Водоподготовка

Цель водоподготовки

Целью водоподготовки является получение воды заданного (необходимого) качества и, практически независимо от его дальнейшего назначения, включает несколько стадий:

1. Стадия предочистки

Исходная вода – реки, озёра, моря

Методы:

· ионный обмен

· термический

· мемебранный

· и другие способы

Удаляются грубодисперсные и коллоидные вещества (палки, механические примеси, брёвна, лосей), органические примеси и избыточное железо. В итоге получается чистая прозрачная вода, но за исключением химического состава. Пригодна для питья.

image132

3 – осветитель (коагуляция – процесс образования из мелкодисперсных частиц более крупных).

4 – ввод извести (подщелачивание воды, если необходимо)

5 – ввод коагулянта

6 — бак осветлённой воды

7 – насос

8 – осветлительный фильтр

9 – выход воды

10 – сброс осадка продувочной водой

11 – греющий пар

12 – конденсат греющего пара

Воду обрабатывают image133

image134

image135 (склонен осаждаться)

Также воду обрабатывают флокулянтом.

Флокулянт (полимерные соединения) – образует рыхлые осадки.

Водно-химический режим первого контура АЭС с ВВЭР

image112

image113

Негативные последствия борной кислоты? (бор – поглотитель)

В первом контуре АЭС ВВЭР принят аммиачно-борно-калиевый водный режим.

Полезная работа аммиака – это выход газообразного водорода:

image114

image115

Вводится KOH:

image116 (image117

Доля image118, поэтому процесс активации калия не особо сильно влияет на теплоноситель.

На зарубежных станциях вводится LiOH:

image119

Li-6 вводить нельзя из-за реакции image120

Ещё одна реакция:

image121

Поэтому в теплоносителе присутствует калий, литий, натрий.

 

 

Идёт реакция с кислородом образования азота:

image122

В контуре всегда есть продукты коррозии, которые могут вступать в реакции:

image123

Взаимодействие с самим кислородом:

image124 (вернулось исходное вещество)

Происходит чисто каталитическое взаимодействие с железом, при котором сам катализатор и не расходуется (такое в химии бывает).

image125 (восстановление оксидов металлов)

 

Для обеспечения воднохимического режима в первом контуре в примитиве достаточно трёх фильтров:

1. Фильтр в водородной форме

2. Два фильтра в гидроксидной форме

image126

image127

Показатели качества воды первого контура ВВЭР-1000

Концентрация ионов водорода (pH): image128 в зависимости от мощности

Концентрация хлоридов, фторидов: image129

Аммиака: < 5 мг/кг

Продуктов коррозии при пересчёте на железо: <5 мг/кг вроде бы (на порядок ниже, чем в природной воде)

Борной кислоты до 13-16 г/кг.

Водорода при нормальных условиях от 30 до 60 мл/кг.

 

Основные принципы поддержания водного режима первого контура ВВЭР

1. Мягкое (плавное) регулирование реактивности реактора в течении циклов его работы.

2. Подавление образования окислительных продуктов радиолиза (кислород, в большей степени) при работе во все периоды.

3. Обеспечение коррозионной стойкости конструкционных материалов, оборудования и трубопроводов.

4. Минимизация накопления активированных продуктов коррозии, которые могут проникать через неплотности в парогенераторы второго контура.

 

Режим второго контура

Во втором контуре можно поддерживать безкоррекционный режим, как на АЭС с РБМК.

Мы знаем, что медь и сплавы на её основе обладают существенно более высокими коэффициентами теплопередачи по сравнению с остальными: приблизительно в 4 раза уменьшаются габариты! Использование материалов из латуни (медный сплав). Аммиачно-гидразийный режим. По сути тоже самое, что и в первом контуре, но без борной кислоты. Аммиак поддерживает pH, гидразин поддерживает низкое содержание кислорода.

Помимо базового аммиачно-гидразийного сейчас применяются морфолиновый и моно-этанол-аминовый режимы:

Морфолин:

image130

Моно-этанол-амин:

image131

Водно-химический режим одноконтурных АЭС для реакторов кипящего типа

Принят безкоррекционный режим.

 

Безкоррекционный режим применятся не только в условиях АЭС РБМК, но и существует ряд подходов ведения безкоррекционного режима второго контура (транспортные установки все так работают за счёт титанового теплообменника).

Коррозия может менять pH теплоносителя, от этого pH – показатель примесей в воде. Также электропроводность является показателем.

Поддерживается низкое содержание кислорода, являющегося коварной примесью. Даже гремучая смесь может образовываться из-за кислорода.

 

Основные принципы ведения водно-химического режима АЭС РБМК

Водно-химический режим должен обеспечивать:

1. Поддержание концентрации коррозионно-опасных примесей в теплоносителе на практически достижимом минимальном уровне.

2. Применение средств и методов контроля нормированных показателей должно быть адекватно содержанию примесей теплоносителя. Чем чище теплоноситель, тем сложнее выбрать и произвести измерения на адекватном уровне из-за высоких погрешностей.

3. Коррозионное поведение конструкционных материалов при заданном содержании примесей в теплоносителе должно быть известно и прогнозируемо.

 

Средства и методы обеспечения и поддержания ВХР основного технологического контура энергоблока АЭС РБМК-1000

1. Непрерывная чистка вода КМПЦ на установке байпасной очистки

2. Стопроцентная очистка (продувка) конденсата турбин и всех потоков теплоносителя в конденсатор турбин

3. Подпитка водой нужного качества

4. Дегазация конденсата турбин после конденсатоочистки

5. Удаление неконденсирующихся газов из конденсатора турбин и подогревателя низкого давления

6. Обеспечение требуемой плотности вакуумной части конденсатора турбин по охлаждающей воде и воздуху

7. Пассивация внутренних поверхностей конденсато-питательного тракта

8. Циркуляционная промывка обессоленной водой питательного тракта и контура КМПЦ перед пуском реактора

Водно-химические режимы АЭС

Водно-химический режим – это комплекс мер и мероприятий, обеспечивающих безопасную и эффективную работу ядерных энергетических установок.

При этом преследуются следующие задачи:

1. Обеспечить нормальную гидродинамику рабочей среды по всем компонентам пароводяного тракта.

2. Обеспечить интенсивный и надежный теплообмен в условиях эксплуатации (противоречит первому).

3. Обеспечить отсутствие отложений, примесей, нарушающих гидродинамику и теплообменные свойства теплоотдающих поверхностей.

4. Поддержание концентрации радионуклидов в теплоносителе на минимально допустимом уровне.

 

Разделяют разные водно-химические режимы:

1. Водно-химический режим первого контура

2. Второго контура (если ВВЭР)

3. Третьего контура (БН)

4. Вспомогательных контуров

 

Деление довольно условное, но вся нормативная документация основана на этом. Делить можно и иначе.

 

Мероприятия поддержания водно-химического режима:

1. Химический и радиохимический контроль качества технологических сред.

2. Поддержание заданной концентрации химических реагентов.

Радиоактивность теплоносителя

Источники

В объёме активной зоны, в которой присутствует нейтронное поле, будут происходить ядерные реакции. Этот объём больше, чем активная зона, так как нейтроны могут быть и дальше.

 

Источниками активности являются:

1) Реакции, происходящие на H, O (составляющие воды) и на Na, Cl, Mg (первая группа – собственные примеси теплоносителя, остаются после обессоливания).

Две основные реакции:

image099

image100

^^ эти изотопы определяют активность за пределами активной зоны. Называется «кислородная активность». Их удельная активность достигает image101(на кг, так как масса постоянна, а объём изменяется). Отсюда рассчитывается защита всех систем, т.к. активность остальных элементов крайне мала. При активности выше 10 Ки/кг, реактор необходимо остановить для поиска и ликвидации причины.

2) Продукты коррозии. Fe, Mn, Cr, Ni, Co (добавки для легирования стали), Zn+Nb (важнейшие материалы ядерной энергетики).

Содержание таких материалов немного (image102, но реакции всё равно идти будут.

Самый неприятный – Co (кобальт-60), время жизни 5 лет. Определяет активность реактора после остановки.

Такие продукты коррозии (активированные) оседают в трубопроводах, поэтому периодически проводят дезактивацию (кислотная и щелочная промывка).

3) Продукты деления. Даже при полной герметичности ТВС, в любом веществе можно найти определённое количество топлива (всегда есть несколько атомов урана в обычных веществах, например).

Максимальный выход веществ при делении (двугорбая кривая) – криптон и ксенон. Пробег в металле осколков деления 7-10 мкм. Активность при полной герметичности у ТВЭЛов будет image103. При разгерметизации уровень активности может быть любой.

4) Аномальная радиоактивность. Обычно связана с ошибками проектирования (нихромовые трубки кородировали и образовывался image104), брак (из стали image105 и image106), ошибки персонала (уронили термометр, отсюда ртуть).

Все эти примеси не являются опасными, пока они находятся в пределах первого контура. До тех пор, пока теплоноситель не начнёт выходить в окружающую среду (вода – в виде пара; примеси – аэрозоли).

 

Методы измерения и контроля

Контроль производится стандартными регламентированными приборами, а после сопоставление полученных значений с регламентом.

Измерение – это так, для любопытства.

Берётся проба теплоносителя, после проводится анализ. Анализ пробы обычно занимает достаточно много времени, так как необходимо разделить теплоноситель на альфа, бета и гамма излучатели (по спектру энергий, наверное).

Для йода image107 максимальная активность должна быть image108. При такой активности суммарная активность всех продуктов деления будет меньше предельного: image109 (предел выбран по кислородной активности, смотри выше).

Метод группового экспрессного радиохимического хроматографического анализа – в колонку собираются таблетки с различными веществами.

 

clip_image002

вход вещества

1

механический фильтр

2

осаждается J

3

осаждается Sn, Ba

4

осаждается Cs, Rb

5

 

6

 

clip_image004 выход

 

Технологический контроль на АЭС

Контроль – получение информации о фактическом состоянии объекта о признаках и показаниях, сопоставление информации с нормами, критериями, требованиями и т.п. (получение первичной информации и сравнение с вторичной).

Техническая диагностика – совокупность методов, технических средств, правил определения и прогнозирования состояния объекта контроля.

Автоматизированная система – система, состоящая из взаимосвязанных совокупностей подразделений организаций (коллектива специалистов) и комплекса средств автоматизации деятельности.

Автоматизированные системы контроля – системы контроля, обеспечивающие проведение контроля с частичным непосредственным участием человека.

Лабораторный контроль – это контроль, осуществляемый путем проведения лабораторных условий, анализа технологических сред.

Параметр или показатель – величина, характеризующая состояние объекта контроля.

Контрольная точка – установленное место, время и режим работы ЯЭУ при отборе пробы технологической среды.

Деаэрация

Деаэрация – процесс удаления растворённых газов (компонентов воздуха и других).

image095

image096

image097

Применяется барботажная схема:

image098

Ионный обмен

1) Закон равновесия

image083

image084

2) Закон сохранения вещества

3) Закон электронейтральности – сколько зарядов было, столько и осталось.

Ионный обмен – это обратимый процесс, стехиометрического обмена ионами между двумя контактирующими фазами. Обычно одна из фаз – раствор электролита, другая – ионит.

Иониты – (ионообменники, ионообменные сорбенты, смолы) – полимерные вещества (неорганические материалы) разной природы, содержащие ионогенные группы, способные к обмену ионов при контакте с растворами электролитов.

Большинство ионитов – твёрдые, практически нерастворимые в воде электролиты (аморфной или кристаллической структуры). По происхождению иониты могут быть природные или синтетические; минеральные или органические. Подавляющее большинство ионитов – это органические высокомолекулярные соединения, получаемые обычно синтетическим путём.

Самым главным принципом является то, что иониты способны диссоциировать и образовывать ионы в растворе.

Принято выделять по знаку противоиона:

1. катиониты (способны обменивать катионы)

2. аниониты (способны обменивать анионы)

3. амфолиты (ионообменники смешанного типа, способны обменивать и катионы, и анионы)

image085

image086

image087

По степени диссоциации ионообменых групп выделяют три типа ионообменников:

1. сильнокислотные

2. среднекислотные

3. слабокислотные (основные)

Характеристики ионообменных смол:

1. Обменная ёмкость – суммарное количество противоионов (и ионогенных групп), приходящихся на единицу масс. Величина больше теоретическая, может быть определена методами, не связанными с ионообменными процессами.

a. полная сорбционная ёмкость – количество молей веществ в ионной форме, поглощаемое одним килограммом/граммом сорбента

image088

b. динамическая сорбционная (объёмная) ёмкость – является характеристикой ёмкости ионитов при сорбции при динамических условиях. Характеризует обменную ёмкость ионитов до проскока в фильтрат сорбируемых ионов в фиксированных условиях.

image089

image090

image091

image092

 

КУ-2-8гс

АВ-17-8гс

ПСОЕ

1,65

1,15

ДОЕ

1,30

0,93

Коэффициент распределения характеризуем способность ионообменника. Представляет собой отношение концентрации компонента в смоле к концентрации компонентов, находящихся в равновесии в растворе.

image093

На выходе концентрация image094 должна быть приблизительно равна 0. Подаваемый раствор обменивается с определёнными слоями в объёме смолы. Очищение производится послойно. Динамический способ применяется практически всегда, стационарный не используется.

Используются фильтры, обеспечивающие фильтрацию как по анионам, так и по катионам.

Процессы ионообмена полезны не только для водоподготовки, но и для обработки ОЯТ.

Процессы массопереноса в контурах АЭС

Массоперенос – это физико-химический процесс переноса масс вещества в пределах одной или нескольких фаз. Различают гомогенный перенос (перенос в одной фазе) и гетерогенный (через границу раздела масс).

Количественно массоперенос характеризуется величиной потока.

Поток переносимого вещества – количество вещества, проходящее через единицу площади перпендикулярного сечения. Измеряется в image072 или image073.

Скорость потока – количество вещества, проходящий через единицу площади перпендикулярного сечения в единицу времени.

 

image074

 

1 – уран-графитовый кипящий реактор

2 – главный циркуляционный насос

3 – барабан-сепаратор

4 – турбина основная

5 – питательный насос

6 – турбина низкого давления

7 – конденсатор

8 – деаэратор

9 – блочная очистная установка (БОУ)

10 – конденсационный насос первой ступени (КН-1)

11 – конденсационный насос второй ступени (КН-2)

12 – подогреватели низкого давления

13 – генератор

14 – теплообменник конденсатора

Конденсат очищается в конденсатоочистке.

Вода очистилась и её необходимо предварительно подогреть, чтобы не было сильных температурных перепадов.

Далее вода поступает в деаэратор, где происходит дегазация воды (от углекислого газа, например).

Добавляется чистая подпиточная вода.

Массоперенос в двухфазной системе

Массоперенос в двухфазной системе происходит двумя основными путями:

1. за счёт механического уноса скапливаемой влаги

2. в результате физико-химического процесса между водой и паром

image075

image076

image077

Выделяют истинный и видимый коэффициенты распределения.

Истинный коэффициент распределения:

image078

image079

image080

1) Очень слабые электролиты. Оксиды металлов, в первую очередь железа. В таком случае коэффициент n (в формуле выше) меньше единицы, Д около 0,1.

2) Слабые электролиты. Коэффициент n от 1 до 3, image081.

3) Сильные электролиты. Соли минеральных кислот (натрий хлор, например). n>4, image082

Страница 1 из 812345...Последняя »