DOI: 10.55176/2414-1038-2021-2-181-199
Авторы
Ульянов В.В., Кошелев М.М., Харчук С.Е.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Ульянов В.В. – ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: +7 (484) 399-80-14; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Кошелев М.М. – младший научный сотрудник.
Харчук С.Е. – научный сотрудник.
Аннотация
Уникальные свойства свинцового и свинцово-висмутового теплоносителей (низкая химическая активность при взаимодействии с воздухом, органическими соединениями, водой и водяным паром, высокая температура кипения, низкое давление паров) позволяют использовать их как в первых контурах реакторных установок на быстрых нейтронах, так и в теплообменных аппаратах, используемых для переработки различного органического и неорганического сырья. Такие аппараты могут быть как рекуперативного, так и смесительного (прямоконтактного) типа. Прямоконтактные теплообменные аппараты дополнительно обладают следующими преимуществами: более низкая стоимость и простота конструкции за счет уменьшения металлоемкости; отсутствие теплопередающих поверхностей, которые могут быть подвержены коррозии и загрязнениям; уменьшенные габариты за счет большей удельной поверхности теплообмена. Наибольшая степень проработки относится к жидкометаллическому пиролизу твердых веществ, прямоконтактной дистилляции водных растворов без предварительной подготовки, повышению эффективности машин непрерывного литья заготовок за счет замены воды на свинцово-висмутовую эвтектику, что подтверждается успешной защитой патентами. Приведены результаты расчетных и экспериментальных исследований в обоснование вышеуказанных процессов. Методы поддержания качества свинецсодержащих теплоносителей не имеют принципиальных различий как для условий реакторных установок, так и применительно к перспективным технологиям переработки органического и неорганического сырья. При этом требования к устройствам для реализации этих методов в перспективных технологиях переработки различного сырья существенно ниже: в общем случае достаточно датчика измерения термодинамической активности кислорода и устройства для ввода газовых (водородосодержащих или кислородосодержащих) смесей в теплоноситель.
Ключевые слова
тяжелый жидкометаллический теплоноситель, свинец, эвтектический сплав свинца с висмутом, жидкометаллический пиролиз, отработавшие автомобильные шины, прямоконтактный парогенератор, дистилляция водных растворов, кислород воздуха, водородная очистка, теплообмен
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Громов Б.Ф., Орлов Ю.И., Мартынов П.Н., Гулевский В.А. Проблемы технологии тяжелых жидкометаллических теплоносителей (свинец-висмут, свинец). Труды международной конференции «ТЖМТ-98». Обнинск, 1999, т. 1, с. 92–106.
- Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н., Мельников В.П., Легких А.Ю., Ульянов В.В. Обеспечение технологии тяжёлого жидкометаллического теплоносителя в реакторных установках нового поколения. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 4, с. 89–103.
- Handbook on Lead-bismuth Eutectic Alloy and Lead Properties, Materials Compatibility, Thermal-hydraulics and Technologies. OECD/NEA Nuclear Science Committee, 2007. 693 p. ISBN 978-92-64-99002-9.
- Ульянов В.В., Мельников В.П., Асхадуллин Р.Ш., Гулевский В.А. Свинецсодержащие расплавы: от теплоносителей перспективных реакторов к инновационным аппаратам для переработки твердого, жидкого и газообразного сырья. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 5, c. 196–207.
- Грачев Н.С., Кириллов П.Л., Мартынов П.Н. Парогенераторы с прямым контактом между жидким металлом и водой. Труды международной конференции «ТЖМТ-98», Обнинск, 1999, т. 2, с. 799–806.
- Ульянов В.В., Гулевский В.А., Кошелев М.М., Харчук С.Е., Мельников В.П. Способ переработки отходов из резинотехнических и полимерных материалов. Патент RU, № 2672295 C1, 2018.
- Ульянов В.В., Кошелев М.М., Асхадуллин Р.Ш. Устройство для переработки отходов из резинотехнических и полимерных материалов. Патент RU, № 2693800 C1, 2019.
- Николаев А.Н., Грушичева Е.А., Скоморохова С.Н., Трифанова Е.М., Асхадуллин Р.Ш. Способ подготовки проб для определения содержания свинца в пиролизной жидкости. Патент RU, № 2694355 C1, 2019.
- Ульянов В.В., Кошелев М.М., Харчук С.Е., Гулевский В.А., Тимочкин А.В. Исследование закономерностей пиролиза твердых органических полимеров при их нагреве расплавом металла. Нефтехимия, 2018, том 58, № 1, с. 72–79.
- Осипов А.А., Ульянов В.В., Гулевский В.А., Мельников В.П., Харчук С.Е. Термодинамика процессов, протекающих при жидкометаллическом пиролизе отработавших автомобильных шин. Теоретические основы химической технологии, 2019, т. 53, № 6, c. 689–702.
- Кошелев М.М., Ульянов В.В., Коновалов М.А., Гулевский В.А., Харчук С.Е. Перспективы использования тяжелых жидкометаллических теплоносителей в высокоэнергонапряженных теплообменных аппаратах. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2019, № 1, c. 15–20.
- Харчук С.Е., Ульянов В.В., Гулевский В.А., Кошелев М.М. Исследование влияния условий жидкометаллического пиролиза отработавших автомобильных шин на состав и форму получаемых продуктов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 5, c. 160–165.
- Кошелев М.М., Асхадуллин Р.Ш., Ульянов В.В., Гулевский В.А., Харчук С.Е. Исследования процесса пиролиза отработавших автомобильных шин в расплаве металлов. В книге: Техногенные системы и экологический риск. Труды II Международной (XV Региональной) научной конференции. Обнинск, 2018, c. 49–50.
- Ульянов В.В., Асхадуллин Р.Ш., Мельников В.П., Гулевский В.А., Кошелев М.М., Стороженко А.Н. Свинецсодержащие теплоносители в перспективных технологиях переработки твердого, жидкого и газообразного сырья. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2019, № 1, c. 52–66.
- Мартынов П.Н., Гулевский В.А., Ульянов В.В., Тепляков Ю.А. Контактный теплообменник. Патент RU, № 2381431 C1, 2010.
- Мартынов П.Н., Гулевский В.А., Ульянов В.В., Тепляков Ю.А. Контактный теплообменник. Патент RU, № 2384800 C1, 2008.
- Мартынов П.Н., Гулевский В.А., Ульянов В.В., Тепляков Ю.А. Контактный теплообменник. Патент RU, № 2384801 C1, 2008.
- Асхадуллин Р.Ш., Мартынов П.Н., Стороженко А.Н., Ягодкин И.В., Ульянов В.В., Гулевский В.А. Технологии неядерного применения ТЖМТ для получения синтез-газа, водорода, наноматериалов и др. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2015, № 3, c. 30–49.
- Семченков А.А., Афремов Д.А., Ларин И.А., Лемехов Ю.В., Хижняк А.Г., Шпанский С.В., Шишов В.П. Моделирование парогенератора РУ БРЕСТ-ОД-300 с помощью кодов Relap5 и HYDRA-IBRAE/LM/VI. В книге: Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики. Tруды международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики». Москва, 2018, с. 88–89.
- Посаженников А.М., Ягодкин И.В., Паповянц А.К., Гришин А.Г., Исаев А.Ю. Очистка защитного газа от аэрозолей тяжелых жидкометаллических теплоносителей. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2015, № 2, с. 102–119.
- Синюков Р.Ю., Блохин П.А., Пряничников А.А., Симаков А.С., Белихин М.А., Дегтярев И.И., Новоскольцев Ф.Н., Алтухова Е.В., Алтухов Ю.В., Блохин А.И. Математическая модель первичных радиационных повреждений боросиликатного стекла, предназначенного для иммобилизации радиоактивных отходов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2020, № 3, с. 5–18.
- Пряничников А.А., Симаков А.С., Белихин М.А., Дегтярев И.И., Новоскольцев Ф.Н., Алтухова Е.В., Алтухов Ю.В., Синюков Р.Ю. Сравнительный анализ результатов численного моделирования и экспериментальных данных для пробегов ионов углерода в гомогенных фантомах с использованием комплекса RTS&T. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2019. № 2, с. 5–19.
- Кошелев М.М., Асхадуллин Р.Ш., Ульянов В.В., Николаев А.Н., Гулевский В.А., Харчук С.Е. Разработка метода прямоконтактного упаривания для утилизации жидких радиоактивных отходов. В книге: Техногенные системы и экологический риск. Труды II Международной (XV Региональной) научной конференции. Обнинск, 2018, с. 51–52.
- Варсеев Е.В., Алексеев В.В., Коновалов М.А. Численное моделирование процессов кристаллизации в жидких металлах. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 4, с. 124–130.
- Кошелев М.М., Ульянов В.В., Гулевский В.А., Коновалов М.А., Харчук С.Е. О возможности применения свинецсодержаших расплавов для нефтеперерабатывающей и сталелитейной отраслей промышленности. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 5, с. 155–159.
- Ульянов В.В., Кошелев М.М., Коновалов М.А., Харчук С.Е. Моделирование теплопередачи в каналах круглой формы машин непрерывного литья заготовок с перспективным свинцово-висмутовым кристаллизатором. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2020, № 2, с. 131–140.
- Уикс К.Е., Блок Ф.Е. (Перевод с англ. Арсентьева П.П.) Термодинамические свойства 65 элементов, их оксидов, галогенидов, карбидов и нитридов. Москва: Металлургия, 1965. 342 с.
- Ульянов В.В., Гулевский В.А., Мартынов П.Н. и др. Исследование процессов и устройств водородной очистки применительно к циркуляционным контурам с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2013, № 2, с. 33–38.
- Асхадуллин Р.Ш., Гулевский В.А., Ульянов В.В., Харчук С.Е., Фомин А.С. Устройство ввода газа в тяжелый жидкий металл. Патент RU, № 2639721 C1, 2017.
- Мартынов П.Н., Орлов Ю.И. Процессы шлакообразования в свинец-висмутовом контуре. Предупреждение и ликвидация критических ситуаций. Труды международной конференции «ТЖМТ‑98». Обнинск, 1999, т. 2, с. 608–619.
- Симаков А.А., Асхадуллин Р.Ш., Легких А.Ю. Твердофазные окислители теплоносителей Pb-Bi и Pb для формирования и сохранения противокоррозионных плёнок на сталях. Новыепромышленныетехнологии, 2011, № 1, с. 33–39.
- Fernandez R., De Bruyn D., Baeten P., Ait Abderrahim H. The evolution of the primary system design of the MYRRHA facility. Proc. Int. Conf. on Fast Reactors and Related Fuel Cycles: Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Developmen. Yekaterinburg, 2017. IAEA-CN245-358.
- Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. Москва, Изд-во Мир, 1972. 554 с.
- Козлов Ф.А., Калякин С.Г., Сорокин А.П., Алексеев В.В., Труфанов А.А., Коновалов М.А., Орлова Е.А. Особенности технологии очистки от примесей высокотемпературного натриевого теплоносителя в быстром реакторе для производства водорода и других инновационных применений. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика, 2016, № 4, с. 114–124.
- Сорокин А.П., Гулевич А.В., Клинов Д.А., Кузина Ю.А., Камаев А.А., Иванов А.П., Алексеев В.В., Морозов А.В. Исследования высокотемпературной ядерной энерготехнологии для производства водорода и других инновационных применений. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2020, № 1, с. 102–119.
- Кузина Ю.А., Алексеев В.В., Сорокин А.П., Воронин И.А., Коновалов М.А., Зыкова Р.О. Исследование геттерной очистки натрия от кислорода. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2020, № 3, с. 110–116.
- Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. Москва, Изд-во Мир, 1969. 392 c.
- Ващенко А.И., Зеньковский А.Г., Лифшиц А.Е. и др. Окисление и обезуглероживание стали. М., Изд-во «Металлургия», 1972. 336 с.
- Блохин В.А., Будылов Е.Г., Великанович Р.И. и др. Опыт создания и эксплуатации твердоэлектролитных активометров кислорода в теплоносителе свинец-висмут. Труды международной конференции «ТЖМТ-98». Обнинск, 1999, т. 2, с. 631–635.
- Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н. и др. Особенности метрологической поверки датчиков активности кислорода в жидкометаллических теплоносителях. Известия вузов Ядерная энергетика, 2012, № 3, с. 68–74.
- Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н., Ульянов В.В., Шелеметьев В.М., Садовничий Р.П. Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах. Патент RU, № 2533931 C1, 2014.
- Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н., Ульянов В.В., Шелеметьев В.М., Садовничий Р.П., Скоморохов А.Н. Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде. Патент RU, № 2536315 C1, 2014.
- Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н., Чернов М.Е., Ульянов В.В., Шелеметьев В.М., Садовничий Р.П. Твердоэлектролитный датчик концентрации кислорода в газовых средах. Патент RU, № 2548374 C2, 2015.
- Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н., Шелеметьев В.М., Садовничий Р.П., Скоморохов А.Н. Способ измерения термодинамической активности кислорода в расплавах жидких металлов. Патент RU, № 2584378 C1, 2014.
УДК 621.039.534
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, выпуск 2, 2:13
