Демонстрационный реактор с расплавленной солью

Демонстрационный реактор на расплавленной соли ( MSDR (MSR) полупромышленного масштаба, ) представлял собой экспериментальный реактор на расплавленной соли разработанный в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL). ^{[ 1 ]}

Благодаря успеху как эксперимента с авиационным реактором (ARE), так и эксперимента с реактором на расплавленной соли (MSRE), ORNL продолжил разработку MSDR и реактора-размножителя расплавленной соли (MSBR). MSDR представляет собой 750 МВт _{конструкцию MSR мощностью} используется LiF - BeF ₂ - ThF ₄ - UF ₄ , в которой в качестве основной топливной соли (71,5-16,0-12,0-0,5 мольных %). Вторичная соль-хладагент представляет собой FLiBe (2LiF-BeF ₂ ) (66-34 мол.%). «Первоначальная цель проекта MSDR заключалась в демонстрации концепции MSR в полукоммерческом масштабе, одновременно максимизируя развитие базовой технологии, помимо той, которая уже продемонстрирована MSRE». ^{[ 2 ]}^: 486

Проектирование реактора

Конструкция MSDR имеет первичный топливный контур, первичный контур охлаждающей жидкости и балансовую систему.

Параметры проектирования для MSDR ^{[ 2 ]}^: 487
Свойство	Ценить	Единицы
Номинальная тепловая мощность	750	МВт
Рабочее давление	0.1	МПа
Основная температура горячей/холодной ветви	677/566	°С
Температура вторичной горячей/холодной ветви	593/482	°С
Первичный общий массовый расход	5000	кг/с
Вторичный общий массовый расход	2800	кг/с

Первичный топливный контур

Топливная соль циркулирует из реактора к первичному топливному насосу, затем к первичному теплообменнику (PHX), откуда затем возвращается обратно в реактор. Первичный топливный контур представляет собой систему с принудительной подачей топлива. Компонентами, которые являются частью первичного топливного контура, являются реактор, PHX, чаша насоса, насос, а также трубопроводы горячей и холодной ниток. MSDR имеет три контура теплообменника. В каждом из этих контуров параллельно подключены один насос и два теплообменника. В активной зоне используются графитовые отражатели, как радиальные, так и осевые. Насосы имеют производительность 8100 галлонов в минуту и представляют собой центробежные насосы. PHX в первом топливном контуре отводят тепло в первый контур теплоносителя и представляют собой кожухотрубные теплообменники. PHX изготовлены из сплава на основе никеля Hastelloy N, и каждый из них имеет скорость теплопередачи, равную 125 МВт. Основной топливной солью для МСДР является LiF - BeF ₂ - ThF ₄ - UF ₄ (71,5-16,0-12,0-0,5 мольных %).

Номинальные значения топливной соли MSDR от Bettis ^{[ 1 ]}^: 29
Свойство	Номинальная стоимость	Единицы
Плотность	236,3-0,0233×Т(°F)	фунт/фут ³
Вязкость	0,2637×exp(7362/(459,7+T(°F)))	фунт/час·фут
Теплопроводность	0.75	БТЕ/час·фут·(°F)
Удельная теплоемкость	0.32	БТЕ/фунт·(°F)

Теплофизические свойства Хастеллоя-Н (температуры в Кельвинах) ^{[ 3 ]}^: 28
Свойство	Номинальная стоимость	Единицы
Плотность	8,860	кг/м ³
Теплопроводность	9,77-(3,2е ⁻⁴×Т)+(1,46е ⁻⁵×T ²)	Вт/м ²·К
Удельная теплоемкость	489-(0,34e-4×T)+(4,6e ⁻⁴×T ²)	Дж/кг К

Теплофизические свойства графита (температуры в Кельвинах) ^{[ 3 ]}^: 28
Свойство	Номинальная стоимость	Единицы
Плотность	1776.66	кг/м ³
Теплопроводность	169-(0,125×Т)+(3,28е ⁻⁵×T ²)	Вт/м ²·К
Удельная теплоемкость	-144-(3,67×Т)+(2,2е ⁻³×T ²)+(4.63е ⁻⁷×T ³)	Дж/кг К

ПХХ

PHX представляют собой теплообменники кожухотрубного типа. На трубной стороне PHX находится горячая жидкость, которая представляет собой топливную соль, протекающую через нее с температурой на входе PHX 1250°F и температурой на выходе PHX 1050°F. Перепад давления на теплообменнике составляет 127 фунтов на квадратный дюйм, а массовый расход составляет 6,6×10. ⁶ фунт/час.

На стороне корпуса в качестве холодной жидкости используется соль охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость имеет температуру на входе 900°F и температуру на выходе 1100°F. Перепад давления на теплообменнике составляет 115 фунтов на квадратный дюйм, а массовый расход со стороны корпуса составляет 3,7×10. ⁶ фунт/час.

Материал труб, корпуса и трубной решетки — Hastelloy N. Общая площадь теплопередачи с учетом внешней стороны трубок составляет 4024 фута. ². Объем топливной соли в трубках составляет 20,8 фута. ³. Имеется 47 перегородок дискового и кольцевого типа. Общий коэффициент теплопередачи (U) равен 700 БТЕ/ч·фут. ². ^{[ 1 ]}^: 28

Первичный контур охлаждающей жидкости

Первичный контур охлаждающей жидкости включает в себя насос охлаждающей жидкости, корпусную сторону PHX и трубчатую сторону вторичного теплообменника. Всего имеется три первичных контура теплоносителя, соответствующих трем первичным топливным контурам. Все вторичные теплообменники отводят тепло на баланс установки. Вторичная соль – LiF-BeF ₂ (66–34 мол. %).

Номинальные значения соли охлаждающей жидкости MSDR FLiBe от Bettis ^{[ 1 ]}^: 29
Свойство	Номинальная стоимость	Единицы
Плотность	138,68-0,01456×Т(°F)	фунт/фут ³
Вязкость	0,2806×exp(6759/(459,7+T(°F)))	фунт/час·фут
Теплопроводность	0.58	БТЕ/час·фут·(°F)
Удельная теплоемкость	0.57	БТЕ/фунт·(°F)

Вторичный контур охлаждающей жидкости/силовой цикл

В предлагаемой конструкции используется второй контур теплоносителя, в качестве рабочего тела которого используется нитрат-нитратная соль. Нитратная соль - KNO ₃ - NaNO ₂ - NaNO ₃ (44-49-7 мольных %). Выбранным энергетическим циклом является сверхкритический паровой цикл Ренкина. Вода имеет температуру 1050°F (838,71 К) на выходе из вторичного теплообменника и давление 3500 фунтов на квадратный дюйм (24132 кПа).

Номинальные значения солей охлаждающей жидкости MSDR нитрат-нитрат от Bettis ^{[ 1 ]}^: 29
Свойство	Номинальная стоимость	Единицы
Плотность	130,6-0,0254×Т(°F)	фунт/фут ³
Вязкость	0,1942×exp(3821,6/(459,7+T(°F)))	фунт/час·фут
Теплопроводность	0.33	БТЕ/час·фут·(°F)
Удельная теплоемкость	0.37	БТЕ/фунт·(°F)

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Беттис, Э.С., Л.Г. Александр и Х.Л. Уоттс. Исследования по проектированию демонстрационной установки реактора с расплавленной солью . ORNL-TM-3832, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Теннесси, США. Июнь 1972 года.
^ Jump up to: ^а ^б М. С. Гринвуд, Б. Р. Бетцлер, А. Л. Куаллс, Джунсу Ю и Кристиан Рабити, «Демонстрация усовершенствованного инструмента моделирования динамических систем TRANSFORM в применении реактора с расплавленной солью с помощью модели демонстрационного реактора с расплавленной солью», Nuclear Technology, 206(3) , стр. 478–504, март 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б М. С. Гринвуд, Б. Р. Бетцлер и А. Л. Куоллс, «Модели динамических систем для информирование о лицензировании и расследованиях по обеспечению безопасности реакторов на расплавах солей», Tech. Представитель ORNL/TM-2018/876, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, США. Июнь 2018.

Внешние ссылки

[Bettis-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Беттис, Э.С., Л.Г. Александр и Х.Л. Уоттс. Исследования по проектированию демонстрационной установки реактора с расплавленной солью . ORNL-TM-3832, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Теннесси, США. Июнь 1972 года.

[Greenwood2020-2] Jump up to: ^а ^б М. С. Гринвуд, Б. Р. Бетцлер, А. Л. Куаллс, Джунсу Ю и Кристиан Рабити, «Демонстрация усовершенствованного инструмента моделирования динамических систем TRANSFORM в применении реактора с расплавленной солью с помощью модели демонстрационного реактора с расплавленной солью», Nuclear Technology, 206(3) , стр. 478–504, март 2020 г.

[Greenwood2018-3] Jump up to: ^а ^б М. С. Гринвуд, Б. Р. Бетцлер и А. Л. Куоллс, «Модели динамических систем для информирование о лицензировании и расследованиях по обеспечению безопасности реакторов на расплавах солей», Tech. Представитель ORNL/TM-2018/876, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, США. Июнь 2018.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]