Инновационную модель печи остекловывания ядерных отходов создали в Петербурге

Инновационную цифровую модель печи остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов создали исследователи из Передовой инженерной школы "Цифровой инжиниринг" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). Разработка позволит инженерам быстрее, эффективнее и безопаснее планировать производственные циклы сложнейшего оборудования для утилизации ядерных отходов, ТАСС.

"Модель показывает, как перемещается стекломасса, как меняется температура в разных зонах и как оборудование реагирует на смену режимов. Это особенно важно для обеспечения эффективной работы такого сложнейшего оборудования, как печь остекловывания. Цифровая модель учитывает влияние сложных физических процессов, в том числе теплообмен, гидродинамику, электродинамику. Одновременный учет множества вводных параметров и их взаимодействие позволяет проводить сложнейшие исследования для оптимизации процесса остекловывания «в цифре», что дешевле и безопаснее, чем натурные испытания", – пояснил ведущий инженер отдела кросс-отраслевых технологий Инжинирингового центра школы Дмитрий Евстратов.

Для создания модели ученые использовали методы конечных элементов и конечных объемов, дополненные алгоритмами машинного обучения и регрессионного анализа. Цифровая модель уже прошла валидацию – ее показатели сравнили с данными существующей опытной установки. Расхождения по ключевым параметрам оказались минимальными. Это первая в своем роде высокоадекватная мультифизическая модель печи, собранная как единая система на цифровой платформе с подготовкой к валидации.

Работы в этом направлении в СПбПУ ведутся несколько лет. В 2023 году команда исследователей разработала архитектуру будущего цифрового двойника – его подробный проект и систему математических и компьютерных моделей. Разработка ведется по заказу ФГУП ПО "Маяк" (входит в ГК "Росатом") на базе цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench.

Печь остекловывания (витрификации) радиоактивных отходов – это промышленная электропечь, где жидкие радиоактивные отходы смешивают со стеклообразующими добавками и расплавляют, чтобы после охлаждения получить твердую массу, которая надежно фиксирует радионуклиды в твердой фазе, уменьшая их подвижность и риск миграции. Полученная масса удобна в транспортировке и утилизации.

Такие печи обычно эксплуатируют непрерывно от 2 до 10 лет, а ремонтировать их опасно и почти невозможно. Сложность создания цифровой модели витрификационной печи состоит в том, что она должна рассчитывать многофакторный физический процесс, который подтверждается на реальном оборудовании.

Цифровая модель в перспективе может стать "двойником" реальной печи. Она помогает контролировать и прогнозировать состояние техники, модернизировать ее, быстрее проектировать новые печи, а также оптимизировать качество стекла и обучать персонал.