2. Цели и задачи дисциплины.

Целью дисциплины "Водный режим контуров АЭС " является изучение основ физико-химических процессов протекающих в контурах АЭС и требований к конструкционным материалам, изучение организации подготовки воды для заполнения контуров и норм качества подпиточной воды, изучение организации ведения ВХР контуров АЭС при различных режимах состояния энергоблока, изучение правил эксплуатации установок очист­ки вод контуров, изучение организации контроля качества воды контуров АЭС.

Дисциплина " Подготовка воды на АЭС " является одной из основных специальных дисциплин. Изучение дисциплины ос­новывается на знаниях полученных слушателями при изучении таких дисциплин как: "Химия", "Физика", "Материаловедение и технология металлов", "Парогенераторы и теплообменное оборудование АЭС", "Энергетические ядерные реакторы", "Турбины АЭС" и др.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

Знать:

• основные понятия физики и химии воды;

• виды и показатели качества воды;

• организацию подготовки воды для заполнения контуров;

• нормы качества подпиточной воды контуров;

• основные физико-химические процессы протекающие в контурах АЭС;

• нормы качества воды контуров АЭС при различных режимах использования энергоблока;

• прави­ла эксплуатации систем очистки контуров;

• основные возможные отклонения физико-химических показателей воды контуров от норм и способы их устранения.

Уметь:

• производить расчет необходимого количества реаген­тов вводимых в 1 контур;

• вводить в работу и выво­дить из действия фильтры систем очистки контурных вод;

• определять основные показатели качества воды;

• принимать решения по действию персонала по устране­нию нарушений ВХР контуров.

Всего на дисциплину отводится - 61 час, из них 34 ча­сов под руководством преподавателя и 18 часов на самостоя­тельную работу. Под руководством преподавателя проводятся следующие виды занятий:

Лекции - 20 часов.

Практические занятия - 10 часов.

Семинарские занятия - 2 часа.

Контрольные работы - 2 часа.

Итоговым контролем по данной дисциплине является зачет с оценкой.

Учебный материал излагается на лекционных и практичес­ких занятиях. Лекционные занятия проводятся в потоках, а остальные виды занятий в составе класса.

Текущий контроль знаний осуществляется с целью проверки усвоения материала и уровня знаний в период практических занятий и проведения контрольных работ.

3. Основные понятия физики и химии воды.

3. 1 Основные понятия физики воды. Как и большинство веществ вода состоит из молекул, а последние из атомов. Молеку­ла воды образована из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Несмотря на то, что вода - вещество принятое в качестве эталона меры плотности, объема и прочих парамет­ров для других веществ, сама вода является самым аномаль­ным среди них. Параметры воды, используемой в ЯЭУ в качестве теплоносителя и рабочего тела, изменяются в широких пределах. Температура воды изменяется в пределах 20 – 320 ⁰С, а давление от 0,04 - до 160 кгс\см2. Изменение пара­метров воды приводит к изменению физико-химических свойств воды.

Плотность - масса вещества в единице объема. Общеиз­вестно, что все вещества при нагревании увеличивают свой объем и уменьшают плотность. У воды наблюдается то же са­мое за исключением интервала 0. . . 4 ⁰С, когда с возрастанием температуры объем воды не увеличивается, а наоборот, сок­ращается. При понижении температуры ниже О ^оС объем воды продолжает увеличиваться, но только при условии переохлаж­дения. Максимальная плотность воды наблюдается при темпе­ратуре 4 ⁰С. (Эталон плотности. )

Точки кипения и замерзания (плавления). При давлении 1 атм аномальны точки замерзания и кипения воды. Если взять ряд соединений водорода с элементами периодической системы с учетом их относительной массы, то окажется, что точки замерзания и кипения воды не укладываются в закономерность общую для трех других соединений, у которых чем больше от­носительная молекулярная масса, тем выше точки кипения и замерзания. Точка замерзания воды должна была бы находить­ся между -90 и -120 ⁰С, а точка кипения между 75 и 100 ⁰С. Температура кипения воды с увеличением давления возраста­ет, а температура замерзания - понижается.

Теплоемкость воды в 5 - 30 раз выше, чем у других ве­ществ (за исключением аммиака и водорода). У всех тел (кроме ртути) удельная теплоемкость с повышением темпера­туры возрастает. У воды же удельная теплоемкость в интер­вале 0 - 35 ⁰С падает, а затем начинает возрастать. Удель­ная теплоемкость воды при 16 ⁰С условно принята за 1 (кал/г⁰С). Теплоемкость льда в интервале температур 0-20⁰С в среднем 0,5 кал/г⁰С , т. е. в 2 раза меньше чем у жид­кой воды.

Теплота плавления у воды очень высокая, около 80 кал/г (у чистого железа - 6, свинца -5,5). Поверхностное натяже­ние (способность пограничных молекул воды, а также твердых тел самоуплотняться) у воды наиболее высокое из всех из­вестных жидкостей, кроме ртути.

Динамическая вязкость (внутреннее трение) воды сущест­венно зависит от температуры, так при повышении температу­ры от 0 до 75 ⁰С коэффициент вязкости уменьшается в 5 раз.

Вода обладает способностью к диссоциации на противопо­ложно заряженные ионы водорода и гидроксила. В случае свя­зывания одного из ионов с каким либо другим веществом вода из нейтральной может стать кислой или щелочной.

Изменяют свойства воды и магнитные поля, и переменное электрическое поле, и ультрозвуковые воздействия, и ради­оактивные излучения.

3.2 Основные понятия химии воды. В природе абсолютно "чистой" воды не существует, в ней всегда растворены различные газообразные, твердые и жидкие ве­щества, создающие громадное разнообразие (по минеральному составу) растворов.

В воде могут растворяться все элементы периодической системы, включая и такие почти нерастворимые, как кремний. Все зависит от температуры, давления и присутствия в раст­воре других компонентов.

Раствор - однородная система переменного состава, состоя­щая из двух и более компонентов. Компоненты раствора растворитель и растворенное вещество. Вода является уни­версальным растворителем. В зависимости от степени дисперсности растворенного вещества различают истинные растворы, коллоидные растворы, взвеси (грубодисперсные системы). Чем больше размеры частиц дисперсной фазы, тем меньше устойчи­вость системы. Наименее устойчивы взвеси, с течением вре­мени они разрушаются - происходит разделение однородной системы на два отдельных компонента - растворитель и раст­воренное вещество. Различают два вида грубодисперсных сис­тем: сузпензии - твердые частицы в жидкостях и эмульсии - жидкие частицы одного вещества в другом жидком веществе. Растворы по своей природе занимают промежуточное положение между химическими соединениями и механическими смесями.

Растворение - сложный физико-химический процесс. С термо­динамической точки зрения вещество может растворяться в какой либо жидкости самопроизвольно при постоянном давле­нии и объеме, равномерно распределяясь в ней, если в ре­зультате этого процесса энергия системы уменьшится. Ве­щество переходит из упорядоченного твердого состояния в раствор, в котором термодинамическая вероятность состояния его частиц становится значительно больше, энтропия системы увеличивается. Энтропийный фактор особенно будет ощутим при повышенных температурах, поэтому растворимость твердых веществ при нагревании, как правило, увеличивается. Раст­ворение сопровождается и изменением энтальпии. Раствори­мость вещества равна, концентрации насыщенного раствора при определенной температуре. растворимость выражают числом единиц массы безводного вещества, насыщающего при данных условиях 100 единиц массы растворителя. Раствор, концентра­ция которого при данных условиях больше растворимости на­зывается перенасыщенным раствором, и из него самопроиз­вольно начинает выделяться растворенное вещество до тех пор, пока концентрация раствора не станет равной растворенности.

В природной воде могут быть также растворенные газы. Растворимость газов в воде различна и зависит от ряда фак­торов: температуры, давления, минерализации, присутствия в водном растворе других газов. С повышением температуры до 90 ⁰С растворимость газов в воде снижается, а затем воз­растает. Повышение давления влечет за собой увеличение растворимости газов. При повышении минерализации воды растворимость газов падает. Растворимость газа в природной воде при постоянных температуре и степени минерализации прямо пропорциональна давлению газа на жидкость, для газо­вых смесей она пропорциональна давлению каждого газа в от­дельности.

Гидролиз солей. Гидролизом солей называют взаимодейс­твие ионов, на которые диссоциируют растворенные в воде соли и воды с образованием слабых кислот и оснований. Гид­ролиз обычно вызывает изменение реакции среды. Степень гидролиза существенно зависит от температуры и насыщеннос­ти раствора.

Радиолиз воды. Под воздействием ионизирующих излучений в воде протекают радиационно-химические реакции. Характер радиационно-химических процессов зависит от агрегатного состояния воды, условий протекания и наличия в воде приме­сей. Конечными молекулярными продуктами радиолиза воды являются водород, кислород и перексид водорода. Концентрация продуктов радиолиза при отсутствии в воде примесей ста­бильна.