20788

Вводная лекция по дисциплине «Водный режим контуров АЭС»

Лекция

Физика

Основные понятия физики и химии воды. Виды и показатели качества воды. Выводы по лекции.

Русский

2013-08-02

117.5 KB

26 чел.

Лекция №1

Тема: Вводная лекция

по дисциплине «Водный режим контуров АЭС »

Целевая установка: В результате изучения материала                                              лекции слушатели должны:

а) знать -  основные задачи рациональной организации ВХР контуров АЭС;

основные цели дисциплины и ее содержание;

основные физические показатели воды;

основные понятия химии воды;

виды и показатели качества воды.

б) уметь - показать влияние организации ВХР контуров АЭС на ее             

              эффективность, надежность, безопасность и экономичность;

- классифицировать воду по назначению и источнику получения.

в) быть ознакомленными  с основными путями попадания и образования примесей в контурных водах.

План лекции :

Введение

  1.  Значение ВХР контуров ЯЭУ для безопасной и эффективной эксплуатации АЭС.
  2.  Цели и задачи дисциплины.
  3.  Основные понятия физики и химии воды.
  4.  Виды и показатели качества воды.

Выводы по лекции.

Литература:

Основная:

1. М. И. Хоршева. Водоподготовка, спецхимочистка и химический контроль на АЭС. Севастополь 2000 г.

2. Т. X. Маргулова, О. И. Мартынова. Водные режимы тепловых и атомных электростанций. Москва. В\Ш 1987 г.

3. О. И. Мартынова, А. С. Копылов. Водно-химические режимы АЭС, системы их поддержания и контроля. Москва. Энергоато-миздат. 1983 г.

Дополнительная:

  1.  Н. Г. Мартынова. Техническая химия, ч. 1. ВМФ 1990 г.
  2.  Р. Г. Геворкян. Курс физики. В\Ш 1979 г.

Перечень заданий на самостоятельную подготовку: 1. Выучить основные показатели качества воды.

1. Значение ВХР контуров ЯЭУ для безопасной и эффективной эксплуатации АЭС.

Такие основные вопросы, как эффективность, надежность, безопасность и экономичность работы ЯЭУ во многом зависят от рационального решения химико-технологических задач контуров, от правильной организации ВХР контуров, физико-химического контроля качества воды и пара.

Физико-химия внутриконтурных процессов ЯЭУ характеризуется рядом принципиальных специфических особенностей, обусловленных одновременным воздействием на вещества высоких давлений и температур, мощных радиационных полей и сильнодействующих гидродинамических факторов. Все эти факторы в совокупности не имеют места ни в одной другой системе и полностью не могут быть воспроизведены в лабораторных или стендовых условиях, и часто практические решения в ядерной энергетике принимаются на основе систематизации, обобщения и анализа эксплуатационных данных действующих ЯЭУ.

К физико-химическим процессам в водном и водно-паровом трактах относятся:

- коррозия конструкционных материалов,

- преобразование естественных примесей, приносимых в цикл извне,

- распределение примесей и продуктов коррозии между водой и образующими из нее паром,

- выпадение твердых соеденений на поверхностях трактов,

- взаимодействие естественных примесей и продуктов коррозии с различными добавками , корректирующими водный режим и др.

Необходимо всегда иметь в виду тесную связь и влияние теплофизических параметров на протекание физико-химических процессов. На АЭС к таким физико-химическим процессам относятся также специфические процессы радиолиза воды.

Первые же годы эксплуатации ЯЭУ вскрыли новые химико-технологические задачи, которые не имели аналогов в уже существующих производствах, - это химическая "отмывка" радиоактивных коррозионных отложений с внутренних поверхностей 1 контура (дезактивация) при обязательном условии сохранности конструкционного материала, переработка и локализация радиоактивных отходов, целенаправленное управление внутриконтурного массопереноса в целях предотвращения оксидных отложений на теплопередающих поверхностях и уменьшения радиоактивного загрезнения вне активной зоны.

Типы реакторов и тепловые схемы работающих и строящихся АЭС весьма разнообразны. Хотя и схемы и конструкционные решения в ЯЭУ могут довольно сильно меняться, условия работы пароводяной части установки, а соответственно водный режим сравнительно мало зависят от конструкции реактора или типа замедлителя.

 С самого начала развития атомной энергетики достаточно большое внимание уделялось водному режиму 1 контура, для которого характерна работа не только реактора, но и всего остального тепломеханического оборудования в радиационно-активных условиях. Эти условия вне активной зоны в основном определяются концентрацией примесей в воде, которая проходя через активную зону реактора активируется и далее переносит активность по всему остальному контуру. Эти примеси могут попадать в контур извне с добавочной водой, с корректирующими добавками, а также образовываться в самом контуре при неизбежном процессе коррозии конструкционных материалов, образовываться в активной зоне реактора в результате радиационно-химических процессов, и, наконец, проникать в активную зону через неплотности оболочек ТВЭЛ. Отложения загрязнений на отдельных элементах оборудования снижает их надежность и экономичность, повышает радиационную активность оборудования, а следовательно, определяют меньшую его доступность при эксплуатации и ремонте.

Особенно опасны отложения на ТВЭЛах, которые в отличие от отложений вне активной зоны, вызывающих лишь снижение экономичности, могут привести к термическому разрушению ТВЭЛа, и в конечном счете, к аварийной ситуации.

В отличие от водного режима 1 контура водному режиму 2 контура АЭС до последнего времени уделялось меньше внимания. Основной причиной, по- видимому, являлось то, что 2 контур, неработающий теоретически в радиационно-активных условиях, просто рассматривался, как обычный ПГ среднего давления. При этом не было принято во внимание наличие на АЭС парогенерирующих труб из аустенитной нержавеющей стали, склонной к хлоридному растрескиванию под напряжением. Это вынудило резко ограничить допустимую концентрацию хлорид-ионов в воде не только 1 контура, но и 2 контура.

Требования, предъявляемые к чистоте теплоносителя, очень высокие. Высокое качество теплоносителя может быть обеспечено лишь в том случае, если примеси будут систематически удаляться из контуров путем очистки. Поддержание концентраций всех примесей на максимально допустимом уровне наиболее надежными, экономичными и эффективными технологическими методами - первая основная задача рациональной организации водного режима контуров АЭС.

Второй важнейшей задачей правильной организации водного режима является ограничение скорости коррозии всех конструкционных материалов контуров путем создания оптимальных условий взаимодействия между средой и металлом. Допустимая при этом скорость равномерной коррозии ограничивается не столько сроком работоспособности оборудования, сколько допустимой интенсивностью загрязнения среды продуктами коррозии, только для язвенной коррозии и, в особенности, для коррозионного растрескивания металла под напряжением допустимая интенсивность процесса определяется условиями обеспечения требуемой длительности работы оборудования.

Поддержание надежного ВХР в соответствии с установленными нормами качества воды, пара, конденсата и стоков АЭС является весьма сложной химико-технологической задачей.

Оптимизация водного режима контуров АЭС должна проводиться исходя из задач повышения их безопасности, надежности, готовности и увеличения длительности их межперегрузочного и межремонтного циклов.

2. Цели и задачи дисциплины.

Целью дисциплины "Водный режим контуров АЭС " является изучение основ физико-химических процессов протекающих в контурах АЭС и требований к конструкционным материалам, изучение организации подготовки воды для заполнения контуров и норм качества подпиточной воды, изучение организации ведения ВХР контуров АЭС при различных режимах состояния энергоблока, изучение правил эксплуатации установок очистки вод контуров, изучение организации контроля качества воды контуров АЭС.

Дисциплина " Подготовка воды на АЭС " является одной из основных специальных дисциплин. Изучение дисциплины основывается на знаниях полученных слушателями при изучении таких дисциплин как: "Химия", "Физика", "Материаловедение и технология металлов", "Парогенераторы и теплообменное оборудование АЭС", "Энергетические ядерные реакторы", "Турбины АЭС" и др.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

Знать:

основные понятия физики и химии воды;

виды и показатели качества воды;

организацию подготовки воды для заполнения контуров;

нормы качества подпиточной воды контуров;

основные  физико-химические процессы протекающие в
контурах АЭС;

нормы качества воды контуров АЭС при различных режимах использования энергоблока;

правила эксплуатации систем очистки  контуров;

основные возможные отклонения физико-химических показателей
воды контуров от норм и способы их устранения.

Уметь:

производить расчет необходимого количества реагентов  вводимых в 1 контур;

вводить в работу и выводить из действия фильтры систем очистки  контурных вод;

определять основные показатели качества воды;

принимать решения по действию персонала по устранению нарушений ВХР контуров.

Всего на дисциплину отводится - 54 часа, из них 36 часов под руководством преподавателя и 18 часов на самостоятельную работу. Под руководством преподавателя проводятся следующие виды занятий:

Лекции -  18 часов.

Практические занятия - 14 часов.

Семинарские занятия - 2 часа.  

Контрольные работы - 2 часа.

Итоговым контролем по данной дисциплине является зачет с оценкой.

Учебный материал излагается на лекционных и практических занятиях. Лекционные занятия проводятся в потоках, а остальные виды занятий в составе класса.

Текущий контроль знаний осуществляется с целью проверки усвоения материала и уровня знаний в период практических занятий и проведения контрольных работ.

3. Основные понятия физики и химии воды.

3. 1 Основные понятия физики воды.  Как и большинство веществ вода состоит из молекул, а последние из атомов. Молекула воды образована из двух атомов водорода и одного атома кислорода.  Несмотря на то, что вода - вещество принятое в качестве эталона меры плотности,  объема и прочих параметров для других веществ,  сама вода является самым аномальным  среди них.  Параметры воды,  используемой в ЯЭУ в качестве теплоносителя и рабочего тела, изменяются в широких пределах. Температура воды изменяется в пределах 20 – 320 0С, а давление от 0,04 - до 160 кгс\см2. Изменение параметров воды приводит к изменению физико-химических свойств воды.

Плотность - масса вещества в единице объема. Общеизвестно, что все вещества при нагревании увеличивают свой объем и уменьшают плотность. У воды наблюдается то же самое за исключением интервала 0. . . 4 0С, когда с возрастанием температуры объем воды не увеличивается, а наоборот, сокращается. При понижении температуры ниже О оС объем воды продолжает увеличиваться, но только при условии переохлаждения. Максимальная плотность воды наблюдается при температуре 4 0С. (Эталон плотности. )

Точки кипения и замерзания (плавления). При давлении 1 атм аномальны точки замерзания и кипения воды. Если взять ряд соединений водорода с элементами периодической системы с учетом их относительной массы, то окажется, что точки замерзания и кипения воды не укладываются в закономерность общую для трех других соединений, у которых чем больше относительная молекулярная масса, тем выше точки кипения и замерзания. Точка замерзания воды должна была бы находиться между -90 и -120 0С, а точка кипения между 75 и 100 0С. Температура кипения воды с увеличением давления возрастает, а температура замерзания - понижается.

Теплоемкость воды в 5 - 30 раз выше, чем у других веществ (за исключением аммиака и водорода). У всех тел (кроме ртути) удельная теплоемкость с повышением температуры возрастает. У воды же удельная теплоемкость в интервале 0 - 35 0С падает, а затем начинает возрастать. Удельная теплоемкость воды при 16 0С условно принята за 1 (кал/г0С). Теплоемкость льда в интервале температур 0-200С в среднем 0,5 кал/г0С , т. е. в 2 раза меньше чем у жидкой воды.

Теплота плавления у воды очень высокая, около 80 кал/г (у чистого железа - 6, свинца -5,5). Поверхностное натяжение (способность пограничных молекул воды, а также твердых тел самоуплотняться) у воды наиболее высокое из всех известных жидкостей, кроме ртути.

Динамическая вязкость (внутреннее трение) воды существенно зависит от температуры, так при повышении температуры от 0 до 75 0С коэффициент вязкости уменьшается в 5 раз.

Вода обладает способностью к диссоциации на противоположно заряженные ионы водорода и гидроксила. В случае связывания одного из ионов с каким либо другим веществом вода из нейтральной может стать кислой или щелочной.

Изменяют свойства воды и магнитные поля, и переменное электрическое поле, и ультрозвуковые воздействия, и радиоактивные излучения.

3.2  Основные понятия химии воды. В природе абсолютно "чистой" воды не существует, в ней всегда растворены различные газообразные, твердые и жидкие вещества, создающие громадное разнообразие (по минеральному составу) растворов.

В воде могут  растворяться все элементы периодической системы, включая и такие почти нерастворимые, как кремний. Все зависит от температуры, давления и присутствия в растворе других компонентов.

Раствор - однородная система переменного состава, состоящая из двух и более компонентов. Компоненты раствора растворитель и растворенное вещество. Вода является универсальным растворителем. В зависимости от степени дисперсности растворенного вещества различают истинные растворы, коллоидные растворы, взвеси (грубодисперсные системы). Чем больше размеры частиц дисперсной фазы, тем меньше устойчивость системы. Наименее устойчивы взвеси, с течением времени они разрушаются - происходит разделение однородной системы на два отдельных компонента - растворитель и растворенное вещество. Различают два вида грубодисперсных систем: сузпензии - твердые частицы в жидкостях и эмульсии - жидкие частицы одного вещества в другом жидком веществе. Растворы по своей природе занимают промежуточное положение между химическими соединениями и механическими смесями.      

Растворение - сложный физико-химический процесс. С термодинамической точки зрения вещество может растворяться в какой либо жидкости самопроизвольно при постоянном давлении и объеме, равномерно распределяясь в ней, если в результате этого процесса энергия системы уменьшится. Вещество переходит из упорядоченного твердого состояния в раствор, в котором термодинамическая вероятность состояния его частиц становится значительно больше, энтропия системы увеличивается. Энтропийный фактор особенно будет ощутим при повышенных температурах, поэтому растворимость твердых веществ при нагревании, как правило, увеличивается. Растворение сопровождается и изменением энтальпии. Растворимость вещества равна, концентрации насыщенного раствора при определенной температуре. растворимость выражают числом единиц массы безводного вещества, насыщающего при данных условиях 100 единиц массы растворителя. Раствор, концентрация которого при данных условиях больше растворимости называется перенасыщенным раствором, и из него самопроизвольно начинает выделяться растворенное вещество до тех пор, пока концентрация раствора не станет равной растворенности.

В природной воде могут быть также растворенные газы. Растворимость газов в воде различна и зависит от ряда факторов: температуры, давления, минерализации, присутствия в водном растворе других газов. С повышением температуры до 90 0С растворимость газов в воде снижается, а затем возрастает. Повышение давления влечет за собой увеличение растворимости газов. При повышении минерализации воды растворимость газов падает. Растворимость газа в природной воде при постоянных температуре и степени минерализации прямо пропорциональна давлению газа на жидкость, для газовых смесей она пропорциональна давлению каждого газа в отдельности.

Гидролиз солей. Гидролизом солей называют взаимодействие ионов, на которые диссоциируют растворенные в воде соли и воды с образованием слабых кислот и оснований. Гидролиз обычно вызывает изменение реакции среды. Степень гидролиза существенно зависит от температуры и насыщенности раствора.

Радиолиз воды. Под воздействием ионизирующих излучений в воде протекают радиационно-химические реакции. Характер радиационно-химических процессов зависит от агрегатного состояния воды, условий протекания и наличия в воде примесей. Конечными молекулярными продуктами радиолиза воды являются водород, кислород и перексид водорода. Концентрация продуктов радиолиза при отсутствии в воде примесей стабильна.

4. Виды и показатели качества воды.

4. 1 Основные виды воды.

На АЭС воды, в основном, подразделяются по назначению или источнику получения на следующие виды:

- исходная природная вода используемая в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке;

- добавочная (или подпиточная) вода, направляемая в контур для восполнения утечек после обработки с применением физико - химических методов до определенного уровня;

- турбинный конденсат - получается в конденсаторах ПТУ и является основной частью питательной воды;

- питательная вода - вода, подаваемая в ПГ для замещения испаряющейся воды;

 - вода ПГ ПГ и реакторов - вода, находящаяся в элементах указанных агрегатов;

- продувочная вода - выводимая из ПГ или первого контура вода на очистку или в дренаж для поддержания в воде контуров заданной концентрации примесей;

- вода контуров - вода, находящаяся в контуре;

- охлаждающая или циркуляционная вода используется в конденсаторах для конденсации отработавшего пара и в других охладителях;

- вода опорожнения основных и вспомогательных контуров;

- вода бассейнов выдержки отработанных ТВС и перегрузки активной зоны;

- дезактивационные и обмывочные воды;

- воды спец. прачечных и душевых;

- регенерационные и промывочные воды;

- фильтрат и деконтат из хранилищ жидких отходов.

4. 2 Основные технологические показатели качества воды.

- Общее солесодержание - содержание в воде всех растворенных веществ, способных проводить электрический ток, т. е. диссоциирующих на ионы (соли, углекислоты и др. кислоты и щелочи). Выражается в мг/л.

- Удельная электрическая проводимость (удельная электропроводность) - используется для характеристики и контроля вод и конденсатов с малым солесодержанием. Это величина, обратная электрическому сопротивлению воды, находящейся между двумя электродам с поверхностью 1см2, при расстоянии между двумя электродами 1 см. Выражается в микросименсах на сантиметр (мкСм/см).

-Содержание грубодисперсных (взвешенных) веществ, присутствующих в природных водах в виде суспензий песка, глины, частиц почвы; в контурных водах - в виде шлама, состоящего из труднорастворимых соединений и частиц продуктов коррозии конструкционных материалов выражается в мг/л.

- Сухой остаток или плотный остаток - условный показатель, характеризующий содержание в воде всех растворенных и нерастворенных веществ (кроме газов), нелетучих при t = 105...110 0С. Выражается в мл/г.

 - Водородный показатель рН - характеризует кислородный или щелочной характер среды. Выражается в условных единицах рН.

- Окислительно - восстановительный потенциал среды еН,  характеризует окислительно-восстановительное равновесие в водном теплоносителе.

- Объемная активность - характеризует содержание в воде радиоактивных изотопов. Выражается в Кюри на кг или в Беккерелль на кг.

- Содержание ионов хлора (С1-). Характеризует содержание в воде коррозионно - активного агента, выражается в мг/дм3.

- Содержание растворенного кислорода, показатель коррозионной активности среды, выражается в мг/дм3.

- Окисляемость - показатель,  характеризующий содержание в воде органических примесей, окисляющихся перманганатом калия.  

- Жесткость -  обуславливается  содержанием в  воде растворимых солей кальция и магния.  Характеризует наличие в воде веществ,  способных образовывать накипь на теплопередающих поверхностях. Выражается в мг-экв солей жесткости,  содержащихся в 1 дм3 воды.

- Щелочность воды  (мг-экв/кг),  называют сумму миллинормальных концентраций всех анионов слабых кислот и  гидроксильных  ионов  за вычетом концентраций ионов водорода.

- Прозрачность воды - характеризует наличие в ней различных  нерастворимых примесей. Выражают, как правило, в  %.

- Массовая концентрация различных примесей, таких как: фторид-ионов, аммиака, водорода, железа, меди, нитрат-иона, натрия, сульфат-ионов, общего органического углерода и др. Выражаются, как правило, в мг/дм3

Выводы по лекции:

1.Такие основные вопросы,  как  эффективность,  надежность,  безопасность и экономичность работы ЯЭУ во многом зависят от рационального решения организации ВХР  контуров и контроля качества воды и пара.

2.Основными задачами рациональной организации ВХР является:

- поддержание  концентраций  всех примесей на максимально допустимом уровне экономичными и эффективными методами;
- ограничение  скорости  коррозии конструкционных материалов контуров.

3.Основной  целью  дисциплины  является изучение основ физико-химических процессов протекающих  в  контурах  АЭС, изучения  организации ведения ВХР контуров АЭС при различных режимах состояния энергоблока, изучения правил эксплуатации установок очистки вод контуров,  изучения организации контроля качества воды контуров АЭС.

4.Основными  физическими  параметрами  воды являются: плотность, точки кипения и замерзания,  теплоемкость, теплота плавления,  поверхностное натяжение,  адгезия,  вязкость, диссоциация воды и др.

5.Химия воды дает характеристику воды, в которой всегда растворены различные газообразные, твердые и жидкие вещества, создающие громадное разнообразие растворов, а также взаимодействие воды с растворяющимся веществом и др.

6. На АЭС вода,  в основном, подразделяется по назначению или источнику получения.

7.По происхождению примеси в контурных водах подразделяются на:  естественные,  образующиеся в  самом  контуре, вводимые специально для коррекции водного режима реагенты.

8.К основным показателям качества воды относят:  общее солесодержание,  удельную  электропроводность,  содержание грубодисперстных веществ,  водородный показатель,  окислительно-востановительный  потенциал среды,  объемную активность, содержание раствореных газов и др. веществ, окисляе-
мость, жесткость, щелочность, прозрачность и др.

    Текст вводной лекции обсужден и одобрен на заседании кафедры

«Эксплуатации и ФЗ ЯЭУ»

             Протокол        от             _________    200   г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29922. Отличие аудита от других форм эк.контроля 34 KB
  По мнению абсолютного большинства специалистов первое место принадлежит ревизии. Цель ревизии определение законности полноты и своевременности взаимных платежей и расчетов проверяемого объекта и федерального бюджета бюджетов государственных внебюджетных фондов а также эффективности и целевого использования государственных средств. Объекты ревизии все государственные органы в том числе их аппараты и учреждения в Российской Федерации государственные внебюджетные фонды а также органы местного самоуправления...
29923. Оформление результатов аудиторской проверки 35.5 KB
  Аудиторское заключение официальный документ дающий оценку достоверности бухгалтерского учета и отчетности аудируемого предприятия подтвержденный подписью имеющего лицензию руководителя проверяющей группы аудиторской фирмы и печатью этой фирмы. Возможны четыре вида аудиторских заключений: заключение без замечаний безоговорочное заключение; заключение с замечаниями заключение с оговорками; отрицательное заключение; заключение не дается совсем либо дается отказное заключение. Заключение с замечаниями делается при выявлении...
29924. Оценка финансового состояния, платеже- и кредитоспособности организации 31.5 KB
  Оценка платежеспособности осуществляется на основе характеристики ликвидности текущих активов т. Понятия платежеспособности и ликвидности очень близки но второе более емкое. От степени ликвидности баланса зависит платежеспособность. Анализ ликвидности баланса заключается в сравнении средств по активу сгруппированных по степени убывающей ликвидности с обязательствами по пассиву которые сгруппированы по степени срочности их погашения.