Nükleer santrallerde kullanılan boruların erozyon modellemesinin fiziksel dekontaminasyon açısından analiz edilmesi
Analysis of erosion modelling of pipes used in nuclear power plants in terms of physical decontamination
Yazar: YASİN ÇETİN
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Radyoaktif dekontaminasyon uygulamaları, nükleer santrallerin işletmesi sırasında ve söküldükten sonra oluşan radyoaktif olarak kontamine ekipmanın radyoaktivitesinin uygun yöntemlerle azaltılması sürecine dayanmaktadır. Ekipmanın yüzeylerindeki veya yüzeye yakın bölgelerdeki radyoaktif kirlilikler, fiziksel ve/veya kimyasal radyoaktif dekontaminasyon yöntemleriyle giderilmektedir. Bu çalışma, nükleer santrallerde kullanılan kontamine olmuş boruların fiziksel bir yöntem olarak aşınma ve erozyon mekanizması ile radyoaktif dekontaminasyonu için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ile modellemeyi ele almaktadır. Erozyonun mikromekanik süreci birçok faktörden etkilenmektedir. Bu çoklu faktörlerden en kritik olanları, akışkan ve katı parçacık özellikleri, parçacık boyutu ve akışkan hızının erozyon üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen tüm sonuçlar, maksimum erozyon oranı değerlerine göre belirli bir boru çapı ve boyutu için karşılaştırılmıştır. En yüksek erozyonun elde edildiği model akışkan olarak suyun kullanıldığı, akışkan hızının 40 m/s olduğu, katı parçacık olarak ise 3 mm'lik çelik parçacıkların yer aldığı modeldir. Bu modelde yapılan analiz ile maksimum erozyon oranı olarak 6,46x10-6 kg m-2 s-1 (3,25 μm/saat) değerine ulaşılmıştır. Ekipmanın tamamında kontaminasyon genel olarak dağıldığı için bütün bir radyoaktif dekontaminasyon uygulamak için maksimum erozyon oranından ziyade ortalama bir erozyon değerine ihtiyaç duyulmaktadır. Ortalama erozyon değerini bulmak için dirsek borudan eşit aralıklarla ve tüm ekipmanı kapsayacak şekilde 48 farklı noktadan değerler alınmıştır. Bu ölçüm sonucunda da ortalama erozyon oranı olarak 5,97x10-8 kg m-2 s-1 (0,03 μm/saat) değeri ortaya çıkmıştır.

Abstract:
Radioactive decontamination practices are based on the process of reducing the radioactivity of the contaminated equipment, which occurs during operation and after the dismantling of nuclear power plants, with appropriate methods. Radioactive contamination on or near surfaces of equipment are removed by physical and/or chemical radioactive decontamination methods. This study deals with the modeling with Computational Fluid Dynamics (CFD) for the radioactive decontamination of contaminated pipes used in nuclear power plants by the physical methods of abrasion and erosion mechanism. The micromechanical process of erosion is affected by many factors. Of these multiple factors, the most critical ones, fluid and solid particle properties, particle size and velocity effects on erosion are examined. All obtained results were compared for a particular pipe diameter and size according to maximum erosion rate values. The model which is the highest erosion achieved is the one in which water is used as the fluid, the fluid velocity is 40 m/s, and 3 mm steel particles are used as solid particles. With the analysis made in this system, the maximum erosion rate of 6,46x10-6 kg m-2 s-1 (3,25 μm/hour) was reached. Since the contamination is generally dispersed throughout the equipment, an average erosion value rather than a maximum erosion rate is needed to apply a complete radioactive decontamination. In order to find the average erosion value, measurements were taken from 48 different points at equal intervals from the pipe and covering all equipment. As a result of these measurements, the average erosion rate was 5,97x10-8 kg m-2 s-1 (0,03 μm/hour).