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.