2. Особенности организации вхр контуров яэу на зарубежных аэс с ввр.

2.1 ВХР 1 контура.

Выбирая тот или иной ВХР, необходимо оценить его влияние на работу активной зоны реактора, и оборудования контуров с учетом эффективности и надежности установки, удобства и безопасности эксплуатации и обслуживания, влияния на окружающую среду. Для активной зоны предметом рассмотрения должны быть целостность оболочек, их коррозия, выход продуктов деления, образование от­ложений в активной зоне, мягкое регулирование реактивности, радиолиз теплоносителя и корректирующих добавок, износ и коррозия регулирующих стержней. Оценивая работоспособность остального оборудования 1 контура при выбранном ВХР, следует обращать самое серьезное внимание на проблемы коррозии и износа механического оборудования контура, очистки теплоносителя, на регулирование величины рН и концентрации химических поглотителей нейтронов.

При использовании борной кислоты для мягкого регулирования реактивности, для уменьшения скорости коррозии конструкционных материалов в воду 1 контура необходимо вводить мелочи. В отличии от отечественных АЭС, на западных АЭС широко распространено ис­пользование литиевой шелочи. При использовании литиевой шелочи с концентрацией 0,2-2 мг/дмЗ в воде 1 контура поддерживается рН = 9,5-10,5. При таких концентрациях лития вклад реакции Li(n,a)T в нежелательное образование трития может быть существенным, поэтому для облегчения условий эксплуатации АЭС было рекомендовано приме­нение LiОН с большой изотопной чистотой по изотопу Li-7, что су­щественно удорожает применяемый реагент. Следует учитывать и тот факт, что тритий присутствует в контуре реактора, в основном в форме третированной воды ТОН, что несколько снижает опасность загрязнения им окружающей среды.

Отечественный ВХР для реакторов типа ВВЭР предусматривает ввод в теплоноситель как КОН, так и NH₃, что делает технологию подщелачивания более гибкой и определяет ряд преимуществ аммиачно-калиевого режима перед режимом с применением только сильных осно­ваний.

Ограничение концентрации радиолитического кислорода в зару­бежных реакторах, чаще всего, реализуется за счет введения в воду реактора газообразного водорода, что требует специальных систем. В настоящее время на отечественных АЭС также вопрос замены дозирования в 1 контур аммиака на чистый водород.

Анализ эксплуатационных данных показывает, что именно при дозировании аммиака в теплоноситель первого контура поступает наибольшее количество вредных загрязнений.

Согласно эксплуатационным данным в течение года в первый контур каждого энергоблока с реактором ВВР-1000 суммарно дозируется около 14м³ 25% раствора аммиака.

С целью ограничения поступления в первый контур вредных примесей с дозируемыми реагентами в нормативной документации по ведению водно-химического режима первых контуров установлены определенные требования к качеству используемых реагентов( аммиак квалификации "ч", "хч" и "чда" согласно ГОСТ 3760-79). Исходя из предельных значений примесей с указанным количеством дозируемого аммиака в первый контур за год может поступать:- до 140 г сульфатов; - до 28 г хлоридов; до 7 г железа; - до 14 г тяжелых металлов.

В рамках реализации соответствующего проекта Программы ТАСИС на Южно-Украинской АЭС произведена оценка технико-экономической эффективности замены аммиака на чистый газообразный водород для химической коррекции теплоносителя первых контуров энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000.

Согласно представленным в вышеуказанном отчете расчетным оценкам:

- исчезают затраты на ежегодные поставки 28 т 25% раствора аммиака для двух энергоблоков - 2240$

- ежегодные эксплуатационные затраты на переработку образующихся при ведении штатного аммиачно-калийного водно-химического режима жидких аммиак содержащих радиоактивных отходов для двух энергоблоков АЭС - 150943$

- исключение аммиака в составе теплоносителя первого контура приводит к сокращению ежегодно образующихся радиоактивных отходов на двух энергоблоках АЭС - в 7 раз

- ежегодное сокращение эксплуатационных затрат АЭС при условии закупки сжатого водорода в баллонах - 114000$

- ежегодное сокращение эксплуатационных затрат АЭС при условии использования водорода, производимого на электролизной станции -129700$

Технико-экономический анализ замены аммиака на чистый газообразный водород для химической коррекции теплоносителя первых контуров энергоблоков №1 и 2 АЭС показал сокращение эксплуатационных затрат на дозирование аммиака и/или гидразина для накопления водорода во время пуска и горячего останова, а также сокращение времени для достижения регламентируемых требований к качеству теплоносителя первого контура в период пуска, повышение продолжительности фильтроциклов катионита в фильтрах очистки теплоносителя при отсутствии аммиака, т.е. сокращение образования жидких радиоактивных отходов.

Замена аммиака на чистый газообразный водород для химической коррекции теплоносителя первых контуров АЭС с ВВЭР обеспечит:

- упрощение процедуры пуска и останова энергоблоков;

- сокращение времени для проведения пусковых операций, направленных на достижение минимально необходимой заданной концентрации водорода в теплоносителе;

- сокращение времени для проведения операций при останове, направленных на снижение концентрации водорода в теплоносителе ниже максимально допустимого уровня;

- сокращение количества газообразных отходов.

В случае замены аммиака на чистый газообразный водород для химической коррекции теплоносителя появятся дополнительные эффективные технические средства регулирования концентрации растворенного водорода. Использование сатуратора обеспечит более оперативное повышение концентрации водорода в теплоносителе по сравнению с используемым в настоящее время косвенным и довольно инерционным методом (насыщения теплоносителя аммиаком с последующим его радиолитическим разложением с образованием водорода).

Анализ эксплуатационных данных химического контроля теплоносителя в периоды пусков энергоблоков ВВР-1000 показывает, что заданная нормами водно-химического режима, первого контура минимально допустимая концентрация водорода обычно достигается через 1 сутки и более после начала повышения мощности реактора. При использовании сатуратора операция насыщения теплоносителя водородом, занимает не более нескольких часов независимо от текущего уровня мощности реактора.

Не менее значительное сокращение переходных режимов достигается в периоды останова энергоблока за счет использования сатуратора и замены аммиака на чистый газообразный водород для химической коррекции теплоносителя. Отсутствие аммиака в теплоносителе в период останова исключит непрерывную генерацию водорода и, тем самым, ускорит (также от 1-2 суток до нескольких часов) снижение концентрации водорода до безопасного в аспекте водородной взрывопожаробезопасности уровня (0,02-0,05 мг/дм³) перед разуплотнением первого контура. Соответствующие оценки подтверждаются результатами расчетного моделирования указанных процессов, выполненных с помощью пакета программ МОРАВА-Н2.

Сокращение продолжительности вышеуказанных операций снизит количество газообразных отходов, направляемых на установку спецгазоочистки, что также обеспечит определенное сокращение эксплуатационных затрат.

Несмотря на ряд определенных различий в организации ВХР 1 контура отечественных и зарубежных АЭС с корпусными реакторами типа ВВЭР общим является достаточно строгое нормирование содер­жания в реакторной воде кислорода, хлоридов, Фторидов, продуктов коррозии, водорода и поддержание оптимального значения рН.

2.2 ВХР 2 контура.

С самого начала американские, а в последствии и западно-евро­пейские фирмы - изготовители оборудования АЭС пошли по пути раз­работки вертикальной конструкции парогенератора, используя в ка­честве материала парогенерирующих труб аустенитную нержавеющую сталь. Однако уже первый опыт эксплуатации таких ПГ показал, что отсутствие конденсатоочистки в условиях гидраэино-аммиачного ре­жима не сочеталось с применяемым материалом. Это проявилось в ря­де повреждений парогенерирующих труб в результате хлоридного растрескивания напряженного материала со стороны не первого, а вто­рого контура, в воде которого не могла быть обеспечена требуемая низкая концентрация хлоридов.

Учитывая это обстоятельство, двумя фирмами США был предложен для парогенерирующих труб высоконикелиевый сплав, который по их заявлениям, представлялся очень устойчивым к хлоридному растрескиванию, что не оправдалось. Уже к середине 1972г. была накоплена достаточная статистика повреждений парогенерирующих труб верти­кальных ПГ со стороны 2 контура. Повреждения, как правило, идентифицировались как щелочное межкристаллитное растрескивание труб из инконеля-600 в наиболее напряженных участках вблизи трубной доски. В связи с этим американскими фирмами был рекомен­дован режим фосфатирования воды ПГ, который, однако, не улучшил коррозионного состояния парогенерирующих труб.

Особое положение среды двухконтурных АЭС занимают установки с прямоточными-прямотрубными ПГ фирмы "Бабкок энд Уилкокс'ЧСША) Для таких ПГ с самого начала предусматривалась 100% конденсатоочистка .

На некоторых зарубежных АЭС, а также на ЮУ АЭС и ЗАЭС проводились и проводятся опытно-промышленные эксплуатации морфолинового ВХР 2 контура. В настоящее время особое внимание уделяется эксплуатации ВХР вто­рого контура с этаноламином.

Исследования по применению в качестве корректирующей добавки этаноламина проводились в течение последних 15 лет EPRI, EDF, CEGB. Рассматривались более 10 различных аминов, 5 из которых прошли испытания на петле. Этаноламин оказался самым лучшим амином и в настоящее время используется на многих станциях США, Японии, Кореи, Южно-Африканской Республики с реакторами PWR, в Словакии на блоках с ВВЭР-440.

При вводе аминов для корректировки ВХР 2 контура часть обменной емкости катионита системы продувки СВО-5 переходит в форму аминогруппы. На АЭС Сант-Альбан (Франция), где концентрация натрия после системы очистки продувочной воды ограничена величиной 2 мкг/дм³, срок службы катионита до выхода на регенерацию при морфолиновом ВХР- 2 месяца, при ВХР с этаноламином- 3,5 месяца. В условиях АЭС с ВВЭР, где .концентрация натрия после системы очистки продувочной воды ограничена 50 мкг/ дм³ (инструкция по ведению ВХР 2 контура 14/3-Э-ХЦ) количество регенераций установки СВО-5 ожидается 2 раза за топливную компанию.

Ввод ФСД конденсатоочистки планируется только при отклонении качества основного конденсата выше нормируемых ГНД пределов (концентрация натрия в основном конденсате более 2 мкг/дм³, удельная электрическая проводимость Н-катионированной пробы более 0,3 мкСм/см). На 3 энергоблоке РАЭС, где начата опытно - промышленная эксплуатация ВХР вто­рого контура с этаноламином, в начальный период времени планируется работа одного ФCД БОУ для выяснения фильтроцикла и оценки содержания этаноламина в регенерационных сбросных водах АЭС.

Специалисты АЭС Сант-Альбан отмечают, что при ведении ВХР с использованием амин предпочтительнее применять макропористые, а не гелевые иониты. В 2004 году на РАЭС в фильтрах БОУ и СВО-5 произведена замена фильтрующих материалов типа Ky-2-8 к АВ-17-8 на смолы с увеличенным процентом сшивки дивинилбензола фирмы RohmаHaas.

При ведении ВХР 2 контура с этаноламином снизится концентрация соединений аммиака и гидразина в сбросных водах. Ожидаемая концентрация этаноламина в питательной воде для обеспечения рН 8,8-9,2 должна составить 0,6-0,8 мг/дм³, в связи с этим обеспечивается качество сбросных вод неорганизованных протечек второго контура и регенерационных вод ФСД БОУ. Этаноламин относится ко 2 классу опасности, тип загрязнителя санитарно-токсикологический, предельно-допустимая концентрация в сбросной воде не должна превышать 0,5 мг/дм³, ("Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения", утвержденные заместителем Министра здравоохранения СССР, Государственным санитарным врачом СССР А.И. Кондрусевым 4.07.1988: _ . 4630-88, стр. 45, п. 772) и 0,01 мг/дм³ для воды рыбохозяйственных водоемов (Обобщенный перечень ПКД и ОБУВ вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. 1990г.), Уменьшение количества гидразина в питательной воде уменьшит риск воздействия на окружающую среду (ПДК гидразина - 0,01 мг/дм³ п. 153 "Санитарных правил норм охраны поверхностных вод от загрязнения").

Ожидается снижение потребления реагентов на ведение коррекционной обработки второго контура и затрат на ведение водно-химического режима второго контура. Концентрация морфолина для создания рН в питательной воде составляет 2,5 - 3,5 мг/дм³, этаноламина - 0,6 - 0,8 мг/дм³. По оценкам специалистов США стоимость ведения ВХР с морфолином составляет -450 тысяч $ в год на один блок, с этаноламином - 45 тысяч $ в год. Проведенные исследования, стоимостной составляющей ведения ВХР 2 контура на Украине показывают: стоимость гидразина- 24,4 грн/кг товарного продукта, годовой расход гидразина 4480 кг товарного, стоимость морфолина - 20 грн/кг, стоимость этаноламина - 10 грн/кг. Ввиду того, что количество морфолина, необходимое для создания величины рН, в 4 раза больше по сравнению с этаноламином, а стоимость морфолина в 2 раза выше этаноламина, ожидаемые затраты на ведение ВХР 2 контура с этаноламином в 8 раз меньше, чем с морфолином.

На части зарубежных АЭС ( Козлодуй, Кольской АЭС и др.) для консервации оборудования и трубопроводов 2 контура перед оста­новкой блоков на ремонт во 2 контур вводят поверхностно-активные и пленкообразующие вещества типа ОДА. Эксплуатационный опыт при­менения ОДА показал положительные результаты.

Для отечественных АЭС НАЭК рекомендует для внедрения сл. комплекс мероп­риятий, направленных на совершенствование ВХР 2 контура:

- морфолиновый режим 2 контура;

- октадециламиновая консервация на время длительных остановов;

- реконструкция системы продувки ПГ;

- внедрение автоматического химконтроля;

- снижение кислородосодержания в теплоносителе;

- реконструкция системы подпитки ГК и наладка работы деаэра­торов;

- снижение присосов охлаждающей воды в ГК;

- улучшение качества подпиточной воды.

Текст заключительной лекции обсужден и одобрен на заседании кафедры

«Эксплуатации и ФЗ ЯЭУ»

Протокол № от _________ 2012 г.

Лекцию разработал ст. преподаватель Сукрушев А.В.

15