20785

Физико-химические процессы протекающие в воде 1 контура и основы водного режима реакторов ВВЭР

Лекция

Физика

б уметь: показать влияние примесей в воде 1 контура на скорость коррозии конструкционных материалах; обосновать ведение калийаммиачного водного режима 1 контура при борном регулировании. Задание на самостоятельную подготовку: самостоятельно проработать вопросы классификации коррозионных процессов показатели коррозионной стойкости коррозии стали в паре. Введение ВХР АС должен обеспечивать работу основного и вспомогательного теплоэнергетического оборудования без повреждений и снижения экономичности и при...

Русский

2013-08-02

166 KB

27 чел.

Лекция №3

Тема: Физико-химические процессы протекающие в воде 1 контура и основы водного режима реакторов ВВЭР.

Целевая установка: В результате изучения материала лекции студенты должны:

а) знать:

   - сущность радиационных процессов, протекающих в воде 1 контура;                                                                              

             - сущность химических процессов, протекающих в воде 1 контура;           

             - требования к водному режиму реакторов ВВЭР;

   - методы поддержания рН в коррозионно безопасных пределах;

   - методы ограничения концентраций в воде 1 контура кислорода и хлоридов применяемых на отечественных АЭС.

б) уметь:

   - показать влияние примесей в воде 1 контура на скорость коррозии конструкционных материалах;

   - обосновать ведение калий-аммиачного водного режима 1 контура при борном регулировании.

в) быть ознакомленными:

   - с нормированием показателей качества теплоносителя 1 контура.

План лекции

     Введение.

1. Физико-химические процессы протекающие в воде 1 контура.

2. Требования к водному режиму реакторов типа ВВЭР.

3. Основы водного режима 1 контура ЯЭУ с  ВВЭР.

              Выводы.

Литература:

Основная:

1. Острейковский В.А. Эксплуатация атомных станций. М. Энергоатомиздат 1999г.

2.Маргулова Т. Х., Мартынова О. И. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. М. Высшая школа 1987.

3.Хоршева М.И. Водоподготовка, спецхимочистка и химический контроль на атомных станциях. Севастополь СИЯЭ и П 2000г.

Дополнительная:

     1.ГНД 95.1.06.02. 001-02. Теплоноситель первого контура ядерных    энергетических реакторов типа ВВЭР – 1000. Технические требования к качеству. Способы обеспечения качества.

     2.Инструкции по ведению водно-химического режима  1 контура (ЮУ АЭС, ЗАЭС, РАЭС, ХАЭС).

Задание на самостоятельную подготовку:

- самостоятельно проработать вопросы классификации коррозионных процессов, показатели коррозионной стойкости, коррозии стали в паре.

 

Введение

     

       ВХР АС должен обеспечивать работу основного и вспомогательного теплоэнергетического оборудования без повреждений и снижения экономичности и при уменьшении дозовых нагрузок персонала, вызванных образованием:

- накипи и отложений на теплопередающих поверхностях оборудования АС, в том числе на трубах конденсаторов турбин и на твэлах;

- шлама в оборудовании и трубопроводах АС и в тепловых сетях;

- коррозии внутренних поверхностей водоподготовительного и теплоэнерге -тического оборудования, тепловых сетей;

- отложений в проточной части турбин.

Контроль за ВХР работы оборудования АС и тепловых сетей осуществляет персонал химического цеха. Внутренние осмотры теплоэнергетического оборудования, отбор проб отложений, вырезки образцов для анализа, составление актов осмотров, а также расследование аварий и неполадок, связанных с ВХР, должны выполняться с участием персонала химического цеха.

Оборудование, трубопроводы и арматура всех водоподготовительных установок, установок для очистки конденсатов и производственных сточных вод, поверхность которых соприкасается с коррозионно-активной средой, а также соприкасающиеся с коррозионно-активной средой строительные конструкции должны быть выполнены из коррозионно-стойких материалов или их поверхность должна быть защищена коррозионно-стойкими покрытиями.

В процессе эксплуатации защитные покрытия должны осматриваться и при необходимости восстанавливать.

 

1. Физико-химические процессы протекающие в воде 1 контура.

     Ядерный реактор является мощным источником ионизирующего излучения, а теплоноситель оказывает сильное коррозионное воздействие на конструкционные материалы ЯЭУ. С этими явлениями связаны физико-химические процессы, протекающие в контурах ЯЭУ.  К основным из них относятся:

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

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

    Рассмотрим суть этих процессов.

При взаимодействии ионизирующего излучения с теплоносителем и находящимися в нем примесями образуются радиоактивные нуклиды, служащие дополнительным источником активности, что приводит к повышению радиоактивности самого теплоносителя. Условно различают газовую, осколочную активность теплоносителя, а также активность примесей в теплоносителе.

Газовая активность водного теплоносителя вызывается образованием радиоактивных нуклидов по следующим реакциям:

                                16O()13N; 16O()16N; 17O()17N;

                                18O()19O; 170()18F; 2H()3H(T).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Наибольшую опасность из новообразованных нуклидов представляет изотоп азота 16N . Накопление трития может происходить также в результате реакций

                                 10B()T; 6Li()T,

     первая из которых имеет место при регулировании реактивности ЯР с помощью борной кислоты, а вторая - при использовании гидроксида лития для поддержания щелочной реакции теплоносителя и нейтрализации борной кислоты.

Осколочная активность теплоносителя является результатом попадания в него продуктов деления ядерного топлива при работе ЯР с поврежденными твэлами. Обычно различают две стадии повреждения твэлов:

1) газовые неплотности, когда в теплоноситель попадают нуклиды инертных газов (криптона и ксенона) и осколки деления, летучие при рабочей температуре твэлов (иод, бром, цезий);

2) повреждения, сопровождающиеся контактом топлива с теплоносителем, которое может привести к попаданию в контур нелетучих нуклидов (молибдена, церия), не говоря уже о возможном выносе в контур частиц топлива. Последние, как и примеси в теплоносителе, загрязняют первый контур ЯЭУ.

Активация примесей вносит существенный вклад в радиоактивность теплоносителя. Это прежде всего естественные примеси, растворенные в теплоносителе соли натрия, калия, магния и др. Наиболее существенный вклад в радиоактивность примесей вносит 24Na с периодом полураспада 15 ч, который излучает высокоэнергетические -кванты. 24Na образуется по реакциям

                          23Na()24Na; 24Mg()24Na; 27Al()24Na.                                                                                                                                                                                                                                                                   В связи с такого рода активацией примесей водный теплоноситель первого заполнения, так же как и подпиточная вода, должен быть не только умягчен, но и деионизирован.

Введенные для различных целей в первый контур вещества также могут активироваться. Так, в отечественных ЯР получило распространение добавление в теплоноситель едкого кали при регулировании реактивности. При этом образуется радиоактивный 42К с периодом полураспада 12,4 ч по реакции 41К()42К. Однако содержание 41К в природной смеси не превышает 6,9%, поэтому вклад активности 42К в общую активность теплоносителя мал.

Активность теплоносителя повышается также из-за коррозии активированных материалов активной зоны ЯР и активации продуктов коррозии конструкционных материалов контура в процессе их миграции через активную зону. Основные реакции, по которым происходит активация продуктов коррозии, следующие:

                        58Fe()59Fe(T1/2=45cyт);

                        59Со()60Со (Т1/2 = 5,3 года);

               58Ni()58Со(Т1/2 = 71,Зсут);

                        50Сг()51Сг(Т1/2 = 27,8сут);

               51Fe()54Mn (T1/2 = 291 сут).

Источником радиоактивного загрязнения контура кроме дефектных твэлов и продуктов коррозии могут быть также продукты износа движущихся частей оборудования ЯЭУ. Радиоактивные примеси осаждаются в различных местах контура ЯЭУ и тем самым сильно затрудняют обслуживание оборудования ЭБ АС.

Радиолиз водного теплоносителя - это процесс разложения воды под действием ионизирующего излучения. Вследствие специфических условий, характерных для РУ (высоких температур и дополнительных химических добавок в теплоноситель первого контура), процесс радиолиза воды может изменяться. Так, если для радиолиза чистой воды при низкой температуре реакция имеет вид:

                   2Н2О   Н2О2 + Н2  

то для первого контура ВВЭР радиолиз идет по реакции:

                    2Н2О  2Н2 + О2,                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

Кроме водорода Н2 , кислорода 02 и перекиси водорода Н2О2 при радиолизе воды могут образовываться Н, ОН, Н02 и др. Обычно радиолиз водного теплоносителя не вызывает изменений его физико-химических свойств. Однако следует иметь в виду возможность вторичных неблагоприятных явлений в результате радиолиза:

1) отрицательное влияние некоторых продуктов разложения воды на коррозионную стойкость конструкционных материалов ЯЭУ;

2) возможность образования взрывоопасной смеси кислорода и водорода;

3) отрицательное влияние газообразных продуктов разложения на условия теплопередачи и реактивность ЯР.

Средствами борьбы с этими неблагоприятными факторами являются ввод в теплоноситель водорода, аммиака и гидразина. Введение в теплоноситель водорода при концентрации больше 30 мл/дм3 практически полностью подавляет процессы радиолиза воды. Для поддержания необходимой концентрации водорода, обеспечивающей подавление радиолиза, в контур, как правило, вводят аммиак, в результате разложения которого по реакции:

                         2NН3  3Н2 + N2

и создается необходимая концентрация водорода в водном теплоносителе.

Подавить радиолиз можно и гидразином. Если его ввести в контур, то гидразин в первую очередь будет реагировать с гидроксидами железа:

         4Fe(OH)3 + N2H4  4Fe(OH)2 + 4H2O + N2;

         4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О  4Fe(OH)3.

      Скорость этих реакций (фактически косвенного поглощения кислорода гидразином) весьма высока даже при низкой температуре. Возможно и прямое взаимодействие кислорода с гидразином:

                 N2H4 + О2  N2 + Н2О.

Гидразин взаимодействует и с другими продуктами коррозии конструкционных материалов контура:

         6Fe2O3 + N2H4  N2 + 2Н2О + 4Fe2O4;

         2Cu2O + N2H4  4Cu + 2H2O + N2;

         2CuO + N2H4  2Cu + 2H2O + N2.

Избыток гидразина разлагается:

         3N2H4 4NH3 + N2;

          3N2H4  2NH3 + 3H2 + 2N2.

     Коррозия в контурах ЯЭУ. 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.

 Общей коррозии подвержены как углеродистые, так и аустенитные стали. Ее механизм носит электрохимический характер. Факторы, влияющие на скорость общей коррозии, таковы:

- структура металла и физико-химическое состояние его поверхности;

-  значение и характер напряжений и деформаций;

-  агрессивность, температура и скорость теплоносителя;

-  ионизирующие излучения и режим эксплуатации ЯЭУ.

Чем однороднее металл, тем меньше скорость коррозии: меньше возникает коррозионных пар, меньше разность потенциалов катодных и анодных участков. Как правило, с увеличением шероховатости поверхности металла растет скорость коррозии. Это происходит из-за того, что окисная пленка на вершинах и в впадинах разрушается быстрее вследствие концентрации напряжений и возникновения коррозионных пар.

Коррозионная агрессивность теплоносителя определяется главным образом составом и концентрацией примесей. Для воды таковыми являются кислород, водородные ионы, углекислый газ, растворенные в ней соли. Кислород оказывает двоякое действие: 1) как катодный, очень активный деполяризатор он сначала усиливает коррозию; 2) при большой концентрации оказывает пассивирующее действие. Однако в условиях работы ЯЭУ большая концентрация кислорода в теплоносителе нереальна. Поэтому кислород все же следует рассматривать как активный катодный деполяризатор, интенсифицирующий общую коррозию стали.

В настоящее время считается, что содержание кислорода в воде первого и второго контуров не должно превышать 0,01-0,02 мг/кг. Ион водорода - также катодный деполяризатор. С повышением его концентрации (уменьшение числа рН ) увеличивается разность потенциалов коррозионной пары и скорость коррозии растет. Прямого влияния числа рН на анодные процессы не наблюдается. Вместе с тем косвенное влияние может оказаться основным: с изменением числа рН изменяется растворимость продуктов коррозии, а с ним связано образование защитных пленок. Для углеродистых сталей оптимальные значения рН = 9, 5 - 11,5. А для аустенитных сталей скорость коррозии в воде высокой чистоты мало зависит от рН в интервале рН  = 3 - 11.

Коррозионная агрессивность воды зависит от состава и концентрации солей. Увеличение концентрации кислых или основных солей изменяет рН , и их влияние на коррозию определяется этим изменением. Наибольший интерес представляют нейтральные соли. В растворах соли диссоциируют с образованием катионов металлов, хлорид-ионов и сульфат-ионов.  Хлорид-ион вытесняет из оксида железа кислород, получается хорошо растворимое хлорное железо, что приводит к разрушению окисных защитных пленок (т.е. оксидная пленка пассивирует поверхность металла, а хлорид-ион ее депассивирует).

Практика эксплуатации ЭБ АЭС свидетельствует о том, что глубокое удаление хлорид-ионов из воды - необходимое условие как для углеродистых, так и для аустенитных сталей. Концентрация хлорид-ионов в питательной и подпиточной воде не должна превышать 0,015-0,02 мг/дм3. Сульфат-ионы в широком интервале температур не влияют на скорость общей коррозии.

Характер зависимости скорости общей коррозии от скорости теплоносителя различен и определяется его составом. Если в воде имеется кислород, но мало депассиваторов (хлорид-ионов), то с увеличением скорости воды общая коррозия сначала растет (так как интенсифицируется подвод кислорода к катодным участкам), затем падает (образуются защитные оксидные пленки) и далее опять возрастает из-за механического разрушения защитных пленок (коррозионная эрозия). Если депассиваторов много, то, очевидно, общая коррозия растет с увеличением скорости теплоносителя.

Ионизирующие излучения изменяют коррозионную активность воды и коррозионную стойкость металлов. Под действием излучений в результате радиолиза и радиоактивного синтеза в воде первого контура может измениться содержание кислорода и водорода и, следовательно, изменится коррозионная агрессивность воды по отношению к конструкционным материалам. Облучение металла приводит к увеличению его физико-химической неоднородности, связанной с разрывом химических связей и деформацией кристаллической решетки, а также к изменению защитных свойств оксидных пленок.

Скорость общей коррозии в первом контуре тем меньше, чем меньше мощность ЯР и больше длительность его работы. Увеличение мощности ЯР приводит к интенсификации радиолиза и радиационного синтеза. Наибольшая скорость коррозии наблюдается в первый период работы ЯР. Затем она уменьшается и через 20-30 сут. становится постоянной. Для уменьшения скорости коррозии в первый период работы необходимо контур заполнять обескислороженной водой.

На скорость общей коррозии всех элементов ЯЭУ влияют частота и скорость изменения режимов работы, так как изменение температуры теплоносителя вызывает нарушение защитных пленок и, следовательно, усиливает коррозию.

Большое значение в борьбе с коррозией всех элементов ЯЭУ имеют остановочные режимы (стояночная коррозия ). Это особенно важно для ПГ, так как стояночная коррозия может быть одной из основных причин их повреждения. Необходимо иметь ввиду, что стояночная коррозия усиливает коррозию при последующей работе ЯЭУ: многие оксиды - продукты коррозии, накапливаясь при стоянке, превращаются в "аккумуляторы" кислорода, который затем при работе ЯЭУ усиливает коррозию. Методы предотвращения стояночной коррозии разнообразны и заключаются в различных способах "консервации" неработающего оборудования.

    Коррозия под напряжением (коррозионное растрескивание). Коррозионное растрескивание возникает при одновременном, комплексном действии растягивающих напряжений и агрессивного теплоносителя (воды, пара), имеющего хлорид-ионы, кислород или высокую концентрацию (до 4-6%) едкой щелочи. Обычно трещины проходят по зернам металла и направлены перпендикулярно главным растягивающим напряжениям. Коррозионному растрескиванию подвержены только аустенитные стали. Общепризнан электрохимический характер коррозионного растрескивания, но нет единого мнения о первопричинах, вызыващщих локализованный электрохимический процесс. Наиболее распространена следующая гипотеза: известно, что для аустенитных сталей под действием растягивающих напряжений деформация приводит к перестроению кристаллической решетки металла, из-за чего -фаза переходит в -фазу. Тогда в результате локальных растягивающих напряжений происходят локальные деформации, вызывающие переход в  -фазу. При наличии хлорид-ионов образуется хлорное железо, которое интенсивно растворяется, образуя первичные микротрещины.

Основными факторами, влияющими на скорость коррозии под напряжением, являются: температура, напряжения и деформации, состояние поверхности, химический состав стали, коррозионная агрессивность теплоносителя.

С увеличением температуры скорость коррозионного растрескивания растет. В области высоких растягивающих напряжений время до разрушения мало зависит от их значений. При небольших напряжениях это влияние существенно. Минимальных напряжений, при которых коррозионное растрескивание не наступает, не установлено. Сильное сокращение времени до разрушения наблюдается при пластической деформации металла (наклепе). Чем однороднее в физико-химическом отношении поверхность металла, тем медленнее возникают первичные микротрещины. Риски, царапины, вмятины и другие деформированные места поверхности становятся очагами зарождения коррозионных трещин.

Коррозионная агрессивность теплоносителя определяется содержанием кислорода и хлорид-ионов. При отсутствии хлорид-ионов хлорное железо из   -фазы не образуется и коррозионное растрескивание не наблюдается. Чем больше хлорид-ионов, тем быстрее образуются первичные микротрещины. При этом важное значение приобретает кислород - активный катодный деполяризатор, присутствие которого резко сокращает время до разрушения. Поэтому для аустенитных сталей требуется глубокое обессоливание и обескислороживание воды: содержание в воде хлорид-иона - не более 0,02 мг/дм3, кислорода - не более 0,015 мг/ дм3.

Основные способы борьбы с коррозионным растрескиванием:

1) повышение стабильности аустенита (наиболее успешно это достигается увеличением содержания в стали никеля);

2) возможно более полное удаление из воды кислорода и хлорид-ионов;

3) совершенствование конструкции и технологии, исключающее пластические деформации и концентраторы напряжений на поверхности металла.

Межкристаллитной коррозии  подвержены только аустенитные стали. Она происходит по границам зерен металла, находящегося в агрессивной среде. Внешний вид стали при этом не изменяется, поэтому обнаружить межкристаллитную коррозию очень трудно. В результате межкристаллитной коррозии сталь становится хрупкой, что особенно опасно в условиях ЯЭУ. Аустенитные стали подвергаются межкристаллитной коррозии только при определенных сочетаниях внутренних (химический и фазовый составы металла) и внешних (характер коррозионной среды, температура) факторов.

Основная причина межкристаллитной коррозии состоит в возникновении гетерогенной электрохимической коррозии поверхности металла: граница зерен - анод, остальная поверхность - катод. Наибольшее распространение получила гипотеза обеднения хромом прилегающего к границам зерен твердого раствора.

Чем больше содержание углерода в стали, тем больше образуется карбидов хрома, т.е. склонность к межкристаллитной коррозии увеличивается. Межкристаллитная коррозия не возникает при содержании углерода менее 0,009% (на практике же его содержание не менее 0,005%). Титан, ниобий, ванадий и тантал являются более энергичными карбидообразователями, чем хром. Они образуют карбиды при температурах 1475-15750 К, поэтому за время снижения температуры до 10750 К большая часть углерода выводится из твердого раствора. Обеднения границ хромом не происходит и сталь будет стойка к межкристаллитной коррозии.

Чем коррозионно-активнее среда (меньше рН , больше хлорид-ионов и кислорода), тем быстрее возникает межкристаллитная коррозия.

Главными методами предотвращения межкристаллитной коррозии являются уменьшение содержания углерода, продолжительный отпуск стали при температуре 1025-11750 К, легирование стали титаном, ниобием и танталом, уменьшение коррозионной активности воды.

Таким образом, основными способами борьбы с коррозией конструкционных материалов ЯЭУ являются:

- выбор химического состава материала, стойкого в условиях его применения;

- выбор рационального способа механической и термической обработки;

- создание на поверхности защитных металлических и неметаллических покрытий и пленок;

- выбор рациональной конструкции: минимум местных концентраций напряжений; свобода термических расширений; устойчивая гидродинамика для избежания колебаний температуры стенок; исключение неблагоприятных контактов разнородных металлов; исключение застойных зон; исключение мест глубокого упаривания, что может привести к высокой концентрации агрессивных элементов; скорости теплоносителя должны быть такими, чтобы не было коррозионной эрозии;

- применение анодной защиты;

- обработка коррозионной среды для уменьшения ее агрессивности;

- применение рациональных методов эксплуатации.

2. Требования к водному режиму реакторов типа ВВЭР

Основным требованием к водному режиму является предотвращение отложений на твэлах активной зоны. Накопление отложений на оболочках твэлов может привести к ухудшению теплообмена и недопустимому перегреву их оболочек и самого ядерного топлива, а также при наличии отложений на твэлах снижается коэффициент размножения и выгорания ядерного топлива. Так как полностью исключить отложения невозможно, то более точно требование к водному режиму - это минимизация отложений на твэлах активной зоны

Оптимальный водный режим реакторов ВВЭР должен обеспечивать предотвращение заметной коррозии всех конструкционных материалов ак-тивной зоны реактора, т.е. прежде всего циркониевых сплавов, используемых для оболочек твэлов, а также аустенитных нержавеющих сталей, используемых для всего остального контура.

Также водный режим реакторов ВВЭР должен обеспечивать уменьшение дозовых нагрузок персонала.

      Одно из главных условий уменьшения коррозии конструкционных материалов - ограничение содержания свободного кислорода в теплоносителе первого контура, а для этого надо подавлять радиолиз. Интенсивно протекающий сначала, после пуска реактора, радиолиз в дальнейшем замедляется, так как нет отвода газовой фазы. При этом он устанавливается на уровне, при котором реально интенсивное протекание процессов коррозии. Поэтому задачей водного режима является подавление радиолиза для снижения концентраций радиолитического кислорода.

      Кроме   кислорода,   отрицательное   воздействие   на   коррозию реакторных конструкционных материалов оказывают хлориды и фториды, источником поступления которых является вода первичного заполнения, подпиточная вода и реагенты коррекции водного режима. Как было рассмотрено выше, хлориды и фториды влияют на общую коррозию циркониевых  сплавов  и  способны  вызвать  коррозию  под  напряжением аустенитных нержавеющих сталей. Поэтому водный режим реакторов ВВЭР должен обеспечивать минимальное содержание хлоридов и фторидов в теплоносителе.

Важным фактором, во многом определяющим организацию водного  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 используется борная кислота, которая в реакторных условиях имеет ряд преимуществ. Она химически устойчива в реакторных условиях, хорошо растворима в воде, дает хорошо растворимые соединения с катионами воды реакторов. Но ей присущи и недостатки, заключающиеся прежде всего в понижении значения рН и затруднении очистки воды реакторов от хлоридов. Введение борной кислоты повышает удельную электрическую проводимость воды и исключает возможности использования кислорода для пассивации конструкционных материалов.

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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53639. Военно-промышленный комплекс (ВПК) 41 KB
  Сегодня мы будем изучать Военно-промышленный комплекс ВПК. Вспомним что такое аббревиатура сокращение слов для удобства Скажите какой комплекс мы сегодня изучаем Военно-промышленный комплекс Военно-промышленный комплекс ребята это – система предприятий которые производят и испытывают военную технику оружие и боеприпасы.
53640. План-конспект урока «Настрою гусли на старинный лад…» 201.5 KB
  Оборудование: компьютер медиапроектор презентация Power Point Настою гусли на старинный лад На доске: тема урока Настрою гусли на старинный лад эпиграф: У Баяна вещего бывало Если петь он начинал о ком Мысль как серый волк в степи бежала Поднималась в облака орлом Слово о полку Игореве перевод Н. Выход гусляра Ответы учащихся: гусли. Учитель: К нам на урок пришёл настоящий гусляр Гусляр: Ой вы гусли – то яровчатые Расскажите нашим детушкам Как во старинуто вы игралито Звуки издавали гусли звонкие Как народ вы...
53641. Понятие информации. Характеристика информации 39.5 KB
  Итак тема нашего сегодняшнего урока Информация Кто-нибудь из вас может попробовать сказать мне что такое информация Ученики: выводят определение информации. А теперь давайте запишем определение информации научным языком. А сейчас мы с вами рассмотрим свойства информации.
53642. Компьютерная графика, комбинированный урок 42 KB
  Здравствуйте Отмечаю отсутствующих. Контроль знаний 10 минут Учитель: Сейчас у вас будет проверочная работа в виде теста. Все поняли задание Дети: Да Показываю презентацию дети отвечают на вопросы на каждый вопрос 1 минута Учитель: Теперь сдаем листочки. Учитель: Теперь открываем на рабочем столе документ txt вы видите 2 стихотворения.
53643. У порога и начало первой русской революции 1905-1907 гг 38 KB
  Эти события получили название первая русская революция. Что такое революция В чем она проявляется Дети понимают что им нужно узнать что же такое революция. Учитель предлагает ребятам рассказать как они понимают слово революция для более глубокого осмысления понятия а затем записать грамотное определение понятию революция. Итак ребята что нового мы узнали сегодня на уроке 1Узнали что в 19051907 гг в России произошла революция 2Опираясь на ранее изученный материл вспомнили что такое революция 3Поняли причины произошедшей...
53644. Мы рисуем осень 127.5 KB
  Тема урока: Мы рисуем осень Цель урока: создать условия для сознательного выбора учащимися применения ими выразительных средств для передачи характерных признаков разных периодов осени. Я нарисовал осень и вот что у меня получилось показывает рисунок. А я с ним не согласен я всё знаю Осенью всегда грязно холодно тоскливо всегда идёт дождь никакого настроения нет Ведь правда Учитель: В осени три месяца. Неужели они все одинаковые Осень называют капризным временем года и не случайно.
53645. Декоративно-прикладное искусство в жизни человека 69.08 KB
  Тема урока. Триединая цель урока: воспитание уважения к русским традициям через знакомство с символикой древних славян в ДПИ и применение знаний в практической работе Древо жизни Задачи. Формировать умение работать с бумагой технике вытынанки Тип урока: комбинированный урок Формы организации работы: Общеклассная и индивидуальная.
53646. В музеях хранятся картины. Натюрморт 37.5 KB
  Натюрморт. Сегодня мы как раз поговорим про натюрморт и выполним первые работы для вашего классного музея. Кто запомнил что такое натюрморт Это предметы объединённые одной темой. Если натюрморт чайный какие предметы будут входить в натюрморт Какие бывают натюрморты кто знает Слайд.
53647. Урок внеклассного чтения в 9 классе по рассказу Э. Хемингуэя «Кошка под дождём» 55 KB
  Структура урока Организационный момент Актуализация мотивация и целеполагание Слово учителя Беседа по тексту Итог урока Рефлексия Тип урока изучение и первичное закрепление нового материала. Ход урока. Структура урока Деятельность учителя Деятельность ученика Организационный момент 1 минута Приветствует учащихся рассаживает их по партам создает доброжелательную рабочую атмосферу проверяет готовность учащихся к работе и наличие у каждого ученика художественного текста.