ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АТОМНОЙ СТАНЦИИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

АННОТАЦИЯ

Исследование характеристик атомной станции теплоснабжения малой мощности при изменении конечного паросодержания в активной зоне на примере реактора АСТ-300.

Ключевые слова: атомная станция теплоснабжения, естественная циркуляция, теплогидравлический расчет, паросодержание.

В настоящее время АЭС являются важным источником энергии, позволяющим снизить потребление органического топлива, однако в регионах с относительно холодным климатом на отопление и горячее водоснабжение расходуется гораздо большее его количество, нежели на производство электроэнергии.

Для данных целей могут быть использованы атомные станции теплоснабжения (АСТ). Атомная станция теплоснабжения является узкоспециализированным объектом для выработки исключительно тепловой энергии. Особенностью реакторов АСТ является их повышенная безопасность за счет интегральной компоновки, страховочного корпуса, низких параметров теплоносителя и энергонапряженности активной зоны, а также трехконтурной схемы, распределение давления в которой позволяет избежать попадания радиоактивности к потребителю. Все перечисленные аспекты безопасности позволяют располагать АСТ на расстоянии 5–7 км от населенных пунктов, что делает транспортировку горячей воды экономически целесообразной.

В качестве исследуемого объекта принят АСТ-300, разрабатываемый для средних населенных пунктов. Первый контур представляет собой совокупность подъемных и опускных участков (рис.1), в которых осуществляется всережимная естественная циркуляция теплоносителя. Отсутствие ГЦН, как одного из сложнейших объектов, делает эксплуатацию более надежной.

Рисунок 1. Гидравлическая схема АСТ

1 – активная зона (H_аз); 2 – индивидуальные тяговые трубы (H_итт); 3 – общий тяговый участок (H_оту); 4 – конденсатор теплообменника (H_кон); 5 – теплообменник (H_то); 6 – опускной участок (H_оу); 7 – переливные окна (H_пер)

Цели исследования

1. Разработка программного комплекса для расчета реакторного контура АСТ.
2. Анализ влияния конечного паросодержания на естественную циркуляцию теплоносителя.

Программный комплекс

Рисунок 2. Вкладка «Результаты предварительного теплогидравлического расчета характеристик реактора»

Теплогидравлический расчет реактора АСТ включается в себя следующие операции:

1. Расчет основных характеристик реактора.
2. Предварительный теплогидравлический расчет реакторного контура.
3. Определение характерных температур топливной композиции по высоте канала в расчете на максимально напряженный твэл.
4. Расчет теплообменника первого-второго контура.
5. Расчет контура естественной циркуляции. Определение гидравлического сопротивления контура и движущего напора.
6. Уточненный теплогидравлический расчет реакторного контура.

С целью автоматизации расчетов был разработан программный комплекс (рис.2) с возможностью выполнения перечисленных операций, включая построение графиков распределения основных параметров.

Методика расчета теплогидравлических параметров реактора является традиционной и выполнена в соответствии с [2; 3]. Необходимые исходные данные прототипа приняты в соответствии с [1].

Результаты

С помощью разработанного программного комплекса были проведены многовариантные расчеты теплогидравлических параметров реакторного контура при изменении конечного паросодержания в активной зоне. На основании полученных данных построены графики важнейших зависимостей (рис. 3–5).

Рисунок 3. Зависимость скорости теплоносителя от высоты АЗ при различных паросодержаниях

Рисунок 4. Зависимость скорости теплоносителя от конечного паросодержания при различных координатах в АЗ

Рисунок 5. Зависимость расхода в контуре естественной циркуляции от конечного паросодержания

Выводы

Согласно полученным результатам в диапазоне паросодержания 0,5–3 % наблюдается увеличение расхода естественной циркуляции, а в диапазоне 3–7 % происходим его снижение (рис. 5).

Такой характер изменения расхода обусловлен тем, что увеличение паросодержания до 3 % главным образом сказывается на движущем напоре, увеличивая расход, далее же, увеличения паросодержания приводит к такому увеличению гидравлических сопротивлений контура естественной циркуляции, которое полностью нивелирует прирост движущего напора.

Рост паросодержания выше 7 процентов сопровождается нарушением устойчивости циркуляции, так как кипение начинается уже в опускных участках, что создает дополнительные сопротивления движению теплоносителя.

Таким образом, умеренное увеличение конечного паросодержания (до 3 %) позволяет интенсифицировать скорость и расход естественной циркуляции, дальнейшее же увеличение является нецелесообразным, так как ведет к снижению данных параметров и нарушению устойчивости процесса (рис.3-5).

Также стоит отметить, что порог в 3 % является оптимальным исключительно для рассматриваемого реактора с его исходными данными и конструктивными особенностями, для реакторов большей мощности порог смещается в сторону увеличения оптимального паросодержания, но характер зависимости остается аналогичным.

Список литературы:

1. Митенков Ф.М. Реакторная установка атомной станции теплоснабжения АСТ-500 / Митенков Ф.М., Куликов Е. В., Сидоренко В. А. [и др.]. – Текс: электронный // Атомная энергия. - 1985. - Т. 58, вып. 5. - С. 307–313. – URL: http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t58-5_1985/go,4/ (дата обращения: 10.10.2022).
2. Фарафонов В. А., Чурюмов В.И. Теплогидравлический расчёт реакторов типа АСТ: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Конструкция АЭС» для студентов специальности 0310. – ГПИ им. А. А. Жданова. Горький, 1984. 40 с.
3. Дементьев Б. А. Ядерные энергетические реакторы: учеб. для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. 352 с.