Введение к работе
Актуальность темы
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 в местах гравитационной и гидродинамической сепарации, на свободных поверхностях теплоносителя
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
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), расположенных на байпасе основного циркуляционного контура
Скорость теплоносителя в основном циркуляционном контуре в
номинальном режиме составляла 1,5-2,5 м/с 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) имела в верхней части свободные уровни теплоносителя Требования к устройствам и процессам транспортных установок отличались от требований, предъявляемых к стационарным установкам
Целью настоящей работы является создание методов и средств очистки свинцового и свинец-висмутового теплоносителей и контура баковой компоновки от примесей
Задачи работы - проведение анализа данных накопленных в исследуемой области, - разработка и создание водяных и высокотемпературных циркуляционных стендов со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями с температурой 300-600С, - проведение расчетно-теоретических исследований методов и средств очистки ТЖМТ от примесей и выбор на их основе методов и устройств очистки от примесей реакторных контуров баковой компоновки, - проведение экспериментальных исследований на воде моделей разработанных устройств очистки и выбор на их основе конструкций для испытаний в контурах со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями, -проведение экспериментальных исследований образцов устройств очистки на высокотемпературных стендах со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями, анализ и разработка рекомендаций для реакторных контуров, - исследования и разработки рекомендаций по оптимальным местам установки средств очистки в реакторных установках баковой компоновки, - разработка рекомендаций по схеме и конструктивным решениям новой баковой реакторной установки, безопасной при любом размере неплотности в аварийном режиме «межконтурная неплотность
парогенератора» предложенной на основании проведенных исследований 4
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 жидкометаллическии 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
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 к 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 следующие положения:
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
Личный вклад автора
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
Апробация работы
Работа прошла апробацию на межотраслевых конференциях по теплофизике, проводимых в ГНЦ РФ ФЭИ, международных конференциях 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) Результаты диссертационной работы использованы при разработке проектной документации РУ БРЕСТ-ОД-300
Публикации
Основные результаты работы опубликованы в ведущих журналах «Атомная энергия» (4 публикации) и «Ядерная энергетика» (3 публикации), всего 82 публикации в списке научных трудов автора
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения Объем работы составляет 311 страница, 125 рисунков, 12 таблиц, списка использованных источников из 107 наименований, в том числе 53 работ автора
