13.6. Водный режим в парогенераторах и реакторах

Правильный выбор качества питательной воды и определение оптимального межпромывочного периода за-ключают в себе рациональную организацию водного режима прямоточных парогенераторов. Определение количества примесей питательной воды, уносимых с паром и отлагаю-щихся на поверхности, на основе анализа состава примесей и значений коэффициентов распределения является перво-очередной задачей. Границы отложения примесей и ин-тенсивность отложений зависят от параметров парогенера-тора, состава питательной воды и плотности тепловых по-токов. Состав отложений при заданном качестве питательной воды определяется давлением. При средних давлениях не менее 90% всех примесей оседает на поверхностях теп-лообмена. С ростом давления начинается избирательный унос примесей в виде паровых растворов. Отложения в пря-моточных парогенераторах будут состоять из соединений Са, Mg, Fe и Сu. При давлениях ниже 14 МПа в растворах будет содержаться также и сульфат натрия. Допустимая толщина отложений определяется с учетом допустимого повышения температуры стенки по сравнению с ее тем-

нературой при безнакипном режиме Δt_доп:

δ_доп=(λ_отл/q)Δt_доп. (13.33)

Следует иметь в виду, что толщину отложений более 0,2 мм (даже при t₁<t_доп) допускать нельзя. Толщина отложений, равная δ<0,2 мм, исключает вредные последствия подшламовой коррозии и обеспечивает полную отмывку отложений.

В парогенераторах с естественной и многократной при-нудительной циркуляцией организация водного режима за-ключается в обеспечении оптимальных физико-химических характеристик парогенераторной воды при любых режимах их эксплуатации. Это требование выполняется посредством: выбора величины продувки, коррекционного метода обра-ботки парогенераторной воды (при необходимости), про-мывки пара и применения ступенчатого испарения. Величина продувки колеблется в диапазоне 0,5—3%, а в горизон-тальных парогенераторах АЭС с водным теплоносителем — не более 0,5 %.

Для снижения интенсивности коррозионных процессов, обусловленных присутствием в парогенераторной воде кис-лорода и двуокиси углерода, применяют гидразингидраг (Ν₂Η₄Η₂Ο) и аммиак (ΝΗ₄ΟΗ). Добавление в парогенера-торную воду этих веществ связывает кислород и двуокись углерода в соответствии с реакциями

Ν₂Η₄Η₂О + О₂→Ν₂ + Η₂О; (13.34) NH₄ОH+ СО₂ →NH₄HCО₂.

Ввод гидразингидрата в питательную воду осуществляется, после деаэратора в виде растворов с концентрацией 0,3—1%. Избыток аммиака по сравнению с требуемым количеством его для полного связывания двуокиси углерода необходим для создания повышенного значения рН воды. Для снижения интенсивности накипеобразования на ТЭС применяют коррекционный фосфатный режим, заключающийся в подаче натриевых солей фосфатной кислоты. Эта соли, взаимодействуя с кальциевыми соединениями в щелочной среде, образуют легкоподвижный неприкипающий шлам.

В парогенераторах АЭС коррекционный фосфатный ре-жим не всегда возможен из-за плотного расположения: змеевиков, затрудняющего вывод шлама. Поэтому в паро-генераторах АЭС необходимо предусматривать возможность осуществления бескоррекционного водного режима. Такой режим возможен, если жесткость питательной воды

мала (менее 0,13 ммоль/кг, что практически всегда имеет место в парогенераторах АЭС). Поэтому при допустимой величине продувки можно поддерживать жесткость пароге-нераторной воды в пределах 13—15 ммоль/кг, исключающих образование накипи.

Водный режим реакторов РБМК нормируется в соот-ветствии с режимом работы технологических каналов и обусловливается требованиями минимальных скоростей коррозии конструкционных материалов и минимальных от-ложений на теплопередающих поверхностях топливных ка-налов. Нормы качества реакторной воды перед входом в технологические каналы регламентируются следующими по-казателями: рН = 6,5÷7,2; содержание солей жесткости — не более 3,5 ммоль/кг, что в 3,5 раза ниже содержания солей в парогенераторной воде; содержание хлоридов — не более 70 мкг/кг; содержание кремниевой кислоты — не более 700 мкг/кг; удельная электропроводность при t =25 °С — не более 1,0 мкОм/см; содержание окислов железа в пересчете на железо — не более 50 мкг/кг; содержание соединений меди в пересчете на медь — не более 20 мкг/кг.

В канальных ядерных реакторах принят бескоррекцион-ный водный режим, при котором в воду циркуляционного контура не вводятся никакие добавки для регулирования значений рН и концентрации кислорода. Нормирование со-лей жесткости осуществляется с учетом увеличения содер-жания пара в пароводяной смеси на выходе из технологи-ческих каналов. В проектируемых реакторах РБМК-1500 в 50% каналов паросодержание на выходе составляет х=30÷40%. В действующих же реакторах РБМК-1000 выходное паросодержание х=15%. В связи с этим в воде установки с РБМК-1500 содержание солей жесткости в контуре МПЦ должно быть меньше, чем в реакторе РБМК-1000. Для пересчета концентрации примесей использовалось выражение

S_вx=S_выx(хК_р+l— х), (13.35)

где S_вx и S_выx— содержание примесей в реакторной воде на входе в каналы и выходе из них; К_р — коэффициент распре-деления примесей между паром и водой.

Нормируемое содержание солей жесткости в воде на входе в технологические каналы реактора РБМК-1000 со-ставляет 5 ммоль/кг, на выходе 6 ммоль/кг. В соответствии с равенством (13.35) при S_выx=12, х=0,4, К_р=10^-7 в реакторе РБМК-1500 жесткость воды на входе в технологические каналы составит 3,6 ммоль/кг. Основным конст-

рукционным материалом циркуляционного контура реакто-ров типа РБМК является коррозионностойкая аустенитная сталь марки 08Х18Н10Т, подверженная коррозионному растрескиванию в условиях повышенного содержания хло-ридов и кислорода.

Нормируемое содержание хлоридов в воде на входе в каналы реактора РБМК-1000 составляет 100 мкг/кг, а на выходе из каналов 120 мкг/кг (при паросодержании на выходе х=0,15). В реакторе РБМК-1500 для сохранения содержания хлоридов на выходе из технологических кана-лов не более 120 мкг/кг на входе в них содержание хлоридов при х=0,4 и К_р=2·10^-6 должно быть [в соответствии с формулой (13.35)] не более 70 мкг/кг.

Кремнекислые соединения дают плотные отложения на поверхностях нагрева, несмываемые при переменных режи-мах и трудноудаляемые с помощью специальных химичес-ких очисток. В воде реактора РБМК-1000 содержание кремниевой кислоты не превышает 100 мкг/кг, а в воде РБМК-1500 — не более 70 мкг/кг.

Бескоррекционный водный режим, поддерживаемый в реакторе, повышает содержание меди в питательной воде, способствуя повышенному загрязнению реакторной воды. Отложение соединений меди в технологических каналах опасно из-за сложности их удаления. Эти отложения явля-ются хорошей подложкой для продуктов коррозии. Реакторы хорошо работают при содержании меди в питательной воде не более 1 мкг/кг, при этом ее содержание в контуре не должно превышать 20 мкг/кг.

Нормы качества турбинного конденсата приняты из условий обеспечения норм качества реакторной воды при расходной массовой продувке D_пр=400 т/ч и рН— =7,0÷7,2: жесткость равна 0,3 мкг-экв/кг, содержание хлоридов — не более 3 мкг/кг, кремниевой кислоты — не более 30 мкг/кг, окислов железа (в пересчете на железо) — не более 10 мкг/кг, окислов меди (в пересчете на медь) — не более 1 мкг/кг; содержании кислорода не более 20 мкг/кг.

Величина непрерывной продувки контура МПЦ реакторов РБМК оценивается относительно каждого нормируемого показателя вещества воды. Окончательно величина продувки принимается по наибольшему значению, полученному в расчетах. В установках РБМК величина продувки принята по содержанию продуктов коррозии железа в соответстви с уравнением солевого баланса при учете скорости отложения (осаждения) в застойных зонах

dc_F=S_прV_кωρ, (13.3)

где dc_F — скорость осажденных продуктов коррозии, мг/ч; S_пр =0,05 мг/кг — содержание продуктов коррозии железа в реакторной (продувочной) воде; V_к=1350 м³ — объем контура в реакторе; ω=0,69 ч^-1 — коэффициент осаждения продуктов коррозии железа; ρ = 1000 кг/м³ — плотность воды.

Глава четырнадцатая

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

В ИСПАРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ