Грабежная В.А., Михеев А.С., Алёхин А.В.
С середины прошлого столетия в мире создаются, строятся, работают энергоблоки атомных станций с
реакторами на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением. Одним из
основных элементов таких энергоблоков является парогенератор (ПГ). В ГНЦ РФ –
ФЭИ на протяжении более полувека на стенде СПРУТ на моделях ПГ проводятся
работы по теплогидравлическому обоснованию парогенераторов различных реакторных
установок, обогреваемых разными жидкометаллическими теплоносителями. Были
проведены испытания однотрубных моделей ПГ с натриевым обогревом в обоснование
испарителей энергоблоков БН-350, БН-600; многотрубных моделей, обогреваемых
свинцом, в обоснование ПГ РУ БРЕСТ-ОД-300, а также однотрубных моделей
парогенераторов с натриевым обогревом для реакторов нового поколения типа БН.
Основной задачей испытаний ПГ является подтверждение проектных характеристик,
обоснование теплогидравлической устойчивости парогенерирующих каналов при
работе на заданных режимных параметрах.
В данной работе дается краткое
описание испытанных моделей ПГ, представлены основные результаты, полученные
при испытаниях. Показано, что в процессе проводимых испытаний особое внимание
обращалось на выявление режимов с теплогидравлической неустойчивостью в работе
парогенерирующего канала, возникновение которой существенно снижает ресурс
эксплуатации ПГ.
1.
Кириллов П.Л. Жидкие металлы в атомной энергетике (взгляд инженера
в прошлое и будущее). Труды Межведомственного семинара «Тепломассоперенос и
свойства жидких металлов (Теплофизика – 2007)». Обнинск, 2007, с. 61–70.
(CD).
2.
Грабежная В.А., Крюков А.Е., Михеев А.С. Работы по теплогидравлике
парогенераторов БР. Труды научно-технической конференции «Теплофизические
экспериментальные и расчетно-теоретические исследования в обоснование
характеристик и безопасности ядерных реакторов на быстрых нейтронах
(Теплофизика-2011)». Обнинск, 2013, т. 1, с. 132–137.
3.
Титов В.Ф., Халецкий Э.Э., Стекольников В.В. Конструкция и схема парогенератора
для АЭС
БН-600 и их обоснование. Proc. U.S./USSR Seminar of the
Development of Sodium-Cooled Fast Breeder Reactor Steam Generators. Los Angeles, California, U.S.A., 1974, vol. 1,
pp. 243–277.
4.
Ивашкевич А.А., Грачев Н.С., Прохорова В.А., Фетисов М.Н. О термодинамической
неравновесности пароводяного потока. Теплофизика высоких температур,
1974, т. XII, № 3, с. 680–683.
5.
Грачев Н.С., Ивашкевич А.А., Кириллов П.Л., Прохорова В.А., Турчин Н.М.
Кризис в парогенераторах типа «натрий-вода» и теплообмен в закризисной
области. Proc. U.S./USSR Seminar of the Development of
Sodium-Cooled Fast Breeder Reactor Steam Generators.
Los Angeles, California, U.S.A., 1974, vol. 1, pp. 302–331.
6.
Грачев Н.С., Кириллов П.Л., Прохорова В.А. Экспериментальное
исследование теплообмена в парогенерирующей трубе с внутренним оребрением. Теплофизика
высоких температур, 1976, т. XIV, № 6, с. 1234–1240.
7.
Кириллов П.Л., Грабежная В.А. О влиянии способа обогрева на критический тепловой
поток. Атомная энергия, 1981, т. 51, вып. 4, с. 225–227.
8.
Хум И., Мошнерова И., Бица И., Грачев Н.С., Кириллов П.Л., Прохорова
В.А., Турчин Н.М. Пульсации температуры теплопередающей стенки в модели
парогенератора, обогреваемого натрием. Отчет ГКИАЭ и ЧСКАЭ №
78-05017. ГИИМ Прага – Беховице, 1978, 46 с.
9.
Миропольский З.Л. Теплоотдача при пленочном кипении пароводяной смеси в
парогенерирующих трубах. Теплоэнергетика, 1963, № 5, с. 49–52.
10.
Грачев Н.С., Ивашкевич А.А.,
Суворов М.Я., Шумский Р.В. Определение количества влаги в перегретом паре
методом измерения истинной температуры пара. Препринт ФЭИ-509, Обнинск,
1975.
11. Forslund R.P., Rohsenow W.M. Dispersed flow film boiling. Journal
of heat transfer. Trans. of ASME. Ser. C. 1968, vol. 90,
№ 4, p. 399–407.
12. Keeys R.K.F., Ralph J.C., Roberts D.N. Post burnout heat transfer
in high pressure steam water mixtures in a tube with cosine heat flux
distribution. Report AERE-R 6411, Harwell, 1971.
13. Зенкевич Б.А.,
Песков О.Л., Сапанкевич А.П. Кризис теплоотдачи в потоке кипящей воды в трубах.
В кн.: Кризис теплообмена при кипении в каналах. Под ред. В.И. Субботина
и П.Л. Кириллова. Обнинск: ФЭИ, 1974, с. 72–99.
14. Грачев Н.С.,
Каретников Г.В., Кириллов П.Л., Лапкин Д.К., Прохорова В.А., Тестов И.Н.,
Турчин Н.М., Шабалин В.С. Исследования локальных и интегральных
теплогидравлических характеристик трубки Фильда. Труды семинара стран СЭВ:
«Теплофизика и гидродинамика активной зоны и парогенераторов для быстрых
реакторов». Марианске Лазне, ЧССР, 4–7 апреля 1978
г., доклад № 38.
15. Грачев Н.С.,
Егорова Т.В., Кардаш Д.Ю., Турчин Н.М. Результаты исследований
теплогидравлических характеристик на однотрубной полномасштабной модели
испарителя «Надежность». Труды конференции: «Вопросы теплофизики в элементах
атомных энергетических установок при двухфазном течении теплоносителя». Обнинск,
1980, т. 2, с. 50–56.
16. The Generation IV Technology Roadmap. Recommended reactor system concepts
for Research and development scooping. Technical Working Group
Co-Chairs. Generation IV Leadership Meeting. Houston, Texas, March 15,
2002.
17. Yoo J., Chang J., Lim J.-Y., Cheon J.-S., Lee T.-H., Kim S.K., Lee
K.L., Joo H.-K. Overall system description and safety characteristics of prototype
Gen IV sodium cooled fast reactor in Korea. Nuclear Engineering and
Technology, 2016, vol. 48, pp. 1059–1070.
18.
Васильев Б.А., Васяев А.В.,
Зверев Д.Л., Шепелев С.Ф. Состояние разработки проекта БН-1200. Труды
третьей Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и
технологии ядерной энергетики». Москва,
07–10 октября 2014 г. М.: НИКИЭТ,
2014, т. 1. с. 114–127.
19.
Грабежная В.А., Михеев А.С. О
теплогидравлической устойчивости парогенерирующего канала с жидкометаллическим
обогревом. Труды пятой
Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и
технологии ядерной энергетики». М.: НИКИЭТ, 2018, с. 583–592. (CD).
20. Грабежная В.А.,
Михеев А.С. Теплогидравлические исследования в обоснование проекта
парогенератора реакторной установки на быстрых нейтронах. Научно-технический
сборник «Итоги научно-технической деятельности отделения ядерно-энергетических
установок за 2015 год». Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2016, с. 98–111. (CD).
21. Кириллов П.Л.,
Бобков В.П., Жуков А.В., Юрьев Ю.С. Справочник по
теплогидравлическим расчетам в ядерной энергетике. Том 1.
Теплогидравлические процессы в ЯЭУ. Под общ. ред. проф. Кириллова П.Л.
М.: ИздАт, 2010, 776 с.
22. Gabaraev B.A., Filin A.I. Development of a BREST-OD-300 NPP with an
on-site fuel cycle for the Beloyarsk NPP implementation of the initiative by
Russian President V.V. Putin. Proc. 11th Intern. Conf. Nucl. Eng.,
Tokyo, Japan, April 20–23, 2003, Paper ICONE11-36410. (CD).
23. Кокорев Б.В.,
Фарафонов В.А. Парогенераторы ядерных энергетических установок с
жидкометаллическим охлаждением. М.: Энергоатомиздат, 1990. 264 с.
24. Грабежная В.А.,
Михеев А.С., Штейн Ю.Ю. Испытания модели парогенератора БРЕСТ на стенде СПРУТ. Научно-технический
сборник «Итоги научно-технической деятельности Института ядерных реакторов и
теплофизики за 2011 год». Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2012, с. 227–235.
25.
Грабежная В.А., Михеев А.С.,
Штейн Ю.Ю., Семченков А.А. Испытания трехтрубной секции модели парогенератора
БРЕСТ. Труды научно-технической конференции «Теплофизические
экспериментальные и расчетно-теоретические исследования в обоснование
характеристик и безопасности ядерных реакторов на быстрых нейтронах
(Теплофизика-2012)». Обнинск, 2013, т. 1, с. 100–109.
26. Грабежная В.А.,
Михеев А.С., Штейн Ю.Ю., Семченков А.А. Расчетно-экспериментальное исследование
работы модели парогенератора БРЕСТ-ОД-300. Известия вузов. Ядерная
энергетика, 2013, № 1, с. 101–109.
27.
Грабежная В.А., Михеев А.С.,
Штейн Ю.Ю., Крюков А.Е. Результаты испытаний модели парогенератора БРЕСТ в
условиях частичных и пусковых режимов. Труды научно-технической конференции
«Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах (Теплофизика-2013)» Обнинск,
2014, т. 1, с. 287–293.
28. Грабежная В.А.,
Парфенов А.С., Михеев А.С. О конвективном теплообмене в витых каналах с
жидкометаллическим обогревом. Вопросы атомной науки и техники. Серия:
Ядерно-реакторные константы, 2016, спец. выпуск, с. 175–183.
29. Михеев М.А. Основы
теплопередачи. М.: ГЭИ, 1956. 392 с.
30. Руководящий
технический материал. Парогенераторы АЭС прямоточные с трубами в виде
винтовых змеевиков. Расчет тепловой и гидравлический. РТМ 108.300.01-81.
Л.: НПО ЦКТИ, 1983.
31. Roger G.F.C., Mayhew Y.R. Heat transfer and pressure loss in helically
coiled tubes with turbulent flow. Int. J. Heat Mass Transfer,
1964, vol. 7, pp. 1207–1216.
32. Березин А.Н.,
Грабежная В.А., Михеев А.С., Орлов Ю.И., Парфенов А.С., Сергеев В.В.
Расчетно-экспериментальное исследование парогенератора РУ БРЕСТ-ОД-300. Труды
третьей международной научно-технической конференции «Инновационные
проекты и технологии ядерной энергетики». М.: НИКИЭТ, 2014, т. 1, с. 224–236.
33. Грабежная В.А.,
Крюков А.Е., Михеев А.С., Штейн Ю.Ю. Некоторые результаты исследования модели
витого парогенератора, обогреваемого свинцом. Труды четвертой конференции
«Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2013)».
Обнинск, 2014, т. 1, с. 139–152.
34. Грабежная В.А.,
Михеев А.С. Теплогидравлические испытания многотрубной модели парогенератора в
режиме частичных параметров. Вопросы атомной науки и техники. Серия:
Ядерно-реакторные константы, 2017, вып. 3, с. 177–186. Доступно
на: https://vant.ippe.ru/year2017/3/thermal-physics-hydrodynamics/1384-15.html
(accessed 20.04.2022).
35. Калякин С.Г.,
Грачев Н.С., Грабежная В.А., Вахрушин М.П., Неевин В.С., Шварц А.Л.,
Колбасников А.В. Экспериментальное исследование теплообмена в жидком металле в
обоснование парогенератора установки РУ БРЕСТ-ОД-300. Труды третьей Российской конференции по теплообмену
(РНКТ-3). М.: Издательский дом МЭИ, 2002, т. 2, с. 159–162.
36. Калякин С.Г.,
Грабежная В.А. Экспериментальное исследование теплообмена в жидком металле при
поперечном обтекании пучка труб в обоснование парогенератора РУ БРЕСТ-ОД-300. Труды четвертой Российской конференции по теплообмену
(РНКТ-4). М.: Издательский дом МЭИ, 2006, т. 2, с. 128–131.
37. Shcherbakov S.I. Numerical simulation of nonsteady-state multiphase
flow. The 2D TURBO-FLOW computer code used to perform express analysis of
designs. Proc. 11th Int. Topical Meeting on Nuclear
Reactor Thermal Hydraulics NURETH-11. Avignon,
France, 2005, p. 238.
38. Парфенов А.С.,
Михеев А.С., Грабежная В.А., Щербаков С.И. Экспериментальное исследование
теплообмена при поперечном обтекании свинцом пучка парогенерирующих труб. Труды
научно-технической конференции «Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах
(Теплофизика-2013)», Обнинск, 2014, т. 1, с. 294–299.
39.
Парфенов А.С., Грабежная В.А.,
Михеев А.С. Исследование теплообмена при поперечном обтекании тяжелым
теплоносителем пучка теплообменных труб. Труды научно-технической
конференции «Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах (Теплофизика-2014)»,
Обнинск, 2014, с. 173–180.
40.
Боришанский В.М., Андреевский
А.А., Жилкина В.Б., Шнейдерман Л.Л. Теплоотдача при поперечном обтекании пучков
труб жидким металлом. Жидкие металлы. М.: Госатомиздат, 1963. 327 с.
41. Грабежная В.А.,
Михеев А.С. Влияние содержания кислорода на теплообмен при поперечном обтекании
парогенерирующих труб тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Атомная
энергия, 2019, т. 127, вып. 4, с. 191–198. Доступно на: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/
view/2926 (дата обращения 20.01.2021).
