Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի հետազոտումը և մեղմման մեթոդների մշակումը

Գրիգորյան, Արման Դավթի (2019) ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի հետազոտումը և մեղմման մեթոդների մշակումը. PhD thesis, Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալսարան.

[img] PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (3312Kb)
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1109Kb)

      Abstract

      Ծանր վթարների դեպքում ջրածնային պայթյունաանվտանգության հուսալի և արդյունավետ ապահովման խնդրի արդիականությունը առաջին անգամ ակնհայտ դարձավ Թրի Մայլ Այլնդի արտանախագծային վթարից հետո և սրվեց 2011 թվականին Ֆուկուշիմա Դաիչի ԱԷԿ-ում տեղի ունեցած ծանր վթարից հետո: Վերջինը` ջրածնի վթարային հեռացման և դրա կոնցենտրացիայի հսկման համակարգերի բացակայության պատճառով ուղեկցվեց ջրածնի հզոր պայթյունների հետևանքով ռեակտորային շինությունների փլուզումներով և դրանց հաջորդող ռադիոակտիվ անկառավարելի արտանետումներով դեպի շրջակա միջավայր: Չնայած խնդրի սրությանը, ներկայումս աշխարհում շահագործվող շատ ԱԷԿ-ներում ջրածնային անվտանգության ապահովման հարցերը գործնականում շարունակում են մնալ մասամբ չլուծված: Մասնավորապես Հայկական ԱԷԿ-ի (ՀԱԷԿ) 2-րդ էներգաբլոկում, որի շահագործման ժամկետը նախատեսված է երկարաձգել 10 տարով, դեռևս գոյություն չունի ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի մեղմման վերջնական հայեցակարգ, ինչպես անհրաժեշտ վթարային շահագործման փաստաթղթերի, այնպես էլ համակողմանիորեն հիմնավորված տեխնիկական միջոցների առկայության տեսանկյունից: Գոյություն չունի նաև միասնական մոտեցում ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի մեղմման մեթոդների ընտրության հարցում, ինչը որոշ դեպքերում պայմանավորված է ԱԷԿ-ների տարբեր նախագծերի առանձնահատկություններով, ինչպես նաև անհրաժեշտ համակողմանի հետազոտությունների բացակայությամբ: Ելնելով վերոնշյալ հանգամանքներից, ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգա-բլոկներում ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի համակողմանի հետազոտումը և ջրածնային վտանգի մեղմման նոր մեթոդների մշակումը դառնում է խիստ արդիական խնդիր: Աշխատանքի նպատակը: Ատենախոսական աշխատանքի նպատակն է ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում (ՀԱԷԿ-ի շահագործվող 2-րդ էներգաբլոկի օրինակով), ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի խորը և համակողմանի ուսումնասիրումը, և ջրածնային վտանգի մեղմման այլընտրանքային մեթոդների մշակումը, որոնց ներդրումը թույլ կտա նվազեցնել հնարավոր ծանր վթարի դեպքում ջրածնի այրման հետևանքով հերմետիկ շինության ամբողջականությանը սպառնացող վտանգը: Հետազոտությունների շրջանակներում դրված խնդիրների լուծման նպատակով մշակվել են առանձին հաշվարկային մեթոդիկաներ, իսկ նախապես ընտրված ծանր վթարային սցենարների դեպքում ջրածնի առաջացման, ինչպես նաև ջրածին-շոգեգօդային խառնուրդի կազմի փոփոխության դինամիկայի հետազոտման համար կիրառվել է MELCOR 1.8.5 երկչափ հաշվարկային կոդով մշակված մոդելը, որը լայնօրեն օգտագործվում է ՀԱէԿ-ի 2-րդ էներգաբլոկի ծանր վթարային սցենարների վերլուծություններում: Մշակվել է հաշվարկային մեթոդիկա, որով գնահատվել է ծանր վթարի դեպքում ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկի հերմետիկ շինության ֆիզիկական ամբողջականությանը սպառնացող ջրածնի սահմանային քանակությունը: Հիմնավորվել է, որ ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկների դեպքում ծանր վթարի զարգացման արտաիրանային փուլում պայթյունավտանգ գազային խառնուրդի ձևավորման վտանգի կանխման միակ ռացիոնալ եղանակը թթվածնի ցածր կոնցենտրացիայի ապահովումն է: Մշակվել է հաշվարկային մեթոդիկա, որը թույլ է տալիս մանրամասն հետազոտել ծանր վթարի զարգացման պայմաններում հերմետիկ գոտու պատերին ջրային գոլորշու կոնդենսացման ազդեցությունը ջրածին-օդ-ջրային գոլորշի խառնուրդի այրվող կազմի ձևավորման վտանգի վրա: Բացահայտվել են ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ջրածնի պասսիվ ավտոկատալիտիկ ռեկոմբինատորների (ՋՊԱՌ) ներդրման խնդիրները: Մշակվել են ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի մեղմման մեթոդներ, որոնք կարող են ներդրվել ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում, որպես ՋՊԱՌ-ի համակարգերին այլընտրանք: Իրականացվել է ջրածնի մոնիտորինգի համակարգի պահանջվող բնութագրերի համակողմանի ուսումնասիրություն` հիմնված ծանր վթարի դեպքում ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկի հերմետիկ գոտում շոգեգազային միջավայրի պարամետրերի փոփոխության առանձնա-հատկությունների վերլուծության վրա: Աշխատանքի արդյունքների գործնական նշանակությունը: Ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի համակողմանի հետազոտության արդյունքները, ջրածնի մոնիտորինգի համակարգի բնութագրերի ուսումնասիրության արդյունքները, ինչպես նաև ջրածնային վտանգի մեղմման առաջարկված այլընտրանքային մեթոդները կիրառելի են ՀԱԷԿ-ի շահա-գործվող 2-րդ էներգաբլոկում պլանավորվող ջրածնային անվտանգության ապահովման հայեցակարգի մշակման և ներդրման աշխատանքներում: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկի հերմետիկ շինության ֆիզիկական ամբողջականությանը սպառնացող ջրածնի սահմանային քանակության գնահատման հաշվարկային մեթոդիկան և դրա հիման վրա իրականա-ցված գնահատման արդյունքները: Հնարավոր ծանր վթարի զարգացման պայմաններում ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկի հերմետիկ գոտու պատերին ջրային գոլորշու կոնդենսացման հետևանքով ջրածին-օդ-ջրային գոլորշի խառնուրդի այրվող կազմի ձևավորման վտանգի գնահատման հաշվարկային մեթոդիկան և դրա հիման վրա իրականացված գնահատման արդյունքները: ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ՋՊԱՌ-ի ներդրման խնդիր-ների հետազոտման արդյունքները: Ծանր վթարի դեպքում ջրածնային վտանգի մեղմման մշակված այլընտրանքային մեթոդները: Ջրածնի մոնիտորինգի համակարգի պահանջվող բնութագրերի հետա-զոտ¬ման արդյունքները: Փորձաքննությունը և հրատարակված աշխատանքները: Իրականացված հետազոտության հիմնական դրույթները և արդյունքները զեկուցվել և քննարկվել են ՀԱՊՀ «Ջերմաէներգետիկա և շրջակա միջավայրի պաշտպա-նություն» ամբիոնի գիտական սեմինարներում և ամենամյա տարեկան գիտաժողովներում (2015-2018թթ.), Ատոմային Էներգետիկայի Միջազգային Գործակալության կողմից կազմակերպած «Hydrogen Management in Severe Accidents» թեմայով գիտատեխնիկական սեմինարում (Վիեննա, 25-28 սեպտեմբերի, 2018թ.): Ատենախոսության թեմայով հրատարակված է 9 գիտական հոդված, այդ թվում երկուսը ԲՈԿ-ի կողմից հատուկ խրախուսվող «Scopus» շտեմարանում ընդգրկված միջազգային հեղինակավոր ամսագրում: Ատենախոսության թեմայով հրատարակված գիտական հոդվածների ցանկը բերված է սեղմագրի վերջում: Ատենախոսությունը բաղկացած է ներածությունից, օգտագործված հապավումների ցանկից, հինգ գլխից, հիմնական եզրակացություններից, 104 անուն գրականության ցանկից և 1 հավելվածից: Ատենախոսության ընդհանուր ծավալը կազմում է 126 էջ` այդ թվում մեկ հավելված (1 էջ), 35 նկար և 8 աղյուսակ: Ներածությունում հիմնավորվել է ատենախոսության արդիականությունը, ձևակերպվել է հետազոտության նպատակը, ներկայացվել են գիտական արդյունքները և նորույթը, ստացված արդյունքների գործնական նշանակությունը, պաշտպանության հիմնական դրույթները, շարադրված է ատենախոսության համառոտ բովանդակությունը: Առաջին գլխում իրականացվել է թեմայի հետ առնչվող գրականության համակողմանի վերլուծություն, որի արդյունքում ակնհայտ են դարձել ԱԷԿ-ներում ծանր վթարների դեպքում ջրածնի առաջացման, ջրածնի այրման ռեժիմների և դրանց վրա ազդող գործոնների, ինչպես նաև ջրածնային վտանգի մեղմման մեթոդների կիրառման խնդիրները` հաշվի առնելով ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով ԱԷԿ-ների նախագծային առանձնահատկությունները: Ելնելով եղած գիտական գրականության վերլուծության արդյունքների ընդհանրացումից և վեր հանված բաց հարցերից, աշխատանքի հիմքում դրվել են հետևյալ խնդիրները. ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ծանր վթարների դեպքում ջրածնային վտանգի հետազոտման տեսանկյունից առավել բնութա-գրական վթարային սցենարների բացահայտում, և հերմետիկ շինության ամբողջականությանը սպառնացող ջրածնի սահմանային քանակության հաշվարկային գնահատում, ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ծանր վթարի արտաիրանային փուլում պայթյունավտանգ գազային խառնուրդի ձևավորման վտանգի գնահատում, ծանր վթարի դեպքում ջրածին-շոգեօդային խառնուրդի այրվող կազմի ձևավորման վտանգի վրա հերմետիկ գոտու պատերին ջրային գոլորշու կոնդենսացման պրոցեսների ազդեցության հետազոտում, ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկների ծանր վթարների կառավարման խնդիրների համատեքստում ջրածնի մոնիտորինգի համակարգի պահանջվող բնութագրերի հետազոտում, ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ծանր վթարների դեպքում ՋՊԱՌ-ի ներդրման խնդիրների համակողմանի հետազոտում, և ջրածնային վտանգի մեղմման այլընտրանքային մեթոդների մշակում: Երկրորդ գլխում կատարվել է ՋՋԷՌ-440 ռեակտորով էներգաբլոկներում ծանր վթարի ներիրանային և արտաիրանային փուլերում ջրածնի առաջաց-ման դինամիկայի համեմատական վերլուծություն, մշակվել է հաշվարկային մեթոդիկա, որով գնահատվել է հերմետիկ շինության ամբողջականությանը սպառնացող ջրածնի սահմանային քանակությունը: Նկ.1-ում ամփոփված է ջրածնի առաջացման տեսանկյունից որակապես տարբերվող ծանր վթարային սցենարների դեպքում ռեակտորում ջրածնի առաջացման դինամիկան (հաշվարկները կատարվել են ՀԱԷԿ-ի շահա-գործվող 2-րդ էներգաբլոկի օրինակով, MELCOR 1.8.5 երկչափ հաշվարկային կոդով): В случае тяжелых аварий актуальность проблемы надежного и эффективного обеспечения водородной взрывобезопасности впервые стала очевидной после за проектной аварии Три Майл Айленда и обострилась после тяжелой аварии на атомной электростанции (AЭС) Фукусима-Дайичи в 2011 году. Последняя ввиду отсутствия систем аварийного удаления и контроля концентрации водорода сопровождалась разрушениями реакторных зданий из-за мощных водородных взрывов и последующими радиоактивными неконтролируемыми выбросами в окружающую среду. Несмотря на остроту проблемы, вопросы обеспечение водородной безопасности на многих АЭС, эксплуатируемых в настоящее время в мире, практически продолжают оставаться частично нерешёнными. В частности, на втором энергоблоке Армянской АЭС (ААЭС), срок эксплуатации которого предусматривается продлить на 10 лет, до сих пор не существует окончательной концепции смягчения водородной угрозы в случае тяжелых аварий с точки зрения как необходимой аварийной эксплуатационной документации, так и наличия всесторонне обоснованных технических средств. Не существует единого подхода к выбору методов смягчения водородной угрозы в случае тяжелых аварий, что в некоторых случаях обусловлено специфичностью проектов разных АЭС, а также отсутствием необходимых всесторонних исследований. Исходя из вышеуказанных обстоятельств, комплексное исследование водородной угрозы при тяжелых авариях на энергоблоках с реактором ВВЭР-440 и разработка новых методов смягчения водородной угрозы становятся весьма актуальной проблемой, с целью решения которой в диссертационной работе были поставлены следующие задачи: выявление наиболее характерных аварийных сценариев с точки зрения исследования водородной угрозы на энергоблоках с реакторами ВВЭР-440 при тяжелых авариях и оценка предельного количества водорода, угрожающего целостности герметичного помещения;  оценка риска образования взрывоопасной газовой смеси на внекорпусной стадии тяжелой аварии на энергоблоках с реактором ВВЭР-440; исследование влияния процессов конденсации водяного пара на стенах герметичного ограждения на риск образования горючего состава водородо-паровоздушной смеси в случае тяжелой аварии; исследование требуемых характеристик системы мониторинга водорода в контексте проблем управления тяжелыми авариями на энергоблоках с реактором ВВЭР-440; комплексный анализ проблем внедрения пассивных автокаталитических рекомбинаторов водорода (ПАРВ) и разработка альтернативных методов смягчения водородной угрозы на энергоблоках с реактором ВВЭР-440. Разработана расчетная методика, посредством которой оценено предельное количество водорода, угрожающее физической целостности герметичного ограждения энергоблока с реактором ВВЭР-440 при тяжелой аварии. Обосновано, что в случае энергоблоков с реактором ВВЭР-440 единственным рациональным методом предотвращения образования взрывоопасной газовой смеси и вызванной ею угрозы разрушения герметичного ограждения на внекорпусной стадии тяжелой аварии является обеспечение безопасной концентрации кислорода. Разработана методика расчета, посредством которой детально изучено влияние теплоотводящей способности стен герметичной зоны энергоблока с реактором ВВЭР-440 на процессы конденсации водяного пара и образования горючего состава смеси водород-воздух-пар в условиях развития тяжелой аварии. Обосновано, что при тяжелых авариях на энергоблоках с реактором ВВЭР-440 основным ограничивающим фактором внедрения ПАРВ с целью смягчения водородной угрозы является сложность обеспечения безопасных рабочих условий последних, а единственным возможным способом косвенного влияния на производительность ПАРВ может быть регулирование концентрации водяного пара. Для одного из наиболее опасных, с точки зрения образования горючей смеси помещений герметичной зоны энергоблока с реактором ВВЭР-440, разработан альтернативный метод смягчения водородной угрозы, основанный на применении преднамеренного сброса среды и периодической подачи азота. 6. Разработан альтернативный метод смягчения водородной угрозы при тяжелых авариях, основанный на накоплении водорода и кислорода в отдельной части гермозоны посредством конденсации водяного пара из парогазовой смеси и их удаления из этой области. Выполнено всестороннее исследование требуемых характеристик системы мониторинга водорода, исходя из анализа параметров парогазовой среды в герметичной зоне энергоблока с реактором ВВЭР-440 при тяжелой аварии. In the case of severe accidents, the relevance of the problem of ensuring of reliable and Three Mile Island beyond design basis accident and aggravated after a severe accident at the Fukushima-Daichi nuclear power plant (NPP) in 2011. The latter due to the absence of hydrogen emergency removal and concentration control systems, was accompanied by the destruction of reactor buildings due to powerful hydrogen explosions and subsequent radioactive uncontrolled releases to the environment. Despite the severity of the problem, hydrogen safety issues at many of NPPs’ currently operating in the world practically continue to remain partially unsolved. In particular, at the second power unit of Armenian NPP (ANPP), the lifetime of which is provided to extend for 10 years, there is still no final concept to mitigate the hydrogen challenge in the case of severe accidents, both in terms of the required emergency operational documentation, and from the point of view of having a comprehensively justified technical means. There is no unified approach to the choice of methods to mitigate the hydrogen challenge in case of severe accidents, which in some cases is due to the specificity of design of different NPPs, as well as the lack of necessary comprehensive research. Based on the above circumstances, a comprehensive study of the hydrogen challenge in severe accidents at power units with a VVER-440 reactor and the development of new methods to mitigate the hydrogen threat becomes a highly urgent problem, with the aim of solving which in the dissertation work the following tasks were set: identification of the most characteristic accident scenarios from the point of view of the study of the hydrogen challenge at power units with VVER-440 reactors in severe accidents and assessment of the limiting amount of hydrogen that can threaten the physical integrity of the containment; assessment of the risk of formation of an explosive gas mixture in the ex-vessel stage of a severe accident at power units with a VVER-440 reactor; study of the influence of water vapor condensation processes on the walls of the containment on the risk of formation of a combustible composition of the hydrogen-vapor-air mixture in the case of the severe accident; study of the required characteristics of the hydrogen monitoring system in the context of severe accident management problems at power units with a VVER-440 reactor; a comprehensive analysis of the problems of implementation of hydrogen passive autocatalytic recombiners (HPAR) and the development of alternative methods to mitigate the hydrogen challenge at power units with WWER-440 reactors. The calculation method is developed, by which the limiting amount of hydrogen that threatened the physical integrity of a containment of a power unit with a VVER-440 reactor in a severe accident was estimated. It has been substantiated that in the case of power units with a VVER-440 reactor, the only rational method to prevent the formation of an explosive gas mixture and the threat of destruction of the containment at the ex-vessel stage of a severe accident is to ensure safe oxygen concentration. A calculation method has been developed, by means of which the influence of the heat-removing capacity of the walls of the containment of a power unit with a VVER-440 reactor on the processes of water vapor condensation and the formation of a combustible composition of a hydrogen-air-steam mixture under conditions of a severe accident has been studied in detail. It has been substantiated that in case of severe accidents at power units with a VVER-440 reactor, the main limiting factor for the HPAR implementation to mitigate the hydrogen challenge is the difficulty of ensuring safe working conditions of the latter, and the only possible way to indirectly affect the performance of HPAR can be through adjusting the concentration of water vapor. For one of the most dangerous premises of the containment of a power unit with a VVER-440 reactor, from the point of view of formation of a combustible

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Исследование водородной угрозы при тяжелых авариях на энергоблоках с реактором ВВЭР-440 и разработка методов смягчения. Study of hydrogen challenge in severe accidents at power units with a VVER-440 reactor and development of mitigation methods.
      Uncontrolled Keywords: Григорян Арман Давидович,Grigoryan Arman David
      Subjects: Electrical and Power Engineering
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 09 Oct 2019 13:32
      Last Modified: 07 Feb 2020 10:47
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/10704

      Actions (login required)

      View Item