В связи с тем, что условия работы, режимы образования отложений и режимы применения устройств для выполнения водородной очистки транспортных и вновь разрабатываемых реакторных установок существенно отличаются, в последних невозможно применение устройств и режимов, разработанных ранее. Таким образом, возникла необходимость проведения целого комплекса исследований, направленных на обоснование технологии применения смесей водорода и водяного пара для обеспечения безаварийной работы перспективных реакторных установок.
Проекты крупногабаритных реакторных установок имеют моноблочную или усовершенствованную петлевую конструкцию без трубопроводов и со значительными поверхностями раздела «теплоноситель — газ».
Как показал анализ методов диспергирования газа и организации двухкомпонентного потока, наиболее существенными ограничениями при организации эффективной обработки ТЖМТ и I контура РУ усовершенствованной петлевой и моноблочной конструкции являются существенная протяженность вертикальных опускных каналов и течений и малые значения (< 0,2 м/с) скоростей ТЖМТ в них.
Для ввода газа в теплоноситель в них невозможно применение классических эжекторов.
Было проведено теоретическое сравнение возможных методов и устройств диспергирования газовой фазы в жидкостях и организации двухкомпонентного потока «жидкость – газ», а на основании его результатов целый ряд таких устройств был исследован экспериментально.
Из всех испытанных устройств этим требованиям соответствует в наибольшей степени механический диспергатор газа.
Учитывая конструктивные особенности создаваемых реакторных установок, в качестве штатного устройства водородной очистки был рекомендован механический диспергатор газа.
В дальнейшем специалистами АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» было разработано устройство ввода газа в жидкий металл с движущимися частями, которое является одним из типов механических диспергаторов газа.
После проведения водородной очистки необходимо удалить водород из защитного газа РУ. Главной причиной необходимости удаления водорода из защитного газа первого контура РУ с ТЖМТ является водородная безопасность. Традиционным способом уменьшения концентрации водорода в инертном защитном газе в исследовательских и реакторных установках с ТЖМТ является многократная замена газа или вакуумирование газовой системы с последующим её заполнением инертным газом. В разрабатываемых РУ с ТЖМТ такой способ уменьшения концентрации водорода является нецелесообразным в связи с большими объемами защитного газа и нормами радиационной безопасности. Особенностью же газовых контуров РУ с ТЖМТ является крайне низкое, практически отсутствующее содержание примеси кислорода. Для имеющихся на рынке катализаторов рекомбинации водорода характерно, что самым минимальным содержанием кислорода в них для очистки от водорода является стехиометрический избыток кислорода над водородом на 10 %, что в эксплуатационных условиях РУ с ТЖМТ практически невозможно.
Специалистами АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» разработан дожигатель водорода, принцип действия которого основан на химической реакции восстановления оксида металла с образованием паров воды и последующего обратимого окисления до исходной формы газообразным кислородом.
Выполнен комплекс экспериментальных исследований по определению эффективности дожигания водорода гранулированным оксидом свинца, которые позволили получить расчетные зависимости константы скорости реакции частичного восстановления свинца из оксида свинца (PbO) от скорости движения над ним аргоноводородной газовой смеси. Разработана инженерная методика расчета характеристик дожигателя водорода, основанная на эмпирических данных.
Аналогичные экспериментальные исследования выполнены для гранулированного оксида меди (CuO), который также может быть использован в качестве засыпки в дожигателях водорода.
При поддержании неизменного кислородного режима в ТЖМТ (по показаниям датчика ТДА кислорода) количество растворенного кислорода, потребляемого первым контуром реакторной установки, меняется в соответствии с изменением режима работы реакторной установки. В какой-то момент времени количество растворенного кислорода, потребляемого контуром, начинает увеличиваться, хотя режим работы ЯЭУ не изменился. Это может произойти из-за разрушения оксидной защитной пленки на каком-либо участке циркуляционного контура, и после того, как оксидное покрытие будет восстановлено, скорость потребления кислорода вернется на предыдущий уровень. Если количество растворенного кислорода, потребляемого контуром, продолжает расти, то можно говорить о развитии в нем процессов коррозии, эрозии и/или вибрационного износа поверхности материалов элементов конструкций и необходимо принимать соответствующие меры. По количеству кислорода, потребленного контуром, оценивается степень износа поверхности конструкционных материалов.