Характеристика нормируемых показателей

На энергетических уровнях мощности

Таблица 1. Качество теплоносителя первого контура при работе энергоблока

Характеристика показателей качества рабочей среды первого контура

При эксплуатации АЭС с водным теплоносителем значительное место уделяется качеству воды, т.е. соответствие ее требованиям СОУ-Н ЯЭК 1.013:2008 «Теплоноситель первого контура ядерных энергетических реакторов типа ВВЭР-1000. Технические требования и способы обеспечения качества».

Нормируемые показатели
Наименование показателей	Диапазон допускаемых значений	Отклонения от допускаемых значений
Первый уровень	Второй уровень	Третий уровень
Массовая концентрация хлорид-иона, мг/дм³	не более 0,1	-	0,1 - 0,2	более 0,2
Массовая концентрация фторид-иона, мг/дм³	не более 0,1	-	0,1 - 0,2	более 0,2
Массовая концентрация растворенного кислорода, мг/дм³	не более 0,005	0,005 - 0,02	0,02 - 0,1	более 0,1
Массовая концентрация растворенного водорода, мг/дм³	от 2,2 до 4,5	от 4,5 до 7,2 или менее 2,2 до 1,3	более 7,2 до 9,0 или менее 1,3 до 0,5	болеe 9,0 или менее 0,5
Суммарная молярная концентрация ионов щелочных металлов (К, Li, Na) в зависимости от текущей концентрации борной кислоты, моль/дм³	Зона А	Зоны Б и В	Зоны Г и Д	Зона Е
Диагностические показатели
Наименование показателей	Контрольные уровни
Водородный показатель рН, единиц	от 5,8 до10,3
Массовая концентрация аммиака, мг/дм³	не менее 3,0
Массовая концентрация железа, мг/дм³	не более 0,05
Массовая концентрация меди*⁾, мг/дм³	не более 0,02
Массовая концентрация нитрат-иона, мг/дм³	не более 0,2
Массовая концентрация сульфат-ионов, мг/дм³	не более 0,2
Массовая концентрация общего органического углерода**⁾, мг/дм³	не более 0,5

Концентрация хлор-, фтор-ионов. Из растворенных минеральных примесей хлор- и фтор-ионы представляют наибольшую опасность, т.к. являются сильнейшими активаторами коррозионных процессов.

Основной источник загрязнения воды первого контура фтор-ионами – это вновь устанавливаемые ТВС (тепловыделяющие сборки), которые в процессе изготовления обрабатываются плавиковой кислотой, и подпиточная вода. Хлор-ионы поступают с подпиточной водой и содержатся во всех реагентах, вводимых в первый контур.

Хлор- и фтор- ионы препятствуют образованию защитной пленки и увеличивают скорость коррозии почти всех металлов. В сочетании с кислородом даже небольшие концентрации хлоридов и фторидов вызывают коррозионное растрескивание аустенитных сталей и язвенную коррозию циркония. Установлено, что при концентрации < 0,1 мг/дм³ хлорид- и фторид-ионы практически не влияют на стойкость конструкционных материалов. Дальнейшее повышение концентрации увеличивает пористость защитных пленок и снижает их защитные свойства.

Концентрация фторид-ионов контролируется в течении первых 1000 часов работы реактора после перегрузки активной зоны.

Кислород. Кислород при определённых условиях является активным интенсификатором скорости коррозии аустенитных нержавеющих сталей под напряжением и циркониевых сплавов.

Кислород поступает в первый контур с подпиточной водой при ухудшении или отсутствии термической деаэрации потоков и образуется в результате радиолиза воды.

Роль кислорода в коррозионных процессах весьма противоречива. С одной стороны, являясь активным деполяризатором, кислород усиливает коррозию металлов; с другой, он входит как составная часть в окислы металлов, образуя защитные окисные пленки.

С ростом толщины окисной пленки из-за разницы плотности металла и пленки увеличиваются внутренние напряжения, что приводит к потере сплошности пленок и снижению их пассивирующих свойств.

Кислород является деполяризатором электрохимической коррозии. Поэтому концентрация кислорода в теплоносителе 1 контура величина строго нормируемая.

Обескислороживание подпиточной воды проводится путем термической деаэрации и дозирования гидразина в первый контур для создания его концентрации в 2-3 раза выше, по отношению к концентрации кислорода. Химическое обескислороживание протекает за счет соединения кислорода с гидразином по реакции:

О₂ + N₂Н₄= N₂ + 2Н₂О

Избыток гидразина разлагается по реакциям:

При введении гидразина в первый контур, он реагирует с гидроксидами железа по реакциям:

Гидразин также взаимодействует с продуктами коррозии конструк-ционных материалов контура по реакциям:

Как видно, в большинстве реакций одним из продуктов является азот. При одновременном присутствии кислорода и азота в воде первого контура происходит ряд реакций.

Источники азота: – разложение аммиака и гидразина;

– перенос в первый контур из компенсаторов объема.

При отсутствии кислорода (радиолиз воды подавлен), присутствие азота в воде первого контура приводит к образованию аммиака, поскольку водород всегда присутствует вследствие радиолиза воды и химических добавок.

Процесс взаимодействия азота с радиолитическими газами под действием ионизирующего излучения, при наличии в воде кислорода, можно представить в виде следующей цепочки:

При больших поглощенных дозах излучения процесс идет до образования конечного продукта, поэтому он записывается в виде одной реакции:

Образовавшаяся азотная кислота увеличивает скорость коррозии и ускоряет накопление отложений на поверхности ТВЭЛов, а также снижает рН.

Продукты коррозии частично взаимодействуют с азотной кислотой с образованием Fe(NO₃)₃ - нитратов,

которые гидролизуются по реакции:

Образующаяся гидроокись железа может откладываться на внутренней поверхности оборудования.

Водород. Источником водорода является аммиак, который в нейтронном поле реактора разлагается с образованием водорода и азота.

Одним из путей поддержания на нормируемом уровне концентрации кислорода является подавления процесса радиолиза воды. Для этого необходимо поддерживать концентрацию водорода в теплоносителе не ниже 2,2 мг/дм³. Верхний предел концентрации водорода 4,5 мг/дм³ ограничен процессом водородного охрупчивания сталей и циркониевых сплавов.

Суммарная концентрация ионов щелочных металлов (натрия, калия, лития). Ранее было сказано, что для нейтрализации борной кислоты и для доведения значения рН теплоносителя до нормируемых значений вводится сильное основание КОН.

Концентрация вводимого КОН должна строго контролироваться, так как при высокой температуре концентрация свободной щелочи может быть высокой (местное упаривание) и, как мы ранее отмечали, опасной с точки зрения щелочного охрупчивания аустенитной стали и сплавов циркония. Вместе с тем, мы отмечали, что в теплоноситель первого контура поступают и другие ионы щелочных металлов.

Суммарная концентрация ионов щелочных металлов должна поддерживаться в строгой зависимости от концентрации борной кислоты. Эта зависимость выражается графиком (рис.3), который рассчитывается из условия поддержания при температуре 260 ºС в 1 контуре значения рН 7,2±0,1 независимо от концентрации борой кислоты.