Главная » 2014 » Август » 20 » Скачать Очистка от примесей свинцового и свинец-висмутового теплоносителей контура ядерного реактора с баковой компоновкой. Бокова, бесплатно
07:23
Скачать Очистка от примесей свинцового и свинец-висмутового теплоносителей контура ядерного реактора с баковой компоновкой. Бокова, бесплатно
Очистка от примесей свинцового и свинец-висмутового теплоносителей контура ядерного реактора с баковой компоновкой
Диссертация
Автор: Бокова, Татьяна Александровна
Название: Очистка от примесей свинцового и свинец-висмутового теплоносителей контура ядерного реактора с баковой компоновкой
Справка: Бокова, Татьяна Александровна. Очистка от примесей свинцового и свинец-висмутового теплоносителей контура ядерного реактора с баковой компоновкой : диссертация кандидата технических наук : 05.04.11 Нижний Новгород, 2007 310 c. : 61 07-5/2975
Объем: 310 стр.
Информация: Нижний Новгород, 2007
Содержание:
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРИМЕСИ
И МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТ ПРИМЕСЕЙ
11 Примеси в свинец-висмутовом и свинцовом теплоносителях
111 Оксиды теплоносителя
112 Продукты коррозии конструкционных материалов
113 Другие примеси (органические масла, вода и др)
12 Состояние примесей в контуре
13 Негативное воздействие примесей на работу элементов контура
14 Обзор методов и устройств очистки контура и теплоносителя от примесей
141 Метод отстаивания
142 Фильтрация
143 Восстановление оксидов теплоносителя
144 Другие методы очистки
2 СУЩНОСТЬ МЕТОДА ОЧИСТКИ ДВУХКОМПОНЕНТНЫМ ПОТОКОМ ВЫБОР МЕСТ ВВОДА И УСТРОЙСТВ ВВОДА ГАЗА В ПОТОК ТЖМТ
21 Сущность метода
211 Очистка от оксидов теплоносителя
212 Очистка теплоносителя и реакторного контура от продуктов коррозии конструкционных материалов
2121 Очистка теплоносителя и внутренних поверхностей контура от примесей- компонент конструкционных материалов двухкомпонентным потоком ТЖМТ-газ
2122 Методы и устройства удаления примесей со свободных поверхностей
22 Анализ особенностей конструкции реактора с баковой компоновкой, обуславливающие выбор методов очистки
23 Научно-техническое обоснование устройств формирования двухкомпонентного потока
24 Анализ возможных мест ввода газа в контур РУ баковой компоновки
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ВВОДА И ДИСПЕРГАЦИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ НА ВОДЯНОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ
31 Выбор устройств Движение двухкомпонентного потока
32 Организация водовоздушного потока с помощью сопловых насадок
321 Описание экспериментальных моделей
322 Методика проведения экспериментальных исследований
3221 Экспериментальные исследования формирования двухкомпонентного потока при подаче воздуха на вход в модель-имитатор активной зоны
3222 Экспериментальные исследования формирования двухкомпонентного потока при подаче воздуха в модель-имитатор парогенератора
3223 Экспериментальные исследования формирования двухкомпонентного потока при подаче газовой смеси на всас циркуляционного насоса
323 Обсуждение результатов исследований исследования формирования двухкомпонентного потока при подаче воздуха на вход в модель-имитатор активной зоны
324 Обсуждение результатов исследования формирования двухкомпонентного потока при подаче воздуха в модель - имитатор парогенератора
325 Анализ исследования формирования двухкомпонентного потока при подаче воздуха на всас циркуляционного насоса
326 Выводы
3261 Анализ экспериментальных данных рассмотренных способов и устройств ввода воздуха в водяной поток
3262 Распределение размеров пузырей в зависимости от режима течения потока, его геометрии и ориентации в пространстве, от начальных условий
3263 Агломерация пузырей
3264 Скорость витания пузырей
3265 Сепарация пузырей
33 Испытания макетного образца устройства ввода и диспергации восстановительной газовой смеси в водяной теплоноситель, содержащего движущиеся элементы, приводимые в действие от собственного электродвигателя - диспергатора
331 Программа испытаний
332 Обсуждение результатов испытаний Сравнительный анализ эффективности вариантов конструкции
34 Экспериментальные исследования проточных частей модели опускного участка РУ баковой компоновки типа БРЕСТ-ОД-ЗОО и модели трубного пучка парогенератора с опускным поперечным обтеканием двухкомпонентным потоком (вода - воздух) трубок смачиваемых и несмачиваемых водяным теплоносителем
341 Описание экспериментального стенда
342 Результаты исследования характеристик двухкомпонентного потока в моделях лотков и опускного участка реактора
343 Результаты исследований двухкомпонентных потоков в моделях участка ПГ с опускным поперечным обтеканием из материалов, смачиваемых
35 Экспериментальные исследования характеристик водяного потока в моделях каналов элементов контура свинцового теплоносителя РУ БРЕСТ-ОД-ЗОО в масштабе 1:7 со стенками, выполненными из оптически прозрачного материала и оценка характеристик двухкомпонентных потоков свинцовый теплоноситель - газ, применительно к условиям очистки натурного контура от примесей
351 Описание экспериментального стенда ФТ-29МДП-А
352 Устройство ввода и диспергации газа
353 Описание устройства определения локальной скорости в потоке
354 Изменение деформаций элементов стенда в процессе испытаний
355 Результаты исследования структуры потоков в моделях лотков и опускного участка реактора с использованием электролизера
356 Результаты определения полей скоростей потоков в моделях лотков и опускного участка реактора
36 Выводы к главе 3
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ПОТОКОВ ТЖМТ-ГАЗ И УСТРОЙСТВ ВВОДА И ДИСПЕРГАЦИИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В ПОТОКЕ СВИНЦОВОГО И СВИНЕЦ-ВИСМУТОВОГО и несмачиваемых теплоносителем
344 Выводы к разделу 3
ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
41 Исследования характеристик двухкомпонентных потоков ТЖМТ-газ
41Л Испытания на стенде ФТ-ЗЗБ
412 Испытания на стенде ФТ-31Б («большая» емкость, свободный» объем)
413 Испытания на стенде ФТ-3104 («большая» емкость, объем, затесненный имитатором TBC)
414 Испытания на стенде ФТ-31ЭКД с использованием электроконтактных датчиков
415 Исследование структуры двухкомпонентного потока ТЖМТ-газ в трубопроводах и оборудовании на циркуляционном стенде ФТ-1ДП
416 Выводы к разделу 41
42 Исследование процесса очистки поверхностей от отложений примесей с использованием сопловых устройств
421 Очистка модели TBC
422 Очистка от примесей поверхностей оборудования и трубопроводов циркуляционного контура стенда ФТ1-ДП
423 Выводы к разделу 42
43 Исследование характеристик диспергатора газа на ТЖМТ
431 Описание конструкции макетного образца диспергатра ДГ-03
432 Описание экспериментального стенда ФТ-37ДГ
433 Программа испытаний
434 Обсуждение результатов испытаний на стенде ФТ-37ДГ
435 Выводы к разделу 43
44 Выводы к разделу 4
5 ОЧИСТКА ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И КОНТУРА ОТ ВОДЫ И ПАРА ПРИ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ «МЕЖКОНТУРНАЯ НЕПЛОТНОСТЬ ПАРОГЕНЕРАТОРА» ПЕРСПЕКТИВНАЯ МОНОБЛОЧНАЯ
РЕАКТОРНАЯ УСТАНОВКА
51 Экспериментально-теоретические обоснования исследований аварийной ситуации «межконтурная неплотность парогенератора»
52 Обоснование применения горизонтального парогенератора в реакторной установке баковой компоновки
53 Очистка поверхностей активной зоны РУ с горизонтальными ПГ двухкомпонентным потоком
54 Очистка поверхностей горизонтальных ПГ двухкомпонентным потоком
55 Очистка свободных поверхностей теплоносителя от невосстанавливаемых водородом примесей
Выводы к разделу 5
Введение:
В процессе эксплуатации контура охлаждения реактора со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями возможно образование отложений примесей (оксидов свинца, оксидов компонент конструкционных материалов и др.) на внутренних поверхностях конструкционных материалов контура. Отложения примесей могут концентрироваться также в локальных объемах за счет гравитационной и гидродинамической сепарации под свободным уровнем теплоносителя, откладываться в «щелевых» зазорах; возможна концентрация примесей в локальных «холодных» участках контура за счет термодиффузии. Примеси, образующиеся за счет химических реакций взаимодействия жидкого металла с примесью кислорода в защитном газе и др., совместно с примесями, всплывающими из объема контура, могут формировать обогащенный примесями приповерхностный слой вблизи свободной поверхности теплоносителя, а также образовывать слой примесей («шлаков») на этой поверхности.
Для обеспечения эксплуатации отечественных реакторных установок для атомных подводных лодок проектов 705 и 705К в 60-70-х годах прошлого века под научным руководством специалистов Физико-Энергетического института были предложены, созданы, отработаны и реализованы методы и устройства очистки свинец-висмутового и реакторного контура от примесей [1-11]. Они включали в себя средства контроля и регулирования термодинамической активности кислорода в теплоносителе, очистки от оксидов теплоносителя, от продуктов коррозии конструкционных материалов, от продуктов разложения масел и от воды и водяного пара.
Особенностями принципиальной схемы и компоновки реакторного контура транспортных установок с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем (ТЖМТ) - эвтектикой свинец-висмут являлось раздельное исполнение в собственных корпусах реактора, парогенераторов, главных циркуляционных насосов, буферных емкостей с насосами возврата протечек теплоносителя, соединенных трубопроводами. Свободные уровни теплоносителя были в буферных емкостях (баках, компенсаторах объема) и в камерах и трубопроводах слива теплоносителя из щелевых уплотнений валов главных циркуляционных насосов. Скорость теплоносителя в каналах основного оборудования циркуляционного контура в номинальном режиме составляла 1,5-2,5 м/с. Вследствие этого, введенные в циркуляционный контур газовые, водяные, паровые пузыри диспергировались в теплоносителе, оставаясь в нем в виде газовых пузырей достаточно малых размеров (1,0 мм и менее).
Проработки стационарных реакторных установок, начатые в 90-х годах прошлого века, включая предложенные с участием автора реакторные установки (РУ) с горизонтальными парогенераторами, выполнялись с баковой компоновкой реакторного контура. Скорости теплоносителя в проточных каналах контура составляли 0,2-1,0 м/с. Основная часть оборудования контура (парогенераторы, главные циркуляционные насосы, каналы контура др.) имели в верхней части свободные уровни теплоносителя. Требования к устройствам и процессам транспортных установок отличались от требований, предъявляемых к стационарным установкам.
Целью комплекса исследований, конструкторских и экспериментальных работ, составной частью которых является настоящая диссертация, являлось создание средств контроля содержания примесей, очистки теплоносителя и контура от примесей стационарных реакторов с баковой компоновкой.
Работы выполнялись под научным руководством специалистов ГНЦ РФ ФЭИ во главе с доктором технических наук, профессором Орловым Ю.И.
Задачами работ являлось анализ возможности использования известных методов очистки от примесей создание экспериментальных высокотемпературных стендов со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителем, создание и отработка устройств очистки от примесей оксидов теплоносителя, от водяного пара, от продуктов коррозии конструкционных материалов. При проведении указанных работ проводились экспериментальных и расчетно-теоретические исследования.
Новыми в представленной диссертации являются обоснование возможности очистки теплоносителя и контура баковой компоновки от примесей двухкомпонентным потоком теплоноситель - газ, научно-технические обоснование устройств ввода газа и формирования двухкомпонентного потока в контуре баковой компоновки. Для такого типа компоновки проведено обоснование оптимальных мест ввода в контур жидкометаллического теплоносителя. В процессе работы выполнены расчетно-теоретические и наглядные экспериментальные исследования устройств ввода и диспергации газа на водяном теплоносителе. Созданы экспериментальные стенды со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями для проведения экспериментальных исследований очистки от примесей. На основе расчетно-теоретических работ и экспериментальных исследований на воде созданы и экспериментально отработаны устройства очистки от примесей указанных теплоносителей. С участием автора, предложна баковая компоновка реакторной установки со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями с горизонтальными парогенераторами, обеспечивающая безопасное удаление (очистку) воды и пара из контура теплоносителя при аварийной ситуации «межконтурная неплотность парогенератора» [12]. Предложена система очистки теплоносителя и контура такой установки от оксидов теплоносителя и продуктов коррозии конструкционных материалов.
Научная новизна работы заключается в полученных экспериментальных результатах процессов барботажа газа, воды или пара через слой свинца и эвтектики свинец-висмут, характеристик двухкомпонентных потоков тяжелый жидкометаллический теплоноситель -газ при течениях в трубах и при газлифте. Научной новизной обладают экспериментальные исследования устройств ввода и диспергации газовой фазы в жидкометаллическом теплоносителе.
Практическая значимость работы заключается в разработанных и испытанных устройствах и системах очистки от примесей свинцового и свинец-висмутового теплоносителей контура ядерного реактора с баковой компоновкой. Результаты работ, отраженных в диссертации рекомендованы в внедрению и частично внедрены в проектную документацию РУ БРЕСТ-ОД-300. Практическую значимость имеет предложенная новая РУ со свинец-висмутовым и свинцовым теплоносителем с горизонтальными парогенераторами, обеспечивающая безопасную очистку (удаление) контура от воды и водяного пара при любом возможном размере межконтурной неплотности парогенератора.
На защиту выносятся:
• Результаты исследований характеристик двухкомпонентного потока ТЖМТ - газ, водяной пар, вода.
• Результаты исследований методов очистки теплоносителя и контура применительно к реакторам с баковой компоновкой.
• Устройства ввода и диспергации газа, в эвтектике свинец-висмут, свинце и результаты экспериментальных исследований их характеристик на воде и на жидком металле.
• Результаты исследований очистки теплоносителя от примесей воды и водяного пара и предложенная на их основе перспективная моноблочная установка с горизонтальными парогенераторами.
Работа прошла апробацию на межотраслевых конференциях по теплофизике, проводимых в ГНЦ РФ ФЭИ, международных конференциях в 6th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics April 17-21, 2005, Matsushima, Miyagi, Japan и др., решения, предложенные в процессе работы над диссертацией защищены 4 патентами РФ и 4 свидетельствами и полезную модель (в соавторстве). Основные результаты работы опубликованы в ведущих журналах «Атомная энергия» (4 публикации) и «Ядерная энергетика» (3 публикации). Результаты диссертационной работы рекомендованы к использованию при разработке проектной документации РУ БРЕСТ-ОД-ЗОО.
Основные результаты работы получены автором лично и в соавторстве со специалистами кафедры «Атомные, тепловые станции и медицинская инженерия», ГНЦ РФ ФЭИ, НИКИЭТ, ОКБ «Гидропресс». Это отражено в списках исполнителей научно-технических отчетов, списках авторов статей, патентов, полезных моделей, докладов на отечественных и зарубежных конференциях и представлено в соответствующих разделах диссертации и в списке научных трудов.
Диссертационная работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете под научным руководством доктора технических наук, профессора Орлова Юрия Ивановича.
