Физико-химические процессы протекающие в парогенераторах АЭС

 
    В ступенях турбин, работающих  на влажном паре, практически  все примеси переходят в образующуюся  влагу. При наличии турбинного  сепаратора большая часть примесей  уходит с сепаратом, оставаясь, однако, в цикле. Таким образом, пар, поступающий в конденсатор, приносит с собой в наибольшей степени растворенные окислы железа, а в меньшей — остальные примеси.

 
    В реактор одноконтурной станции  непрерывно поступает питательная  вода, а из него уходит насыщенный  пар, т. е. в нем, как и в любой  паро-производящей установке или  парогенераторе двухконтурной схемы, создаются условия для накопления  примесей, приходящих с питательной  водой. Действительно, в воду поступают  продукты коррозии не только  самого реактора, но всего конденсатно-питательного  тракта.

Кроме того, так как с питательной водой непрерывно поступают в реактор также и естественные примеси воды, то для одноконтурного реактора необходим пропуск через анионит всего расхода продувки. Непрерывный отвод пара препятствует рекомбинации продуктов радиолиза, вынося их в тракт станции, поэтому радиолиз идет непрерывно с интенсивностью, зависящей от мощности реактора.

 
    Продукты радиолиза могут  образовать в тракте станции  взрывоопасную гремучую смесь. При  проектировании тракта от реактора  до конденсатора должны быть  предусмотрены устройства, предотвращающие  скопления гремучей смеси в  застойных или слабо омываемых  паром зонах. Кроме того, применяют  специальные системы сжигания  гремучей смеси. Из конденсатора  продукты радиолиза интенсивно  удаляются эжекторами и через  специальную вентиляцию выбрасываются  в атмосферу. Вместе с паром  проходят в конденсатор и газы, образующиеся в процессе деления  и проникающие в теплоноситель  даже при ничтожных нарушениях  герметичности оболочек ТВЭЛов. К их числу относятся в первую очередь изотопы ксенона и криптона. В связи с этим вентиляционные системы на одноконтурных станциях обычно более мощные, чем на двухконтурных.

 
    В числе продуктов коррозии, поступающих в питательную воду, находятся окислы меди. Так как  медистые накипи образуются только  при тепловых нагрузках 400 • 103 Вт/м2 и выше, то в парогенераторах двухконтурных станций они не возникают. В реакторах одноконтурных станций опасность их образования вполне реальна в связи с весьма высокими местными тепловыми нагрузками. Это требует удаления окислов меди из питательной воды реактора одноконтурной станции.

 
    Вероятность и опасность образования  кальциевых и магниевых накипей  в любой паропроизводящей установке тем больше, чем больше тепловая нагрузка. Для поддержания допустимой концентрации соответствующих соединений в воде реактора пришлось бы сооружать огромную очистную установку для реакторной воды. Поэтому для реактора одноконтурной станции не допускают поступления в питательную воду примесей, проникающих в конденсат с присосом охлаждающей воды; этого достигают установкой ионообменной очистки всего конденсата. В конденсатор турбины вместе с паром в наибольшем количестве поступают окислы железа, находящиеся в растворенном состоянии сначала в паре, а затем в конденсате. Растворимость окислов железа в воде резко уменьшается с повышением температуры (смотри рисунок. 2).

При движении конденсата по конденсатно-питательному тракту в воде все в большей мере образуется железоокисный шлам как за счет уменьшения растворимости окислов железа, так и в результате коррозии самого тракта, поэтому в реакторе может возникнуть опасность железоокисных отложений. Необходимо учитывать, что приносимые в конденсатор окислы железа, кобальта, никеля, циркония и других конструкционных материалов реактора радиоактивны и разнесение их по всей системе станции нежелательно. Эти причины также приводят к необходимости очистки всего конденсата, поступающего в реактор, на ионообменных фильтрах. Попутно удаляется и хлор-ион, проникающий в конденсат с присосом охлаждающей воды. Особое значение приобретает ионообменная конденсатоочистка как защита реактора от поступления большого количества примесей при аварийном разрыве трубок конденсатора. При пропуске конденсата через конденсатоочистку для реакторов одноконтурных, так же, как и для реакторов двухконтурных АЭС, становится характерным преимущественное содержание в нем продуктов коррозии, а не естественных примесей воды.

Важное различие обоих типов АЭС — большая радиационная активность оборудования при одноконтурной схеме, определяющая его меньшую доступность в эксплуатации и требующая организации биологической защиты не только реактора, но и некоторых других элементов оборудования.

Рисунок 2. Растворимость магнетита в кипящей воде в зависимости от ее температуры:  1 —рН=5,0;   2 —рН=5,5;  3 —2рН=6,0;  4 —рН=7,0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водный режим реакторов.

 
    Водный режим реакторов стремятся  вести таким образом, чтобы приостановить  или свести к приемлемой интенсивность  тех физико-химических процессов  в контурах, которые неблагоприятно  влияют на ход эксплуатации  ядерной энергитической установки. Прежде всего это — разнообразные коррозионные процессы, а также возрастание радиоактивности теплоносителя и оборудования контура вследствие активации различных примесей. 
    Ведение водного режима в значительной степени зависит от типа реактора. Для реакторов ВВЭР в настоящее время широко используется для регулирования реактивности борная кислота, которая вводится в теплоноситель. Она химически устойчива в радиационных условиях, хорошо растворима в воде, слабо влияет на коррозионные процессы. Однако в ее присутствии возрастает переход продуктов коррозии в воду, а также рН теплоносителя, что может увеличивать скорость коррозии сталей. Поэтому для нейтрализации борной кислоты в контур вводится щелочь: либо едкое кали (в странах бывшего СССР), либо гидроокись лития (за рубежом). Для поддержания требуемой концентрации водорода, который необходим для подавления процессов радиолиза, в состав теплоносителя добавляют аммиак. Такой водный режим называют смешанным аммиачно-калиевым режимом при борном регулировании» Он получил весьма широкое распространение.

 
    Если для реакторов ВВЭР  широко применяются скорректированные  водные режимы, где на показатель  рН и процесс радиолиза воздействуют  введением специальных добавок  и, кроме того, применяется регулирование  реактивности с помощью борной  кислоты, то для современных одноконтурных  АЭС с кипящими реакторами  почти повсеместно принят бескоррекционный водный режим, при котором ни в конденсат турбин, ни в реакторную или питательную воду корректирующие добавки для регулирования рН не вводятся, радиолиз не подавляется, борное регулирование не применяется. Приведем нормы качества питательной и реакторной воды АЭС с реактором РБМК:

Нормы качества питательной и реакторной воды АЭС с реактором РБМК-1000
Контролируемый параметр	Питательная вода	Реакторная вода
Удельная электропроводность, мкOм/см	-	менее 1
рН при 25 °С	7,0 ± 0,2	6,5—7,2
Концентрация, мкг/кг:
хлорид-иона (Сl-)	менее 4,0	менее 100
кислорода (O2)	менее50	-
окислов железа (Fe)	менее 10	менее 200
окислов меди (Сu)	менее 2,0	менее 50

 

 

    Опыт эксплуатации  АЭС с кипящими реакторами  показал, что выработанный для  них бескоррекционный водный режим обеспечивает устойчивую работу основных конструкционных материалов конденсатно-питательного тракта, главным образом углеродистых сталей.

 

 

 

Заключение:

 

Если мы хотим обеспечить отлаженную и исправную работу нашей АЭС нам необходимо уделять особое внимание фигико-химическим процессам.