Введение к работе
Актуальность темы. При обосновании научно-технических решений реакторной установки со свинцовым теплоносителем, содержащего парогенераторы, необходимым условием являются исследования, анализ и проектные решения, обеспечивающие безопасность установки как в номинальных режимах эксплуатации, так и при реализации наиболее потенциально опасных аварийных ситуаций, прежде всего, аварии «межконтурная неплотность ПГ». Необходимо проведение комплекса исследований и проектных проработок, обосновывающих оптимальные схемно-компоновочные решения двухконтурной реакторной установки со свинцовым теплоносителем, выбор оптимальной конструктивной схемы парогенератора, параметров рабочего тела второго контура, разработка концепции системы аварийной защиты парогенератора и научно-обоснованных алгоритмов определения аварии «межконтурная неплотность ПГ» для реакторной установки. Решению указанных научно-технических задач посвящена настоящая диссертация.
Целью диссертационной работы является решение вопросов, обеспечивающих безопасность быстрого реактора со свинцовым теплоносителем при аварии «межконтурная неплотность» ПГ.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:
а) проведение аналитического обзора проблем и концептуальных решений
парогенераторов в составе реакторных установок с жидкометаллическими
теплоносителями;
б) определение и анализ процессов, возникающих в циркуляционном контуре
и в газовом объеме ядерного реактора со свинцовым теплоносителем при
межконтурной неплотности парогенератора в зависимости от размера и района
межконтурной неплотности;
б) разработка концептуальных научно-технических решений РУ со свинцовым теплоносителем по конструктивным решениям тракта циркуляции теплоносителя; принципиальной схеме и характеристикам второго контура РУ; принципиальной схеме, составу оборудования и характеристикам газового контура; принципиальной схеме, составу оборудования и характеристикам систем локализации и защиты от превышения давления, а также по конструктивным решениям и характеристикам парогенератора двухконтурной РУ БРЕСТ-ОД-300, учитывающих аварийные ситуации с течью ПГ.
в) проведение комплекса экспериментальных, теоретических и расчетных
исследований процессов, сопровождающих аварию «межконтурная неплотность
ПГ», для обоснования проектных решений;
г) разработать рекомендации к схемным и конструктивным решениям РУ,
обеспечивающие ее безопасность при разгерметизации трубок ПГ, алгоритмам
идентификации аварии «межконтурная неплотность ПГ» реакторной установки со
свинцовым теплоносителем.
Научная новизна работы
1. Впервые проведен комплексный системный анализ процессов, возникающих в первом контуре быстрого реактора со свинцовым теплоносителем, содержащим ПГ, при межконтурной неплотности парогенератора.
-
Экспериментально определены характеристики «легкой» фазы в составе двухкомпонентного потока свинец - «легкая» фаза при подаче рабочего тела в объем свинца с имитатором трубной системы ПГ. Показано влияние конструкции участка парогенератора на характеристики процесса сепарации «легкой» фазы из свинца.
-
Экспериментально и расчетно определен коэффициент теплопередачи при контактном теплообмене свинцовый теплоноситель - рабочее тело. Показано качественное соответствие теоретической модели теплообмена реальным условиям.
-
Экспериментально-расчетным методом определены величины напряжений материала модельной трубы ПГ РУ БРЕСТ-ОД-300 при истечении рабочего тела в свинец при температуре 450С.
3. Экспериментально показано, что при поступлении рабочего тела в свинцовый теплоноситель, скорость движения фронта раздела сред, существенно зависит от гидравлического сопротивления потока в этом режиме и от конкретной геометрии ячейки.
-
Получены экспериментальные данные по конденсации пара в модели конденсатора емкостного типа с толстостенными трубами в качестве заполнителя. Показана возможность применения кода ВСПЛЕСК для расчёта системы локализации течи парогенератора с конденсатором емкостного типа.
-
На основе анализа полученных результатов разработаны рекомендации к схемным и конструктивным решениям реакторной установки, обеспечивающие ее безопасность при разгерметизации трубок ПГ, алгоритмам идентификации аварии «межконтурная неплотность» ПГ реакторной установки со свинцовым теплоносителем.
Практическая значимость работы
Результаты экспериментальных, теоретических и расчетных исследований и конструкторских проработок, анализ возможных аварийных режимов работы при «межконтурной неплотности» ПГ использованы при разработке проекта БРЕСТ-ОД-300 и внедрены в проектно-конструкторскую документацию.
-
Даны рекомендации к схемным и конструктивным решениям РУ, обеспечивающие ее безопасность при разгерметизации трубок ПГ.
-
Результаты экспериментов по определению напряжений материала модельной трубы ПГ РУ БРЕСТ-ОД-300 при истечении рабочего тела в свинец могут быть рекомендованы для пересчета нагрузок на натурную конструкцию.
-
Полученные значения и методика расчета коэффициента теплопередачи при контактном теплообмене свинцовый теплоноситель - рабочее тело рекомендуются при определении температуры в газовом объеме реактора.
-
Разработаны рекомендации к алгоритмам идентификации аварии «межконтурная неплотность» ПГ реакторной установки со свинцовым теплоносителем.
Реализация результатов
В конструкторской документации проекта БРЕСТ-ОД-300 использованы:
1. Разработанные технические требования и предложение по схемно-
компоновочному решению основного тракта циркуляции теплоносителя.
-
Разработанные технические требования и принципиальная схема газовой системы РУ.
-
Разработанные технические требования и принципиальная схема системы локализации и защиты от превышения давления РУ
На защиту выносятся следующие положения:
а) результаты комплексного анализа процессов, возникающих в контуре
циркуляции и в газовом объеме ядерного реактора со свинцовым теплоносителем
при межконтурной неплотности парогенератора в зависимости от размера и
района межконтурной неплотности;
б) концептуальные научно-технические решения реакторной установки со
свинцовым теплоносителем по конструктивным решениям тракта циркуляции
теплоносителя; принципиальной схеме и характеристикам второго контура РУ;
принципиальной схеме, составу оборудования и характеристикам газового
контура, систем локализации и защиты от превышения давления, конструктивным
решениям и характеристикам парогенератора двухконтурной РУ БРЕСТ-ОД-300,
учитывающие аварийные ситуации с течью ПГ;
в) результаты экспериментальных, теоретических и расчетных
исследований процессов, сопровождающих поступление «легкой фазы» в ячейку
ПГ, газовый объем, систему локализации и в основной контур циркуляции РУ
типа БРЕСТ;
г) рекомендации к схемным и конструктивным решениям РУ,
обеспечивающие ее безопасность при разгерметизации трубок ПГ, алгоритмам
идентификации аварии «межконтурная неплотность» ПГ реакторной установки со
свинцовым теплоносителем.
Достоверность основных научных положений и выводов диссертации Достоверность результатов экспериментальных исследований обусловлена корректностью сбора и обработки опытных данных, полученных с расчетом их погрешности. Достоверность теоретических представлений подтверждается их сходимостью с полученными экспериментальными данными. Достоверность научно-технических рекомендаций и проектно-конструкторских решений обосновывается проведенным комплексом экспериментальных, теоретических и расчетных исследований и учетом опыта создания и эксплуатации парогенераторов, РУ с жидкометаллическими теплоносителями.
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное личное участие во всех работах, связанных с разработкой и экспериментальным обоснованием быстрого реактора со свинцовым теплоносителем, в том числе и в работах, представленных в настоящей диссертации, начиная с начала 90-х годов прошлого века и по настоящее время:
- в постановке задач исследований и подготовке программ проведения
исследований;
- в экспериментальных исследованиях и анализе полученных результатов;
- в обсуждении результатов, разработке рекомендаций и во внедрении полученных результатов в проектную документацию установок со свинцовым теплоносителем.
Апробация работы
Работа прошла апробацию на межотраслевых и международных конференциях. Результаты диссертационной работы использованы при разработке проектной документации РУ БРЕСТ-ОД-300.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 38 работ, включая 11 статей в реферируемых научных журналах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 93 наименований. Работа представлена на 217 листах и содержит 113 рисунков и 33 таблицы.
