Водно-химический режим АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и РБМК-1000 Рощектаев Б.М

2.2. Назначение системы СВО-2

Система очистки оргпротечек и продувочной воды 1 контура предназначена для:

очистки продувочной воды 1 контура и вод оргпротечек от продуктов коррозии (растворенных и дисперсных), осколков деления ядерного топлива (в случае повреждения ТВЭЛов), примесей в виде ионов и посторонних примесей, поступающих в 1 контур с подпиточной водой и дозируемыми коррекционными реагентами;

для плавного регулирования концентрации щелочных металлов (Na, K, Li) и аммиака в 1 контуре;

выведения избыточной щелочности из теплоносителя, а также для удаления борной кислоты из теплоносителя в конце кампании.

СВО-2 состоит из двух технологических ниток. В каждой нитке

один из катионитовых фильтров загружается катионитом в

Н+-форме, другие – в (NH4++K+)-форме. Анионитовый фильтр эксплуатируется в борной или ОН−-форме.

Анионитовый фильтр в борной форме предназначен для очистки теплоносителя от анионов различных примесей и радионуклидов, находящихся в анионной форме:

R-N(CH3)3H2BO3 + An− → R-N(CH3)3 An + H2BO3−.

Из приведенной реакции обмена видно, что борная кислота, находящаяся в теплоносителе, не может быть выведена анионитом, находящимся в борной форме. Для ее вывода из теплоносителя в конце кампании необходимо использовать анионит, находящийся в

ОН−-форме:

R-N(CH3)3ОН + H2BO3− → R-N(CH3)3H2BO3 + ОН−.

Катионитовый фильтр в форме (NH4++K+) предназначен для очистки теплоносителя от различных катионов, находящихся в

виде примесей в теплоносителе:

R-SO3NH4 + Kat+ → R-SO3Kat + NH4+;

R-SO3K + Kat+ → R-SO3Kat + K+.

Из приведенных реакций обмена видно, что очистить теплоноситель от катионов NH4+ и K+ не представляется возможным в случае нахождения катионита в K+ и NH4+ формах. Для этой цели другой катионит должен находиться в Н+-форме:

31

R-SO3Н + K+ → R-SO3K + Н+;

R-SO3Н + NH4+ → R-SO3NH4 + Н+.

Таким образом, сочетанием ионитов, находящихся в разных формах, поддерживают, с одной стороны, необходимую концентрацию корректирующих добавок в 1 контуре, а с другой стороны, нормируемую чистоту теплоносителя.

Замена фильтрующего материала производится после пропускания ~ 80 тыс. объемов воды через один объем ионитов или после их полного истощения, что определяется по результатам химических анализов фильтрата. Характеристика ионообменных смол, загружаемых в фильтры системы СВО-2, представлен в табл. 2.2.

При нормальной работе энергоблока постоянно производится продувка 1 контура с расходом 15–25 м3/ч. Продувочная вода охлаждается за счет регенеративного теплообмена до температуры 40–50 ºС. После охлаждения продувочная вода направляется на СВО-2. Давление в системе СВО-2 поддерживается на уровне

16кгс/см2.

Из двух параллельных ниток системы в работе постоянно

находится одна нитка фильтров. Вторая нитка фильтров в это время находится в резерве. Включение второй нитки в работу в

32

параллель с первой производится в режиме увеличения расхода продувочной воды первого контура до величины более 30 т/ч. Кроме того, в случае вывода рабочей нитки на регенерацию или ремонт в работу также включается резервная нитка. При эксплуатации системы СВО-2 контролируются перепады давления на фильтрах работающей нитки. Они не должны превышать:

для катионитового фильтра – 1,0 кгс/см2;

для анионитового фильтра – 0,8 кгс/см2;

для фильтра-ловушки ионитов – 0,5 кгс/см2.

Отключение на регенерацию рабочей нитки фильтров производится при достижении любого из следующих показателей:

увеличение величины рН свыше 6,5 на выходе катионитового фильтра при совместной работе катионитового и анионитового фильтров;

содержание ионов натрия после катионитового фильтра

1мг/кг и более;

содержание продуктов коррозии после катионитового фильтра более 0,2 мг/кг;

содержание хлорид-иона после анионитового фильтра

0,1 мг/кг и более.

Регенерация ионитов производится для катионитового фильтра подачей 5 % раствора азотной кислоты HNO3. Для анионитового фильтра регенерация проводится подачей 5 % раствора щелочи КОН.

2.3. Назначение установки СВО-3

Установка СВО-3 предназначена для очистки трапных вод от механических и химических примесей, в том числе от продуктов радиоактивного распада.

Установка включает в себя две нитки выпарных аппаратов и ионообменных фильтров. Каждая нитка установки включает следующее оборудование:

выпарной аппарат;

конденсатор-дегазатор;

дефлегматор;

регенеративный теплообменник;

теплообменник охлаждения дистиллята;

насосы деаэрированной воды;

33

фильтры механической очистки;

катионитовый фильтра марки КФ-38;

анионитовый фильтр марки АФ-39;

контрольные баки дистиллята;

теплообменник охлаждения конденсата;

монжюс кубового остатка выпарного аппарата;

аммиачная колонка.

Дистиллят, получаемый в результате переработки трапной воды на выпарных аппаратах установки СВО-3, используется для создания и поддержания необходимого запаса «чистого» конденсата.

Основные технические характеристики оборудования СВО-3. Выпарной аппарат предназначен для выпаривания водных

растворов и очистки образующегося вторичного пара. Производительность по вторичному пару составляет 6120 кг/ч. Выпарной аппарат включает в себя греющие камеры, сепараторы, барботажные тарелки, набивку колец Рашига, переливные трубы, опускную трубу, пробоотборник. Технические данные выпарного аппарата приведены в табл. 2.3.

Конденсатор-дегазатор служит для конденсации вторичного пара и его дегазации. Он состоит из конденсационного теплообменника с поверхностью теплообмена 58,6 м2 и испарителя с поверхностью нагрева 0,4 м2. В головке испарителя имеется насадка из колец Рашига. Технические характеристики конденсаторадегазатора приведены в табл. 2.4.

34

Регенеративный теплообменник предназначен для подогрева подаваемой на переработку исходной воды и одновременного охлаждения конденсата вторичного пара. По конструкции представляет собой противоточный теплообменник.

Теплообменник-доохладитель дистиллята предназначен для снижения температуры дистиллята перед подачей его на ионообменные фильтры установки СВО-3.

Насосы деаэрированной воды предназначены для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей, производительностью 8 м3/ч и давлением в рабочей точке 6,0 кгс/см2.

Качество перекачиваемой среды:

содержание твердых включений, не более – 0,1 %;

размеры твердых частиц, не более – 0,2 мм;

35

плотность перекачиваемой жидкости – ≤1850 кг/м3;

вязкость, не более – 10 спз;

температура – 40÷200 ºС.

Фильтры механической очистки воды предназначены для очистки дистиллята от органических и механических примесей. Фильтры загружены катионитом КУ-2-8 чс.

Основные характеристика механических фильтров очистки воды:

наружный/внутренний диаметр корпуса фильтра – 1020/1000 мм;

габаритная высота – 3142 мм;

основной материал корпуса – сталь 0Х18Н10Т;

полный объем – 2,01 м3;

рабочее давление – 8,0 кгс/см2;

номинальная пропускная способность – 6,0÷20 м3/ч. Катионитовый фильтр КФ-38 предназначен для очистки

дистиллята выпарных аппаратов от катионов солей жесткости. Конструкция этих фильтров аналогична конструкции механических фильтров. Фильтры загружены катионитом марки КУ-2-8 чс. Высота загрузки 1500 мм, скорость фильтрования 20–30 м/ч. Катионитовые фильтры установки СВО-3 снабжены системой подачи регенерирующих растворов и гидровыгрузки фильтрующего материала.

Анионитовый фильтр предназначен для поглощения кислотных остатков, образующихся при Н-катионировании исходной воды, и получения обессоленного дистиллята. Конструкция анионитовых фильтров аналогична конструкции механических фильтров.

Анионитовые фильтры загружены анионитом АВ-12-8 чс. Эти фильтры снабжены системой подачи регенерирующих растворов и системой гидровыгрузки фильтрующего материала так же, как и катионитовые фильтры.

Контрольные баки дистиллята имеют полезный объем 70 м3 каждый. Предназначены для приема и «сортировки» дистиллята выпарных аппаратов в зависимости от его активности и химического состава. Они изготовлены из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т.

Дистиллят из баков в случае отсутствия в нем радионуклидов подается в систему подпитки 1 контура или сбрасывается в баки собственных нужд.

36

Монжюс предназначен для сбора и перекачки кубового остатка в емкость кубового остатка промежуточного узла очистки ЖРО. Объем монжюса 0,5 м3.

Аммиачная колонка предназначена для выведения аммиака из сдувки конденсатора-дегазатора. Принцип действия колонки основан на ректификации водно-аммиачной среды.

Технические характеристики аммиачной колонки:

производительность по пару – 200÷400 кг/ч;

внутренний диаметр – 300 мм;

число тарелок – 5 шт.;

расчетная степень отгонки аммиака – 10.

2.4. Установка СВО-4

Установка предназначена для очистки от механических, ионных и коллоидных примесей воды бассейна выдержки и баков запаса борной кислоты, которые можно рассматривать как единую технологическую составляющую.

Вода бассейнов выдержки в процессе работы энергоблока загрязняется стабильными и радиоактивными продуктами коррозии и механическими и коллоидными примесями. Источниками такого загрязнения могут служить тепловыделяющие сборки, с которых смываются продукты коррозии, конструкционные материалы бассейнов выдержки, примеси воды, дезактивирующие вещества, ПАВ и моющие химические реагенты, применяемые для мытья центрального зала, а также продукты распада топлива в случае разгерметизации ТВЭЛов.

Практика показывает, что активность воды бассейнов выдержки может достигать 10-6 ÷ 10-5 Ки/л.

Помещенные в бассейн выдержки ТВС выделяют тепло и разогревают воду до температуры, превышающей безопасную. С целью избежания такого явления часть воды бассейна выдержки (продувочной воды) циркулирует через теплообменники, охлаждаемые технической водой. При этом обслуживающим персоналом строго соблюдается условие: давление охлаждающей воды, по условиям радиационной безопасности, должно быть больше давления воды бассейна выдержки. В случае появления неплотностей в теплообменниках техническая вода через них

37

поступает в бассейн выдержки, а не наоборот, что могло бы служить причиной радиоактивного загрязнения технологического

оборудования. В этом случае имеет место негативный момент. Он заключается в том, что все примеси Ca2+, Mg2+, Na+, Cl–, SO42– и

другие, содержащиеся в технической воде, переходят в бассейн выдержки, что, в свою очередь, требует дополнительной очистки воды бассейна.

Баки запаса борной кислоты заполняются раствором борной кислоты, который используется при заполнении бассейнов выдержки и, при необходимости, для аварийной подпитки 1 контура.

Содержание H3BO3 в растворе поддерживается на уровне 12 г/кг и более.

Предельно допустимая концентрация примесей, поступающих в баки аварийного запаса борной кислоты, не должна превышать норм, предъявляемых к теплоносителю первого контура, представленных в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Нормы качества воды баков аварийного запаса борной кислоты и бассейнов выдержки

Для поддержания качества воды в бассейне выдержки и в баках аварийного запаса борной кислоты предусмотрены системы очистки, не имеющие отличий для всех блоков.

Система очистки включает в себя следующее оборудование:

насос подачи воды отсеков бассейнов выдержки на установку очистки;

насос подачи борного раствора в бассейн выдержки;

насос подачи борного раствора из баков запаса на установку очистки;

механический фильтр установки очистки МФ-41;

катионитовый фильтр КФ-42;

38

анионитовый фильтр АФ-43.

Установка работает периодически. Охлаждение воды бассейнов выдержки производится до температуры 30 – 50 ºС. При более высокой температуре происходит усиленное испарение воды из бассейна и ухудшение радиационной обстановки.

Контролируемые параметры воды бассейна выдержки представлены в табл. 2.6.

В режиме работы фильтров качество очищенной воды должно отвечать следующим нормам:

после механического фильтра: прозрачность ≥ 85 %;

после катионитового фильтра: рН ≤ 5;

после анионитового фильтра: рН ≥ 6,0–6,5.

Регенерация фильтров проводится 5 % азотной кислотой и 4 % раствором едкого калия.

Отмывка ионитов от продуктов регенерации осуществляется конденсатом и заканчивается при достижении рН = 8÷9 и концентрации хлорид-ионов ≤ 50 мкг/кг.

Отличительной особенностью установки СВО-4 является увеличенная площадь фильтрования механического фильтра, необходимая для более качественной очистки от коллоидных и механических примесей.

2.5. Назначение системы СВО-5

Система очистки воды непрерывной и периодической продувки парогенераторов предназначена для очистки охлажденной продувочной воды парогенераторов от химических и механических

39

примесей, в том числе и радиоактивных, поддержания параметров водно-химического режима второго контура и возврата очищенной продувочной воды парогенераторов в конденсато-питательный тракт второго контура.

Производительность установки 30 т/ч при работе в нормальном режиме и 40 т/ч при работе в интенсивном режиме.

Всистему СВО-5 входит по одной нитке оборудования на блок

иодна резервная нитка на все блоки.

Всистеме применяются иониты только органического происхождения – сополимеры, наиболее устойчивые в механическом и химическом отношении: сильнокислотный катионит КУ-2-8 чс и сильноосновный анионит АВ-17-8 чс.

Очистку продувки от механических примесей обеспечивает механический фильтр. В качестве фильтрующего материала в нем используется катионит.

Величина продувки парогенератора изменяется от 0,5 % в установившемся режиме работы до 1,0 % в переходных режимах.

Продукты коррозии, в отличие от растворимых солей, с продувочной водой полностью не выводятся и накапливаются в парогенераторе в виде отложений и шлама на внутренних поверхностях. При пуске и останове ЯППУ происходит частичный смыв продуктов коррозии за счет тепловых и гидравлических возмущений, и их содержание в продувочной воде повышается в тысячи раз. В этом случае необходимо значительно увеличить продувку, более 10 % от паропроизводительности, но такая нагрузка сопряжена с большими техническими трудностями.

Расчетная производительность СВО-5 при непрерывной работе

– 23,4 т/ч, а с учетом периодической продувки – 27 т/ч.

Вмеханические фильтры могут быть загружены такие фильтрующие материалы, как сульфоуголь, активированный уголь, нерегенерируемые катиониты. На зарубежных АЭС в ряде случаев для механического фильтрования используются электромагнитные фильтры.

Вслучае идеальной очистки турбинного конденсата перспективны для осветления высокотемпературные сорбенты.

При отклонении от нормы качества продувочной воды после ионообменных фильтров, их отключают для проведения регенерации, включая в работу резервную нитку фильтров.

40