Виды ВХР первого контура
Рисунок 1. Схема первого контура АЭС с реактором ВВЭР-1000
1 – барботажный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – регулятор; 4 – компенсатор
давления; 5 – главная запорная задвижка; 6 – вспомогательный насос; 7 – ГЦН;
8 – теплообменник контура охлаждения подшипника ГЦН; 9 – парогенератор; 10 – реактор;
11 – вход для подпиточной воды в реактор
1. Требования к водно-химическому режиму первого контура.
Особенностью первого контура является возможное отложение продуктов коррозии на поверхности ТВЭЛов, что не только ухудшает теплоотвод и может вызвать термическое разрушение оболочек ТВЭЛов, но и приводит к активации отложений, которые, концентрируясь на отдельных участках внутренних поверхностей контура, усложняют проведение ремонтных работ, ухудшая радиационную обстановку.
ВХР первого контура должен обеспечивать следующие требования:
1) сведение к минимуму скорости коррозии конструкционных материалов первого контура;
2) отсутствие (минимизация) отложений продуктов коррозии на ТВЭЛах, теплообменной поверхности парогенераторов и другом оборудовании контура;
3) подавление образования продуктов радиолиза теплоносителя при работе энергоблока;
4) минимальное количество радиоактивных отходов;
5) сведение к минимуму влияния отложений на реактивность активной зоны.
Важным фактором, во многом определяющим организацию водного режима первого контура реакторов ВВЭР, является борное регулирование. Жидкий поглотитель уменьшает неравномерность тепловыделения в активной зоне, что позволяет при тех же габаритных размерах повышать ее мощность. При этом медленные эффекты реактивности компенсируются за счет равномерно распределенного в воде бора, и только быстрые эффекты - за счет стержней системы управления и защиты реактора.
Для регулирования реактивности используется борная кислота, которая в реакторных условиях имеет ряд преимуществ:
- химически устойчива в реакторных условиях;
- хорошо растворима в воде;
- дает хорошо растворимые соединения с катионами воды реакторов.
Но ей присущи и недостатки:
- понижение значения рН реакторной воды;
- затруднение очистки воды реакторов от хлоридов;
- повышение удельной электрической проводимости воды и исключение возможности использования кислорода для пассивации конструкционных материалов.
На практике концентрация борной кислоты в первом контуре может поддерживаться до 8–13,5 г/кг при работе реактора на мощности и до 18 г/л для отравления реактора при остановках его на перегрузку топлива и при ремонтах оборудования. При введении таких сравнительно больших количеств борной кислоты в первый контур усиливается коррозионная агрессивность теплоносителя, что требует химической коррекции водного режима с введением в теплоноситель ингибиторов коррозии.
Существует три вида водно-химических режимов:
1. Нейтральный (бескоррекционный) – со значением рН теплоносителя, равным 5,0 – 7,5.
Так как скорости коррозии нержавеющих сталей при рН 5 – 10 изменяются лишь незначительно, в атомных реакторах, изготовленных полностью из нержавеющей стали, допустимо применение растворов борной кислоты без какой-либо регулировки. Т.е. достоинством этого ВХР можно считать простоту его ведения. Однако, этот ВХР имеет ряд недостатков:
1) усиление переноса продуктов коррозии по контуру при низких значениях рН,
2) и как следствие – значительное загрязнение участков контура радиоактивными продуктами коррозии.
Поэтому для уменьшения переноса продуктов коррозии предпочтительно производить частичную нейтрализацию влияния борной кислоты в контуре.
2. Сильнощелочной – со значением рН теплоносителя более 10,0, поддерживается за счет сильного основания.
Достоинства:
1) при высоких рН происходит значительное замедление скорости коррозии сталей при их прямом взаимодействии с горячей водой, что приводит к уменьшению скорости накопления водорода в контурной воде.
Например, если при аммиачном водном режиме скорость коррозии углеродистой стали может достигать 5-7 мг/м2 ·ч, то при применении едкой щёлочи она может понижаться даже до 1,5 – 2,0 мг/м2 ·ч,
2) с ростом температуры значительно увеличивается растворимость магнетита, что приводит к уменьшению отложений на наиболее горячем участке контура – на оболочках ТВЭЛов.
Недостаток:
возможное концентрирование нелетучей щёлочи на некоторых участках контура и особенно в активной зоне реактора (например, при наличии поверхностного кипения) и коррозионного растрескивания ответственных конструкций.
3. Слабощелочной (аммиачный) – со значением рН теплоносителя, равным 8,5 – 10,0, поддерживается за счет аммиака.
Однако аммиак, как регулятор рН теплоносителя, обладает существенным недостатком. Как видно (рис. 2), при повышении температуры теплоносителя, основные свойства аммиака ослабевают, из-за снижения степени диссоциации молекул для данной концентрации.
Для достижения необходимого рН при работе реактора на мощности требуются очень высокие концентрации аммиака (до 0,1 г/дм3 и выше), что практически недостижимо. Кроме этого, происходит увеличение равновесной концентрации водорода, вызванное радиолитическим разложением аммиака:
,
что опасно из-за возможного радиационно-водородного охрупчивания корпусной стали.
Вывод.На АЭС Украины в первом контуре используют сочетание сильнощелочного и аммиачного режимов, учитывая преимущества и восполняя недостатки каждого из них в отдельности.