Коррекционные ВХР 2-х контуров для ВВЭР-440

СПЕЦВОПРОС 

«Коррекционные  водно-химические режимы II-х контуров для АЭС с ВВЭР-440»   

10. Общие проблемы  организации водно-химического  режимов энергоблоков 

     Водно-химический режим (ВХР) не может быть выбран и  оптимизирован изолированно от конкретных конструктивных особенностей отдельных элементов оборудования (с их гидродинамикой, температурным режимом, наличием механических напряжений и т. п.), характеристик соответствующих конструкционных материалов и, наконец, параметров водного теплоносителя и рабочего тела. Кроме того, с каждым годом все более сильное влияние на водно-химический режим и методы его поддержания оказывает неукоснительное требование учета воздействия на окружающую среду - количество и характеристики образующихся стоков, возможность их сброса в водоемы, радиационную обстановку и т. п.

      Общие задачи организации водно-химических режимов электростанций могут быть сформулированы кратко следующим образом. Водно-химический режим должен обеспечивать:

- нормальную гидродинамику рабочей среды по всем элементам пароводяного тракта;

     - интенсивный и надежный теплообмен во время эксплуатации;

- отсутствие отложений тех или иных примесей, нарушающих гидродинамику или теплообмен;

- возможность поддержания всех физико-химических характеристик рабочей среды в пределах установленных норм, в том числе и в области двухфазной среды;

- возможность ограничения радиоактивных загрязнений теплоносителя и рабочего тела на допустимом для эксплуатации и ремонта уровне;

- отсутствие отрицательного воздействия на окружающую среду вследствие сброса отходов как ТЭС, так и АЭС.

     Каждая  из перечисленных задач организации  водно-химического режима энергоблоков может, естественно, иметь различное  значение для отдельных элементов оборудования. Важным, однако, является принцип комплексного подхода к оптимизации водно-химического режима энергоблока в целом. 
 

11. Водный режим парогенераторов  АЭС с ВВЭР и  его нормирование 

      Водный  режим парогенераторов двухконтурных  АЭС с водным теплоносителем первоначально осуществлялся как бескоррекционный, так как коррекция фосфатами в СССР с самого начала развития атомной энергетики была отвергнута. Известно, что фосфатирование предотвращает кальциевые накипи, но приводит к образованию гидроксилапатита, выпадающего в водяном объеме в виде шлама. В котлах ТЭС этот шлам поступает с пароводяной смесью в свободный водяной объем барабана котла, откуда он выводится с непрерывной продувкой. В парогенераторах АЭС водяной объем корпуса в очень большой мере занят тесным теплообменным пучком. В этих условиях фосфатный шлам, отлагаясь на поверхностях трубок, уменьшал бы полезную поверхность теплообмена и сужал площадь прохода пароводяной смеси между трубками. Все эти явления и привели к отказу от фосфатирования.

      Бескоррекционный  водный режим парогенераторов АЭС  с ВВЭР не исключает железо-оксидных отложений, причем шлам осаждается не только в нижней части корпуса парогенератора, но в большей мере и на теплообменных трубках парогенераторов АЭС с ВВЭР, однако без значительного концентрирования, как в парогенераторах с нижней трубной доской. При этом увеличивается термическое сопротивление переходу теплоты от теплоносителя к кипящей воде, т. е. снижается общий коэффициент теплопередачи и уменьшается производительность парогенератора, т. к. увеличение температуры теплоносителя исключено. Во избежание этого проектно-конструкторские организации предусмотрели довольно большой запас поверхности теплообмена парогенератора (20-25%), что является недостатком бескоррекционного водного режима, так как удорожает парогенератор. Кроме того, неизбежность отложений вызывает необходимость периодических очисток, проведение которых в условиях АЭС является довольно трудоемкой операцией и создает дополнительное количество радиоактивных вод, подлежащих переработке. В наибольшей мере бескоррекционный водный режим неблагоприятен для охлаждающих вод с большой жесткостью в отсутствие 100%-ой конденсатоочистки.

      Надежный  водный режим парогенераторов АЭС  с ВВЭР требует 100%-ой конденсатоочистки, высокой степени очистки добавочной воды, непрерывной байпасной очистки воды парогенератора.

      В настоящее время приняты следующие  нормы:

 

Таблица 21. Нормы водно-химического режима при работе парогенератора на мощности. 

Наименование  показателя ВХР	Питат.вода за последним ПВД	Насыщенный  пар	Продувочная вода
pH25	9±0.2	---	8¸9.2
Удельная  электрическая проводимость при  t=25°С, мкСм/см	<0.3	<0.3	<5
Концентрация  Na, мкг/кг	---	---	<300
Концентрация  хлоридов, мкг/кг	---	---	<150
Концентрация  Fe, мкг/кг	<15	---	---
Концентрация  Cu, мкг/кг	<5(3)	---	---
Концентрация  O2, мкг/кг	<10	---	---
Концентрация  N2H4, мкг/кг	5 – 40	---	---
Вещества, экстрагируемые эфиром (масла и др.), мкг/кг	<100	---	---

 

 

12. Байпасная очистка парогенераторов  ВВЭР

 

      Как уже упоминалось выше, необходимо непрерывно выводить из парообразующего агрегата примеси, поступающие в него с питательной водой. Из паровых котлов продувочная вода после расширителя и поверхностного теплообменника может быть сброшена в канализацию. В парогенераторах АЭС имеет место незначительный переток в них среды первого контура. В связи с этим вода парогенераторов блоков ВВЭР радиоактивна и очистка ее со сбросом недопустима. У парогенераторов устанавливается байпасная ионообменная очистка с возвратом очищенной воды в парогенератор. Поэтому расход очищенной воды парогенератора лишь условно назван продувкой. При наличии 100%-ной конденсатоочистки потребная байпасная очистка у парогенератора уменьшается.

      Байпасную очистку можно производить или  при полном давлении (см. рис.4), или  при пониженном (см. рис. 5). В последнем случае при снижении давления от парогенераторного p_пг до деаэраторного p_д из воды парогенератора образуется количество пара, равное b на 1 кг воды, причем 

                               ,    (12.1)

где и - энтальпии воды при температурах кипения для давлений в парогенераторе и в деаэраторе, кДж/кг; - теплота парообразования при давлении в деаэраторе, кДж/кг.

1 - парогенератор;

2 - регенеративный подогреватель;

3 - доохладитель продувочной воды;

4 - катионитный фильтр;

5 - анионитный фильтр;

6 - насос байпасной очистки.

      При этом на очистку на фильтрах и охлаждение в теплообменниках будет направлен  не полный расход продувочной воды парогенератора, а лишь его часть: (1-b). Это удешевляет установку. Но по сравнению с представленной на рис. 4 установка, показанная на рис. 5, требует большего расхода электроэнергии на насос возврата очищенного конденсата. В последнее время предпочтение отдано схеме рис. 4, с учетом радиоактивности воды парогенератора. Радиоактивность байпасной очистки находит свое отражение и в ее наименовании - спецводоочистка. В системе АЭС установка у парогенератора имеет номер 5 и кратко именуется поэтому СВО-5. 
 

1 -подача воды на очистку;

2 -дроссельная шайба;

3 - расширитель;

4 - сброс пара в деаэратор;

5 - регенеративный подогреватель;

6 - доохладитель;

7 - катионитный фильтр;

8 - анионитный фильтр;

9 - насос возврата очищенной воды в         парогенератор;

10 - подача в парогенератор.

 
 
 

13. Коррекционные режимы ПГ ВВЭР 

      Анализ  норм (см. табл. 21) показывает, что соблюдение их не исключает отложений на теплообменных трубках. В самом деле, допустимые концентрации Fe в питательной воде (15 мкг/кг) существенно превышают значения истинно растворенных соединений железа; в еще большей степени это относится к воде парогенератора. Поэтому в парогенераторе при любой концентрации для любого водного режима конденсатопитательного тракта отложения неизбежны. Коррекционные ВХР позволяют не только снизить количество отложений, но и имеют ряд других преимуществ перед бескоррекционным режимом. Рассмотрим коррекционные режимы подробнее. 
 

13.1 Гидразинно-аммиачный  режим  

     Гидразинно-аммиачная  обработка питательной воды парогенератора способствует:

- «смыву» основной массы отложений, образовавшихся на внутренних поверхностях теплосилового оборудования;

- предотвращению образования железоокисных и медистых отложений на трубчатке парогенераторов;

- образованию защитной (пассивирующей) пленки на поверхности конденсатно-питательного тракта после полного удаления продуктов коррозии.

Аммиак вводится для поддержания в питательной  воде pH=9,1±0,1. Щелочная среда, созданная аммиаком, способствует обескислороживанию питательной воды гидразином. В непромытом тракте гидразингидрат вступает в реакцию с окислами железа и меди: 

     6Fe₂O₃+N₂H₄®N₂+2H₂0+4Fe₃O₄;

     2CuO+N₂H₄®2Cu+2H₂O+N₂. 

После этого  связывается кислород: 

     N₂H₄×H₂O+O₂®N₂+3H₂O.  

     Для постоянной работы насосов-дозаторов, что является необходимым условием при коррекционной обработке питательной воды, в рабочих баках исходного раствора поддерживается концентрация гидразина не выше 0,15%, а концентрация аммиака не выше 0,0025%.

     Как показал опыт Кольской АЭС, в результате коррекционной обработки содержание продуктов коррозии во втором контуре  существенно уменьшилось: железа до 20-40 мкг/кг (при начальном содержании до 100 мкг/кг), меди до 5-10 мкг/кг (против 60 мкг/кг). Значительно (в 2-3 раза) понизилось содержание окислов железа в продувочной воде парогенераторов; прозрачность продувочной воды установилась в пределах 90-100%.

     Осмотр  парогенераторов показал, что удельная загрязненность поверхностей нагрева снизилась до 5-20 г/м² (против 55-70 г/м²), причем отложения присутствовали только в районе гибов. На основной поверхности теплообмена отложения практически отсутствовали.

   

13.2 Гидразинно-комплексонный  режим 

     Суть  его заключается в том, что  перед ПНД дозируют гидразин, а  за 10-15 м перед ПГ вводят раствор комплексона. В качестве него применяют обычно двузамещенную натриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты - трилон Б. Гидразин уменьшает вынос продуктов коррозии в рабочее тело, а комплексон образует со всеми катионами прочные, хорошо растворимые комплексы.

     Комплексонный водный режим парогенераторов АЭС  с ВВЭР может проводиться как для отмывки «на ходу» ранее образовавшихся отложений, так и для предотвращения образования отложений. Строго говоря, речь идет не вообще о ликвидации отложений, а об обеспечении их преобразования в плотные слои, внутри которых упаривание невозможно.

     Определение расхода комплексона (мкг/кг) производят по формуле: