Balakovskaya - Вспомогательные системы РО-مفتوح

I

76

специальных мер, количество его может превысить допустимый предел. Кислород, являясь активным деполяризатором, усиливает коррозию металла. В воде с повышенным значением рН среды проявляется совместное неблагоприятное воздействие кислорода и щелочи на оболочки твэлов из циркония.

С ростом толщины окисной пленки из-за разницы объемов циркониевого сплава и его окислов увеличиваются внутренние напряжения, деформирующие кристаллическую решетку окисла и интенсифицирующие диффузию кислорода и рост пленки, которая начинает терять сплошность и свои пассивирующие свойства. Для подавления кислорода производится дозировка аммиака в первый контур.

Ограничение содержания продуктов коррозии конструкционных материалов первого контура в теплоносителе путем поддержания оптимального водно-химического режима и очистки теплоносителя позволяет уменьшить скорость образования отложений на различных поверхностях контура. Отложения на поверхности твэлов АЭС вследствие их малой теплопроводности могут привести к повышению температуры металла оболочки, а в предельном случае - к пережогу оболочки.

Отложения даже очень малой толщины (около 0,015-0,020 мм) на оболочках твэл в местах максимальных тепловых потоков могут также привести к созданию условий для зарождения и развития очагов местной коррозии. При многократном облучении в активной зоне продуктов коррозии конструкционных материалов, смытых с остальных участков контура, затрудняется доступ к оборудованию и трубопроводам во время ремонта.

Продукты коррозии присутствуют в теплоносителе в основном в нерастворенном состоянии. Исследования на АЭС "Райнсберг" показали, что железо более чем на 99% содержится именно в такой форме.

Как видно из перечисленных проблем, основными задачами водно­ химических режимов реакторов типа ВВЭР является поддержание максимальной чистоты теплоносителя, минимизация скорости коррозии и предотвращение отложений в контуре с набором различных конструкционных материалов в условиях больших тепловых потоков на твэлах, интенсивного облучения, присутствия корректирующих добавок и радиолитических газов.

Все вышесказанное требует разработки в проектах реакторных установок АЭС с ВВЭР систем очистки теплоносителя (СВО) первого контура. При выборе методов очистки воды от загрязнений и радионуклидов обычно исходят из целого ряда требований: экономических, радиационной безопасности и т.д. Традиционно в системах очистки теплоносителя первого контура на АЭС широко используются ионообменные смолы.

Сущность ионного обмена заключается в извлечении из водных растворов различных ионов за счет обмена их на другие ионы, входящие в состав фильтрующих материалов, называемых ионитами.

Обработка воды 1 контура АЭС методом ионообмена заключается в ее пропуске через слой ионитов, заключенных в насыпной фильтр. На энергоблоках ВВЭР-1000 "малой" серии (V блок Нововоронежской АЭС, 1 и 2 блоки Калининской АЭС) установка СВО-1 состояла из одного (на 4 петли) фильтра смешанного действия производительностью 40 тонн/час, на котором теплоноситель очищается после охлаждения до 40 0С.

Однако применение ионитов для очистки воды 1 контура имеет один серьезнейший недостаток - оно требует предварительного снижения температуры очищаемой воды примерно до уровня 50 0С ввиду низкой термической стойкости ионитов. Так же ионообменные смолы обладают низкой радиационной стойкостью. Таких недостатков лишены системы очистки воды, основанные на применении высокотемпературных неорганических сорбентов из мелкопористой нержавеющей стали, титана, гранулированного графита и тд.

Высокотемпературные установки фильтрации высокого давления имеют ряд технологических преимуществ, которые окупают необходимые дополнительные затраты: отпадает необходимость в тракте продувочной воды с охладителями, сборниками, питательными

I

Место системы СВО-1 в первом контуре АЭС с ВВЭР-1000 (РУ В-320)

1- реактор

2-парогенератор

3- ГЦН

4- высокотемпературный фильтр (ВТФ)

5-фильтр-ловушка

2

насосами высокого давления и т.п., циркуляция воды в системе 1 КОНТУР - ОЧИСТКА производится за счет перепада давления, создаваемого ГЦН, теплоноситель не обезгаживается, и поэтому отпадает необходимость в интенсивной компенсации потерь водорода, отсутствие дегазации воды позволяет отказаться от громоздких установок переработки газовых сбросов.

Опыт эксплуатации АЭС с ВВЭР показывает, что существующие системы очистки продувочной воды с органическими ионообменными смолами не оказывают существенного влияния на формирование отложений с активированными продуктами коррозии. Э

то объясняется тем, что скорость осаждения продуктов коррозии на поверхностях первого контура значительно выше скорости выведения продуктов коррозии системами очистки продувочной воды.

й

й

Использование же высокотемпературных систем очистки позволяет без существенных потерь тепла повысить долю теплоносителя, поступающего на очистку.

Эффективность удаления из воды продуктов коррозии и радионуклидов коррозионного происхождения при помощи фильтрации на слое высокотемпературного сорбента в настоящее время изучена достаточно хорошо и по экспериментальным данным она равна: железо общее 50-95%, Сг51 80-85%, Со60 50-70%, /г 95%, Ре59 90%.

В связи с этим в проекте унифицированной реакторной установки ВВЭР-1000 В-320 была разработана высокотемпературная система байпасной очистки теплоносителя СВО-1, очищающая воду без снижения температуры при рабочих параметрах 1 контура.

В бывшем СССР высокотемпературные фильтры (ВТФ) впервые были серийно установлены на головном блоке Запорожской АЭС с унифицированным реактором ВВЭР-1000 В-320, введенном в

эксплуатацию в декабре 1984 года.

Анализ экспериментальных данных, полученных в ходе двух топливных циклов 1го блока Запорожской АЭС, показал, что применение в системе СВ0-1 высокотемпературного фильтра снизило содержание активных продуктов коррозии в теплоносителе 1 контура и изменило соотношение между уровнями активности растворимой (< 0,45 мкм) и нерастворимой (> 0,45 мкм) фракций этих продуктов. Активность первой фракции более чем в 10 раз выше активности второй фракции.

Низкое содержание крупнодисперстных продуктов коррозии положительно повлияло на структуру формирующихся отложений. Визуальный осмотр внутренних поверхностей первого контура, проводимый в ходе отбора проб, показал отсутствие шлама и рыхлых отложений на внутренних поверхностях оборудования.

I

79

Производительность каждого фильтра 100 т/час, что составляет примерно 0,5% от расхода теплоносителя, циркулирующего по петле. Эффективность удаления радионуклидов коррозионного происхождения на сорбенте составляет 70-90%.

При работе реакторной установки теплоноситель 1 контура с напора каждого ГЦН расходом 60-100 м3/час по трубопроводам Ду 100 поступает в фильтры ТС10,20,30,40N01 сверху, проходит через верхнее распределительное устройство, фильтрующий материал, нижнее распределительное устройство фильтра и, очищенный от продуктов коррозии, пройдя фильтрующие системы фильтров-ловушек ТС10,20,30,40В01, возвращается в 1 контур на всас ГЦН по трубопроводу Ду 100.

Входная задвижка каждой цепочки ТС10-40501 имеет байпасную линию ТС10-40502 с дроссельной шайбой, рассчитанной на пропуск расхода 20 м3/час, используемую для работы системы СВО-1 с пониженным расходом при разогреве или расхолаживании первого контура.

Циркуляция через каждую цепочку системы ТС обеспечивается за счет напора, создаваемого работой главного циркуляционного насоса. Для подключения системы СВО-1 в холодной нитке каждой петли ГЦТ имеется два штуцера Ф 133х12. В местах врезки трубопроводов СВО-1 в ГЦТ установлены ограничители расхода, предназначенные для ограничения течи из 1 контура при разрыве трубопроводов СВО-1.

Трубопроводы ^у 50 продувки первого контура вварены в

трубопроводы подачи теплоносителя на фильтры СВО-1. В трубопроводы возврата теплоносителя после фильтров байпасной очистки вварены трубопроводы ^у 50 подпитки первого контура. Все патрубки системы СВО-1 в ГЦТ расположены выше осей "холодных" ниток, что дает возможность проводить ремонт трубопроводов и оборудования системы без выема топлива из реактора.

В качестве фильтрующего материала для заполнения фильтров ТС10,20,30,40N01 используется титановая крошка типа ТП-ВС-1 на основе губчатого титана с размером фракции 2±0,63 мм. Высокотемпературные сорбенты такого типа обладают высокой механической прочностью и сохраняют свои физико-механические свойства (удельную поверхность, механическую прочность, обменную емкость и т.д.) при температуре обрабатываемой воды до 330 0С в течение длительной работы до 10 тысяч часов.

Под действием ионизирующего излучения до флюенса по быстрым нейтронам 5 1021 нейтрон/см2 сек свойства сорбента практически не изменяются. Сорбент также обладает высокой химической устойчивостью: при температуре обрабатываемой воды до 350 0С его растворимость составляет менее 1 мг/литр.

Гидравлическое сопротивление гранулированных высокотемпературных сорбентов невелико: при высоте фильтрующего слоя 1 метр и скорости фильтрования 2,8 см/сек (100 м/час) оно составляет 0,07 кгс/см2. Теоретически в процессе работы из-за накопления различных примесей гидравлическое сопротивление сорбента может возрастать до 0,4 кгс/см2.

Высокотемпературные неорганические сорбенты могут применяться для очистки воды, в том числе радиоактивной, при температурах от 20 до 350 0С при величине рН 5-9,5. При этом коэффициент очистки от наиболее часто встречающихся в воде загрязнений равен: от железа - 2,0; меди - 1,5; солей жесткости - 1,6; кремниевой кислоты - 1,4. Очистка воды происходит от веществ, находящихся в любом агрегатном состоянии: грубодисперсных, коллоидных и истинно растворенных.

При насыщении сорбента загрязнениями он может подвергаться взрыхляющей отмывке водой или водой с воздухом, а если этого недостаточно - химической регенерации. В качестве регенерирующих веществ могут использоваться щавелевая, азотная и оксиэтилендифосфорная кислоты.

Для осуществления операций по взрыхлению и отмывке сорбента непосредственно в корпусе ВТФ, а также для проведения дезактивации поверхностей оборудования системы СВО-1 и сорбента предусмотрен подвод воды собственных нужд, сжатого воздуха и дезактивирующих растворов. Для проведения операций дренирования система СВО-1