Особенности тепломассопереноса при эксплуатации парогенераторов атомных ледоколов

Юрий [Yuriy] Борисович [B.] Воробьев [Vorobyev]; Денис [Denis] Константинович [K.] Долгополов [Dolgopolov]; Анастасия [Anastasiya] Львовна [L.] Малышева [Malysheva]; Артем [Artem] Евгеньевич [E.] Симонов [Simonov]; К.Н. [K.H.] Чыонг Ван [Truong Van]; Мария [Mariya] Евгеньевна [E.] Панина [Panina]; Дахир [Dakhir] Сулейманович [S.] Уртенов [Urtenov]; Михаил [Mikhail] Леонидович [L.] Лукашенко [Lukashenko]

doi:10.24160/1993-6982-2022-2-11-20

Юрий Борисович Воробьев
Денис Константинович Долгополов
Анастасия Львовна Малышева
Артем Евгеньевич Симонов
К.Н. Чыонг Ван
Мария Евгеньевна Панина
Дахир Сулейманович Уртенов
Михаил Леонидович Лукашенко

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-2-11-20

Ключевые слова: водородное охрупчивание, атомные ледоколы, плавучий энергоблок, расчетные коды, парогенератор

Аннотация

Рассмотрена проблема водородного охрупчивания трубных систем парогенераторов атомных ледоколов и образования в них трещин. Даны сведения об актуальности данной задачи для обеспечения надежного функционирования ядерных энергетических установок транспортных объектов и схожих систем типа плавучих энергоблоков.

Накопление водорода в парогенераторе в районе приварки питательных коллекторных труб и соответствующее водородное охрупчивание ведут к развитию трещин. Для моделирования процессов транспорта водорода из реактора в парогенератор совместно использованы два типа расчетных кодов: одномерного приближения и трехмерный. В результате анализа выделены основные характерные процессы. Решение задачи базируется на основе декомпозиции на подзадачи.

Проанализирован процесс транспорта парогазовых пузырьков в парогенераторе, особое внимание уделено изучению их поведения во внутреннем цилиндре парогенератора. Показано, что, несмотря на конструктивные препятствия, реализуется конвективное движение теплоносителя и всплытие пузырьков. Дана альтернативная гипотеза возникновения трещин из-за возникновения кавитации со стороны теплоносителя второго контура. Приведены результаты трехмерного моделирования, опровергающие выдвинутую гипотезу. Полученные результаты могут служить для обоснования мер по предотвращению водородного охрупчивания и образования трещин в трубной системе парогенераторов атомных ледоколов, плавучих энергоблоков, АЭС малой мощности.

Сведения об авторах

Юрий Борисович Воробьев

кандидат технических наук, доцент кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт», e-mail: yura3510@gmail.com

Денис Константинович Долгополов

студент кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», e-mail: DolgopolovDK@mpei.ru

Анастасия Львовна Малышева

аспирант кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», e-mail: nesticmal@mail.ru

Артем Евгеньевич Симонов

студент кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», e-mail: SimonovAY@mpei.ru

КН Чыонг Ван

аспирант кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», e-mail: nhattvk@gmail.com

Мария Евгеньевна Панина

главный конструктор проекта, АО «Балтийский завод», e-mail: paninam@yandex.ru

Дахир Сулейманович Уртенов

начальник отдела, НИЦ «Курчатовский институт», e-mail: Urtenov_DS@nrcki.ru

Михаил Леонидович Лукашенко

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт», e-mail: mllu@yandex.ru

Литература

1. Уртенов Д.С. и др. Особенности водно-химического режима I контура и проблемы эксплуатации оборудования реакторных установок атомных ледоколов // Теплоэнергетика. 2020. № 8. С. 86—92.
2. RELAP5/MOD3.3 Code Manual, NUREG/CR-5535/Rev P3-Vol. I-6.
3. Технический отчет к договору № 293/8/298. Полунатурные ресурсные испытания фрагментов трубной системы парогенератора ПГ-28 атомного ледокола «Вайгач». СПб.: ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», 2004.
4. Бахметьев А.М. и др. Анализ возможных причин и механизмов отказов трубных систем парогенераторов атомных судов // Арктика: экология и экономика. 2013. № 3(11). С. 97—101.
5. Колачев Б.А., Ливанова В.А., Буханова А.А. Механические свойства титана и его сплавов. М.: Металлургия, 1974.
6. Отчет по этапу № 06.03 к договору № 6/302803. Анализ результатов материаловедческих исследований и испытаний образцов, вырезанных из ПГ-28 АППУ, а/л «Таймыр», разработка, оформление и согласование заключений и рекомендаций СПб.: ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», 2015.
7. Касперович А.И, Колесов Б.И., Сандлер Н.Г. Водно-химические процессы в реакторных установках атомных ледоколов и плавучих энергоблоков // Атомная энергия. 1996. Т. 81. № 4. С. 261—266.
8. Буланов А.В. и др. Радиолиз аммиака в теплоносителе первого контура реакторных установок плавучих энергоблоков // Атомная энергия. 2000. Т. 88. № 5. С. 353—358.
9. Калин Б.А., Шмаков А.А. Поведение водорода в реакторных сплавах циркония // Материаловедение. 2005. № 10. С. 50—56.
10. Малышева А.Л., Кононова А.Д., Воробьев Ю.Б. Расчетное моделирование тепломассопереноса в парогенераторах атомных ледоколов // Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики: Сб. докл. М.: Изд-во АО «НИКИЭТ», 2018. С. 751—763.
11. Vorobyev Y.B., Malysheva A.L., Kononova A.D., Truong Van Khanh Nhat. Developing of Modeling Approach of the Steam Generator Cracking of Floating NPP, Vinanst-13 // Proc. Vietnam Conf. Nuclear Sci. and Technol. Vietnam: Vietnam Atomic Energy Institute, 2019. P. 83.
12. Павлихин А.Ю., Пугачёв М.А., Воробьев Ю.Б. Использование совместного CFD-1D — моделирования для анализа безопасности АЭС // Инновации в атомной энергетике: Сб. докл. М.: Изд-во АО «НИКИЭТ», 2017. С. 491—501.
13. Парогенератор ПГ-28c. Руководство по эксплуатации. СПб.: ОАО «СКБК», 2007.
---
Для цитирования: Воробьев Ю.Б., Долгополов Д.К., Малышева А.Л., Симонов А.Е., Чыонг Ван К.Н., Панина М.Е., Уртенов Д.С., Лукашенко М.Л. Особенности тепломассопереноса при эксплуатации парогенераторов атомных ледоколов // Вестник МЭИ. 2022. № 2. С. 11—20. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-11-20
---
Работа выполнена с использованием: оборудования центра коллективного пользования «Комплекс моделирования и обработки данных исследовательских установок мега-класса» НИЦ «Курчатовский институт» (субсидия Минобрнауки, идентификатор работ RFMEFI62117X0016)