ИНЖЕНЕРНАЯ РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕКОМБИНАТОРА ВОДОРОДА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛНОМАСШТАБНЫХ РАСЧЕТОВ

На подавляющем большинстве атомных электростанций с блоками водо-водяных энергетических реакторов для защиты герметичного ограждения и размещаемого в ней оборудования и систем реакторной установки от повреждения в результате возгорания (взрыва) водорода предусмотрены система контроля концентрации водорода и система аварийного удаления водорода. Эти системы выполняют функции по предотвращению образования взрывоопасных смесей в зоне локализации аварий путем поддержания объемной концентрации водорода в смеси ниже пределов безопасности, что обеспечивает сохранение плотности и прочности герметичного ограждения и работоспособности других локализующих систем безопасности. Ключевым компонентом системы аварийного удаления водорода является пассивный каталитический рекомбинатор водорода, работа которого основана на принципе каталитической рекомбинации водорода и кислорода.  В работе принималась во внимание острая необходимость в проведении полномасштабных динамических расчетов развития аварийных режимов в контейнменте АЭС, сопровождающихся большим выбросом водорода. Для этого на основе имеющихся экспериментальных данных разработана и обоснована простая инженерная теплогидравлическая модель удаления водорода при работе пассивного каталитического рекомбинатора водорода. Представлены результаты применения модели в составе контурных отраслевых кодов: RELAP, TRACE, КОРСАР, – которые предназначены, в том числе, для проведения сквозных многофакторных и полномасштабных расчетов динамики аварийных процессов с выходом водорода в помещения АЭС. Данная модель позволяет обосновать динамику локальных концентраций газовых компонентов смеси в замкнутом пространстве, температур смеси, катализатора и стенок бокса, давления при подаче в бокс водорода, пара. Проанализированы различные скорости подачи водорода в закрытый бокс для численного обоснования времени, за которое достигается уровень максимальной концентрации. Рассчитана производительность для нескольких входных концентраций водорода. По результатам сопоставления расчетных и имеющихся экспериментальных данных получено удовлетворительное согласие динамики концентраций, температур катализатора и газа и производительности пассивного каталитического рекомбинатора водорода.

1. International Atomic Energy Agency. Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants. IAEA-TECDOC-1661, Vienna, IAEA, 2011 [Элек-тронный ресурс]. – Режим доступа: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE_1661_Web.pdf (Дата обращения: 05.10.2017).

2. Hydrogen in Water – Cooled Nuclear Power Reactors – IAEA and CEC, Vienna-Brussels, 1992. – EUR-14037.

3. Autokatalytishe Rekombinator syteme, Wasserstoffabbau SIEMENS AG(KWU), 1998; NDS9.

4. Ferroni, F. Containment protection with hydrogen recombiners [Text] / F. Ferroni, L. Schiel, P. Collins // Atw. Atomwirtschaft, Atomtechnik. – 1994. – Vol. 39. – No 7. – P. 513–514.

5. Девит, У.А. Разработка водородного рекомбинатора в компании «Атомик Энержи оф Кэнада, Лимитед» (AECL) / У.А. Девит [et al]. – Семинар OCED/NEA/CSNI: «Реализация способов локализации водорода». Виннипег, 12–16 мая 1996.

6. «Пассивный каталитический рекомбинатор водорода РВК-500». Технические условия РЭТ-101.00.000 ТУ, Москва, 2004.

7. «Пассивный каталитический рекомбинатор водорода РВК-500, РВК-1000». Технические условия РЭТ-101.00.000 ТУ. – Москва, 2005.

8. Anpilov, S.V. Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer in a Passive Autocatalytic Recombiner [Text] / S.V. Anpilov [et al.] // Thermal Engineering. – 2013. – Vol. 60. – No 11. – P. 818–822.

9. Blanchat, K. Analysis of hydrogen depletion using a scaled passive autocatalytic recombiner [Text] / K. Blanchat [et al.] // Nuclear Engineering and Design. – 1999. – Vol. 187. – P. 229–239.

10. Reinecke, E. Studies on innovative hydrogen recombiners as safety devices in the containments of light water reactors [Text] / E. Reinecke // Nuclear Engineering and Design. – 2004. – Vol. 230. – P. 49–59.

11. Meynet, N. Progress in PARs modeling for reactor application, 6th European Review meeting on Severe Accident Research [Text] / N. Meynet [et al.] // (ERMSAR-2013) Avignon (France), Palais des Papes, 2–4 October, 2013.

12. Reinecke, E. Open issues in the applicability of recombiner experiments and modelling to reactor simulations [Text] / E. Reinecke [et al.] // Progress in Nuclear Energy. – 2010. – Vol. 52. – P. 136–147.

13. Программа работ по устранению замечаний Ростехнадзора к пассивным каталическим рекомбинаторам водорода (утверждена первым заместителем Генерального директора ОАО «Концерн Росэнергоатом» Асмоловым В.Г. в 2015 г.).

14. Отчет АО «ГНЦ-РФ-ФЭИ» «Экспериментальные исследования по теме и обоснование проектных характеристик рекомбинаторов водорода производства ЗАО НПК «РЭТ». Инв. № 224/5.42.02-16/13141. Договор № 5296 от 18.07.2016 г. Этап 7»; Анализ выполненных испытаний по определению характеристик рекомбинаторов, Этап 1, Инв. № 224/5.42.02-15/8055 конф. г. Обнинск, 2016 г.

15. Appel, C. An experimental and numerical investigation of homogeneous ignition in catalytically stabilized combustion of hydrogen/air mixtures over platinum [Text] / C. Appel [et al.] // Combustion and Flame. – 2002. – Vol. 128. – No 4. – P. 340–368

16. Rinnemo, M. Experimental and Numerical Investigation of the Catalytic Ignition of Mixtures of Hydrogen and Oxygen on Platinum [Text] / M. Rinnemo [et al.] // Combustion and Flame. – 1997. – Vol. 111. – No 4. – P. 312–326.

17. Schefer, R.W. Catalyzed Combustion of H2/Air Mixtures in a Flat Plate Boundary Layer: II. Numerical Model [Text] / R.W. Schefer // Combustion and Flame. – 1982. – Vol. 45. – P. 171–190.

18. Франк-Каменецкий, Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике [Текст] / Д.А. Франк-Каменецкий. – М.: Наука, 1987. - 502 с.

19. Правила обеспечения водородной взрывозащи-ты на атомной станции НП-040-02. – Москва 2002.

20. Отчет «Обеспечение водородной взрывобе-зопасности на АЭС с корпусными реакторами под давлением. Современное состояние вопроса», АО «ВНИИАЭС», 2017 / Соловьев С.Л., Михальчук А.В., Авдеенков А.В.

21. «Пассивные каталитические рекомбинаторы во-дорода РВК-500, РВК-1000», РЭТ-111.00.000 ТУ, 2007.