3. Основы водного режима 1 контура яэу с ввэр

Исходя из вышеперечисленного можно сформулировать условия нормирования водного режима реакторов ВВЭР с борным регулированием:

1. Поддержание рН в коррозионно безопасных пределах.

2. Ограничение концентраций радиолитического кислорода.

3. Ограничение в воде реактора концентраций хлоридов и фторидов.

4. Обеспечение эффективного удаления продуктов коррозии конст­рукционных материалов.

Для выполнения этих условий в составе реакторной установки име­ются очистительные и подпиточные установки.

Поддержание необходимого значения рН в условиях борного регу­лирования требует дозирования щелочей в воду реактора. По своей агрес­сивности щелочи располагаются следующим образом:

LiOH > NaOH > КОН > NH₃.

Поэтому наиболее безопасным по отношению к циркониевым сплавам был бы ввод аммиака. Однако с ростом температуры и особенно при температуре 300⁰С, т.е. в условиях реактора, основные свойства ам­миака ослабевают. Поэтому для поддержания требуемого значения pН пришлось бы использовать очень высокие, практически недостижимые концентрации аммиака (1 г/дм³ и даже выше).

Кроме того, в условиях таких значительных концентраций аммиака вследствие его радиолиза в реакторной воде наблюдались бы кон­центрации водорода, повышающие опасность водородного охрупчивания сталей. В связи с этим предпочтительнее использование КОН (в зару­бежных реакторах используют LiOH, это дороже, так как требует очистки лития от изотопа ⁶Li, из которого образуется тритий ⁶Li + '_оп ⁴Не + ³Н ) Более дешевый NaOH не используется в связи с 100%-ной активацией натрия.

Калий тоже активирует­ся в активной зоне, но это относится только к изотопу ⁴¹К, которого в при­родном калии всего 6,4 %.

Стабилизация значений рН на необходимом уровне разрешается до­бавлением в воду реактора не только КОН, но и NH₃, т.е. организуется так называемый калий-аммиачный водный режим, нейтрализующий хими­ческое воздействие борной кислоты. При работе реактора на мощности при высоких температурах, когда степень диссоциации борной кислоты незначительна, мала и диссоциация гидроксида аммиака и его основные свойства выражены слабо. Главным нейтрализующим реагентом является при этом КОН. При снижении температуры усиливаются основные свой­ства NH₃, что позволяет поддерживать необходимое значение рН без увеличения ввода КОН.

В условиях калий-аммиачного водного режима катионитные фильт­ры байпасной очистки работают в смешанной (К⁺-NН ₄⁺)-форме, концен­трация калия стабильно поддерживается ионообменным равновесием:

где К - коэффициент равновесия, или коэффициент избирательности, зави­сящий от температуры, свойств катионита и раствора, концентраций и количественного соотношения взаимодействующих катионов; индексы "в" и "кат" означают соответственно концентрации в воде реактора и в катионите.

На практике оптимальное соотношение катионита в К⁺- и NН ₄⁺-формах создается в процессе работы фильтра. Перед пуском реактора катионит переводят из Н-формы, в NН ₄⁺-форму введением в теплоноситель аммиака в количестве 100...200 мг/дм ³. После выхода на мощность в тепло­носитель начинают дозирование КОН. Равновесие устанавливается примерно через сутки после начала ввода КОН. После достижения устойчивой концентрации калия в теплоносителе ввод КОН прекращается и в воду реактора дозируется только NНз Для расчета концентраций калия, необходимых для поддержания необходимого значения рН при рабочей температуре, может быть использована графическая зависимость концентрации калия от концентрации борной кислоты при различных значениях рН, представленная на рис.1

Концентрация КОН

0 2 4 6 Концентрация НзВОз

Рис. 1 Зависимость концентрации калия от концентрации НзВОз

при температуре теплоносителя 260 °С и'значениях рН, равных 7,1 (]), 7,2 (2); 7,3 (3)

При необходимости увеличения концентрации К в воде его вытесняют из фильтра дополнительным введением NH₃.

Для ограничения концентрации кислорода в воде реактора требуется заполнение его хорошо продеаэрированной водой. Кроме того, для удаления остаточного кислорода, содержащегося в воде, в нее вводят гидразин с таким расчетом, чтобы создать в воде реактора избыточную концентрацию гидразина> не менее 20 мкг/дм³. Что же касается ограничения концентрации радиолитического кислорода в процессе работы реактора, то оно может быть достигнуто за счет введения в воду реактора газообразного во­дорода или какого-либо реагента, разлагающегося в радиационных усло­виях с выделением газообразного водорода. Первое решение используется в зарубежных реакторах, второе реализуется в отечественных реакторах - в воду реактора вводят аммиак, в результате радиационного разложения ко­торого выделяется водород, соединяющийся с радиолитическим кислородом. Нормируемое количество вводимого аммиака должно обеспечивать подавление радиолиза, но не должно превышать значений, при которых создается опасность охрупчивания циркониевый сплавов в результате наводороживания.

Для ограничения концентраций хлоридов в воде реактора требуется прежде всего высокая чистота борной кислоты; для получения нормируе­мых концентраций хлоридов и фторидов - высокая чистота подпиточной воды и обеспечение эффективной работы очистных установок реакторного цеха, которая предназначена также для возможно боле полного вывода из контура продуктов коррозии конструкционных мате риалов.

Конкретное нормирование водного режима реакторов ВВЭР опирается на изложенные выше положения и регламентируется как для эксплуатационных условий, так и для горячей обкатки, предшествующей эксплуатации.

Выводы

1. Физико-химические процессы, протекающие в воде 1 контура условно подразделяют на:

- радиационные процессы (образование новых нуклидов, активация примесей, газовая и осколочная актив­ность теплоносителя, радиолиз водного теплоносителя;

- химиче­ские процессы (коррозия конструкционных материалов, отложения на теплопередающих поверхностях).

2. Радиолиз водного теплоносителя - это процесс разложения во­ды под действием ионизирующего излучения.

3. Коррозией металла называют его раз­рушение в результате химического или электрохимического воздей­ствия контактирующей с ним среды. Основными видами коррозии являются: общая, под напряжением (коррозионное растрескивание) и межкристаллитная.

4. Коррозионная агрессивность теплоносителя определяется глав­ным образом составом и концентрацией примесей. Для воды тако­выми являются кислород, водородные ионы, углекислый газ, хлориды, раство­ренные в ней соли.

5. Основным требованием к водному режиму является предотвращение отложений на твэлах активной зоны, а также оптимальный водный режим реакторов ВВЭР должен обеспечивать предотвращение заметной коррозии всех конструкционных материалов активной зоны реактора, т.е. прежде всего циркониевых сплавов, используемых для оболочек твэлов, а также аустенитных нержавеющих сталей, используемых для всего остального контура.

6. Условиями нормирования водного режима реакторов ВВЭР с борным регулированием является: - поддержание рН в коррозионно безопасных пределах; - ограничение концентраций радиолитического кислорода; - ограничение в воде реактора концентраций хлоридов и фторидов;- обеспечение эффективного удаления продуктов коррозии конст­рукционных материалов.

7. Поддержание необходимого значения рН в условиях борного регу­лирования требует дозирования щелочей в воду реактора.

8.Для ограничения концентрации кислорода в воде реактора требуется заполнение его хорошо продеаэрированной водой. Кроме того, для удаления остаточного кислорода, содержащегося в воде, в нее вводят гидразин. Что же касается ограничения концентрации радиолитического кислорода в процессе работы реактора, то оно может быть достигнуто за счет введения в воду реактора газообразного во­дорода или какого-либо реагента, разлагающегося в радиационных усло­виях с выделением газообразного водорода.

9.Для ограничения концентраций хлоридов в воде реактора требуется прежде всего высокая чистота борной кислоты; для получения нормируе­мых концентраций хлоридов и фторидов - высокая чистота подпиточной воды и обеспечение эффективной работы очистных установок реакторного цеха, которая предназначена также для возможно боле полного вывода из контура продуктов коррозии конструкционных мате риалов.

Лекцию разработал ст. преподаватель Сукрушев А.В.

14