Ионный обмен.

Очистка воды от химических соединений, находящихся в растворенном (диссоциированном) состоянии в виде катио­нов (K⁺ - “притягивают” “+” ионы) и анионов (А^–) (т.е. электро­лит) производиться с помощью ионного обмена. Сущность которого заключается в извлечении из водных растворов различных ионов посредством обмена их на другие ионы, входящие в состав ионообменных смол.

R^–H⁺ - катионит, R^– - обозначение высокомолекулярной (твердой) части радикала катионита. Н⁺ - ион водорода, яв­ляющийся обменным катионом (кислотные свойства). Ка-тиониты могут находиться в водородной (Н - форме), соле­вой (натриевой, кальциевой и т.д.).

R⁺OH^– - анионит, R⁺ - условное обозначение радикала анионита, ОН^– - гидрооксильный ион, являющийся обмен­ным анионом (основные свойства). Аниониты могут нахо­диться в годрооксильной (ОН - форме), солевой (хлорид-ной, сульфатной и т.д.).

В схемах обработки вода перед анионитными фильтрами всегда устанавливаются Н-катионитные фильтры для перевода солей соответствующие кислоты.

Кроме реакций обмена катионов на ион H⁺, анионов на ОН^–, в фильтрах протекает реакция взаимного вытеснения катионов и анионов, обусловленные избирательностью (се­лективностью) ионообменных материалов.

Более подвижные ионы вытесняют менее подвижные, поглощенные ионитом. По электрохимической подвижности ионы располагаются в ряды селективности.

Ряд селективности для сильнокислотного катионита КУ-2-8: Li⁺; H⁺; NH4⁺; K⁺; Pb⁺; Cs⁺; Mg²⁺; Fe²⁺; Zn²⁺; Co²⁺; Cu²⁺; Cd²⁺; Ni²⁺; Be²⁺; Mn²⁺; Ca²⁺; Sr²⁺; Cr²⁺; Ag⁺; Rb²⁺; Ba²⁺;Al³⁺.

Ряд селективности для сильноосновного анионита АВ-17-8:

OH^–; H₂BO₃^–; HSiO₃^–; HCO₃^–; F^–; Cl^–; NO₂^–; PO₄^3–; NO₃^–; SO₄^2–

При очистке водного раствора солей с помощью катио­нита в Н-форме происходит следующая реакция обмена ионами между катионитом и солями:

R^–H⁺ + K⁺A^–  R^–K⁺ + H⁺A^–, где K⁺А^– соль. В растворе появляются ионы водорода, те­перь раствор содержит не примеси солей, а примеси мине­ральных кислот.

При последующей очистке этого раствора на анионите в ОН-форме происходит реакция ионного обмена:

Обменные ионы ОН^– вступают во взаимодействие с ионами Н⁺ образуя мало диссоциирующее соединение - воду.

Термическая стойкость катионита высока - до 120, анионита до 70, рабочая  = 3550, при   35 замедляются процессы диффузии,  по­нижается обменная емкость ионитов.

Регенерация: восстановление ионообменной емкости. При этом ч/з фильтр пропускают раствор насыщенный катионами Н⁺ (азотная кислота – HNO₃) или анионами OH^– (KOH).

R^–K⁺ +H⁺A^– R^–H⁺ + K⁺A^–; (удаление Na⁺;NH₄⁺;K⁺;Ca²⁺;Mg²⁺).

R⁺A^– + K⁺OH^–  R⁺OH^– + K⁺А^–; (удаление F^–; Cl^–…).

Этапы регенерации: взрыхляющая отмывка, пропуск реа­гентов, отмывка, ввод в работу.

Коррозия бывает: химическая, электрохимическая, (пере­гретый пар - электролит, перегретые участки источники анодов и катодов); фрейтинг-коррозия (связана с вибраци­ей, перемещение напряженных частей металла); радиаци­онная (появление нуклидов); питинг-коррозия (подшламовая); водородная коррозия (способность диффундировать в металле, приводит к трещинам в металле, бывает межкри-сталлитная и транскристаллитная коррозия, которая приво­дит к трещинам из-за разности давлений); хлоридная (при­водит к оголению ме галла); крекинг-коррозия (O₂). FeO - на поверхности, Fе₃О₃ - средняя, Fе₃O₄ - нижняя. Продукты коррозии (радиоактивные) затрудняют доступ при эксплуа­тации и ремонте оборудования,

Отложения - (7090% - окислы железа) на поверхностях т/обмена интенсифицируют протекание неравномерной коррозии, особенно для сталей перлитного класса. Отло­жения на ТВЭЛ - снижение т/проводности оболочки - и ее перегрев... При проникновении (диффузии) нуклидов в толщину оксидной пленки - имеем трудно растворимые ра­диоактивные отложения - усложняется дезактивация обо­рудования

ВХР 1-го контура

Слабощелочной аммиачно-калиевый водно-химический режим. Должен обеспечивать:

 подавление радиолиза т/н;

 min интенсивность коррозии и min скорость роста отложений на теплопередающих поверхностях;

 min интенсивность накопления и миграции р/а продуктов, min кол-во р/а отходов.

Средства и методы ведения ВХР.

1. TN,TS,RY,CBO.

2. ТK - заполнение, водообмен, восполнение потерь, дега­зация, деаэрация, ввод химреагентов.

3. ТВ - реагентное хозяйство: 0,81,5% раствор аммиака (ТВ21В01), 35% раствора гидразингидрата (ТВ22В01), 35% раствора КОН (ТВ23В01), 40 г/дм³ Н₃ВО₃(ТВ10),

4. TV - отбор проб.

5. ТЕ - ионный обмен. ТЕ - очистка продувочной воды 1K и TY, позволяет плавно регули­ровать аммиачно-калиевый режим, выводить борную ки­слоту из т/н в конце компании.

6. ТС - механические фильтры - ТС - система высокотемпе­ратурной фильтрации. При  воды = 300 её вязкость снижается в 5 раз, что позволяет увеличить скорость фильтрования [в 5 раз). Общий расход = 400 т/ч.

На ВХР оказывает влияние ⁷Li: ¹⁰B + n  ⁷Li⁺ + .

Продукты коррозии: ⁵¹Cr; ⁵⁴Mn; ⁵⁹Fe; ⁶⁰Co;… активируются и откладываются на внутренних поверхностях, ухудшая т/обмен и р/а обстановку.

 pН – характеризует кислотно-шелочную реакцию т/н и зависит от содержания H₃BO₃, NH₃, щелочных Na⁺, K⁺,Li⁺.

H₂O – слабый электролит, её диссоциация:

H₂O  H⁺ + OH^–. При  = 25 в чистой воде образуется 10^–7 г-ионов Н₂ и 10^–7 г-ионов гидрооксила на каждую молекулу, т.е. pH = 7. C  рН сдвигается в кислую сторону. При рН = 90,2 и  пробы 25, реально в 1K при 300 рН 7, /или рН = 6,1 при  = 100  рН = 5,7 при  = 300/ при рН неблагоприятно при совместном воздействии O₂ и щелочи на сплав циркония. С ростом толщины оксидной пленки из-за разницы объёмов цирко­ниевого сплава и его окислов увеличиваются внутренние напряжения, деформирующие кристаллическую решетку окисла и интенсифицирующие диффузию O₂ и рост пленки, которая начинает терять сплошность и свои пассивирующие свойства. рН почти не влияет на скорость коррозии стали 0Х18Н10Т при отсутствии активирующих реагентов. При  рН  5,9 проявляются сильные кислотные свойства,   коррозия, при рН  3 начинается коррозия циркониевых сплавов, а также резко коррозируют стали аустенитного класса.

  - удельная электропроводность – характеризует общую концентрацию и подвижность ионов (катионов и анионов) в т/н. Зависит от  и концентрации ионов в т/н.

 Cl,F – отрицательное коррозионное воздействие материалы, увеличивают скорость коррозии, препятствуют образованию защитной пленки (пассивирующий слой). В сочетании с O₂ вызывают корро­зионное растрескивание напряженной аустенитной стали Х18Н10Т. Основные поступления фтора - плавиковая ки­слота, используемая в процессе изготовления ТВС на за­воде. Поступление CI с дозируемыми химреагентами, а также вымывается из АФ ТЕ при резком увеличении С_БОР. Поддерживают Cl,F за счет системы ТЕ(N03) и использованием химреагентов высокого качества. При  показателей ( 0,1) - прекратить дозировку хим­реагентов, отключить рабочий АФ ТЕ, провести регенера­цию или перейти на резервную нитку.

 O₂ – развитие коррозии конструкционных материалов. Поступления за счёт радиолиза и с подпиточной водой. Норма: за счёт деаэрации и ввода гидразина.

Концентрация О₂ -  общую скорость коррозии (особенно межкристалитную и растрескивание), но и необ­ходим для образования защитной (оксидной) пленки, О₂ - накапливается за счет радиолиза (2Н₂O    2Н₂ + O₂), поддерживается в пределах норм за счет деаэрации на системе TK и введением гидразин-гидрата. Источником О₂ является также воздух. Поступления воздуха в 1K: холодный деаэратор, щелевые уплотнения TK, "гусак" на сливе запирающей воды. При НУ ( = 20) растворимость O₂ в воде достигает 8 мг/кг. При _РУ O₂ в 1K снижается.

 NH₃ – поддерживают на уровне, обеспечивающем концентрацию водорода в пределах 2,75,4 мг/дм³.

– поставщик H₂ (2NH₃  3H₂ + N₂), подавляет радиолиз. На 1 грамм NH₃ имеем 2 см³ Н². Верхний предел должен определяться верхним пределом С_БОР. При NH₃  Н₂  водородное охрупчивание оболочек ТВЭЛ. Причинами  концентрации аммиака являются: включение в работу H⁺ - катионитного фильтра ТЕ, за счет перевода свежего катио­нита в аммиачно-калиевую форму; увеличение протечек т/н 1K. Верхнего предела для NH₃ нет т.к. есть ограни­чения по водороду. /30 мг/кг NH₃  60 мг/кг H₂/.

 H₂ – радиолитический, разложение NH₃. Регулирование – изменением содержания NH₃, и расхода TK. Н₂ (показатели для молекулярного водорода) - подавля­ет радиолиз, связывает О₂, но вызывает водородное охрупчивание циркониевых оболочек ТВЭЛ, взрывоопасен. Нормирование Н₂ - за счет изменения содержания аммиака (2NН₃  ЗН₂ + N₂) и расхода TK. При  концентра­ции увеличить концентрацию аммиака, но не > 50, при увеличении дозирование прекратить, увеличить расход продувки. /При разуплотнении 1K концентрация водорода д/б  0,45 мг/кг/. При  _РУ Н₂ снижается ( нейтронный поток   радиолиз). При   50% Н₂ не нормируется (!).

 K⁺, Na⁺, Li⁺ - Na сопутствует K (KOH), Li – из ¹⁰B.

Сумма щелочных металлов определяется:

C_K, C_Li, C_Na – концентрации, 39, 23, 7 – грамм эквиваленты.

Основные поступления K⁺ из KОН (дозируют в зависимости от C_БОР); Na⁺ сопутствующий эле­мент применяемых химреагентов. Присутствие нежела­тельно, Na²⁴ повышает ; Появление литиевой щелочи LiOH - поло­жительный фактор, в коррозионном отношении более бла­гоприятна, чем KОН. Требуемая концентрация Щ должна быть достигнута не позднее, чем ч/з 10 суток после выхода на . При Na - проверить содержа­ния дистиллята.

Концентрация H₃BO₃ – в зависимости от запаса , нейтрализация – KOH, NH₃ при рабочих параметрах. В естественном боре содержание ¹⁰B до 19,8%.

¹⁰B + n  ⁷Li + ⁴He + (~2,5Mэв).

 насыщенного H₃BO₃ состояния раствора.

С H3BO3,г/кг	23	40	100	140	200	240	300	340	360
	0	16	46	58	72	80	90	95	97

 Fe, Ni, Cr – характеризуют скорость коррозии, очистка на TE и TC. При  показателя подключить резервные фильтры ТЕ, увеличить расход про­дувки.

 Медь – характеризует состояние медь-содержащих элементов оборудования и наличие отложений ионов меди на ТВЭЛ, поступления из стали 0Х18Н10Т.

Нормы качества воды:

	Параметр (мг/дм3)	ВХР РУ на W	Вода TK
1	Значение рН, ед.	5,910,3	5,910,3
2	Cl-, F- , г-ионов	 0,1	 0,1 (Cl-)
3	Концентрация O2, мг/дм3	 0,005	 0,002
4	Концентрация H2, мг/дм3	2,75,4	-
5	K+, Na+, Li+, ммоль/дм3	0,020,5	 1 (Na+)
6	Аммиак - NH3, мг/дм3	 5,0	 5,0
7	Медь - Cu+, мг/дм3	 0,02	-
8	H3BO3, г/дм3	010	010
9	Fe+, Cr+, Ni+, мг/дм3	 0,2	 0,02 (Fe+)
	Нефтепродукты	-	 0,1
	Прозрачность, %	-	 95%

* При =25, = 0,1 МПа. * При введении H₃BO₃ с С=40 г/дм³ в 1K допускается pH до 3,8 в подпиточной воде. *Требуемая равновесная концентрация щелочных д/б достигнута не позднее, чем 10 суток после выхода на . *Во все растворы, вводимые в 1K без деаэрации и имеющие концентрацию O₂  0,02 мг/дм³ должен дозироваться гидразин-гидрат, с концентрацией в 23 раза превышающей концентрацию O₂. *Анализ фторидов выполняется в течении первых 1000 часов после перегрузки.

Перед выходом в критику: С_БОР  16 г/дм³, кислорода  0,01 мг/дм³, ионов хлора  0,1 мг/дм³, аммиака около 30 мг/дм³.

Суммарная концентрация ионов щелочных металлов в т/н 1K в зависимости от концентрации H₃BO₃.