Поведение продуктов коррозии в первом контуре АЭС малой мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поведение продуктов коррозии в первом контуре АЭС малой мощности

Б.А. Гусев, В.Ф. Дегтев, А.А. Ефимов, В.М. Красноперов, В.В. Кривобоков, И.С. Орленков, О.Ю. Пыхтеев

ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», г. Сосновый Бор, Ленинградская обл., Россия

Одним из факторов, обеспечивающих надежность и безопасность работы ЯЭУ, является коррозионная стойкость конструкционных материалов к воздействию теплоносителя первого контура [1, 2]. Протекание коррозионных процессов сопровождается разрушением металлов и образованием продуктов коррозии (ПК), способных перемещаться по всему контуру циркуляции теплоносителя. При равномерной коррозии происходит уменьшение толщины металла, что эквивалентно ухудшению его прочностных характеристик. Локальные виды коррозии способствуют образованию микротрещин и сквозных отверстий со всеми вытекающими отсюда последствиями (разгерметизация твэлов, появление протечек за пределы первого контура).

Наличие ПК в водном теплоносителе негативно по двум причинам. Во-первых, перенос и их осаждение на теплопередающих поверхностях затрудняет теплообмен, что снижает КПД реакторной установки, приводит к локальным перегревам и более быстрому разрушению металла на соответствующих участках контура. Во-вторых, привносимые в активную зону ПК активируются, переносятся по контуру и, осаждаясь на различных участках вне активной зоны, увеличивают уровень излучения от оборудования, что служит причиной получения основной дозы для обслуживающего персонала, особенно в периоды проведения планово-предупредительных и капитальных ремонтов. Опыт атомной энергетики показывает, что несмотря на очень низкие значения скоростей обшей коррозии аустенитных сталей, этот процесс приводит к постепенному увеличению мощности дозы в течение кампании, основной вклад в которую через 2-3 года эксплуатации вносит радионуклид Со-60 [3].

Обобщенные результаты контроля химического и радионуклидного состава продуктов коррозии в теплоносителе первого контура стендовых ЯЭУ приведены в таблицах 1, 2. Из таблицы 1 видно, что концентрация продуктов коррозии в пробах теплоносителя изменяется в диапазоне от единиц до сотен мкг/л, причем усредненная суммарная концентрация составляет порядка 50 мкг/л. Отметим, что более 95 % продуктов коррозии находится в виде дисперсных частиц.

Из данных табл. 2 следует, что активность определяемых в пробах теплоносителя радионуклидов продуктов коррозии колеблется в пределах (10-6 - 10-10) Ku/л. Такие уровни колебаний активности характерны для теплоносителя первого контура ЯЭУ и вызваны, согласно экспериментальным данным, сбросом отложений в результате локальных изменений тепловых, гидродинамических и химических параметров теплоносителя.

Таблица 1. Характерный химический состав коррозионных примесей теплоносителя (по результатам многолетней эксплуатации стендовых установок)

Таблица 2. Характерный радионуклидный состав активированных продуктов коррозии (АПК) (по результатам многолетней эксплуатации стендовых установок)

По внешнему виду, выделенные на микрофильтрах с размером пор 0,2-1,0 мкм, диспергированные в теплоносителе эксплуатационные загрязнения представляют собой частицы произвольной формы, которые по размерам можно условно разделить на три фракции. Первая, видимая невооруженным глазом, состоит из частиц размером более 0,05 мм. Частицы имеют различную форму (нитевидные, стружка, окатыши, пластинчатые) и цвет. Наблюдаются частицы с металлическим блеском (в основном, нитевидные и стружка), черного цвета (пластинчатые и неправильной кубической формы оксиды железа), окатыши белого и желтого цвета, желтого (продукты истирания ионообменных смол). Вторая фракция представляет собой частицы размером 3-10 мкм. И, наконец, третья фракция представляет собой частицы размером менее 3 мкм, идентифицированные с помощью электронного микроскопа. Подобные частицы обнаружены и в отложениях на поверхностях оборудования. Кроме того, отмечено постоянное присутствие на микрофильтрах некоторого количества частиц смолы, попавшей в теплоноситель из фильтров очистки.

Плотность рыхлых эксплуатационных отложений на рабочих поверхностях первого контура, оцененная по разности концентраций диспергированных в теплоносителе продуктов коррозии в стационарных и на переходных режимах, оценивается величиной примерно 0,5 - 5,0 мг/м2. Полученные данные свидетельствуют о том, что состояние поверхностей оборудования первого контура в процессе эксплуатации характеризуется минимальным количеством коррозионных отложений. Концентрация взвесей в теплоносителе, как было отмечено, также находится на низком уровне. Все это позволяет сделать заключение о минимальной скорости общей коррозии конструкционных материалов, что подтверждает правильность выбора и высокое качество поддержания ВХР. В конечном итоге, при данных условиях эксплуатации ЯЭУ, деградация эксплуатационных свойств конструкционных материалов будет определяться не коррозионными процессами в первом контуре, а выбранным режимом эксплуатации ЯЭУ (частота и глубина переходов по мощности).

При переходных режимах работы ЯЭУ (останов и расхолаживание, изменение расхода теплоносителя) происходит сброс рыхлых отложений с поверхностей оборудования в объем теплоносителя, в результате чего суммарная активность и концентрация продуктов коррозии в нем возрастает в 10 103 раз. В дальнейшем идет процесс осаждения взвесей, скорость которого зависит от ВХР и дисперсного состава продуктов коррозии. В этом случае уменьшение удельных активностей нуклидов и концентраций ПК в последовательно отобранных пробах теплоносителя отвечает седиментационной кривой, математический анализ которой позволяет определить относительное содержание отдельных фракций. В качестве примера на рисунке 1 представлена диаграмма, характеризующая дисперсный состав частиц продуктов коррозии при изменении режима эксплуатации ЯЭУ.

Рис. 1. Диаграмма, характеризующая изменение дисперсного состава продуктов коррозии при изменении режима эксплуатации ЯЭУ

По данным мессбауэровской спектроскопии фазовый состав продуктов коррозии практически на 100% определяются нестехиометрическим магнетитом с примесью легирующих элементов аустенитной нержавеющей стали. Отклонения фазового состава наблюдаются только во время стояночных режимов при работах на вскрытом контуре. В этом случае, кроме магнетита регистрируется до 50% лепидокрокита. На рисунке 2 приведен вид мессбауэровского спектра взвесей, выделенных из пробы теплоносителя при проведении ремонтных работ.

Мессбауэровский спектр внутренней поверхности трубопровода первого контура приведен на рисунке 3 и идентифицируется как очень тонкий слой нестехиометрического магнетита.

Рис. 2 Вид мессбауэровского спектра диспергированных в теплоносителе частиц эксплуатационных отложений

Рис. 3. Вид мессбауэровского спектра внутренней поверхности образца трубопровода

Информация о коррозионных процессах в первом контуре ЯЭУ ограничивается, как правило, контролем продуктов коррозии в пробах теплоносителя и исследованием отложений на поверхностях внутриконтурного оборудования. Анализ содержания дисперсной составляющей эксплуатационных загрязнений, накопленных на ионообменной смоле фильтров очистки (ФО), и характер их распределения по высоте слоя шихты позволяют получить дополнительные данные для оценки коррозионного состояния контура, коррозионных процессах в первом контуре и закономерностях накопления ПК на поверхностях оборудования. Концентрирование ПК на ФО, позволяет более достоверно устанавливать их дисперсный, фазовый и химический состав в объеме теплоносителя.

Катионы и анионы из теплоносителя извлекаются ионитовым фильтром за счет реакции ионного обмена [4]. Коллоидные примеси адсорбируются по механизму «прилипания» [5]. По отношению к взвесям ионообменные смолы выступают как фильтрующий материал [6]. Учитывая, что фильтр очистки представляет собой пористую систему, диаметр пор которой лежит в некотором диапазоне значений, в последнем случае взвеси по размеру частиц условно можно разбить на три группы:

- взвеси, диаметр частиц которых превышает диаметр пор фильтра;

- взвеси, диаметр частиц которых соизмерим с диаметром пор фильтра;

- взвеси, диаметр частиц которых меньше диаметра пор фильтра.

Взвеси первой группы будут накапливаться в тонком лобовом слое фильтрующей матрицы, третьей - свободно проходить через весь объем фильтра (фильтр очистки «прозрачен» по отношению к этим частицам). Что касается взвесей второй группы, то также, как и примеси, находящиеся в коллоидном состоянии, их движение по слою сорбента в направлении потока теплоносителя должно быть аналогично движению ионных компонентов. Иными словами, независимо от механизма удерживания указанного круга примесей ионообменной смолой, существуют общие закономерности их поведения в системе неподвижный слой ионообменной смолы/поток теплоносителя.

Согласно модельным представлениям и результатам экспериментальных исследований [7] процесс извлечения и перемещения сорбирующегося иона в объеме ионообменной смолы при движении через нее теплоносителя сводится к следующей упрощенной схеме. Начиная с верхних слоев фильтра (по направлению движения теплоносителя), происходит замещение обменивающихся ионов смолы (ОН- и NH4+) на сорбирующийся ион до установления в каждом слое состояния равновесного распределения последнего в рассматриваемой системе (неподвижная ионообменная смола/поток теплоносителя). В смоле формируется фронт ионообменной сорбции, который перемещается вдоль фильтра очистки. Через определенный промежуток времени равновесное распределение устанавливается по всей высоте ионообменной смолы и концентрации сорбирующегося иона в теплоносителе на входе и выходе фильтра очистки сравниваются, т.е. коэффициент очистки по данному иону становится равным единице. Для заданных геометрических размеров фильтра очистки и при постоянной скорости фильтрации время, в течение которого сорбирующийся ион достигнет нижнего слоя ионообменной смолы и будет наблюдаться его проскок, зависит только от коэффициента распределения (D) сорбирующегося иона между ионообменной смолой и теплоносителем. Чем выше значение D, тем больше времени потребуется сорбирующемуся иону для прохождения всего слоя сорбента.

В аналогичную схему укладывается и поведение коллоидных примесей и взвешенных частиц, отнесенных нами ко второй группе: послойное заполнение фильтра очистки с выходом на стационарное состояние, при котором коэффициент очистки становится равным единице (хотя, разумеется, механизм удерживания этих примесей ионообменной смолой существенно отличен от механизма ионообменной сорбции). В этом плане можно полагать, что взвеси третьей группы не совсем свободно проходят слой смолы, а также испытывают задержку в своем перемещении. В то же время очевидно, что среднее время их удерживания, в силу стерических факторов, будет существенно меньше чем для взвесей второй группы. Подобный механизм «проползания» наблюдается для продуктов коррозии, находящихся в активной зоне [8], причем время их перемещения по технологическим каналам составляет от нескольких суток до нескольких недель.

Если формально распределение коллоидных и взвешенных частиц между ионообменной смолой и теплоносителем охарактеризовать неким эффективным коэффициентом распределения, то получим единую схему извлечения и перемещения всех (кроме взвесей первой группы) видов рассматриваемых примесей, в которой основным параметром (при сохранении неизменными остальных - температуры, скорости фильтрации, показателей ВХР и т.п.), определяющим поведение этих примесей в системе фильтр очистки/теплоноситель, служит коэффициент распределения. Вместе с тем, как показывают наблюдения [5, 6], могут происходить нерегулярные явления смыва слабофиксированных на поверхности ионитов коллоидных и взвешенных частиц (но не ионных примесей!), которые особенно заметны при возникающих в первом контуре гидродинамических возмущениях.

Вся совокупность данных позволяет следующим образом представить процесс накопления и перемещения взвесей в объеме фильтров очистки. При попадании с потоком теплоносителя на фильтр очистки наиболее крупные частицы удерживаются в лобовом слое смолы. Большая часть взвесей, как свидетельствуют данные таблицы 3, порядка 70-80%, свободно проходят через фильтры очистки.

Оставшаяся доля взвесей перемещается по слою шихты, причем можно выделить две группы частиц, для одной из которых среднее время удерживания составляет по полученным данным 14 дней, а для другой - порядка 40 дней.

Таблица 3. Удержание фильтрами очистки металлов

Полученные данные в целом подтверждают сформулированные нами представленная о механизме работ фильтров очистки по отношению к взвесям. Наиболее существенный вывод, который следует из результатов выполненных исследований, сводится к тому, что эффективность очистки теплоносителя от взвесей используемыми фильтрами незначительна.

На первый взгляд, значение 20-30% удержания представляется достаточно весомым. Однако необходимо учитывать, что полученная величина относится к конкретному промежутку времени работы фильтров очистки. Установление динамического равновесия соответствует положению, когда количество привнесенных теплоносителем на вход фильтра очистки взвесей монотонно растет, а количество взвесей, находящихся в объеме фильтра очистки, сохраняется неизменным, т.е. процент удержания будет фактически падать. Кроме того, нельзя забывать и о том, что общее содержание продуктов коррозии в первом контуре существенно выше, чем то, которое находится в теплоносителе в виде взвесей, т.к. большая часть продуктов коррозии осаждается на поверхностях конструкционных материалов.

Вместе с тем, если динамическое равновесие, устанавливающееся в системе теплоноситель / ионообменные смолы, реальность, а все факты говорят именно об этом, то для каждого конкретного значения концентрации взвесей в теплоносителе должно получаться свое значение общего их содержания в объеме фильтра. Иными словами, чем больше концентрация взвесей в теплоносителе, тем большее их количество будет удерживаться на фильтре. И второе. Фильтры очистки выполняют роль «линии задержки», и если на них одномоментно поступило значительное количество взвесей, то их выход в объеме первого контура произойдет через некоторый определенный промежуток времени. Эти факты еще раз заставляют вернуться к рассмотрению вопроса о режиме работы фильтров очистки. Представляется оправданным подключать фильтры очистки только в те моменты, когда концентрация взвесей достигает максимальной величины, что наблюдается при воздействии возмущающих факторов, таких как запуск и остановка насосов, изменение уровня мощности, введение корректирующих добавок.

В процессе работы фильтров очистки происходит уменьшение расхода теплоносителя. Установлено, что снижение расхода происходит не монотонно, как можно было бы ожидать при постепенном «засорении» фильтров очистки продуктами коррозии, а скачками. Наблюдаемое явление позволило высказать предположение, что скачкообразное изменение расхода связано с реализацией процессов технологии «дезактивация на ходу», предшествовавших эффекту снижения расхода, в процессе которых резко увеличивается концентрация продуктов коррозии в теплоносителе, происходит достаточно большое одномоментное (относительно суммарного времени работы фильтров) их поступление на фильтры очистки и блокировка части поверхности тонкого лобового слоя смолы крупными частицами продуктов коррозии.

В работе [9], подводя итоги анализа применения аммиачного ВХР теплоносителя, сделан вывод о том, что «совершенствование (аммиачного ВХР - прим. автора) может идти в направлении изменения режима использования системы очистки и увеличения ресурса ионообменной шихты». Очевидно, что принятие решения об изменении режима работы фильтра очистки (ФО) может и должно базироваться на данных, полученных в процессе их эксплуатации. Если исходить из того факта, что, по определению, ФО первого контура предназначен для поддержания нормируемых показателей качества воды на заданном уровне, то именно анализ влияния ФО на показатели качества ВХР позволит сформулировать новые принципы организации работы системы очистки теплоносителя.

Железо в первом контуре присутствует в виде различных оксидов или, в общем случае, в виде продуктов коррозии, образующихся в результате протекания внутриконтурных коррозионно-химических процессов. Если оговорены нормируемые значения показателей, влияющих на коррозионные процессы (рН, концентрации хлорид-ионов, кислорода или водорода), то количество образующихся в первом контуре ПК будет именно столько, сколько соответствует установленным нормируемым значениям этих показателей. Иными словами, изменить скорость коррозии, т.е. повлиять на процесс образования ПК, можно только изменяя значения рН, концентрацию хлорид-ионов, кислорода или водорода. Поэтому отнесение железа к нормируемым показателям качества теплоносителя лишено смысла. Более того, нет никакой связи между количеством образующихся в первом контуре ПК и их концентрации в теплоносителе. Так на различных ЯЭУ, независимо от принятого ВХР теплоносителя и времени их работы концентрация железа в теплоносителе находится на одном уровне и составляет величину порядка 10-30 мкг/кг [6, 10]. Этот факт находит логичное объяснение, если учесть, что более 95% ПК в теплоносителе присутствует в виде коллоидных и взвешенных частиц различной дисперсности. Следовательно, их появление в теплоносителе не столько связано с ВХР, сколько с гидродинамическими процессами. В обмене ПК между слоем отложений и теплоносителем участвуют только самая верхняя его часть, т.е. независимо от толщины отложений (общего содержания ПК, накопленных в первом контуре), количество поступающих в теплоноситель ПК и осаждающихся на других участках (процесс массопереноса ПК) сохраняется неизменным, что и предопределяет относительное постоянство их концентрации в теплоносителе. Подтверждением этого служат результаты, приведенные в работе [11]. Анализируя данные спектрометрических измерений проб теплоносителя, авторы пришли к выводу, что «разброс значений активности (до 2-х порядков за небольшие промежутки времени - прим. авторов) связан с локальными возмущениями тепловых, гидродинамических и химических факторов, которые ответственны за процесс массообмена». Можно вообще с большой уверенностью утверждать, что в идеальном случае отсутствия каких-либо возмущений концентрации железа в теплоносителе определялась бы только растворенной составляющей и была бы на порядок меньше, чем экспериментально определяется.

В таблице 4 приведены средние, минимальные и максимальные значения концентрации ПК (железа), определенные в пробах теплоносителя первого контура ЯЭУ, работавших «с» и «без» ФО циклами, примерно по 2000 ч, каждый. Таблица 4 наглядно иллюстрирует все моменты, изложенные в настоящем разделе: и эффективность работы фильтров очистки, и их роль в поддержании определенной концентрации ПК в теплоносителе, и значительные колебания концентрации ПК. Как при включенных фильтрах очистки, так и без них концентрация ПК в теплоносителе в среднем находится на одном уровне. Разброс значений между максимальной и минимальной величинами концентраций составляет от 3 до 46, что, учитывая нестационарный режим работы ЯЭУ, вполне укладывается в рамки объяснений, изложенных выше.

Интересно сравнение значений концентраций ПК, определенных в пробах теплоносителя, отобранных до и после фильтра. Данные табл. 4 позволяют выделить три режима в их работе. В 4-м и 5-м циклах предположительна нормальная работа ФО, при которой происходит частичное удержание ПК (коэффициент очистки 1,2 1,6). Как нетрудно подсчитать, в среднем на фильтрах садится 28% ПК.

В 3-ем цикле можно говорить о том, что произошло заполнение фильтров очистки с выходом на стационарное состояние, при котором коэффициент очистки становится равным единице. Наконец, в 1-ом и 2-ом циклах наблюдались ситуации, когда происходил одномоментный сброс значительных количеств ПК с фильтров в объем теплоносителя.

Таблица 4. Значения концентрации ПК (железа) в теплоносителе

Совокупность приведенных выше данных позволяет прийти к выводу о том, что ФО как эффективное средство удаления ПК из теплоносителя, а тем более из первого контура, при стационарных или условно стационарных режимах работы ЯЭУ и как инструмент, поддерживающий значение концентрации ПК в теплоносителе на определенном уровне, своей роли не выполняют.

После останова реактора дозовые нагрузки от оборудования первого контура будут определяться активированными продуктами коррозии (изотопы Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Zr, Nb и т.д.) и «нелетучими» продуктами деления (изотопы Sr, Ba, La, Te, Ce, Ru и т.д.), подавляющая часть которых (более 99%) находится в отложениях на поверхностях оборудования. Как показывают приведенные выше оценки, ФО, в лучшем случае, удаляют до 30% от их общего количества. Поэтому, если даже не учитывать негативные последствия функционирования ионообменных смол в процессе эксплуатации ФО (вынос продуктов деструкции в первый контур), целесообразность непрерывной их работы на мощностных режимах скорее должна диктоваться не техническими, а экономическими факторами.

Вместе с тем, проблема частичного удаления нуклидов, находящихся на поверхностях оборудования первого контура, ФО может быть решена иным путем. В настоящее время общепризнано, что при переходных режимах работы реактора, в первую очередь, как наиболее сильно возмущающего фактора, в процессе останова реактора активность нуклидов в теплоносителе, за счет сброса рыхлых отложений, возрастает на 2-4 порядка. В зависимости от режима останова через 5-20 ч удельная активность нуклидов в теплоносителе достигает максимального значения, после чего в течение 24 ч происходит ее спад (за счет осаждения взвесей) до исходного уровня. Как было показано [12], что время, в течение которого происходит спад активности, можно увеличить до 2-х суток за счет введения дополнительного количества аммиака (при изменении концентрации аммиака от 100 до 400 мг/кг значение постоянной осаждения уменьшается примерно на порядок). Подключение фильтров очистки в этот период позволяет вывести из первого контура до 40% имеющихся в нем нуклидов.

Исследованиями по изучению поведения эксплуатационных загрязнений в теплоносителе первого контура стендовых установок было показано, что изменение термо- и гидродинамических параметров теплоносителя (увеличение или снижение мощности реактора, пуск/останов или изменение режима работы циркуляционных насосов) приводят к перераспределению эксплуатационных загрязнений между поверхностями первого контура и теплоносителем. Процесс перераспределения сопровождается «сбросом» с поверхностей контура рыхлой составляющей ПК, увеличением активности теплоносителя по активированным продуктам коррозии и нелетучим продуктам деления. Прирост концентрации эксплуатационных загрязнений в теплоносителе носит временный характер. Величина и длительность «всплесков» концентраций и активностей изотопов в общем виде зависят от состояния твэлов активной зоны, количества эксплуатационных загрязнений в контуре, внесенных термо- и/или гидродинамических возмущений, параметров работы системы очистки, водно-химического режима. Необходимо отметить, что регулярное использование так называемых «безреагентных» возмущений в I контурах АЭС или дезактиваций «на ходу» позволяет, несмотря на их сравнительно низкую эффективность в сравнении с полномасштабными дезактивациями контуров с использованием растворов химических реагентов, значительно снизить рост мощности экспозиционных доз гамма-излучения от оборудования в процессе эксплуатации и поддерживать его на относительно низком уровне в течение кампании реактора.

После останова энергоблока мощность дозы от оборудования первого контура определяется, в основном, активированными продуктами коррозии конструкционных материалов, «нелетучими» продуктами деления и, при наличии негерметичных твэлов, продуктами размыва топливной композиции (в дальнейшем, радиоактивные загрязнения). Образующиеся в процессе эксплуатации реактора радиоактивные загрязнения находятся в теплоносителе, в основном, в виде частиц различной степени дисперсности, осаждаются на поверхностях оборудования первого контура и накапливаются в застойных зонах и на фильтрах очистки.

Как показывают экспериментальные данные, с теплоносителем циркулирует не более 5 % от общего количества загрязнений. Примерно столько же удерживается фильтрами очистки. Малая эффективность последних связана, в первую очередь, с тем, что величина постоянной осаждения на поверхностях, как минимум, на порядок превышает значение постоянной вывода загрязнений на фильтрах очистки. На момент останова реактора подавляющее большинство радиоактивных загрязнений находится на поверхностях оборудования первого контура в виде рыхлых и плотнофиксированных отложений.

Изменение тепловых и/или гидродинамических условий в первом контуре приводит к сбросу рыхлых отложений с поверхностей, их переходу в объем теплоносителя («всплеск») с последующим осаждением на поверхностях в течение определенного времени, которое, в зависимости от фракционного состава диспергированных частиц, составляет от нескольких часов до нескольких суток. На величину «всплеска» и время последующего осаждения также оказывает влияние состав и концентрация в теплоносителе корректирующих добавок, вводимых на расхоложенном оборудовании.

На рис. 4 приведена кривая, отражающая изменение суммарной удельной активности Со-58, Со-60, Mn-54 (в дальнейшем А) в теплоносителе от времени после включения насосов ( = 0) на расхоложенном реакторе.

Рис. 4. Изменение суммарной активности (А) от времени с момента включения насосов. За = 0 принят момент включения насосов

Из представленных на рис. 4 данных, с учетом того, что суммарная исходная активность (активность перед остановом реактора) Аисх = 5.3 10-8 Ku/л, можно сделать вывод о том, что после включения насосов А, по сравнению с исходной активностью теплоносителя до включения насосов, выросла почти в 50 раз. Иными словами, на момент останова реактора в теплоносителе, по отношению к содержанию на поверхностях, находилось не более 1 % радионуклидов Co-58, Co-60 и Mn-54.

На основании анализа полученных закономерностей перехода в теплоноситель и последующего осаждения (рис. 4) радиоактивных загрязнений была предложена технология их удаления из первого контура, названная «безреагентной» дезактивацией. На расхоложенном реакторе в теплоноситель вводят корректирующую добавку для уменьшения коэффициента осаждения взвесей продуктов коррозии. Затем циклически осуществляют процесс «безреагентной» дезактивации. Каждый цикл «безреагентной» дезактивации включает в себя следующие операции.

1) Гидродинамическое возмущение контура для получения максимального «всплеска» включением циркуляционных насосов на максимальный расход в течение определенного времени.

2) Организацию максимального расхода теплоносителя через фильтры очистки на время, за которое будет выведено 90 % суммарной активности «всплеска».

3) Останов циркуляционных насосов с отключением фильтров очистки на определенное время.

4) Повторение операций по пп. 1-3 до получения величины суммарной активности радионуклидов во «всплеске» на порядок и менее отличающейся от суммарной активности радионуклидов в теплоносителе до ввода корректирующей добавки.

Заключение

Приведенные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1) Качественный и количественный состав продуктов коррозии, диспергированных в теплоносителе первого контура стендовых ЯЭУ сохраняется практически без изменений в процессе их эксплуатации и соответствует по фазовому составу нестехиометрическому магнетиту.

2) Уровень концентрации продуктов коррозии в теплоносителе во всех случаях находится ниже предельного нормируемого значения.

3) Диспергированные в теплоносителе продукты коррозии практически не задерживаются системой очистки, т.е. фильтры «прозрачны» по отношению к ПК.

4) Продукты коррозии, с которыми ассоциированы радионуклиды активационного происхождения, и продукты коррозии, содержащие радионуклиды - продукты деления имеют различный спектр частиц по размерам, что, скорее всего, свидетельствует о различной природе образующихся продуктов коррозии для нержавеющей стали и сплавов циркония.

5) Изменения концентраций продуктов коррозии, регистрируемые во время переходных режимов работы установки, и/или при изменении концентрации корректирующих добавок позволяет оценить количество рыхлых эксплуатационных отложений в первом контуре и получить данные о их дисперсном составе.

6) После останова реактора дозовые нагрузки от оборудования первого контура будут определяются активированными продуктами коррозии (изотопы Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Zr, Nb и т.д.) и «нелетучими» продуктами деления (изотопы Sr, Ba, La, Te, Ce, Ru и т.д.), подавляющая часть которых (более 95%) находится в отложениях на поверхностях оборудования. Как показывают приведенные выше оценки, ФО, в лучшем случае, удаляют до 30% от их общего количества. Проблема удаления ПК, находящихся на поверхностях оборудования первого контура, ФО должна быть решена иным путем. При переходных режимах работы реактора, в первую очередь, в процессе останова реактора активность нуклидов ПК в теплоносителе, за счет сброса рыхлых отложений, возрастает на 2-4 порядка. Показано, что время, в течение которого происходит спад активности, можно увеличить до 2-х суток за счет введения дополнительного количества аммиака (при изменении концентрации аммиака от 100 до 400 мг/кг значение постоянной осаждения уменьшается примерно на порядок). Подключение фильтров очистки в этот период позволяет вывести из первого контура до 40% имеющихся в нем продуктов коррозии.

7) Поведение активированных продуктов коррозии (АПК) и ассоциированных с ними «нелетучих» продуктов деления (НПД) отслеживает поведение рыхлой составляющей продуктов коррозии.

8) Эффективность использования режимов «дезактивации контура на ходу» зависит от соотношения величин постоянных осаждения ПК (О) на поверхностях контура и вывода на ИОФ (Ф), достигая максимального значения при условии Ф >> О.

9) За счет реализации технологии естественной очистки контура от рыхлых коррозионных отложений при вводе NH4OH в теплоноситель их количество на поверхностях элементов активной зоны было снижено, как минимум, в 20 раз.

коррозия радионуклид теплоноситель

Список литературы

И.Н.Брусов и др. Продукты коррозии в контурах атомных станций - М.: Энергоатомиздат, 1989.

Герасимов В.В., Монахов А.С. Материалы ядерной техники - М.: Энергоатомиздат, 1982.

Л.Н.Москвин и др. Методы химического и радиохимического контроля в ядерной энергетике - М.: Энергоатомиздат, 1989.

М.М.Сенявин. Ионный обмен в технологии и анализе неорганических веществ. М. Химия. 1980.

А.И.Касперович, Б.И.Колесов, Н.Г.Сандлер. Водно-химические процессы в реакторных установках атомных ледоколов и плавучих энергоблоков. Атомная энергия. 1996. Т.81, вып. 4. с. 261-266.

В.В.Герасимов, А.И.Касперович, О.И.Мартынова. Водный режим атомных электростанций. - М.: Атомиздат. 1976.

О.Самуэльсон. Ионообменные разделения в аналитической химии. - М.: Химия. 1966.

Водно-химический режим АЭС. Выпуск № 6. 1984.

В.А. Юрманов, К.В. Советников, М.С. Сафонов и др. Дозовые нагрузки персонала АЭС с ВВЭР и направления совершенствования водного режима первого контура. Теплоэнергетика. 1990 г., № 7, с. 8-13.

Н.И. Богданов, А.В. Борунова, О.А. Егоров и др. Продукты коррозии в контуре многократной принудительной циркуляции АЭС с РБМК. Радиационная безопасность и защита АЭС. 1984 г. Вып. 8, с. 22-31.

Ю.А. Егоров, А.А. Носков, В.П. Скляров и др. Исследование и применение модели ТРАКТ-1 для расчета активности продуктов коррозии в технологическом контуре АЭС с канальным реактором. Радиационная безопасность и защита АЭС. 1981 г. Вып. 5, с. 10-22.

И.С. Орленков, В.М. Красноперов, Б.А. Гусев, Л.Н. Москвин. Повышение эффективности вывода продуктов коррозии штатными фильтрами очистки теплоносителя из первых контуров водо-водяных реакторов (ВВР). Теплоэнергетика. 1998. № 11, с. 17-19.

Размещено на Allbest.ru