alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.06.050-058alternative-2431Research ArticleII. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 9. Атомная энергетикаАнализ влияния внешних факторов на процессы, протекающие в тепломеханическом оборудовании атомных станцийAnalysis of the influence of external factors on the processes occurring in the thermal mechanical equipment of nuclear power plantsРевякинаП. А.RevyakinaP. A.

Ревякина Полина Александровна

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, тел. /факс: +7(343)375-95-08

 

Revyakina Polina Alexandrovna - student of department «Nuclear Power Plants and Renewables».

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002, Russia, Tel.: (343) 375-95-08

p.revyakina@internet.ruБессоновИ. А.BessonovI. A.

Бессонов Илья Алексеевич – студент.

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, тел. /факс: +7(343)375-95-08

Bessonov Ilya Alekseevich – student.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002, Russia, Tel.: (343) 375-95-08

p.revyakina@internet.ruЗавадскийД. И.ZavadskyD. I.

Завадский Даниил Игоревич – аспирант.

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, тел. /факс: +7(343)375-95-08

Zavadskii Daniil Igorevich - graduate student.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002, Russia, Tel.: (343) 375-95-08

p.revyakina@internet.ruТашлыковО. Л.TashlykovO. I.

Ташлыков Олег Леонидович - доктор техн. наук, доцент.

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, тел. /факс: +7(343)375-95-08

Tashlykov Oleg Leonidovish - Professor of «Nuclear Power Plants and Renewables» Department Doctor of Sciences in Technology.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002, Russia, Tel.: (343) 375-95-08

p.revyakina@internet.ruФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»РоссияFederal State Autonomus Educational Institution of Higher Education «Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin»Russian Federation202412062024065058Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20242024Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2431

В настоящее время для моделирования процессов, протекающих в оборудовании атомных станций, активно используются программные пакеты, такие как COMSOL Multiphysics и Solid Works Flow Simulation. Компьютерное моделирование позволяет представить многие теплогидродинамические процессы в оборудовании АЭС, оценить их эффективность и сократить затраты на изготовлении макетов и образцов, найти наиболее оптимальный вариант течения среды, что сократит время на проектирование оборудования АЭС

Исследование процессов фазового перехода натрия в дренажном трубопроводе особо важно для оптимизации работы тепломеханического оборудования АЭС во время проведения планово-предупредительного ремонта (ППР), так как длительность ППР существенно влияет на экономическую составляющую энергетического проекта. Компьютерное моделирование в вычислительном пакете COMSOL Multiphysics [4] способно найти методы, позволяющие определить наиболее эффективный путь решения задач, связанных с длительностью ППР, в частности расхолаживание элементов оборудования атомной станции.

В статье приведены результаты компьютерного моделирования влияния внешних факторов на процессы, протекающие в тепломеханическом оборудовании, используемом на атомных станциях.

Объектом моделирования был выбран натриевый дренажный трубопровод парогенератора ПГН-200М реакторной установки БН-600. Исследовано влияние температуры охлаждающего воздуха на интенсивность протекания тепловых процессов в оборудовании и оценен вклад наличия тепловой изоляции трубопровода на скорость протекания процессов.

Результаты исследования показали, что снижение температуры охлаждающего воздуха на 8 оС приводит к снижению времени кристаллизации натрия на 14,5%. Снятие тепловой изоляции приводит к уменьшению временного интервала от начала процесса охлаждения до начала кристаллизации на 84%, но рассмотренный метод не удовлетворяет требованиям федеральных норм и правил в области охраны труда.

Currently, software packages such as COMSOL Multiphysics and Solid Works Flow Simulation are actively used for modelling processes occurring in the equipment of nuclear power plants. Computer modelling allows to represent many thermal-hydrodynamic processes in NPP equipment, to estimate their efficiency and to reduce expenses on manufacturing of mock-ups and samples, to find the most optimal variant of medium flow, which will reduce time for NPP equipment design.

The study of sodium phase transition processes in the drainage pipeline is especially important for optimisation of NPP heat-mechanical equipment operation during scheduled preventive maintenance (SPM), as the SPM duration significantly affects the economic component of the power project. Computer modelling in the computational package COMSOL Multiphysics [4] is able to find methods that allow to determine the most effective way of solving problems associated with the duration of PPM, in particular, the cooling of elements of nuclear plant equipment.

The article presents the results of computer modeling of the influence of external factors on the processes occurring in thermal mechanical equipment used at nuclear power plants.

The sodium drainage pipeline of the steam generator PGN-200M of the BN-600 reactor unit was chosen as the object of modelling. The influence of the cooling air temperature on the intensity of thermal processes in the equipment was investigated and the contribution of the pipeline thermal insulation to the rate of processes was evaluated.

The results of the study showed that decrease of cooling air temperature by 8 оС leads to decrease of sodium crystallisation time by 14,5%. Removal of thermal insulation leads to reduction of time interval from the beginning of cooling process to the beginning of crystallisation by 84%, but the considered method does not meet the requirements of federal norms and rules in the field of labour protection.

компьютерное моделированиебыстрый натриевый реакторнатриевый теплоносительвычислительный пакет COMSOL Multiphysicsфазовый переходдренаж парогенераторапрошитый базальтовый матcomputer simulationfast sodium reactorsodium coolantCOMSOL Multiphysics computing packagephase transitionsteam generator drainagestitched basalt matReferencesКазачковский О. Д. Реакторы на быстрых нейтронах / О. Д. Казачковский. Обнинск: ИАТЭ, 1995. – 136 с.Kazachkovsky O. D. Fast neutron reactors / O. D. Kazachkovsky. Obninsk: IATE, 1995. 136 p.Усынин Г. Б. Реакторы на быстрых нейтронах / Г. Б. Усынин, Е. В. Кусмарцев: под ред. Ф. А. Митенкова. М.: Энергоатомиздат, 1985. – 288 с.Usynin G. B. Fast neutron reactors / G. B. Usynin, E. V. Kusmartsev: edited by F. A. Mitenkov. – M.: Energoatomizdat, 1985. – 288 p.Ташлыков О. Л. Экологическое предвидение в атомной энергетике XXI века / О. Л. Ташлыков [и др.] // Международный журнал по производству и управлению энергией. 2016. – Том 1. – № 2. – С. 133-140.Tashlykov O. L. Ecological foresight in the nuclear power of XXI / O. L. Tashlykov [et al.] // International journal of energy production and management. 2016. – Vol. 1. – No. 2. – Pp. 133-140.Ташлыков О. Л. Экологическое прогнозирование в ядерной энергетике XXI века / О. Л. Ташлыков, С. Е. Щеклеин // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2015. – № 8-9 (172-173). – С. 50-58Tashlykov, O. L. Ehkologicheskoe prognozirovanie v yadernoi ehnergetike XXI veka / O. L. Tashlykov, S. E. Shcheklein // Mezdunarodnyi nauchnyi zhurnal Al’ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. – 2015. – No. 8-9 (172-173). – Pp. 50-58.Носов Ю. В. Обеспечение экологической безопасности при длительной эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах на примере Белоярской АЭС / Ю. В. Носов [и др.] // Альтернативная энергетика и экология. – 2012. – № 4. – С. 64-68.Nosov YU. V. Obespechenie ehkologicheskoi bezopasnost pri dlitel’noi ehkspluatatsii reaktorov na bystrykh neitronakh na primere Beloyarskoi AEHS / YU. V. Nosov [i dr.] // Al’ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. – 2012. – No.4. – Pp. 64-68.Ташлыков О. Л. Инновационное направление развития ядерной энергетики в России и мире (Экологическая приемлемость ядерной энергетики XXI века) / О. Л. Ташлыков, С. Е. Щеклеин, Е. В. Шарифянов // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2020. – № 28-30 (350-352). – С. 47-56.Tashlykov, O. L. Innovative direction of the development of nuclear power in Russia and in the world (Environmental acceptability of nuclear power of the XXI century) / O. L. Tashlykov, S. E. Shcheklein, E. V. Sharifyanov // Mezdunarodnyi nauchnyi zhur nal Al’ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. – 2020. – No. 28-30 (350-352). – Pp. 47-56.Ашурко Ю. М. Инновационные реакторные технологии 4-го поколения и текущее состояние их развития в рамках международного форума «ПОКОЛЕНИЕ-IV» / Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики // Доклады XI международной конференции – Москва: АО «Концерн Росэнергоатом», 2018. – С. 462-468.Ashurko YU. M. Innovatsionnye reak tornye tekhnologii 4-go pokolenia i tekushchee sostoyanie ikh razvitiya v ramkakh mezdunarodnogo foruma «POKO-LENIE-IV» / Bezopasnost’, ehffektivnost’ i ehkonomika atomnoi ehnergetiki // Doklady XI mezdunarodnoi konferentsii – Moscow: AO «Kontsern Ros-Ehnergoatoм», 2018. – Pp. 462-468.Ташлыков О. Л. Моделирование процесса замораживания натрия в трубопроводах с целью оптимизации ремонта реакторных установок на быстрых нейтронах / О. Л. Ташлыков, А. А. Наумов, С. Е. Щеклеин // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 2013. – № 2. – С. 21-26.Tashlykov O. L. The simulation of the process of sodium freezing in the tubes for the optimization of fast breeder reactor units maintenance / O. L. Tashlykov, A. A. Naumov, S. E. Sheklein // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Yadernaya ehnergetika. – 2013. – No. 2. – Pp. 21-26.Архипов В. М. Техника работы с натрием на АЭС / В. М. Архипов. – М.: Энергоатомиздат, 1986.Arkhipov V. M. Technique of working with sodium at nuclear power plants / V. M. Arkhipov. – M.: Energoatomizdat, 1986.Таджибаева И. Обращение с натриевым теплоносителем реактора на быстрых нейтронах / И. Таджибаева [и др.]. – Алматы, НТЦ БЯТ, 2010.Tajibaeva I. Handling of the sodium coolant of a fast neutron reactor / I. Tajibaeva [et al.]. – Almaty, STC BYAT, 2010.Литовченко В. Ю. Моделирование радиационной защиты контейнеров для транспортировки высокоэнергетических бета-источников / В. Ю. Литовченко [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. – 2019. – Вып. 5(101). – С. 4-12.Litovchenko V. Y. Modeling of radiation protection of containers for transportation of high-energy beta sources / V. Y. Litovchenko [et al.] // Issues of atomic science and technology. Ser. Materials science and new materials. – 2019. – Issue 5(101). – Pp. 4-12.Костарев В. С. Моделирование комбинированного проектирования радиационной защиты и теплоизоляции трубопроводов с радиоактивными потоками / В. С. Костарев [и др.] // Материалы конференции AIP 2313, 070009 (2020).Kostarev V. S. Modeling of combined design of radiation protection and thermal insulation of pipelines with radioactive flows / V. S. Kostarev [et al.] // Proceedings of the AIP conference 2313, 070009 (2020);Программный пакет COMSOL Multiphysics – проектирование, прогнозирование // Сайт «COMSOL Multiphysics» [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.comsol.ru/comsol-multiphysics (дата посещения 26.11.2022)COMSOL Multiphysics software package – design, forecasting // COMSOL Multiphysics website [Electronic resource]: Access mode: https://www.comsol.ru/comsol-multiphysics (date of visit 11/26/2022)Бессонов И. А. Исследование влияния геометрических характеристик ледового конденсатора на его аккумулирующую способность / И. А. Бессонов [и др.] // В книге: Будущее атомной энергетики – Atom Future – 2022. Тезисы докладов XVIII Международной научно-практической конференции. – Обнинск, 2022. – С. 94-96.Bessonov I. A. Investigation of the influence of geometric characteristics of an ice condenser on its accumulating capacity / I. A. Bessonov [et al.] // In the book: The Future nuclear energy – Atom Future 2022. Abstracts of the XVIII International Scientific and Practical Conference. Obninsk, 2022. – Pp. 94-96.Куртеев А. В. Численное моделирование отвода остаточного тепла из ямы для хранения отработавших тепловыделяющих сборок / А. В. Куртеев [и др.] // Материалы конференции AIP 2019. 2174(1): 020170.Kurteev A. V. Numerical modeling of residual heat removal from a pit for storage of spent fuel assemblies / A. V. Kurteev [et al.] // Proceedings of the AIP conference 2019. 2174(1): 020170.Литвинов Д. Н. Теплогидравлическое моделирование канала с мишенями для получения изотопа селена-75 / Д. Н. Литвинов [и др.], (2020). Материалы конференции AIP 2313, 070011Ташлыков О. Л. Расчетно-экспериментальные исследования гидродинамических условий работы фильтров-контейнеров для ионоселективной очистки / О. Л. Ташлыков [и др.] // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2022. – №2. – С. 62-72.Litvinov D. N. Thermohydraulic modeling of a channel with targets for obtaining the isotope selenium-75 / D. N. Litvinov [et al.] (2020) Materials of the AIP conference 2313, 070011 Tashlykov O. L. Computational and experimental studies of hydrodynamic operating conditions of filter containers for ion-selective purification / O. L. Tashlykov [et al.] // Izvestiya vuzov. Nuclear power engineering. – 2022. – No. 2. – Pp.62-72,Щеклеин С. Е. Повышение энергоэффективности АЭС / С. Е. Щеклеин, О. Л. Ташлыков, А. М. Дубинин // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 2015. – № 4. – С. 15-25.Shcheklein S. E. Improving the energy efficiency of nuclear power plants / S. E. Shcheklein, O. L. Tashlykov, A. M. Dubinin // Izvestia of higher educational institutions. Nuclear power engineering. – 2015. – No. 4. – Pp. 15-25.Ташлыков О. Л. Парогенераторы АЭС: учебник / О. Л. Ташлыков, А. И. Бельтюков. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2019. – 304 с.Tashlykov O. L. Steam Generators of nuclear power plants: textbook / O. L. Tashlykov, A. I. Beltyukov. Yekaterinburg: Ural Publishing House. Unita, 2019. – 304 p.Кокорев Б. В. Парогенераторы ядерных энергетических установок с жидкометаллическим охлаждением / Б. В. Кокорев, В. А. Фарафонов; под общ. ред. П. Н. Кириллова. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 264 с.Kokorev B. V. Steam generators of nuclear power plants with liquid metal cooling / B. V. Kokorev, V. A. Farafonov; under the general editorship of P. N. Kirillov. – M.: Energoatomizdat, 1990. – 264 p.Правила охраны труда при эксплуатации тепломеханического оборудования и тепловых сетей атомных станций АО «Концерн Росэнергоатом». СТО-1.1.1.02.001.0673-2017.Rules of labor protection during operation of thermal mechanical equipment and thermal networks of nuclear power plants of JSC Concern Rosenergoatom. STO-1.1.1.02.001.0673-2017.Бельтюков А. И. Атомные электростанции с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем / А. И. Бельтюков [и др.]: учебное пособие. В 2 ч. Ч. 1 / под ред. С. Е. Щеклеина, О. Л. Ташлыкова. – Екатеринбург: УрФУ, – 2013. – 548 с.Beltyukov A. I. Nuclear power plants with fast neutron reactors with sodium coolant / A. I. Beltyukov [et al.]: textbook. At 2 p.m. 1 / Edited by S. E. Shcheklein, O. L. Tashlykov. Yekaterinburg: UrFU, 2013. – 548 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.