Особенности тепломассопереноса при эксплуатации парогенераторов атомных ледоколов
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.
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)
#
1. Urtenov D.S. i dr. Osobennosti Vodno-khimicheskogo Rezhima I Kontura i Problemy Ekspluatatsii Oborudovaniya Reaktornykh Ustanovok Atomnykh Ledokolov. Teploenergetika. 2020; 8: 86—92. (in Russian).
2. RELAP5/MOD3.3 Code Manual, NUREG/CR-5535/Rev P3-Vol. I-6.
3. Tekhnicheskiy Otchet k Dogovoru № 293/8/298. Polunaturnye Resursnye Ispytaniya Fragmentov Trubnoy Sistemy Parogeneratora PG-28 ATOMNOGO LEDOKOLA «Vаygach». SPb.: FGUP TSNII KM «Prometey», 2004. (in Russian).
4. Bakhmet'ev A.M. i dr. Analiz Vozmozhnykh Prichin i Mekhanizmov Otkazov Trubnykh Sistem Parogeneratorov Atomnykh Sudov. Arktika: Ekologiya I Ekonomika. 2013;3(11):97—101. (in Russian).
5. Kolachev B.A., Livanova V.A., Bukhanova A.A. Mekhanicheskie Svoystva Titana i Ego Splavov. M.: Metallurgiya, 1974. (in Russian).
6. Otchet po Etapu № 06.03 k Dogovoru № 6/302803. Analiz Rezul'tatov Materialovedcheskikh Issledovaniy i Ispytaniy Obraztsov, Vyrezannykh iz PG-28 APPU, a/l «Taymyr», Razrabotka, Oformlenie i Soglasovanie Zaklyucheniy i Rekomendatsiy SPb.: FGUP TSNII KM «Prometey», 2015. (in Russian).
7. Kasperovich A.I, Kolesov B.I., Sandler N.G. Vodno-khimicheskie Protsessy v Reaktornykh Ustanovkakh Atomnykh Ledokolov i Plavuchikh Energoblokov. Atomnaya Energiya. 1996;81;4:261—266. (in Russian).
8. Bulanov A.V. i dr. Radioliz Ammiaka v Teplonositele Pervogo Kontura Reaktornykh Ustanovok Plavuchikh Energoblokov. Atomnaya Energiya. 2000;88;5:353—358. (in Russian).
9. Kalin B.A., Shmakov A.A. Povedenie Vodoroda v Reaktornykh Splavakh Tsirkoniya. Materialovedenie. 2005;10:50—56. (in Russian).
10. Malysheva A.L., Kononova A.D., Vorob'ev Yu.B. Raschetnoe Modelirovanie Teplomassoperenosa v Parogeneratorakh Atomnykh Ledokolov. Innovatsionnye Proekty i Tekhnologii Yadernoy Energetiki: Sb. Dokl. M.: Izd-vo AO «NIKIET», 2018;751—763. (in Russian).
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, 2019:83. (in Russian).
12. Pavlikhin A.Yu., Pugachev M.A., Vorob'ev Yu.B. Ispol'zovanie Sovmestnogo CFD-1D — Modelirovaniya dlya Analiza Bezopasnosti AES. Innovatsii v Atomnoy Energetike: Sb. dokl. M.: Izd-vo AO «NIKIET», 2017:491—501. (in Russian).
13. Parogenerator PG-28c. Rukovodstvo po Ekspluatatsii. SPb.: OAO «SKBK», 2007. (in Russian).
---
For citation: Vorobyev Yu.B., Dolgopolov D.K., Malysheva A.L., Simonov A.E., Truong Van K.N., Panina M.E., Urtenov D.S., Lukashen-ko M.L. The Features of Heat and Mass Transfer in the Operation of Nuclear-Powered Icebreaker Steam Generators. Bulletin of MPEI. 2022;2:11—20. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-11-20
---
The work was done using: Equipment of the Center for Collective Use «Complex of Modeling and Data Processing of Mega-class Research Facilities» National Research Center «Kurchatov Institute» (Subsidy of the Ministry of Education and Science, ID of works RFMEFI62117X0016)
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)
#
1. Urtenov D.S. i dr. Osobennosti Vodno-khimicheskogo Rezhima I Kontura i Problemy Ekspluatatsii Oborudovaniya Reaktornykh Ustanovok Atomnykh Ledokolov. Teploenergetika. 2020; 8: 86—92. (in Russian).
2. RELAP5/MOD3.3 Code Manual, NUREG/CR-5535/Rev P3-Vol. I-6.
3. Tekhnicheskiy Otchet k Dogovoru № 293/8/298. Polunaturnye Resursnye Ispytaniya Fragmentov Trubnoy Sistemy Parogeneratora PG-28 ATOMNOGO LEDOKOLA «Vаygach». SPb.: FGUP TSNII KM «Prometey», 2004. (in Russian).
4. Bakhmet'ev A.M. i dr. Analiz Vozmozhnykh Prichin i Mekhanizmov Otkazov Trubnykh Sistem Parogeneratorov Atomnykh Sudov. Arktika: Ekologiya I Ekonomika. 2013;3(11):97—101. (in Russian).
5. Kolachev B.A., Livanova V.A., Bukhanova A.A. Mekhanicheskie Svoystva Titana i Ego Splavov. M.: Metallurgiya, 1974. (in Russian).
6. Otchet po Etapu № 06.03 k Dogovoru № 6/302803. Analiz Rezul'tatov Materialovedcheskikh Issledovaniy i Ispytaniy Obraztsov, Vyrezannykh iz PG-28 APPU, a/l «Taymyr», Razrabotka, Oformlenie i Soglasovanie Zaklyucheniy i Rekomendatsiy SPb.: FGUP TSNII KM «Prometey», 2015. (in Russian).
7. Kasperovich A.I, Kolesov B.I., Sandler N.G. Vodno-khimicheskie Protsessy v Reaktornykh Ustanovkakh Atomnykh Ledokolov i Plavuchikh Energoblokov. Atomnaya Energiya. 1996;81;4:261—266. (in Russian).
8. Bulanov A.V. i dr. Radioliz Ammiaka v Teplonositele Pervogo Kontura Reaktornykh Ustanovok Plavuchikh Energoblokov. Atomnaya Energiya. 2000;88;5:353—358. (in Russian).
9. Kalin B.A., Shmakov A.A. Povedenie Vodoroda v Reaktornykh Splavakh Tsirkoniya. Materialovedenie. 2005;10:50—56. (in Russian).
10. Malysheva A.L., Kononova A.D., Vorob'ev Yu.B. Raschetnoe Modelirovanie Teplomassoperenosa v Parogeneratorakh Atomnykh Ledokolov. Innovatsionnye Proekty i Tekhnologii Yadernoy Energetiki: Sb. Dokl. M.: Izd-vo AO «NIKIET», 2018;751—763. (in Russian).
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, 2019:83. (in Russian).
12. Pavlikhin A.Yu., Pugachev M.A., Vorob'ev Yu.B. Ispol'zovanie Sovmestnogo CFD-1D — Modelirovaniya dlya Analiza Bezopasnosti AES. Innovatsii v Atomnoy Energetike: Sb. dokl. M.: Izd-vo AO «NIKIET», 2017:491—501. (in Russian).
13. Parogenerator PG-28c. Rukovodstvo po Ekspluatatsii. SPb.: OAO «SKBK», 2007. (in Russian).
---
For citation: Vorobyev Yu.B., Dolgopolov D.K., Malysheva A.L., Simonov A.E., Truong Van K.N., Panina M.E., Urtenov D.S., Lukashen-ko M.L. The Features of Heat and Mass Transfer in the Operation of Nuclear-Powered Icebreaker Steam Generators. Bulletin of MPEI. 2022;2:11—20. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-11-20
---
The work was done using: Equipment of the Center for Collective Use «Complex of Modeling and Data Processing of Mega-class Research Facilities» National Research Center «Kurchatov Institute» (Subsidy of the Ministry of Education and Science, ID of works RFMEFI62117X0016)
Опубликован
2021-09-25
Выпуск
Раздел
Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации (05.14.03)
