Свойство воды как теплоносителя в реакторных установках

Вода — несжимаемая жидкость, способная накапливать при нагревании и отдавать при остывании большое количество тепла. При нагревании вода, как и всякое другое физическое тело, увеличивается в объеме, при этом она обладает хорошей текучестью. Благодаря этим свойствам ее несложно заставить «бегать» по системе отопления и переносить тепло. Вода всегда доступна, ее нужно просто залить в систему отопления. Она источник жизни на нашей планете и любая возможная протечка не представляет угрозы здоровью.

В распоряжении людей вода не может без очистки (обработки) являться теплоносителем в теплоэнергетических установках, поскольку современные ТЭС и АЭС в энергетическом цикле используют воду высокого качества с содержанием примесей в пределах 0,1 - 1,0 мг/кг.

Оборудование современных ТЭС и АЭС эксплуатируется при высоких тепловых нагрузках, что требует ограничения толщины отложений на поверхностях нагрева по условиям температурного режима их металла в течение рабочей кампании. Такие отложения образуются из примесей, поступающих в циклы электростанций, в том числе и с добавочной водой, поэтому обеспечение высокого качества водных теплоносителей ТЭС и АЭС является важнейшей задачей. Использование водного теплоносителя высокого качества упрощает также решение задач получения чистого пара, минимизации скоростей коррозии конструктивных материалов котлов, турбин и оборудования конденсатно-питательного тракта. Таким образом, качество обработки воды на ТЭС и АЭС тесным образом связано с надежностью и экономичностью эксплуатации современного высокоинтенсивного котлотурбинного оборудования, с безопасностью ядерных энергетических установок [2].

Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной физико-химической обработки природной воды. Эта вода является, по существу, исходным сырьем, которое после надлежащей обработки (очистки) используется для следующих целей:

1. В качестве исходного вещества для получения пара в котлах, парогенераторах, ядерных реакторах кипящего типа, испарителях, паропреобразователях;

2. Для конденсации отработавшего в паровых турбинах пара;

3. Для охлаждения различных аппаратов и агрегатов ТЭС и АЭС;

4. В качестве теплоносителя в тепловых сетях и системах горячего водоснабжения.

Наиболее важными свойствами воды являются:

• Теплоемкость;

• Изменение объема при нагреве и при охлаждении;

• Характеристики кипения при изменении внешнего давления;

• Кавитация

Проанализируем основные свойства воды как теплоносителя:

1. Удельная теплоемкость

Важным свойством любого теплоносителя является его теплоемкость. Если выразить ее через массу и разность температур теплоносителя, то получится удельная теплоемкость.

Она обозначается буквой c и имеет размерность кДж/(кг • K)

Удельная теплоемкость — это количество тепла, которое необходимо передать 1 кг вещества (например, воды), чтобы нагреть его на 1 °C. И наоборот, вещество отдает такое же количество энергии при охлаждении.

Среднее значение удельной теплоемкости воды в диапазоне между 0°C и 100°C составляет:

c = 4,19 кДж/(кг • K) или c = 1,16 Втч/(кг • K)

Количество поглощаемого или выделяемого тепла Q, выраженное в Дж или кДж, зависит от массы m, выраженной в кг, удельной теплоемкости c и разности температур, выраженной в K.