Лекция № 2

по дисциплине «Водно-химические режимы и химический

контроль на АЭС»

учебная дисциплина

Тема: Водно-химический режим первого контура двухконтурных АЭС с реакторами типа ВВЭР.

Цель: Рассмотреть основы водного режима первого контура АЭС с реакторами типа ВВЭР и его нормирование; организацию аммиачно-калиевого водно-химический режима с борным регулированием, дать характеристику показателям качества рабочей среды.

ПЛАН:

1. Требования к водно-химическому режиму первого контура. Виды ВХР первого контура.

2. Амиачно-калиевый водно-химический режим с борным регулированием.

2.1. Принципы организации.

2.2. Характеристика показателей качества рабочей среды.

2.3. Системы поддержания и методы обеспечения ВХР первого контура.

2.4. Недостатки и пути совершенствования ВХР-1.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Хоршева М.И. Водоподготовка, спецхимочистка и химический контроль на АЭС. Севастополь. СИЯЭиП. 2000 г.

2. Т.Х. Маргулова, О.Н. Мартынова. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. М. Высшая школа. 1987 г.

3. О.Н.Мартынова и др. Химический контроль водного режима атомных электростанций. М. Атомиздат,1980.

4. В.В. Гончарук и др. Водно-химическая технология ЯЭУ и экология. Справочник. К. Наукова думка, 1993 г.

Технологическая схема первого контура АЭС с реакторами ВВЭР

Так, если посмотреть на технологическую схему 1 контура, то можно отметить, что ее разделяют на несколько самостоятельных циркуляционных контуров (петель). Это позволяет на работающем реакторе отключать любой из контуров для ремонта оборудования (рис. 1).

Каждая из четырех циркуляционных петель (на реакторе ВВЭР-440– шесть петли) включает ГЦН 7, горизонтальный парогенератор 9, две главные запорные задвижки 5 с электроприводами, паровой компенсатор давления 4 (объема) с электроподогревателем и собственно реактор 10 с системой подачи подпиточной воды.

Рисунок 1. Схема первого контура АЭС с реактором ВВЭР-1000

1 – барботажный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – регулятор; 4 – компенсатор

давления; 5 – главная запорная задвижка; 6 – вспомогательный насос; 7 – ГЦН;

8 – теплообменник контура охлаждения подшипника ГЦН; 9 – парогенератор; 10 – реактор;

11 – вход для подпиточной воды в реактор

1. Требования к водно-химическому режиму первого контура. Виды вхр первого контура

Особенностью первого контура является возможное отложение продуктов коррозии на поверхности ТВЭЛов, что не только ухудшает теплоотвод и может вызвать термическое разрушение оболочек ТВЭЛов, но и приводит к активации отложений, которые, концентрируясь на отдельных участках внутренних поверхностей контура, усложняют проведение ремонтных работ, ухудшая радиационную обстановку.

ВХР первого контура должен обеспечивать следующие требования:

1) сведение к минимуму скорости коррозии конструкционных материалов первого контура;

2) отсутствие (минимизация) отложений продуктов коррозии на ТВЭЛах, теплообменной поверхности парогенераторов и другом оборудовании контура;

3) подавление образования продуктов радиолиза теплоносителя при работе энергоблока;

4) минимальное количество радиоактивных отходов;

5) сведение к минимуму влияния отложений на реактивность активной зоны.

Важным фактором, во многом определяющим организацию водного режима первого контура реакторов ВВЭР, является борное регулирование. Жидкий поглотитель уменьшает неравномерность тепловыделения в ак­тивной зоне, что позволяет при тех же габаритных размерах повышать ее мощность. При этом медленные эффекты реактивности компенсируются за счет равномерно распределенного в воде бора, и только быстрые эффекты - за счет стержней системы управления и защиты реактора.

Для регулирования реактивности используется борная кислота, которая в реакторных условиях имеет ряд преимуществ:

• химически устой­чива в реакторных условиях;

• хорошо растворима в воде;

• дает хорошо растворимые соединения с катионами воды реакторов.

Но ей присущи и недостатки:

• понижение значе­ния рН реакторной воды;

• затруднение очистки воды реакторов от хлоридов;

• повышение удельной электрической проводимости воды и исключение возможности использования кислорода для пасси­вации конструкционных материалов.

На практике концентрация борной кислоты в первом контуре может поддерживаться до 8–13,5 г/кг при работе реактора на мощности и до 18 г/л для отравления реактора при остановках его на перегрузку топлива и при ремонтах оборудования. При введении таких сравнительно больших количеств борной кислоты в первый контур усиливается коррозионная агрессивность теплоносителя, что требует химической коррекции водного режима с введением в теплоноситель ингибиторов коррозии.

Существует три вида водно-химических режимов:

1. Нейтральный (бескоррекционный) – со значением рН теплоносителя, равным 5,0 – 7,5.

Так как скорости коррозии нержавеющих сталей при рН 5 – 10 изменяются лишь незначительно, в атомных реакторах, изготовленных полностью из нержавеющей стали, допустимо применение растворов борной кислоты без какой-либо регулировки. Т.е. достоинством этого ВХР можно считать простоту его ведения. Однако, этот ВХР имеет ряд недостатков:

1) усиление переноса продуктов коррозии по контуру при низких значениях рН,

2) и как следствие – значительное загрязнение участков контура радиоактивными продуктами коррозии.

Поэтому для уменьшения переноса продуктов коррозии предпочтительно производить частичную нейтрализацию влияния борной кислоты в контуре.

2. Сильнощелочной – со значением рН теплоносителя более 10,0, поддерживается за счет сильного основания.

Достоинства:

1) при высоких рН происходит значительное замедление скорости коррозии сталей при их прямом взаимодействии с горячей водой, что приводит к уменьшению скорости накопления водорода в контурной воде.

Например, если при аммиачном водном режиме скорость коррозии углеродистой стали может достигать 5-7 мг/м² ·ч, то при применении едкой щёлочи она может понижаться даже до 1,5 – 2,0 мг/м² ·ч,

2) с ростом температуры значительно увеличивается растворимость магнетита, что приводит к уменьшению отложений на наиболее горячем участке контура – на оболочках ТВЭЛов.

Недостаток:

возможное концентрирование нелетучей щёлочи на некоторых участках контура и особенно в активной зоне реактора (например, при наличии поверхностного кипения) и коррозионного растрескивания ответственных конструкций.

3. Слабощелочной (аммиачный) – со значением рН теплоносителя, равным 8,5 – 10,0, поддерживается за счет аммиака.

Однако аммиак, как регулятор рН теплоносителя, обладает существенным недостатком. Как видно (рис. 2), при повышении температуры теплоносителя, основные свойства аммиака ослабевают, из-за снижения степени диссоциации молекул для данной концентрации.

Для достижения необходимого рН при работе реактора на мощности требуются очень высокие концентрации аммиака (до 0,1 г/дм³ и выше), что практически недостижимо. Кроме этого, происходит увеличение равновесной концентрации водорода, вызванное радиолитическим разложением аммиака:

,

что опасно из-за возможного радиационно-водородного охрупчивания корпусной стали.

Вывод. На АЭС Украины в первом контуре используют сочетание сильнощелочного и аммиачного режимов, учитывая преимущества и восполняя недостатки каждого из них в отдельности.