Водно-химический режим АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и РБМК-1000 Рощектаев Б.М

следствие, снижение уровня коррозионно-эрозионного износа оборудования, выполненного из углеродистой стали и концентрации железа в питательной воде, в 2-3 раза;

значительное уменьшение уровня поступления продуктов коррозии

вобъемы парогенераторов приблизительно с 200 кг до 30 60 кг за топливную компанию на один парогенератор, что позволило увеличить время между химическими промывками парогенераторов, сократить тем самым количество отходов и экономические расходы;

снижение концентрации гидразина и аммиака в питательной воде парогенераторов привело к увеличению срока работы ионообменных смол в фильтрах конденсатоочистки и, как следствие – экономии химических реагентов на их регенерацию;

увеличение выноса железа с продувочной водой парогенераторов за счет разрыхления накопленных ранее шламов вследствие моющего эффекта воздействия морфолина, что приводит к уменьшению загрязнѐнности поверхностей металла парогенераторов, а следовательно, снижению риска коррозии.

Проблемными вопросами морфолинового ВХР второго контура являются следующие факторы:

образование органических кислот в рабочих средах второго контура в результате окисления морфолина при взаимодействии с кислородом;

снижение фильтроцикла фильтров конденсатоочистки в морфолиновой форме, которые ограничивают использование данного режима и не отвечает полностью требованиям, предъявляемым к следующим показателям:

щелочность;

выход азота в природную среду;

межфазный коэффициент распределения;

термическая устойчивость и др.

Принимая во внимание вышеизложенные недостатки морфолинового ВХР, поиски лучшего режима продолжались. На смену морфолиновому режиму был найден, теоретически обоснован и практически испытан этаноламиновый ВХР второго

21

контура реакторов PWR. В России он был внедрен в 2007 году на втором блоке Балаковской АЭС.

1.8. Использование этаноламина в качестве альтернативной коррекционной добавки при ведении ВХР

второго контура АЭС с PWR

Для уменьшения скорости коррозии углеродистых сталей второго контура АЭС «Kori-1» (Корея) с реактором PWR (587,5 МВт, Франция), имеющего гидразинно-аммиачный режим, был применен альтернативный ВХР с добавлением этаноламина. Эта замена была обусловлена более низким показателем коррозии углеродистой стали (FAC). В качестве тестируемых показателей при введении ВХР второго контура с добавлением морфолина и этаноламина были приняты: pH, удельная электропроводимость, содержание NH3, ацетат-, формиат-, гликолят-, хлорид- и сульфат-ионов.

1.9. Физико-химические характеристики этаноламина

Этаноламин относится к классу аминоспиртов – производных углеводородов, в молекулах которых содержатся одновременно амино- (−NH2) и гидрокси-группы (−ОН). Формула:

НО−(СН2)2−NH2.

Этаноламин (коламин) – густая масляная жидкость, смешивается с водой во всех соотношениях, горючая, имеет резкий аммиачный запах. Обладает сильными основными свойствами. Хорошо растворим во многих органических растворителях и спиртах.

Физические свойства этаноламина:

температура кипения 171 ºС;

ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/ м3;

ПДК в воде водоемов 0,5 мг/дм3;

коэффициент распределения Кр между паром и водой Кр25 = 0,04 и Кр300 = 0,489;

молекулярная масса 61 г/моль;

рК25= 4,5; рК300= 6,4.

22

Химические свойства этаноламина:

Этаноламин обладает свойствами спиртов и аминов. В присутствии серной кислоты превращается в этиленамин по реакции

ОН–(СН2)2–NH2 → H2C–NH–CH2;

ОН–(СН2)2–NH2 → Н2С–CH2 → H2C–CH2.

OSO3H HNH NH

В воде проявляет щелочную реакцию

НО–(СН2)2–NH2 + H2O → [НО–(СН2)–NH3]+ + OН–.

Таблица 1.4

Сравнительный вклад морфолина и этаноламина в удельную электропроводимость Н-катионированной пробы сепарата пара СПП, питательной и продувочной воды ПГ

Приведенные в табл. 1.4 результаты показывают, что при замене морфолинового ВХР на этаноламиновый наблюдается заметное уменьшение удельной электропроводности испытуемых вод. Этаноламин с большей надежностью обеспечивает более низкий показатель удельной электропроводности и более высокий показатель щелочности среды вследствие термической устойчивости и меньшего количества образованных карбоновых кислот.

Немаловажный фактор в пользу этаноламина при его выборе в качестве корректирующего агента играет такой показатель, как его воздействие на смолу, обеспечивающую длительность фильтроцикла. Проведенные тесты показали, что срок эксплуатации катионитовой смолы в Н-форме более высокий (3,5 месяца) в этаноламиновом ВХР, чем в морфолиновом (2 месяца). В то же время общий срок эксплуатации катионитовой смолы является одинаковым для обоих режимов.

23

EDF при принятии решения о проведении промышленных испытаний с добавлением этаноламина во второй контур АЭС PWR провел предварительные расчеты по целому ряду направлений, в том числе и по распределению этаноламина по участкам второго контура. Результаты расчетов представлены в табл. 1.5.

Примечание. Концентрация морфолина и этаноламина в питательной воде PWR равна 5 мкг/кг и 1,2 мг/кг, соответственно, содержание аммиака 100 мкг/кг, рН ≈ 9,2.

Результаты расчетов показывают, что в двухфазных потоках (конденсате греющих паров ПВД, продувочной воде ПГ и сепарате СПП) рН25 и рНт при дозировании этаноламина выше, чем при дозировании морфолина и ниже в однофазных средах (в конденсате турбин, конденсате после ПНД и питательной воде ПВД). Если принять во внимание, что в двухфазных потоках

24

происходит наибольший эрозионно-коррозионный износ оборудования, то становится очевидным, что этаноламин является предпочтительным по сравнению с морфолином, так как в двухфазных средах он лучше поддерживает щелочную среду, обеспечивающую коррозионное сопротивление материалов.

1.10. Внедрение этаноламинового ВХР на Балаковской АЭС

На Балаковской АЭС с 04.09.2006 по 30.08.2007 на энергоблоке № 2 проводилась опытно-промышленная эксплуатация этаноламинового ВХР. По результатам опыта был выполнен анализ коррозионного состояния ПГ.

Результаты, полученные в ходе работы этаноламинового ВХР, представлены на рис. 1.2-1.7.

Рис. 1.2. Устойчивое поддержание рН питательной воды

Одним из важных нормируемых и контролируемых показателей качества водного теплоносителя АЭС является водородный показатель. Для уменьшения коррозионных процессов необходимо поддерживать рН ≈ 9,2. Из графика видно, что при использовании гидразинно-аммиачного режима значение рН достигают значения 8,8. А добавление ЭТА дает лучшие результаты, и значение рН питательной воды достигает значения 9,05 − 9,15.

25

Рис. 1.3. Устойчивое поддержание рН продувочной воды ПГ

Рис. 1.4. Влияние аминов на обеспечение величины рН во втором контуре

26

Дата

Рис. 1.5. Содержание железа и меди на входе СВО-5: верхняя кривая соответствует содержанию железа, нижняя кривая соответствует содержанию меди.

Рис. 1.6. Среднегодовой прирост удельной загрязненности ТОТ ПГ

27

теплоноситель для поддержания водно-химического режима, характеризуются высокой активностью (10-4 ÷ 10-2 Ки/л).

Источниками радиоактивных примесей в 1 контуре являются:

продукты коррозии (59Fe, 60Co, 58Co, 54Mn, 51Cr и др.);

радионуклиды разрушенных ТВЭЛов (137Cs, 90Sr, 106Ru и др.);

примеси приточной воды (24Na, 38Cl, 42K и др.);

продукты деструкции ионитов;

ядра отдачи с поверхностей, работающих в нейтронном поле реактора;

корректирующие добавки (T, 42K, 16N).

Основные радионуклиды, образующиеся в теплоносителе и конструкционных материалах действующего реактора, представлены в табл. 2.1.

29

Удельную активность теплоносителя в равновесных условиях без учета влияния системы очистки рассчитывают по следующей формуле:

где – усредненная плотность потока нейтронов деления в зоне облучения, nº/см2 с; ai – сечение активации, см2; Ni – ядерная плотность материнского изотопа, см-3; λi – постоянная распада

образующегося нуклида, с-1; – время пребывания теплоносителя в зоне облучения, с; T – период циркуляции теплоносителя, с.

Удельную активность нуклида, образовавшегося в материале конструкции, без учета выгорания ядер, определяют из выражения:

A n 1 exp λ tc exp λ ts , распад/с г. (2.2)

Здесь n – число ядер на 1 г мишени; tc – время облучения, с; ts – время выдержки после останова реактора, с.

Остальные символы соответствуют принятому в выражении (2.1). Большое количество радионуклидов, продуктов коррозии,

растворенных солей, коллоидных и грубодисперсных продуктов, образующихся и поступающих с подпиточными водами в 1 контур, отрицательно влияют на работу и техническое состояние энергоблока и могут привести к преждевременному останову и выводу из эксплуатации реактора.

Повышенный γ-фон, производимый радионуклидами, увеличивает дозовые нагрузки на обслуживающий персонал, особенно в периоды останова реактора и проведения ППР.

Исходя из вышеизложенного, можно логично заключить, что для поддержания требуемого качества воды 1 контура необходима еѐ очистка.

Очистные установки должны не только обеспечивать требуемую чистоту теплоносителя, но и одновременно выполнять функции регулятора нормируемых показателей качества воды.

Учитывая специфику загрязнений 1 контура, системы очистки реакторной воды базируются, главным образом, на ионообменных фильтрах, сочетающих одновременно функции механических фильтров.

30