Balakovskaya - Вспомогательные системы РО

71

Характерные

инциденты, происходившие при эксплуатации систем охлаждения БВ

Событие, происшедшее 11 июня 1994 года на Запорожской АЭС

Вечером 11 июня 1994 года при подаче борного раствора со спецкорпуса в БВ-3 энергоблока N3 Запорожской АЭС (для перегрузки ТВС) ВИУР пускаемого энергоблока N1 заметил рос т уровней в отсеках БВ-1. Несмотря на принимаемые меры (прове рка и дозакрытие арматуры на линии заполнения БВ-1, осмотр гермо зоны, приостановка подачи РБК со СК) за 3 часа произошел перелив 130 кубометров воды из отсеков TG21B01-03 в отсек TG21B04 (“универсальное гнездо”) через верх разделительной стен ки. Персонал РЦ произвел дренирование борного раствора из TG21B04 на спецкорпус. При этом часть этого раствора поступила из дренажного коллектора в шахту ревизии ВКУ, а из нее - на пол отметки 13.2 (из-за открытых дренажей).

Подача борного раствора на заполнение БВ-3 была продолжен а. В следующую смену ночью повторились признаки поступления борного раствора в БВ-1. Персонал РУ опять дозакрыл арматур у на линиях заполнения БВ-1, осматривал гермозону. После очеред ного обжатия этой арматуры на закрытие поступление борного ра створа в БВ-1 прекратилось, но РУ была остановлена из-за обнаруженны х признаков попадания борного раствора через порог проема между БВ и шахтой реактора на разделительный сильфон и на шпиль ки верхнего блока работавшего на 25% мощности горячего реакто ра.

В утреннюю смену организовано снятие теплоизоляции с вер хнего блока реактора и осмотр. Обнаружена кристаллическая борн ая кислота на разделительном сильфоне и на шпильках главног о разъема. Разборкой обнаружены внутренние повреждения ве нтиля TG20S09 на линии заполнения БВ-1 в напорный трубопровод охлаждения кассетного отсека TG21B03, в том числе разрушение ча сти резьбы ходовой гайки. При таком повреждении дожатие армат уры на закрытие вызывает возврат шпинделя в исходное положен ие.

Непосредственными причинами попадания борного раствора на элементы горячего реактора блока N1 по результатам рассле дования явились:

пуск реактора блока N1 с неисправностями в системе охлаждения БВ (арматура TG20S09 числилась в дефекте около месяца, в ремонте находилась и пневмоарматура на выходе дренажного коллектора БВ-1 из ГО); неудовлетворительный контроль за состоянием арматуры системы охлаждения БВ-1 перед пуском реактора и перед подачей раствора в БВ-3; недостаточно настойчивые и неоперативные действия по

восстановлению проектного положения арматуры системы TG при признаках переполнения БВ.

По мнению комиссии коренными причинами нарушения явилис ь недостатки подготовки оперативного персонала и недоста точная его приверженность технологической дисциплине, которые выр азились в том, что:

персонал РЦ держал закрытой арматуру на линиях перелива из отсеков и общем дренажном коллекторе БВ вопреки требованию инструкции по эксплуатации;

персонал РЦ знал о дефекте арматуры TG20S09 и при росте уровня в БВ не потребовал ее ремонта и прекращения подачи борного раствора со спецкорпуса до восстановления арматуры;

72

при дренировании раствора из TG21B04 персонал не составлял бланк переключений, поэтому не было проверено состояние всей необходимой арматуры; персонал вечерней смены РЦ 11 июля не сделал записей в

оперативном журнале записей о происшествиях в системе БВ и ничего не передал устно следующей смене.

Событие, происшедшее 11 января 1993 года на Кольской АЭС

При вскрытии защитной шторки бассейна выдержки энергобл ока N02 Кольской АЭС бригада ТТО была необоснованно облучена из -за очень низкого уровня в БВ, хотя по показаниям на БЩУ-2 урове нь в БВ находился в нормальных эксплуатационных пределах.

Нужно сказать, что на блоке N02 Кольской АЭС с ВВЭР-440 бассейн выдержки был переделан под двухъярусное хранение ТВС, что требовало жесткого контроля за уровнем в БВ (который долж ен был поддерживаться более высоким по сравнению с одноярусным хранением ОТВС).

Расследованием было установлено, что все измерительные к аналы по уровню в БВ были подсоединены к единственному датчику, на котором возникла неисправность (он не менял показаний пр и изменении уровня в БВ). Усугублению ситуации способствов ало формальное отношение персонала РЦ на БЩУ-2 к ежесменному контролю уровня в бассейне выдержки. Операторов БЩУ не насторожил тот факт, что три недели подряд показания уров немеров оставались неизменными несмотря на отсутствие подпитки БВ, наличие ежесуточного испарения с зеркала БВ (2,2 куб.метра) и утечки.

Комиссия также отметила неудовлетворительную организац ию работы бригады ТТО, которая выразилась в работе бригады б ез оформления дознаряда и без наличия контролирующего дозиметриста.

Министерство Российской федерации по атомной энергии. Концерн “Росэнергоатом”. Балаковская Атомная Электростан.ция СЛУЖБА ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА Технологические системы реакторного отделения ВВЭР-1000 с РУ В-320. Часть 2. Вспомогательные системыСистема. высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя первого контура ТС

74

Цели обучения

По окончании изучения данного материала обучаемые будут способны:

Объяснить, почему в теплоносителе 1 контура нормируется с одержание продуктов коррозии.

Указать недостатки применения ионообменных смол для очи стки теплоносителя 1 контура.

Объяснить достоинства применения высокотемпературных с орбентов для очистки теплоносителя 1 контура.

Нарисовать упрощенную технологическую схему системы СВ О-1.

При наличии технологической схемы системы СВО-1 показать схему циркуляции теплоносителя для одной цепочки.

Описать устройство и основные технические хаpактеpистики компонентов системы СВО-1 :

Высокотемпературный фильтр (ВТФ) TC10-40N01. Фильтр-ловушку (ФЛ) TC10-40B01. Фильтр-контейнер TC00N01.

Устройство для гидровыгрузки сорбента УГВС.

Объяснить, как согласно проекта должна проводиться отмыв ка, регенерация и гидровыгрузка высокотемпературного сорбе нта в фильтрах СВО-1.

Указать опасность повышения перепадов давления на ВТФ и Ф Л.

Объяснить назначение, упрощенное устройство и основы эксплуатации системы высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя 1 контура (СВО-1) на АЭС с ВВЭР1000 (РУ В-320).

Министерство Российской федерации по атомной энергии. Концерн “Росэнергоатом”. Балаковская Атомная Электростан.ция СЛУЖБА ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА Технологические системы реакторного отделения ВВЭР-1000 с РУ В-320. Часть 2. Вспомогательные системыСистема. высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя первого контура ТС

75

Теоретические

аспекты

необходимости системы СВО-1

Безопасное и экономичное ведение основного технологиче ского процесса на АЭС обеспечивается в числе прочих поддержани ем оптимального водно-химического режима в первом контуре с учетом конструкций и материалов реактора, парогенератора, проче го оборудования и специфичности получения энергии в реакто рах типа ВВЭР за счет энергии деления ядер.

Оценивая работоспособность первого контура, следует обр атить самое серьезное внимание на проблемы коррозии и износа механич еского оборудования контура, образование отложений в активной з оне, целостность оболочек твэл, загрязнение систем РУ.

Присутствие в теплоносителе растворимых солей интенсиф ицирует коррозионные процессы, повышая электропроводность воды . Из растворенных минеральных примесей наибольшую опасность представляют ионы хлора и фтора, препятствующие образова нию защитной пленки и увеличивающие скорость общей коррозии почти всех металлов.

В сочетании с кислородом даже небольшие концентрации хло ридов и фторидов вызывают коррозионное растрескивание напряжен ной аустенитной стали марки Х18Н10Т, широко распространенной в реакторостроении.

Высокие концентрации этих веществ также влияют на стойко сть циркония, так как за счет интенсификации образования раст воримого хлоридного (фторидного) комплекса с цирконием увеличива ется пористость окисной пленки и снижаются ее защитные свойст ва. Все это требует ограничить концентрацию хлоридов и фторидов в реакторной воде не более 0,1 мг/кг.

Начиная с 1963 года борное регулирование используется практ ически на всех мощных энергетических реакторах с водой под давле нием. Оценивая влияние борной кислоты на организацию ВХР перво го контура, нужно принимать во внимание необходимость введе ния сильного основания КОН в воду первого контура для поддерж ания оптимального значения pH (при рабочей температуре 1 контура ) в пределах 6,9-7,1 в течение всей кампании и уменьшения скорости коррозии конструктивных материалов при поддержании тре буемой концентрации борной кислоты.

Однако при регулировании рН теплоносителя едкими щелоча ми нужно учитывать, что согласно современным данным, высокие концентрации щелочи могут привести к коррозионному растрескиванию нержавеющих сталей.

Наличие NaOH в воде 1 контура не рекомендуется в связи с увеличением активности теплоносителя за счет образован ия сравнительного короткоживущего изотопа 24Na.

Под воздействием нейтронного и гамма-излучения в воде 1 ко нтура протекают химические реакции, накладывающие дополнител ьные требования к водно-химическому режиму.

При замедлении нейтронов в воде происходит разрыв первич ных связей молекул воды и образование свободного водорода. Аналогичное действие оказывает гамма- и бета-излучение. Радиолитическое разложение воды, протекающее по реакции :

2Í2Î ↔ 2Í 2 + Î2

обратимо, т.е. образующиеся радикалы могут рекомбинироват ь, но присутствие в теплоносителе 1 контура борной кислоты сдви гает реакцию вправо в сторону разложения воды.

Обратимость реакции ограничивает накопление свободного кислорода в теплоносителе 1 контура однако, без принятия

Министерство Российской федерации по атомной энергии. Концерн “Росэнергоатом”. Балаковская Атомная Электростан.ция СЛУЖБА ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА Технологические системы реакторного отделения ВВЭР-1000 с РУ В-320. Часть 2. Вспомогательные системыСистема. высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя первого контура ТС

76

специальных мер, количество его может превысить допустим ый предел. Кислород, являясь активным деполяризатором, усиливает ко ррозию металла. В воде с повышенным значением pH среды проявляется совместное неблагоприятное воздействие кислорода и щел очи на оболочки твэлов из циркония.

С ростом толщины окисной пленки из-за разницы объемов циркониевого сплава и его окислов увеличиваются внутрен ние напряжения, деформирующие кристаллическую решетку окис ла и интенсифицирующие диффузию кислорода и рост пленки, кото рая начинает терять сплошность и свои пассивирующие свойств а. Для подавления кислорода производится дозировка аммиака в п ервый контур.

Ограничение содержания продуктов коррозии конструкцион ных материалов первого контура в теплоносителе путем поддер жания оптимального водно-химического режима и очистки теплоно сителя позволяет уменьшить скорость образования отложений на р азличных поверхностях контура. Отложения на поверхности твэлов АЭ С вследствие их малой теплопроводности могут привести к по вышению температуры металла оболочки, а в предельном случае - к пер ежогу оболочки.

Отложения даже очень малой толщины (около 0,015-0,020 мм) на оболочках твэл в местах максимальных тепловых потоков мо гут также привести к созданию условий для зарождения и развития оча гов местной коррозии. При многократном облучении в активной з оне продуктов коррозии конструкционных материалов, смытых с остальных участков контура, затрудняется доступ к оборуд ованию и трубопроводам во время ремонта.

Продукты коррозии присутствуют в теплоносителе в основн ом в нерастворенном состоянии. Исследования на АЭС “Райнсбер г” показали, что железо более чем на 99% содержится именно в так ой форме.

Как видно из перечисленных проблем, основными задачами во днохимических режимов реакторов типа ВВЭР является поддерж ание максимальной чистоты теплоносителя, минимизация скорос ти коррозии и предотвращение отложений в контуре с набором различных конструкционных материалов в условиях больши х тепловых потоков на твэлах, интенсивного облучения, прису тствия корректирующих добавок и радиолитических газов.

Все вышесказанное требует разработки в проектах реактор ных установок АЭС с ВВЭР систем очистки теплоносителя (СВО) пе рвого контура. При выборе методов очистки воды от загрязнений и радионуклидов обычно исходят из целого ряда требований: экономических, радиационной безопасности и т.д. Традицион но в системах очистки теплоносителя первого контура на АЭС ши роко используются ионообменные смолы.

Сущность ионного обмена заключается в извлечении из водн ых растворов различных ионов за счет обмена их на другие ион ы, входящие в состав фильтрующих материалов, называемых ион итами.

Обработка воды 1 контура АЭС методом ионообмена заключает ся в ее пропуске через слой ионитов, заключенных в насыпной фильт р. На энергоблоках ВВЭР-1000 “малой” серии (V блок Нововоронежской АЭС, 1 и 2 блоки Калининской АЭС) установка СВО-1 состояла из одного (на 4 петли) фильтра смешанного действия производительностью 40 тонн/час, на котором теплоноситель очищается после охлаждения до 40 0Ñ.

Однако применение ионитов для очистки воды 1 контура имее т один серьезнейший недостаток - оно требует предварительного снижения температуры очищаемой воды примерно до уровня 50 0С ввиду низкой термической стойкости ионитов. Так же ионообменны е смолы обладают низкой радиационной стойкостью. Таких недостат ков лишены системы очистки воды, основанные на применении высокотемпературных неорганических сорбентов из мелкоп ористой нержавеющей стали, титана, гранулированного графита и т.д .

Высокотемпературные установки фильтрации высокого давл ения имеют ряд технологических преимуществ, которые окупают необходимые дополнительные затраты: отпадает необходим ость в тракте продувочной воды с охладителями, сборниками, питат ельными

Министерство Российской федерации по атомной энергии. Концерн “Росэнергоатом”. Балаковская Атомная Электростан.ция СЛУЖБА ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА Технологические системы реакторного отделения ВВЭР-1000 с РУ В-320. Часть 2. Вспомогательные системыСистема. высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя первого контура ТС

Место системы СВО-1 в первом контуре АЭС с ВВЭР-1000 (РУ В-320)

1-реактор

2-парогенератор

3-ÃÖÍ

4-высокотемпературный фильтр (ВТФ)

5-фильтр-ловушка

насосами высокого давления и т.п., циркуляция воды в систем е 177 КОНТУР - ОЧИСТКА производится за счет перепада давления, создаваемого ГЦН, теплоноситель не обезгаживается, и поэт ому отпадает необходимость в интенсивной компенсации потер ь водорода, отсутствие дегазации воды позволяет отказатьс я от громоздких установок переработки газовых сбросов.

Опыт эксплуатации АЭС с ВВЭР показывает, что существующие системы очистки продувочной воды с органическими ионообменными смолами не оказывают существенного влияния на формирова ние отложений с активированными продуктами коррозии. Э

то объясняется тем, что скорость осаждения продуктов корр озии на поверхностях первого контура значительно выше скорости выведения продуктов коррозии системами очистки продувочной воды.

Использование же высокотемпературных систем очистки по зволяет без существенных потерь тепла повысить долю теплоносителя, поступающего на очистку.

Эффективность удаления из воды продуктов коррозии и радионуклидов коррозионного происхождения при помощи фильтрации на слое высокотемпературного сорбента в наст оящее время изучена достаточно хорошо и по экспериментальным д анным она равна: железо общее 50-95%, Cr51 80-85%, Co60 50-70%, Zr95 95%, Fe59 90%.

В связи с этим в проекте унифицированной реакторной устан овки ВВЭР-1000 В-320 была разработана высокотемпературная система байпасной очистки теплоносителя СВО-1, очищающая воду без снижения температуры при рабочих параметрах 1 контура.

В бывшем СССР высокотемпературные фильтры (ВТФ) впервые б ыли серийно установлены на головном блоке Запорожской АЭС с унифицированным реактором ВВЭР-1000 В-320, введенном в

эксплуатацию в декабре 1984 года.

Анализ экспериментальных данных, полученных в ходе двух т опливных циклов 1ãî блока Запорожской АЭС, показал, что применение в системе СВ0-1 высокотемпературного фильтра снизило содержание акт ивных продуктов коррозии в теплоносителе 1 контура и изменило соотношение между уровнями активности растворимой (< 0,45 мк м) и нерастворимой (> 0,45 мкм) фракций этих продуктов. Активност ь первой фракции более чем в 10 раз выше активности второй фра кции.

Низкое содержание крупнодисперстных продуктов коррозии положительно повлияло на структуру формирующихся отлож ений. Визуальный осмотр внутренних поверхностей первого конт ура, проводимый в ходе отбора проб, показал отсутствие шлама и рыхлых отложений на внутренних поверхностях оборудования.

Министерство Российской федерации по атомной энергии. Концерн “Росэнергоатом”. Балаковская Атомная Электростан.ция СЛУЖБА ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА Технологические системы реакторного отделения ВВЭР-1000 с РУ В-320. Часть 2. Вспомогательные системыСистема. высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя первого контура ТС

78

Краткое техническое описание системы СВО-1

Система байпасной очистки СВО-1 (TC) предназначена для очист ки неохлажденного теплоносителя 1 контура от взвешенных активированных продуктов коррозии конструкционных мате риалов 1 контура.

Система СВО-1 (TC) состоит из четырех одинаковых цепочек,

Упрощенная схема система ÑÂÎ-1 расположенных на байпасах ГЦН, т.е побудителем расхода че рез цепочку является соответствующий ГЦН. Каждая из цепочек и меет в

своем составе один высокотемпературный фильтр (TC10-40N01) и фильтр-ловушку (TC10-40B01).

Министерство Российской федерации по атомной энергии. Концерн “Росэнергоатом”. Балаковская Атомная Электростан.ция СЛУЖБА ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА Технологические системы реакторного отделения ВВЭР-1000 с РУ В-320. Часть 2. Вспомогательные системыСистема. высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя первого контура ТС

Производительность каждого фильтра 100 т/час, что составляе т 79 примерно 0,5% от расхода теплоносителя, циркулирующего по пе тле. Эффективность удаления радионуклидов коррозионного происхождения на сорбенте составляет 70-90%.

При работе реакторной установки теплоноситель 1 контура с напора каждого ГЦН расходом 60-100 м3/час по трубопроводам Ду 100 поступает в фильтры TC10,20,30,40N01 сверху, проходит через верхнее распределительное устройство, фильтрующий материал, ниж нее распределительное устройство фильтра и, очищенный от про дуктов коррозии, пройдя фильтрующие системы фильтров-ловушек TC10,20,30,40B01, возвращается в 1 контур на всас ГЦН по трубопроводу Ду 100.

Входная задвижка каждой цепочки TC10-40S01 имеет байпасную линию TC10-40S02 с дроссельной шайбой, рассчитанной на пропуск расхода 20 м3/час, используемую для работы системы СВО-1 с пониженным расходом при разогреве или расхолаживании пе рвого контура.

Циркуляция через каждую цепочку системы TC обеспечивается за счет напора, создаваемого работой главного циркуляционного н асоса. Для подключения системы СВО-1 в холодной нитке каждой петли ГЦ Т имеется два штуцера Ф 133х12. В местах врезки трубопроводов СВ О-1 в ГЦТ установлены ограничители расхода, предназначенные для ограничения течи из 1 контура при разрыве трубопроводов С ВО-1.

Трубопроводы Dy 50 продувки первого контура вварены в

трубопроводы подачи теплоносителя на фильтры СВО-1. В трубопроводы возврата теплоносителя после фильтров бай пасной очистки вварены трубопроводы Dy 50 подпитки первого контура . Все патрубки системы СВО-1 в ГЦТ расположены выше осей “холодн ых” ниток, что дает возможность проводить ремонт трубопровод ов и оборудования системы без выема топлива из реактора.

В качестве фильтрующего материала для заполнения фильтр ов TC10,20,30,40N01 используется титановая крошка типа ТП-ВС-1 на основе губчатого титана с размером фракции 2±0,63 мм. Высокотемпературные сорбенты такого типа обладают высо кой механической прочностью и сохраняют свои физико-механич еские свойства (удельную поверхность, механическую прочность, обменную емкость и т.д.) при температуре обрабатываемой воды до 330 0С в течение длительной работы до 10 тысяч часов.

Под действием ионизирующего излучения до флюенса по быст рым нейтронам 5 1021 нейтрон/см2 сек свойства сорбента практически не изменяются. Сорбент также обладает высокой химической устойчивостью: при температуре обрабатываемой воды до 350 0С его растворимость составляет менее 1 мг/литр.

Гидравлическое сопротивление гранулированных высокотемпературных сорбентов невелико: при высоте филь трующего слоя 1 метр и скорости фильтрования 2,8 см/сек (100 м/час) оно составляет 0,07 кгс/см2. Теоретически в процессе работы из-за накопления различных примесей гидравлическое сопротивл ение сорбента может возрастать до 0,4 кгс/см2.

Высокотемпературные неорганические сорбенты могут прим еняться для очистки воды, в том числе радиоактивной, при температу рах от 20 до 350 0С при величине рH 5-9,5. При этом коэффициент очистки от наиболее часто встречающихся в воде загрязнений равен: от железа - 2,0; меди - 1,5; солей жесткости - 1,6; кремниевой кислоты - 1,4. Очистка воды происходит от веществ, находящихся в любом агрегатном состоянии: грубодисперсных, коллоидных и исти нно растворенных.

При насыщении сорбента загрязнениями он может подвергат ься взрыхляющей отмывке водой или водой с воздухом, а если это го недостаточно - химической регенерации. В качестве регенер ирующих веществ могут использоваться щавелевая, азотная и оксиэтилендифосфорная кислоты.

Для осуществления операций по взрыхлению и отмывке сорбе нта непосредственно в корпусе ВТФ, а также для проведения дез активации поверхностей оборудования системы СВО-1 и сорбента предус мотрен подвод воды собственных нужд, сжатого воздуха и дезактиви рующих растворов. Для проведения операций дренирования система СВО-1

Министерство Российской федерации по атомной энергии. Концерн “Росэнергоатом”. Балаковская Атомная Электростан.ция СЛУЖБА ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА Технологические системы реакторного отделения ВВЭР-1000 с РУ В-320. Часть 2. Вспомогательные системыСистема. высокотемпературной байпасной очистки теплоносителя первого контура ТС

80

имеет дренажи со сбросом воды в теплообменник системы организованных протечек TY10W01 или ЕФМ СК.

Для осуществления операций по регенерации сорбента, а так же для выгрузки сорбента при проведении ремонтных работ предус мотрен фильтр-контейнер TC00N01. Согласно проекта трубопроводы отвод а сорбента в фильтр-контейнер смонтированы лишь частично, а само устройство для проведения гидровыгрузки сорбента (УГВС) при

1-высокотемпературный фильтр и фильтр-ловушка

2-фильтр-контейнер ТС00N01

План гермооболочки на отм. 13.2

необходимости монтируется на фильтре и соединяется с существующим участком схемы при помощи гибких резиновых шлангов. На АЭС поставляется одно устройство для проведен ия гидровыгрузки сорбента (УГВС) в комплекте с четырьмя высокотемпературными фильтрами.

Конструкция оборудования системы СВО-1

Как уже указывалось выше, каждая цепочка системы СВО-1 имее т в своем составе высокотемпературный фильтр ТC10,20,30,40N01 и фильтр-ловушку зернистых материалов TС10,20,30,40B01.

Основное оборудование системы СВО-1 расположено в специал ьных бетонных помещениях (боксах) герметичной оболочки - ГА-309/1-4