ИТЦ Энерготехника
Полный комплекс работ
при эксплуатации АЭС

Водно-химический режим

Ведение водно-химического режима АЭС

Общая характеристика водно-химического режима для АЭС с ВВЭР-1000

Ведение водно-химического режима второго контура АЭС с ВВЭР является одним из направлений надежной и безопасной работы оборудования и трубопроводов атомных станций.

Одной из важнейших задач организации оптимального ВХР второго контура АЭС с ВВЭР является минимизация скорости коррозионно-эрозионного износа оборудования для повышения надежности его работы и уменьшения выноса продуктов коррозии конструкционных материалов в парогенератор.

Исследования причин коррозии отдельных элементов пароводяного контура показали, что коррозионные повреждения являются следствием совокупного воздействия особенностей конструкции, свойств примененных конструкционных материалов и качества рабочей среды.

У нашей компании имеется опыт разработки документации по ведению водно-химического режима.

Основные требования к водно-химическому режиму

  1. обеспечение минимального количества отложений на теплопередающей поверхности ПГ, в проточной части турбин и в оборудовании конденсатно-питательного тракта;
  2. предотвращение коррозионных и коррозионно-эрозионных повреждений конструкционных материалов ПГ, оборудования и трубопроводов второго контура.

Регулирование водно-хисического режима

Ранее во втором контуре АЭС с ВВЭР поддерживался аммиачно - гидpазинный ВХР. Но т.к. коэффициент распределения аммиака между паром и водой очень высок (по разным данным от 5 до ~10), аммиак переходил в пар, а водная фаза пароводяной смеси имела пониженное значение рН. Такое распределение аммиака не обеспечивало хорошей защиты стали и приводило к усиленной коррозии металла. В то же время повышение рН25  в щелочную область существенно уменьшает скорость эрозионно-коррозионного износа углеродистой стали.

На некоторых АЭС с PWR и ВВЭР-1000, при отсутствии в составе конструкционных материалов оборудования второго контура, изготовленного из медных сплавов, такого повышения рН добиваются за счет значительного увеличения концентрации аммиака в питательной воде. При этом pН25 питательной воды на некоторых АЭС поддерживается в интервале от 9,7 до 9,8 (до 10,0).  

Начиная с 90-х годов ХХ столетия на АЭС с PWR США и ряда других стран, (Корея, Южная Африка, Япония) начал широко применяться ВХР второго контура с использованием высших аминов (этаноламин, диметиламин и триэтаноламин).

В настоящее время ВХР с использованием высших аминов (в основном этаноламин, диметиламин и 3-метоксипропиламин) применяется на более чем 80 % АЭС с PWR США и на всех АЭС с ВВЭР-1000 России.

При переходе на этаноламиновый режим, с поддержанием в питательной воде ПГ рН -9,0-9,2, было достигнуто заметное снижение общей концентрации железа в питательной воде. Другим очевидным преимуществом было заметное (в три, четыре pаза) уменьшение скорости накопления шлама в парогенераторах в течение кампании.

В новых проектах отсутствует оборудование из медьсодержащих сплавов, поэтому во втором контуре поддерживается аммиачно-этаноламиновый водно-химический режим с поддержанием в питательной воде ПГ рН -9,5-9,7.

 Общая характеристика и функциональное назначение водно‑химического режима АЭС с РБМК‑1000

Для АЭС с реактором РБМК-1000 должен предусматриваться и поддерживаться бескоррекционный водно-химический режим.

 Основной задачей организации и поддержания ВХР на АЭС с РБМК‑1000 является обеспечение целостности защитных барьеров:

  • - оболочек тепловыделяющих элементов;
  • - границ контура теплоносителя;
  • - герметичных ограждений локализующих систем безопасности.

Водно-химический режим должен обеспечивать:

  • - надёжную работу оборудования энергоблока;
  • - минимальное количество отложений на тепловыделяющих сборках и теплопередающих поверхностях оборудования и трубопроводов;
  • - коррозионную стойкость конструкционных материалов оборудования и трубопроводов;
  • - улучшение радиационной обстановки.

Радиолиз и продукты коррозии

Под действием ионизирующего излучения (радиолиза) водный теплоноситель КМПЦ меняет свой состав. В качестве первичных продуктов радиолиза образуются радикалы Н*, ОН* и е-aq (сольватированный электрон - – электрон, захваченный средой в результате поляризации им окружающих молекул. Если средой является вода, электрон называется гидратированным). Образовавшиеся радикальные продукты в местах их высокой концентрации вступают в реакции друг с другом, рекомбинируют или образуют молекулярные продукты радиолиза.

  • Н* + Н* → Н2;
  • ОН* + ОН* → Н2О2;
  • Н* + ОН* → Н2О;
  • е-aq + е-aq → 2ОН* + Н2О + Н2;
  • е-aq + Н* → Н2 + ОН*.

Конечными продуктами радиолиза являются Н2, Н2О2, О2. Перекись водорода Н2О2 при повышенной температуре термически диссоциирует с образованием кислорода

  • 2 Н2О2 → 2 Н2О + О2.

Вода контура СУЗ под действием ионизирующего излучения меняет свой состав. Газообразный азот, подаваемый в каналы БАЗ для их охлаждения, в активной зоне реактора под действием ионизирующего излучения, взаимодействуя с продуктами радиолиза воды, образует нитрит- и нитрат-ионы. Наиболее вероятным механизмом реакции образования нитрит- и нитрат-ионов является реакции с образованием аминов или прямого взаимодействия с окислительными продуктами радиолиза воды и газообразного азота

  • N2 + OH* + Н2О → NH* + NO* + Н2О,
  • NO* + O* → NO2,
  • NH* + Н2О2 → NO3 + Н2О,
  • N2 + OH* → NO2 + Н,
  • NO2 + О2 → NO3.

Накопление продуктов коррозии на поверхностях оборудования и трубопроводов КМПЦ вне активной зоны определяется скоростью коррозионных процессов и поступлением с питательной водой продуктов коррозии из КПТ.

Продукты коррозии, образовавшиеся в КМПЦ и поступившие с питательной водой из КПТ, частично осаждаются на оборудовании и трубопроводах КМПЦ, а оставшаяся часть с теплоносителем проходит через активную зону. В активной зоне непрерывно проходят процессы осаждения и смытия продуктов коррозии на стенках твэлов и каналов реактора, в результате которых они активируются и образуют радиоактивные отложения вне активной зоны на оборудовании и трубопроводах КМПЦ.

 Накопление в отложениях на оборудовании и трубопроводах КМПЦ долгоживущих радиоактивных изотопов коррозионного происхождения, главным образом, радионуклидов - 59Fe, 54Mn, 58Co, 60Co, 95Zr, 95Nb, 51Cr, приводит к ухудшению радиационной обстановки, усложнению проведения ремонтных работ, а также необходимости проведения дезактиваций оборудования.

Для обеспечения минимальной скорости коррозии конструкционных материалов КМПЦ и КПТ необходимо ограничение в теплоносителе, питательной воде, конденсате, воде заполнения и подпитки содержания коррозионно-агрессивных примесей, включая растворённый кислород, хлорид-ион, сульфат-ион, нитрат-ион.