном взаимодействии расплава кориума с водой в ходе тяжелой запроектной аварии.
Показано, что при взаимодействии расплава кориума с большим количеством воды в подреакторном помещении кинетической энергии образующихся паров воды достаточно, чтобы вызвать существенные разрушения здания энергоблока. При понижении уровня воды в подреакторном помещении (менее одного метра) снижается уровень угрозы разрушения. Приведена оценка массы водорода, выделившегося в результате взаимодействия.
Литература
1. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. I. Model Formulation and Example Results // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. V. 34. Pp. 2435—2448.
2. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. II. A Study of Escalation // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. V. 34. Pp. 2449—2459.
3. Fletcher D.F. Propagation Investigations Using the CULDESAC Model. Proc. CSNI Specialist Meeting on Fuel-coolant Interactions // Nuclear Eng. and Design. 1995. V. 155. Iss. 1—2. Pp. 271—287.
4. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the One-Dimensional Vapor Explosions // Proc. VI Intern. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics. Grenoble, 1993. V. 1. P. 107.
5. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential // Nuclear Eng. and Design. 1995. V. 155. Iss. 1—2. Pp. 289—309.
6. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description of the Microinteractions Concept in Steam Explosions // Proc. 7th Intern. Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics. 1995. V. 3. Pp. 1586—1606.
7. Corradini ML., Tang J., Shamonn В., Nilsuwankosit S. TEXAS-V: A Fuel-coolant Interaction Model. Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. Begell House Inc. N.-Y., 1996.
8. Annunziato A., Yerkess A., Addabbo С. FARO and KROTOS Code Simulation and Analysis at JRC Ispra // Nuclear Eng. and Design. 1999. V. 189. Iss. 1—3. Pp. 359—378.
9. Speis P.T., Basu S. Fuel-Coolant Interaction (FCI) Phenomena in Reactor Safety: Current Understanding and Future Research Needs // Proc. OECD/CSNI Specialists Meeting on Fuel-coolant Interactions. Tokai-Mura, 1997. Pp. 19—24.
10. Magallon D., Huhtiniem I., Hohmann H. Lessons Learnt from FARO/TERMOS Corium Melt Quenching Experiments // Nuclear Eng. and Design. 1999. V. 189. Iss. 1—3. Pp. 233—238.
11. Magallon D., Huhtiniem I. Corium Melt Quenching Tests at Low Pressure and Subcooled Conditions in FARO // Nuclear Eng. and Design. 2001. V. 204. Pp. 369—376.
12. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Соколин А.В. Взрывное взаимодействие расплава с водой. Моделирование кодом VAPEX-D // Теплофизика высоких температур. 2002. Т. 40. № 3. С. 466—474.
13. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Парфенов Ю.В., Соколин А.В. Анализ эксперимента по взаимодействию расплава с охладителем на установке FARO с помощью кода VAPEX // Атомная энергия. 2002. Т. 92. № 2. С. 91—95.
14. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Анализ крупномасштабных экспериментов по взаимодействию кориума с водой с помощью кода VAPEX // Теплофизика высоких температур. 2007. Т. 45. № 4. С. 565—574.
15. Блинков В.Н. и др. Определение динамических нагрузок на контейнмент при внекорпусном паровом взрыве на АЭС с ВВЭР // Технические науки. Фундаментальные исследования. 2012. № 9. С. 889—893.
16. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Ртищев Н.А., Тарасов А.Е. Разработка и валидация модели термического взаимодействия высокотемпературного расплава с натрием // Тепловые процессы в технике. 2015. Т. 7. № 6. С. 250—257.
17. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Парфенов Ю.В., Ртищев Н.А., Боровкова Е.М. Оценка ударного воздействия на корпус реактора вследствие внутрикорпусного парового взрыва // Вестник МЭИ. 2012. № 2. С. 50—57.
18. Степанов Е.В. Физические аспекты явления парового взрыва. М.: ИАЭ, 1991.
19. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Парфенов Ю.В. Численное моделирование процесса предварительного перемешивания струи расплава активной зоны с помощью кода VAPEX-P // Теплоэнергетика. 2003. № 11. С. 35—39.
20. Абрамов М.И. и др. Канальный ядерный энергетический реактор. М.: НИКИЭТ, 2006.
21. Буланов Н.В. Взрывное вскипание диспергированных жидкостей. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2011.
22. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Тарасов А.Е. Формирование, распространение и отражение от стенки сосуда волны термической детонации // Вестник МЭИ. 2016. № 5. С. 49—56.
23. Гудеменко Д.В., Мелихов В.И., Мелихов О.И. Исследование термической детонации на основе модели микровзаимодействий // Вестник МЭИ. 2017. № 2. С. 32—39.
---
Для цитирования: Осипов А.М., Рябов А.В., Финошкина Д.В. Оценка динамических нагрузок на стены и перекрытие подреакторного помещения РБМК-1000 при паровом взрыве // Вестник МЭИ. 2021. № 2. С. 29—36. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-29-36.
#
1. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. I. Model Formulation and Example Results. Int. J. Heat Mass Transfer. 1991;34:2435—2448.
2. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. II. A Study of Escalation. Int. J. Heat Mass Transfer. 1991;34:2449—2459.
3. Fletcher D.F. Propagation Investigations Using the CULDESAC Model. Proc. CSNI Specialist Meeting on Fuel-coolant Interactions. Nuclear Eng. and Design. 1995;155;1—2:271—287.
4. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the One-Dimensional Vapor Explosions. Proc. VI Intern. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics. Grenoble, 1993;1:107.
5. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential. Nuclear Eng. and Design. 1995;155;1—2:289—309.
6. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description of the Microinteractions Concept in Steam Explosions. Proc. 7th Intern. Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics. 1995;3:1586—1606.
7. Corradini ML., Tang J., Shamonn B., Nilsuwankosit S. TEXAS-V: A Fuel-coolant Interaction Model. Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. Begell House Inc. N.-Y., 1996.
8. Annunziato A., Yerkess A., Addabbo C. FARO and KROTOS Code Simulation and Analysis at JRC Ispra. Nuclear Eng. and Design. 1999;189;1—3:359—378.
9. Speis P.T., Basu S. Fuel-Coolant Interaction (FCI) Phenomena in Reactor Safety: Current Understanding and Future Research Needs. Proc. OECD/CSNI Specialists Meeting on Fuel-coolant Interactions. Tokai-Mura, 1997:19—24.
10. Magallon D., Huhtiniem I., Hohmann H. Lessons Learnt from FARO/TERMOS Corium Melt Quenching Experiments. Nuclear Eng. and Design. 1999;189;1—3:233—238.
11. Magallon D., Huhtiniem I. Corium Melt Quenching Tests at Low Pressure and Subcooled Conditions in FARO. Nuclear Eng. and Design. 2001;204:369—376.
12. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Sokolin A.V. Vzryvnoe Vzaimodeystvie Rasplava s Vodoy. Modelirovanie Kodom VAPEX-D. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2002;40;3:466—474. (in Russian).
13. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Parfenov Yu.V., Sokolin A.V. Analiz Eksperimenta po Vzaimodeystviyu Rasplava s Okhladitelem na Ustanovke FARO s Pomoshch'yu Koda VAPEX. Atomnaya Energiya. 2002;92;2:91—95. (in Russian).
14. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E. Analiz Krupnomasshtabnykh Eksperimentov po Vzaimodeystviyu Koriuma s Vodoy s Pomoshch'yu Koda VAPEX. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2007;45;4:565—574. (in Russian).
15. Blinkov V.N. i dr. Opredelenie Dinamicheskikh Nagruzok na Konteynment pri Vnekorpusnom Parovom Vzryve na AES s VVER. Tekhnicheskie Nauki. Fundamental'nye Issledovaniya. 2012;9:889—893. (in Russian).
16. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Rtishchev N.A., Tarasov A.E. Razrabotka i Validatsiya Modeli Termicheskogo Vzaimodeystviya Vysokotemperaturnogo Rasplava s Natriem. Teplovye Protsessy v Tekhnike. 2015;7;6:250—257. (in Russian).
17. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Parfenov Yu.V., Rtishchev N.A., Borovkova E.M. Otsenka Udarnogo Vozdeystviya na Korpus Reaktora Vsledstvie Vnutrikorpusnogo Parovogo Vzryva. Vestnik MEI. 2012;2;50—57. (in Russian).
18. Stepanov E.V. Fizicheskie Aspekty Yavleniya Parovogo Vzryva. M.: IAE, 1991. (in Russian).
19. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Parfenov Yu.V. Chislennoe Modelirovanie Protsessa Predvaritel'nogo Peremeshivaniya Strui Rasplava Aktivnoy Zony s Pomoshch'yu Koda VAPEX-P. Teploenergetika. 2003;11:35—39. (in Russian).
20. Abramov M.I. i dr. Kanal'nyy Yadernyy Energeticheskiy Reaktor. M.: NIKIET, 2006. (in Russian).
21. Bulanov N.V. Vzryvnoe Vskipanie Dispergirovannykh Zhidkostey. Ekaterinburg: Izd-vo UrGUPS, 2011. (in Russian).
22. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Tarasov A.E. Formirovanie, Rasprostranenie i Otrazhenie ot Stenki Sosuda Volny Termicheskoy Detonatsii. Vestnik MEI. 2016;5:49—56. (in Russian).
23. Gudemenko D.V., Melikhov V.I., Melikhov O.I. Issledovanie Termicheskoy Detonatsii na Osnove Modeli Mikrovzaimodeystviy. Vestnik MEI. 2017;2:32—39. (in Russian).
---
For citation: Osipov A.M., Ryabov A.V., Finoshkina D.V. Assessment of the Dynamic Loads Applied to the RBMK-1000 Subreactor Room Walls and Slab during Vapor Explosion. Bulletin of MPEI. 2021;2:29—36. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-29-36.
2. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. II. A Study of Escalation // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. V. 34. Pp. 2449—2459.
3. Fletcher D.F. Propagation Investigations Using the CULDESAC Model. Proc. CSNI Specialist Meeting on Fuel-coolant Interactions // Nuclear Eng. and Design. 1995. V. 155. Iss. 1—2. Pp. 271—287.
4. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the One-Dimensional Vapor Explosions // Proc. VI Intern. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics. Grenoble, 1993. V. 1. P. 107.
5. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential // Nuclear Eng. and Design. 1995. V. 155. Iss. 1—2. Pp. 289—309.
6. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description of the Microinteractions Concept in Steam Explosions // Proc. 7th Intern. Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics. 1995. V. 3. Pp. 1586—1606.
7. Corradini ML., Tang J., Shamonn В., Nilsuwankosit S. TEXAS-V: A Fuel-coolant Interaction Model. Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. Begell House Inc. N.-Y., 1996.
8. Annunziato A., Yerkess A., Addabbo С. FARO and KROTOS Code Simulation and Analysis at JRC Ispra // Nuclear Eng. and Design. 1999. V. 189. Iss. 1—3. Pp. 359—378.
9. Speis P.T., Basu S. Fuel-Coolant Interaction (FCI) Phenomena in Reactor Safety: Current Understanding and Future Research Needs // Proc. OECD/CSNI Specialists Meeting on Fuel-coolant Interactions. Tokai-Mura, 1997. Pp. 19—24.
10. Magallon D., Huhtiniem I., Hohmann H. Lessons Learnt from FARO/TERMOS Corium Melt Quenching Experiments // Nuclear Eng. and Design. 1999. V. 189. Iss. 1—3. Pp. 233—238.
11. Magallon D., Huhtiniem I. Corium Melt Quenching Tests at Low Pressure and Subcooled Conditions in FARO // Nuclear Eng. and Design. 2001. V. 204. Pp. 369—376.
12. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Соколин А.В. Взрывное взаимодействие расплава с водой. Моделирование кодом VAPEX-D // Теплофизика высоких температур. 2002. Т. 40. № 3. С. 466—474.
13. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Парфенов Ю.В., Соколин А.В. Анализ эксперимента по взаимодействию расплава с охладителем на установке FARO с помощью кода VAPEX // Атомная энергия. 2002. Т. 92. № 2. С. 91—95.
14. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Анализ крупномасштабных экспериментов по взаимодействию кориума с водой с помощью кода VAPEX // Теплофизика высоких температур. 2007. Т. 45. № 4. С. 565—574.
15. Блинков В.Н. и др. Определение динамических нагрузок на контейнмент при внекорпусном паровом взрыве на АЭС с ВВЭР // Технические науки. Фундаментальные исследования. 2012. № 9. С. 889—893.
16. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Ртищев Н.А., Тарасов А.Е. Разработка и валидация модели термического взаимодействия высокотемпературного расплава с натрием // Тепловые процессы в технике. 2015. Т. 7. № 6. С. 250—257.
17. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Парфенов Ю.В., Ртищев Н.А., Боровкова Е.М. Оценка ударного воздействия на корпус реактора вследствие внутрикорпусного парового взрыва // Вестник МЭИ. 2012. № 2. С. 50—57.
18. Степанов Е.В. Физические аспекты явления парового взрыва. М.: ИАЭ, 1991.
19. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Парфенов Ю.В. Численное моделирование процесса предварительного перемешивания струи расплава активной зоны с помощью кода VAPEX-P // Теплоэнергетика. 2003. № 11. С. 35—39.
20. Абрамов М.И. и др. Канальный ядерный энергетический реактор. М.: НИКИЭТ, 2006.
21. Буланов Н.В. Взрывное вскипание диспергированных жидкостей. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2011.
22. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Тарасов А.Е. Формирование, распространение и отражение от стенки сосуда волны термической детонации // Вестник МЭИ. 2016. № 5. С. 49—56.
23. Гудеменко Д.В., Мелихов В.И., Мелихов О.И. Исследование термической детонации на основе модели микровзаимодействий // Вестник МЭИ. 2017. № 2. С. 32—39.
---
Для цитирования: Осипов А.М., Рябов А.В., Финошкина Д.В. Оценка динамических нагрузок на стены и перекрытие подреакторного помещения РБМК-1000 при паровом взрыве // Вестник МЭИ. 2021. № 2. С. 29—36. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-29-36.
#
1. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. I. Model Formulation and Example Results. Int. J. Heat Mass Transfer. 1991;34:2435—2448.
2. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. II. A Study of Escalation. Int. J. Heat Mass Transfer. 1991;34:2449—2459.
3. Fletcher D.F. Propagation Investigations Using the CULDESAC Model. Proc. CSNI Specialist Meeting on Fuel-coolant Interactions. Nuclear Eng. and Design. 1995;155;1—2:271—287.
4. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the One-Dimensional Vapor Explosions. Proc. VI Intern. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics. Grenoble, 1993;1:107.
5. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential. Nuclear Eng. and Design. 1995;155;1—2:289—309.
6. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description of the Microinteractions Concept in Steam Explosions. Proc. 7th Intern. Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics. 1995;3:1586—1606.
7. Corradini ML., Tang J., Shamonn B., Nilsuwankosit S. TEXAS-V: A Fuel-coolant Interaction Model. Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. Begell House Inc. N.-Y., 1996.
8. Annunziato A., Yerkess A., Addabbo C. FARO and KROTOS Code Simulation and Analysis at JRC Ispra. Nuclear Eng. and Design. 1999;189;1—3:359—378.
9. Speis P.T., Basu S. Fuel-Coolant Interaction (FCI) Phenomena in Reactor Safety: Current Understanding and Future Research Needs. Proc. OECD/CSNI Specialists Meeting on Fuel-coolant Interactions. Tokai-Mura, 1997:19—24.
10. Magallon D., Huhtiniem I., Hohmann H. Lessons Learnt from FARO/TERMOS Corium Melt Quenching Experiments. Nuclear Eng. and Design. 1999;189;1—3:233—238.
11. Magallon D., Huhtiniem I. Corium Melt Quenching Tests at Low Pressure and Subcooled Conditions in FARO. Nuclear Eng. and Design. 2001;204:369—376.
12. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Sokolin A.V. Vzryvnoe Vzaimodeystvie Rasplava s Vodoy. Modelirovanie Kodom VAPEX-D. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2002;40;3:466—474. (in Russian).
13. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Parfenov Yu.V., Sokolin A.V. Analiz Eksperimenta po Vzaimodeystviyu Rasplava s Okhladitelem na Ustanovke FARO s Pomoshch'yu Koda VAPEX. Atomnaya Energiya. 2002;92;2:91—95. (in Russian).
14. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E. Analiz Krupnomasshtabnykh Eksperimentov po Vzaimodeystviyu Koriuma s Vodoy s Pomoshch'yu Koda VAPEX. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2007;45;4:565—574. (in Russian).
15. Blinkov V.N. i dr. Opredelenie Dinamicheskikh Nagruzok na Konteynment pri Vnekorpusnom Parovom Vzryve na AES s VVER. Tekhnicheskie Nauki. Fundamental'nye Issledovaniya. 2012;9:889—893. (in Russian).
16. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Rtishchev N.A., Tarasov A.E. Razrabotka i Validatsiya Modeli Termicheskogo Vzaimodeystviya Vysokotemperaturnogo Rasplava s Natriem. Teplovye Protsessy v Tekhnike. 2015;7;6:250—257. (in Russian).
17. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Parfenov Yu.V., Rtishchev N.A., Borovkova E.M. Otsenka Udarnogo Vozdeystviya na Korpus Reaktora Vsledstvie Vnutrikorpusnogo Parovogo Vzryva. Vestnik MEI. 2012;2;50—57. (in Russian).
18. Stepanov E.V. Fizicheskie Aspekty Yavleniya Parovogo Vzryva. M.: IAE, 1991. (in Russian).
19. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Parfenov Yu.V. Chislennoe Modelirovanie Protsessa Predvaritel'nogo Peremeshivaniya Strui Rasplava Aktivnoy Zony s Pomoshch'yu Koda VAPEX-P. Teploenergetika. 2003;11:35—39. (in Russian).
20. Abramov M.I. i dr. Kanal'nyy Yadernyy Energeticheskiy Reaktor. M.: NIKIET, 2006. (in Russian).
21. Bulanov N.V. Vzryvnoe Vskipanie Dispergirovannykh Zhidkostey. Ekaterinburg: Izd-vo UrGUPS, 2011. (in Russian).
22. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Tarasov A.E. Formirovanie, Rasprostranenie i Otrazhenie ot Stenki Sosuda Volny Termicheskoy Detonatsii. Vestnik MEI. 2016;5:49—56. (in Russian).
23. Gudemenko D.V., Melikhov V.I., Melikhov O.I. Issledovanie Termicheskoy Detonatsii na Osnove Modeli Mikrovzaimodeystviy. Vestnik MEI. 2017;2:32—39. (in Russian).
---
For citation: Osipov A.M., Ryabov A.V., Finoshkina D.V. Assessment of the Dynamic Loads Applied to the RBMK-1000 Subreactor Room Walls and Slab during Vapor Explosion. Bulletin of MPEI. 2021;2:29—36. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-2-29-36.
Опубликован
2019-09-25
Выпуск
Раздел
Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации (05.14.03)
