Главная  Взрывная дейтериевая энергетика 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

[ее точно, чем по (6.25) 1я пустоты полностью.

-0,18,

(6.26)

нач Na =50 °С - на-пьная теплота плавле-

тлоносителя обуслов-

. в § 5.2) с периодом гия, а также радиоак-тнительное энерговы-редачи. Поэтому ми-жно принять равным

I критическая порис-сителя.

вание не произойдет. ,1, вытечет в следую-сом виде. При после-[е (6.25) уменьшится,

я и при пористостях, юго (по температуре

;тся закупоренным чно далеко от ш;ели ания такой гипотети-цы, пока за счет теп-павиться.

кислородом и водой.

§ 6.10. Натриевые пожары

Натриевые реакторы (типа БН в СССР и России) работают уже несколько десятков лет. Их критикуют за способность натрия вступать в реакции как с кислородом, так и с водой. Пожароопасность натрия давно служит одним из основных аргументов при обосновании предложений о переходе на свинцовые теплоносители [75].

Опасности от натрия в КВС зачастую считают еш;е большими: натрия в КВС в десятки раз больше, чем в реакторах, работает он в условиях взрывного воздействия, да еш;е под грунтом, в котором много воды. В качестве доводов используют и хорошо известные трудности при тушении подземных пожаров на нефтегазовых месторождениях и торфяниках.

Тем не менее хотелось бы развеять мнение о том, что большие объемы натрия создают непреодолимые сложности.

6.10.1. Горение в петлях теплопередачи

На единицу производимой энергии в КВС приходится приблизительно столько же натрия, сколько в реакторах типа БН. Значит, если не нагружать отдельные агрегаты КВС (теплообменники, парогенераторы и т. п.) мош;ностью нескольких агрегатов АЭС, трудности с предотвраш;ением локальных пожаров на отдельной петле энергопередачи останутся теми же. ; Г

Но таких петель в КВС окажется в десятки раз больше, чем на реакторе. Естественно, вероятность возникновения пожара суш;ественно возрастет.

Если признать остановку КВС для тушения пожара на одной из петель неприемлемой из-за экономических соображений, придется:

предпринимать заш;итные меры,

заранее планировать отсечение и даже ликвидацию петли, коль скоро возгорание все-таки произошло.

Первая мера хорошо известна проектировш;икам. Уже давно предлагается трубопроводы с жидким натрием изолировать от поступления атмосферного кислорода за счет дополнительной заш;итной оболочки, заполненной инертным газом [50].

Сооружение КВС в грунте позволяет предусмотреть еш;е одну ступень заш;иты. Трубопроводы каждой петли (или двух петель) можно проложить в отдельных, изолированных друг от друга штреках, снабженных герметичными воротами. Натрий загорается при 115 °С и горит при температуре 840 °С без пламени. Продукт горения - окись натрия - твердое вещество. Выгоревший из воздуха кислород будет уменьшать давление в зоне горения. Поэтому перекрыть доступ кислорода к натрию можно, закрыв гермоворота и заместив выгоревший кислород инертным газом, например азотом.

Если система автоматики своевременно отключит трубопроводы соответствующей петли (петель), то в защитную оболочку может попасть не более



Г

нескольких кубометров жидкого натрия с температурой заведомо выше точки воспламенения.

Пусть отсекаемая гермодверью часть штрека имеет длину -100 м, объем

-ЮООм, в котором содержится -200 м' кислорода. В этом количестве кислорода может сгореть не более 600.. .700 кг натрия. При горении выделится -5 ГДж энергии. Приблизительно столько же содержится в теплоемкости 4 т натрия, вьшив-шихся из трубопровода. Поверхность штрека должна быть облицована сталью и бетоном (рис. 6.17). Будем считать, что на этот участок штрека потребуется -250 т стали. Тогда через несколько минут после выгорания кислорода температура стали, принявшей тепло от горения и начальной температуры натрия (бполн ~ 10 ГДж) окажется на -100 °С выше начальной. Через несколько часов,

распределившись по бетону каркаса штрека, температура снизится до -50 °С, если не произойдет дополнительного возгорания натрия.


8S йи К ass 5S ив8Е8И1Н588нзй5й8иш8 88Д вянвикидабдив! easss аавдй

Рис. 6.17. Схема штрека:

- трубопроводы с натрием (диаметр -300 мм); 2 - страховочные трубы; 3 - стальная облицовка штрек.а; 4 - разлившийся натрий; 5 - арматура; 6 - бетон; 7 - внешняя стальная

опалубка; (S - насыпной грунт, песок

Разлившийся натрий может быть удален, если он окажется из второго контура. Если же выльется натрий из первого контура, его можно в течение месяцев доокислить дозированной подачей кислорода, с учетом более медленной теплоотдачи насыпному грунту. Затем можно штрек заполнить бетоном либо собрать и захоронить радиоактивный окисел натрия. Второй вариант представляется более трудоемким. Потеря одного из сотни штреков раз в 3.. .5 лет - достаточно низкая цена за энергию, переносимую им при нормальной работе.

6.10.2. Горенш

Ситуация, скл; казаться аналогичн грунта кислород, о туру теплоноситеш

где 25 МДж/ слорода; П - пор) доля кислорода Ср 0,75 КДж/

Например, для за счет выгорания к

Можно опасат] них пустот. Но эт прогрева азот, остш

Конечно, расш! него к натрию нач в крупных масштаба

Несколько ело: ствии с влагой грун ва и предыстории, содержаться до 30.. репном щебне из гр

Если прилегак щебня, то проникш ние будет определ5 Повышение темпер;

то есть при влажное (А7зодь, = 80°С)на

Это означает, ч ностей при попадан! 5 %, а натрий имеет передачи тепла гру



заведомо выше точки

длину -100 м, объем

количестве кислорода щелится -5 ГДж энер-ти 4 т натрия, вьшив-:ь облицована сталью к штрека потребуется 1Я кислорода темпера- температуры натрия ерез несколько часов,

изится до -50 °С, если

т

Ш

i трубы; 3 - стальная (; 7- внешняя стальная

тся из второго конту-но в течение месяцев )олее медленной теп-бетоном либо собрать представляется более - достаточно низкая

т

6.10.2. Горение в пористой породе

Ситуация, складывающаяся при проникновении натрия в грунт, может показаться аналогичной подземным пожарам. Однако при небольшой пористости грунта кислород, содержащийся в пустотах, быстро выгорит, повысив температуру теплоносителя на

(6.27)

грунт

где ~ 25 МДж/кг - энергия, выделяемая при поглощении натрием 1 кг кислорода; П - пористость грунта; рвзд =1,4 кг/ш^ - плотность воздуха; 0,2 -

плотность грунта;

доля кислорода в воздухе; Ргрунт ~ 2000 кг/м Ср ~ 0,75 КДж/(кг К) - теплоемкость грунта.

Например, для пористости в 10% (П~ 0,1) повышение температуры грунта за счет выгорания кислорода составляет менее градуса.

Можно опасаться проникновения содержащего кислород воздуха из соседних пустот. Но этому процессу будет препятствовать расширяющийся после прогрева азот, оставшийся от воздуха после выгорания кислорода.

Конечно, расширяющийся азот, отойдя от горячего натрия, охладится и через него к натрию начнет диффундировать кислород. Чтобы этого не произошло в крупньгх масштабах, грунт можно перекрыгь слоями непроницаемого материала.

Несколько сложнее предвидеть, как будет гореть натрий при взаимодействии с влагой грунта. Содержание воды В в грунте сильно зависит от его состава и предыстории. Так, в мелком песке, недавно извлеченном из воды, может содержаться до 30...40% (объемных) воды, а в крупном предварительно проветренном щебне из гранита всего 0,1... 1 %.

Если прилегающий к корпусу КВС слой засыпки выполнен из плотного щебня, то проникающий в пустоты натрий окажется в избытке, энерговыделение будет определять вода с калорийностью при реакции ?воды ~12 МДж/кг. Повышение температуры смеси грунта и натрия за счет воды составит

воды Рводы Ргрунт

= 8-10В,

(6.28)

грунт

ТО есть при влажности 1 % (В = 0,01) повышение температуры грунта за счет воды (AГвoд^ = 80 °С) на 2 порядка больше, чем за счет выгорания кислорода пустот.

Это означает, что от влажности породы можно ждать наибольших неприятностей при попадании в нее горячего натрия. Например, если влажность окажется 5 %, а натрий имеет температуру Т^ = 550 °С, можно опасаться его вскипания до передачи тепла грунту. Пары натрия устремятся по пустотам, взаимодействуя



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов