Balakovskaya - Вспомогательные системы РО

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

81

Конструкция высокотемпературного фильтра ТС10-40N01

(фильтры и фильтр-ловушки) - которые относятся к помещения м 1 степени по радиационной опасности (!) и практически недос тупны для осмотра при работе РУ.

Фильтр высокотемпературный механический TC10-40N01

В качестве составного элемента системы СВО-1 фильтр высокотемпературный механический АФМВТ-1,0-16,0 предназначен для очистки неохлаждаемого теплоносителя 1 контура от радиоактивных взвешенных продуктов коррозии.

Он представляет собой вертикальный цилиндрический сосу д высокого

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

Конструкция фильтра-ловушки ТС10-40В01

82

давления с приваренными эллиптическими днищами. На верхн ем днище приварена входная камера, предназначенная для подв ода очищаемой воды и для ее равномерного распределения по сеч ению

фильтра, а также для верхней выгрузки и загрузки сорбента . Верхняя камера сверху закрыта крышкой Ф 750 мм, которая уплотняется двумя медно-никелевыми прокладками с контролем протечек между ними. Через крышку входной камеры сверху проходит защитная тру ба УГВС, при эксплуатации закрытая заглушкой.

Вход очищаемой воды осуществляется через штуцер, располо женный на боковой поверхности входной камеры, далее она проходит по кольцевому зазору между защитной трубой УГВС и обечайкой входной камеры, на нижнем конце которой закреплен коничес кий отбойник с перфорированными отверстиями. Отбойник предн азначен для распределения потока очищаемой воды по сечению фильт ра.

Отвод очищенной воды осуществляется через нижнее распределительной устройство щелевого типа, предотвращ ающее

выход фильтрующего материала за пределы фильтра, и состоящее из 49 щелевых колпачков, закрепленных на резьбе на тарелках коллектора. Щелевой колпачок представляет собой набор профилированных дисков, закрепленных на основании. Между дисками образуется зазор в виде кольцевой щели шириной 0,3 мм.

Внутри фильтра располагается слой высокотемпературного сорбента из титановой пористой крошки типа ТП-ВС-1 высотой 800 мм и объемом 0,7 м3. Характеристики засыпки приведены в таблице:

Для осуществления гидровыгрузки сорбента в фильтр вводится специальное устройство УГВС, позволяющее дистанционно производить гидровыгрузку сорбента в фильтр-контейнер TC00N01.

Труба, проходящая через входную камеру ВТФ, является опорой для установки устройства гидровыгрузки сорбента и его привода. На четыре высокотемпературных механических фильтра, входящих в состав СВО-1, предусматривается одно устройство УГВС. Оно может быть установлено на любом из четырех фильтров.

Корпус и все детали фильтра, соприкасающиеся с водой, выполнены из нержавеющей стали. Опоры фильтра изготовлены из углеродистой стали.

Фильтр-ловушка зернистых материалов TC10-40В01

В качестве составного элемента системы СВО-1 фильтрловушка АФЛВТ-0,3-16,0 предназначена для улавливания высокотемпературного сорбента в системах очистки теплоносителя первого контура после высокотемпературных фильтров в случае аварийного разрушения их дренажных систем.

Представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд высокого давления с эллиптическим днищами и верхним и нижним патрубками. Изготовление обечайки и патрубков предусмотрено из поковок.

Во внутренней полости фильтра-ловушки размещено фильтрующее устройство, состоящее из 33 щелевых колпачков, закрепленных на резьбе на двух соединенных между собой тарелках, образующих коллектор.

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

83

Щелевой колпачок представляет собой набор профилирован ных дисков, закрепленных на основании. Между дисками образует ся зазор в виде кольцевой щели шириной 0,3 мм.

Обрабатываемая вода поступает через верхний патрубок, пр оходит через фильтрующее устройство и очищенная вода выходит че рез нижний патрубок. В случае выноса сорбента из ВТФ улавлива ние его производится щелевыми колпачками.

Корпус и все детали фильтр-ловушки, соприкасающиеся с вод ой, выполнены из нержавеющей стали. Косынки фильтр-ловушки выполнены из углеродистой стали.

Фильтр-контейнер TC00N01

Фильтр-контейнер предназначен для приема сорбента из высокотемпературного фильтра при его гидровыгрузке для проведения его ремонта, дезактивации или регенерации сор бента. В отличие от остальных сосудов системы СВО-1, он рассчитан на низкое рабочее давление 10 кгс/см2. При проведении гидровыгрузки сорбента устройство гидровыгрузки УГВС соединяется с ФК TC00N01 при помощи временных гибких трубопроводов.

Устройство для гидровыгрузки сорбента УГВС

Устройство для гидровыгрузки сорбента УГВС состоит из цилиндрической приводной головки, крепящейся 4 болтами к плите, приваренной к вертикальной трубе, имеющей продольные про рези. Нижний конец вертикальной трубы с помощью 4 болтов крепит ся к ответному фланцу защитной трубы УГВС, являющейся элемент ом высокотемпературного фильтра. В центре фланца вертикаль ной трубы установлено сальниковое уплотнение, через которое прохо дит труба Ду35, состоящая из 3õ частей, соединенных между собой с помощью фланцев и муфты.

На наружной поверхности верхней части трубы нанесена трапецеидальная резьба (левая) 44х8. Длина резьбовой части 1050 мм. Для предотвращения проворачивания подвижной трубы и при дания ей поступательного движения вдоль образующей верхней ча сти трубы выполнен паз, в который входит зуб фиксирующей фигурной ш айбы. Верхняя часть трубы соединена со средней частью фланцевы м соединением.

Наружная поверхность средней части трубы, проходящей чер ез сальниковое уплотнение фланца вертикальной трубы, выпол нена гладкой. Средняя часть трубы соединена с нижней частью му фтовым соединением.

Наружная часть трубы, имеющая также гладкую наружную пове рхность, имеет на конце заборную головку. Заборная головка состоит из конического наконечника, к которому крепится одна центра льная и 4 периферические трубки, причем центральная труба приварена к наконечнику, а периферические трубки соединены с ним под углом 450 при помощи гибких резиновых манжет. Эти манжеты позволяю т притянуть периферические трубки к центральной для того, ч тобы провести заборную головку через защитную трубу УГВС, посл е чего периферийные трубки занимают свое рабочее положение под углом к центральной трубе за счет упругости резиновых манжет.

Технические ограничения и эксплуатация системы СВО-1

Подключение системы TC к реакторной установке производитс я на стадии дозаполнения первого контура при подготовке реак торной

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

84

установки к работе после перегрузки топлива. Ввод в работ у цепочек системы байпасной очистки теплоносителя 1 контура СВО-1 в р аботу производится при пуске соответствующего ГЦН. При вводе в работу системы после перегрузки разогрев системы СВО-1 и подъем д авления в ней производится вместе с первым контуром.

Как уже было указано выше к системе СВО-1 подключены вспомогательные трубопроводы дренажей, воздушников, под ачи промывочной воды СН, дезактивации, сжатого воздуха, выгру зки сорбента. Все эти трубопроводы рассчитаны на низкое давле ние, поэтому перед подъемом давления в 1 контуре должна выполн яться проверка отсекающей арматуры на этих трубопроводах в соответствии с бланком “Граничной арматуры 1 контура” и И Э.

В процессе работы системы СВО-1 из-за накопления различных примесей гидравлическое сопротивление сорбента может п овышаться. Согласно ИЭ системы TC при нормальной эксплуатации систем ы СВО- 1 перепад давления при работе ВТФ должен находиться в пред елах 2,7-4,8 кгс/см2. Превышение перепадов на ВТФ выше 5 кгс/см2 может привести к разрушению нижних водосборных устройств филь тров и, в конечном итоге, к выносу высокотемпературного сорбента и з ВТФ. Во избежание попадания сорбента в первый контур в каждой цеп очке имеется по фильтр-ловушке, рассчитанной на предельный пер епад давления 1 кгс/см2, образующийся при аварийном выносе сорбента из ВТФ.

Допустимая скорость разогрева корпуса ВТФ - 20 0С/час, скорость расхолаживания - 30 0С/час. В аварийных режимах допускается скорость расхолаживания - 60 0С/час. В режиме нормальной эксплуатации при перепаде давления на фильтр-ловушке сор бентов, не превышающем 1 кгс/см2 è ÂÒÔ - 5 êãñ/ñì2, запрещается выводить из работы систему СВО-1; при превышении указанных перепадов давления необходимо вывести из работы соответствующую н итку СВО-1 и отключить ГЦН этой петли.

Патрубки подпитки 1 контура от системы TK врезаны в трубопро воды СВО-1 Ду 100 возврата очищенной воды в первый контур после арматур TC10-40S04. Это помогает снизить температурный перепад н а патрубках подпитки при работе системы СВО-1 за счет перемешивания “холодной” подпиточной воды с циркулирую щим более “горячим” теплоносителем 1 контура. При выводе из ра боты отдельных цепочек СВО-1 температурный перепад на патрубка х увеличивается. Для уменьшения разницы температур между подпиточной водой и теплоносителем 1 контура при выводе и з работы отдельных петель системы СВО-1 на блоке N04 выполнены байпасы петель СВО-1.

При температуре теплоносителя 1 контура ниже 200 0С (при разогреве, расхолаживании и т.д. при условии работы ГЦН) расход через фильтр должен быть снижен до 20 тн/час путем открытия TC10-40S02 и закрытия TC10-40S01.

Система байпасной очистки теплоносителя 1 контура находи тся в оперативном управлении НСРЦ, оперативном ведении НСБ. При работе системы СВО-1 оперативный персонал производит конт роль технологических параметров системы ведется по приборам и сигнализации БЩУ и по информации из УВС. Каждый высокотемпературный фильтр имеет индивидуальные пробоо тборные линии на входе и выходе, которые снабжены дроссельными ша йбами и теплообменниками для снижения параметров пробы. Анализ качества работы фильтра производится персоналом ХЦ путе м отбора теплоносителя на входе и выходе фильтра каждой нитки с установленной периодичностью.

Техническое обслуживание оборудования системы СВО-1 закл ючается в его осмотрах с целью проверки и поддержания работоспособ ности оборудования, выявления возможных дефектов. Оборудовани е системы TC располагается внутри защитной оболочки, доступ в которую осуществляется в соответствии с “Инструкцией о п орядке допуска в гермозону”. Техническое обслуживание проводит ся при обеспечении доступа в помещения системы на остановленно м и расхоложенном реакторе, выявленные дефекты заносятся в “ Журнал дефектов оборудования РЦ” под руководством ИЭРО.

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

85

Проблемы

использования

высокотемпературных сорбентов в системе СВО-1

В отчете по экспериментальному исследованию влияния уст ановки СВО-1 на радиационную обстановку в первом контуре ВВЭР-1000 на головном энергоблоке Запорожской АЭС был сделан вывод, чт о эффективность работы ВТФ в процессе эксплуатации падает и их влияние на радиационную обстановку заметно сказывается только в начальный период эксплуатации энергоблоков. Объясняетс я это тем, что необходимо периодически восстанавливать фильтрующи е свойства термостойкого сорбента.

На 1 блоке Запорожской АЭС производились экспериментальн ые водные промывки сорбента, эффективность которых по колич еству удаленных из фильтрующего слоя радионуклидов коррозион ного происхождения оказалась невысокой. Так например, после вт орого периода работы фильтров СВО-1, с промывочной водой было уда лено 1,6 из почти 7,5 Кu, т.е. только около 20% содержащейся на сорбенте активности.

Химическая регенерация сорбента не проводилась ни разу н и на одном из блоков. В то же время о необходимости регенерации или замены сорбента после определенного периода его работы в связи с потерей им сорбционных свойств и снижением эффективност и очистки говорит весь опыт фильтрации, в том числе и высокотемпературной.

Процесс фильтрации характеризуется не только чисто меха ническим задержанием частиц примесей в межзерновом пространстве фильтрующей загрузки. Существенную роль в нем играют проц ессы сорбции поверхностью зерен фильтрующего материала, особ енно для коллоидных частиц. Фильтрация водного теплоносителя на термостойких сорбентах при высоких температурах и низки х концентрациях продуктов коррозии, которые при этом часто находятся в коллоидном или растворенном состоянии характеризуется также процессом сорбции с образованием малорастворимых соединений сорбента с сорбируемым ионо м металла. В этом случае водная промывка малоэффективна и д ля восстановления первоначальных свойств сорбента необход имо

проведение химической регенерации или замены на свежий м атериал.

Причинами, по которым не проводятся химические регенерац ии сорбента на АЭС с ВВЭР-1000, являются два обстоятельства: неправильный выбор критерия окончания фильтроцикла и не удачная,

ñточки зрения обеспечения гидровыгрузки сорбента, конст рукция фильтра. В применяемом ВТФ предусмотрена верхняя гидровы грузка

ñпомощью специального устройства УГВС, опускаемого внут рь фильтра и перемещаемого вслед за уровнем слоя сорбента в процессе выгрузки (вода для транспортировки сорбента подается сни зу). Èç-çà

сложности подобный процесс не был даже опробован ни на одной АЭС.

Что касается фильтроцикла, то первоначально за него был п ринят рост перепада давления на фильтре до 0,2 кгс/см2. В то же время процесс высокотемпературной фильтрации характеризуется отсутствием заметного роста гидравлического сопротивления слоя сор бента в силу турбулентного режима течения через него. Критерием оконч ания фильтроцикла должно служить уменьшение эффективности о чистки по радионуклидам коррозионного происхождения, и полное восстановление свойств сорбента должно производиться е жегодно во время останова блока на ремонт.

Так же актуальным остается и вопрос выбора оптимального В ХР теплоносителя 1 контура. В ходе экспериментов по использо ванию высокотемпературных сорбентов на Белоярской АЭС было установлено, что на работу ВТФ отрицательно влияет содерж ащийся в

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

86

очищаемой воде гидразин, концентрация которого в очищаемой воде в ходе эксперимента достигала 2 мг/кг. Как сильный восстано витель гидразин способствует растворению накопленного слоем о садка и смыву его в фильтрат (происходит как-бы химическая регене рация “на ходу”), о чем свидетельствовали результаты анализа слоя с орбентов.

Расчеты показывают, что использование водно-химического режима с постоянным значением pH в ходе кампании на уровне 7,1-7,2 может существенно позволить эффективность работы фильтров ВТ Ф и снизить процесс переноса активированных продуктов корр озии.

88

Цели обучения

По окончании изучения данного материала обучаемые будут способны:

1.Кратко охарактеризовать основные особенности ведения в однохимического режима теплоносителя 1 контура для реакторов типа ВВЭР.

2.Сформулировать назначение системы очистки оргпротечек и продувочной воды 1 контура TЕ.

3.Объяснить принципы использования ионообменной смолы дл я очистки и регулирования ВХР теплоносителя 1 контура.

4.Описать взаимосвязь системы СВО-2 с системами: TK, TY, TZ, OTR.

5.Описать устройство и основные технические характеристи ки компонентов системы TE :

Описать ионообменные фильтры TE10,20N01-03. Описать фильтр-ловушки TE10,20B01.

Описать ИПУ TE00S02,03.

Описать регулирующие клапана TE10,20S011.

6.Нарисовать упрощенную схему системы ÑÂÎ-2.

7.Описать процесс и назвать критерии проведения регенера ции катионитного и анионитного фильтров.

Описать назначение, общее устройство и основные эксплуатационные режимы системы СВО-2.

89

Теоретические аспекты необходимости очистки оргпротечек и продувочной воды 1 контура

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 обратить сам ое серьезное внимание на проблемы коррозии и износа механического 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 хлоридов и фторидов вызывают коррозионное растрескивание напряженной аустенитной стали марки Х18Н10 Т, широко распространенной в реакторостроении. Высокие концентрации этих веществ также влияют на стойкость цирк ония, так как за счет интенсификации образования растворимого хло ридного (фторидного) комплекса с цирконием увеличивается порист ость окисной пленки и снижаются ее защитные свойства. Все это т ребует ограничить концентрацию хлоридов и фторидов в реакторно й воде не более 0,1 мг/кг.

Отложения на поверхности твэлов АЭС вследствие их малой теплопроводности могут привести к повышению температур ы металла оболочки, а в предельном случае - к пережогу оболоч ки. 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 развит ия очагов местной коррозии. При многократном облучении в акт ивной зоне продуктов коррозии конструкционных материалов, смы тых с остальных участков контура, затрудняется доступ к образо ванию и трубопроводам во время ремонта.

Начиная с 1963 года борное регулирование используется практически на всех мощных энергетических реакторах с во дой под давлением. Оценивая влияние борной кислоты на организаци ю ВХР первого контура, нужно принимать во внимание необходимос ть введения сильного основания КОН в воду первого контура дл я поддержания оптимального значения pH (при рабочей темпера туре 1 контура) в пределах 6,9-7,1 в течение всей кампании и уменьшения скорости коррозии конструктивных материалов при поддержании требуемой концентрации борной кислоты. Одна ко при регулировании рН теплоносителя едкими щелочами нужн о

учитывать, что согласно современным данным, высокие конце нтрации щелочи могут привести к коррозионному растрескиванию нержавеющих сталей. Наличие NaOH в воде 1 контура не рекомендуется в связи с увеличением активности теплонос ителя за счет распада 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 первичных связей моле кул воды и образование свободного водорода. Аналогичное дейс твие оказывает гамма- и бета-излучение.

Радиолитическое разложение воды, протекающее по реакции : 90

2Í 2 Î↔2Í 2 + Î 2

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 специальных мер, количество его может превысить допустим ый предел. Кислород, являясь активным деполяризатором, усили вает коррозию металла. С воде с повышенным значением pH среды проявляется совместное неблагоприятное воздействие кис лорода и щелочи на оболочки твэлов из циркония. С ростом толщины окисной пленки из-за разницы объемов циркониевого сплава и его окислов увеличиваются внутренние напряжения, деформиру ющие кристаллическую решетку окисла и интенсифицирующие диф фузию кислорода и рост пленки, которая начинает терять сплошнос ть и свои пассивирующие свойства.

Для подавления кислорода производится дозировка аммиак а в первый контур. При радиационном разложении в контуре по реакции

2NH 3↔N 2 + 3H 2

аммиак является источником внутриконтурного получения водорода (при разложении 1 м2/êã NH3 образуется 2 см3 Í2), обеспечивающего подавление радиационного разложения воды, а также связыв ающего молекулярный водород.

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.

Традиционно в системах очистки теплоносителя первого ко нтура на АЭС широко используются ионообменные смолы. Рассматрива емая в данном пособии система очистки оргпротечек и продувочно й воды 1 контура (СВО-2) реактора ВВЭР-1000 также использует ионообменную смолу для очистки теплоносителя. В соответс твии с проектом оборудование системы очистки оргпротечек и про дувочной воды 1 контура отмаркировано латинскими буквами TE.

Назначение и краткое техническое описание системы СВО-2

Система очистки оргпротечек и продувочной воды 1 контура ТЕ предназначена для:

очистки продувочной воды первого контура и вод оргпротеч ек от продуктов коррозии (растворенных и дисперсных), осколков деления топлива (в случае повреждения твэлов),

примесей в виде ионов и посторонних примесей, поступающих в 1 контур с подпиточной водой и дозируемыми реагентами. для плавного регулирования концентрации щелочных металлов и аммиака в 1 контуре, выведения избыточной щелочности из теплоносителя 1 контура, а также для удалени я борной кислоты из теплоносителя в конце кампании.