Глава VII. Назначение, состав и технологическая схема системы байпасной очистки теплоносителя первого контура

Спецводоочистками (СВО) на АЭС принято называть системы и установки для обработки радиоактивных вод и концентрирования жидких радиоактивных отходов перед их захоронением. К спецводоочисткам не принято относить установки очистки конденсата турбин, хотя по ряду признаков (использование специальных фильтров, удаление отработавшего фильтрующего материала на захоронение, дезактивация фильтров перед ремонтом и т.д.) они имеют много общего со спецводоочистками.

В виду многообразия установок СВО помимо названия принято присваивать им номера, например, установка №1 (СВО-1) и т.д. В табл. 7.1 приведены номера, наименования, назначение и состав установок СВО с реактором ВВЭР-1000.

Таблица 7.1. Номер и назначение СВО с реактором типа ВВЭР-1000

№ уста-новки	Наименование и назначение	Состав установки
	Система байпасной очистки теплоносителя первого контура	Высокотемпературный фильтр, ФЛЗМ, фильтр-контейнер
	Система очистки продувочной воды первого контура и оргпротечек	Два катионитовых фильтра в Н⁺ и NH₄⁺¸K⁺ форме, анианитовый фильтр в ОН^- или ВО₃^3- форме, ФЛЗМ
	Очистка трапных вод	Механические насыпные фильтры, выпарной аппарат, доупариватель, конденсатор-дегазатор, дефлегматор сдувок, Н-катионитовый фильтр, ОН^--анионитовый фильтр
	Очистка вод бассейна выдержки топлива и баков аварийного запаса раствора борной кислоты	Механический насыпной фильтр, Н-катионитовый фильтр, ОН^--анионитовый фильтр, ФЛЗМ
	Очистка продувочной воды парогенераторов	Механический насыпной фильтр, Н-катионитовый фильтр, ОН^--анионитовый фильтр, ФЛЗМ
	Регенерация борной кислоты	Выпарная установка, блок фильтров очистки дегазированной воды, блок фильтров очистки «грязного» борного концентрата
	Очистка воды спецпрачечной	Выпарная установка, механические фильтры, Н-катионитовый фильтр, ОН^--анионитовый фильтр, ФЛЗМ

На рис. 7.1 показана схема связей и компоновки систем СВО блока с ВВЭР – 1000.

7.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ СВО-1.

Система байпасной очистки теплоносителя первого контура (СВО-1) предназначена для механической очистки теплоносителя первого контура от радиоактивных продуктов коррозии конструкционных материалов с целью снижения уровней удельной активности на поверхности металла оборудования первого контура и других вспомогательных систем, тем самым уменьшая дозовые нагрузки на персонал при их обслуживании и ремонте.

Принцип работы СВО-1 заключается в отводе части теплоносителя с напора ГЦН на очистку через систему и возврат на всас ГЦН. На рис.7.2 представлена технологическая схема установки СВО-1.

Рис. 7.2. Принципиальная технологическая схема установки СВО –1

Необходимость создания СВО-1 вызвана наличием в первом контуре радиационных полей, сложных химических процессов, образования в борной среде при высоких температурах и давлении продуктов коррозии металлов оборудования.

Очистка части теплоносителя через СВО-1 позволяет снизить удельную активность теплоносителя первого контура до уровней 10^-4¸10^-5 кюри/л, снизить накопление продуктов коррозии в контуре, уменьшить радиационные поля от активного оборудования в 5 – 10 раз.

СВО-1 каждой реакторной установки состоит из четырёх ниток (по количеству работающих петель главных циркуляционных контуров).

Каждая нитка СВО-1 состоит из:

- высокотемпературного механического фильтра (ВТФ);

- фильтра-ловушки зернистых материалов (ФЛЗМ);

- фильтра-контейнера (одного на 4 нитки);

- устройства гидроперегрузки;

- КИП.

Высокотемпературный механический фильтр ВТФ предназначен для внутриконтурной очистки от радиоактивных продуктов коррозии неохлаждённого теплоносителя первого контура. Он представляет собой цилиндрический сосуд с двумя приварными эллиптическими днищами (рис. 7.3). На верхнем днище расположена входная камера, предназначенная для развода очищаемой воды и равномерного распределения по сечению фильтра, а также для выгрузки и загрузки сорбента. Подвод очищаемого теплоносителя осуществляется через дренажную систему, расположенную перед нижним эллиптическим днищем. Фильтр установлен с учётом возможности его осмотра и ремонта по условиям радиационной и технической безопасности. В качестве сорбента используется губчатая термостойкая титановая крошка. Высота загрузки сорбента в фильтре составляет 500 мм, а объём 0,7 м³.

Опыт эксплуатации ВТФ, а также результаты гамма-спектрального анализа показывают, что основная задержка мелкодисперсных продуктов коррозии осуществляется в верхнем (лобовом) слое сорбента высотой до 400 мм. Этот слой способен задержать от 1,5 до 3 кг активных продуктов коррозии.

Значительная часть накопившихся продуктов в ВТФ вымывается при взрыхляющей отмывке шлама лобового слоя засыпки сорбента обратным током и химической обработке дезактивирующими растворами.

Специальные коммуникации обвязки ВТФ обеспечивают гидровыгрузку – загрузку сорбента, проведение дезактивации корпуса химическими растворами и последезактивационную отмывку химобессоленной водой.

7.2 ФИЛЬТР-ЛОВУШКА ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

ФЛЗМ предназначен для предотвращения выноса сорбента в тракт теплоносителя первого контура в случае разрушения дренажной системы ВТФ СВО-1 (рис. 7.4).

ФЛЗМ состоит из цилиндрической обечайки с двумя приварными эллиптическими днищами. В центре верхнего и нижнего днищ располагаются отводящий и подводящий патрубки. Внутри корпуса расположена фильтрующая сборка, приваренная к нижнему концу отводящего патрубка. Фильтрующая сборка состоит из четырёх плоских сварных тарелок, расположенных соосно одна над другой и укреплённых на центральном вертикальном коллекторе. На тарелках размещены дренажные колпачки. Щелевой колпачок представляет собой набор профилированных дисков, закреплённых на основании. Между дисками образуется зазор в виде кольцевой щели шириной 0,3 мм.

В соответствии со схемой включения ФЗЛМ, поток теплоносителя после очистки в ВТФ поступает в фильтр-ловушку через нижний патрубок, омывает фильтрующую сборку, проходит через щелевые колпачки, тарелки, собирается в коллекторе и выводится из аппарата через патрубок на верхнем днище. В случае выноса сорбента из фильтра, улавливание его производится щелевыми колпачками ловушки.

При увеличении перепада давления на ФЛЗМ выше допустимой величины производится отключение установки СВО-1 для проведения промывки, после чего фильтр-ловушку снова можно ввести в работу. Повторное быстрое повышение давления на фильтре-ловушке свидетельствует о разрушении дренажной системы ВТФ. Резкое снижение перепада давления свидетельствует о повреждении дренажной системы самого фильтра-ловушки.

Обвязка ФЛЗМ предусматривает возможность воздушно-водной промывки и дезактивации химическими растворами, а также дренирование совместно с ВТФ для осмотра и ремонта.

7.3 ФИЛЬТР – КОНТЕЙНЕР

Фильтр-контейнер предназначен для загрузки–выгрузки сорбента, проведения в нём глубокой отмывки от коррозионных материалов первого контура и дезактивации (рис.7.5).

Фильтр-контейнер представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, снабжённый двумя смотровыми окнами-люками с нижней лучевой раздаточной трубной системой. Имеет эллиптическое днище с выходным патрубком для очищенной воды.

Верхняя крышка имеет входной и выходной патрубки для установки устройства гидровыгрузки сорбента. На верхней крышке находится патрубок для отвода дезактивирующих сред.

Расположенное внизу фильтра-контейнера распределительное устройство служит для равномерного сбора по сечению фильтра отработанных дезрастворов и отмывочных вод.

7.4 СОРБЕНТ

В качестве фильтрующего материала в ВТФ используется сорбент из термостойкой титановой крошки. Использование титановой крошки в качестве сорбента обусловлено рядом достоинств его основного материала - титана. Титан по отношению к растворам дарокс-процесса (т. е. по отношению к скорости растворения металла в кислотной среде Н₃ВО₃) является коррозионно устойчивым. Имея малый удельный вес, высокую прочность, является хорошим технологическим конструкционным материалом для работы в условиях ионизирующего излучения и высокой температуры теплоносителя. Вынос его продуктов коррозии в теплоноситель пренебрежимо мал. Примеси кислорода и азота увеличивают прочностные характеристики титана и уменьшают его пластичность.

Исследования губчатого титана показывают, что эксплуатация его в качестве конструкционного материала первого контура не вызывает проникновения в его структуру избыточного водорода и насыщения им шариков и, следовательно, их охрупчивание.

Опыт эксплуатации сорбента на АЭС выявил, что его сорбционная способность, т.е. достаточно прочное сцепление конгломерата продуктов коррозии конструкционных материалов первого контура с губчатым сорбентом (необратимое насыщение крошки титана продуктами коррозии – Fe₂O₃, NiO, Cr₂O₃ и др.) не удаляется отмывкой. Этот недостаток требует решения проблемы гидроперегрузки сорбента в фильтр-контейнер для проведения более глубокой химической отмывки и дезактивации, либо замены его через 10-15 лет эксплуатации из-за потери сорбентной способности (эффективности работы).

Применяемый в установках СВО-1 губчатый титан типа ТП-ВС-1 (ТУ 48-05-61-11/0-82) содержит в качестве основы Ti и в малых долях примеси: железо, хлориды, азот, водород и т.д. Получается он в результате восстановительной химической реакции TiCl₄ при взаимодействии с магнием в среде нейтрального газа (аргон, ксенон) при высокой температуре (950°¸1000°С). Полученное таким способом мелкофракционное гранулированное вещество (»2 мм) имеет пористую структуру (губка). В процессе его эксплуатации в ВТФ происходит, в силу вышеуказанных недостатков, забивание пор и укрупнение фракций до 5-9 мм, требующее проведения химической дезактивации и отмывки сорбента. Кроме того, присутствие в составе крошки примесей хлоридов выдвигает требования предпусковой отмывки свежезагруженного сорбента.

Состав губчатого титана приведён в табл. 7.2.

Таблица 7.2. Состав губчатого титана ТП- ВС-1 (ТУ 48-05-61-11/0-82)

Наименование	Единицы измерения	Величина
Размер фракции	мм	2,0¸0,63
Состав:	-	-
Титан (Ti)	%	Основа
Железо (Fe)	%	0,9
Хлориды (Cl)	%	0,02
Азот (N)	%	0,05
Водород (H)	%	0,1
Удельный вес	кг/м³

7.5. ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПЕРВОГО КОНТУРА НА СВО-1

Теплоноситель первого контура с напора ГЦН через вентиль и байпас поступает в ВТФ. При прохождении через ВРУ фильтра поток теплоносителя равномерно распределяется по всему объёму фильтрующей засыпки, где происходит очистка от мелкодисперсных продуктов коррозии. Пройдя нижнее распределительное устройство, теплоноситель поступает в фильтр-ловушку зернистых материалов. В дренажной системе ФЛЗМ происходит задержание проскочившего из ВТФ сорбента.

Пройдя фильтр-ловушку, очищенный теплоноситель поступает на всас ГЦН (рис.7.2).

В процессе нормальной работы СВО-1 осуществляется контроль следующих параметров:

- производительность каждой нитки СВО – 100 Т/ч;

- перепад давления на ВТФ – 2,7¸5 кгс/см²;

- перепад давления на ФЛЗМ – 0,5¸5 кгс/см²;

- рабочее давление – 160 кгс/см²;

- рабочая температура 290°С.

Еженедельно, в процессе эксплуатации СВО-1, проводится химконтроль водного режима на содержание железа и активности теплоносителя в пробах после ВТФ и сравнение их с показателями в первом контуре или до фильтров.

7.6 ПРОМЫВКА И ДЕЗАКТИВАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ СВО-1

Вывод СВО-1 из работы производится в зависимости от режима состояния оборудования первого контура в:

- плановом порядке расхолаживания РУ;

- при временном отключении ГЦН;

- при перепаде давления на ФЛЗМ более 5 кгс/см².

После вывода СВО-1 из работы осуществляется промывка и дезактивация оборудования.

7.7 ПРОМЫВКА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ФИЛЬТРА

Промывка фильтра производится с целью удаления из него накопленного коррозионного шлама. Промывка выполняется в период ППР, когда система СВО-1 выведена из работы.

Перед промывкой фильтра СВО-1 необходимо произвести промывку фильтра-ловушки. Если этого не сделать, то скопившийся в ловушке шлам при промывке фильтра попадёт в дренажную систему фильтра и может засорить её.

Промывка ловушки и фильтра выполняется посредством подачи водовоздушной смеси обратным потоком по сравнению с направлением движения фильтруемого теплоносителя.

Дезактивация фильтра СВО-1 производится после выгрузки из него сорбента в фильтр-контейнер перед проведением ремонтных работ или техническим освидетельствованием фильтра.

Дезактивация производится двухванновым способом.

Рецептура дезактивирующего раствора первой ванны:

г/л;

г/л.

Рецептура дезактивирующего раствора второй ванны:

г/л;

г/л.

После заполнения фильтра первой ванны производится барботаж сжатым воздухом в течении двух часов. Затем дезраствор дренируется в трап спецканализации, а фильтр промывается дистиллятом.

По окончании промывки фильтр заполняется дезраствором второй ванны и барботируется воздухом в течение 30 минут. Затем фильтр дренируется и промывается дистиллятом.

Дезактивация фильтра производится при температуре 85¸90°С.

7.8 ДЕЗАКТИВАЦИЯ ФИЛЬТРА-КОНТЕЙНЕРА

Дезактивация и отмывка сорбента в фильтре-контейнере производится с целью восстановления его способности задерживать дисперсные продукты коррозии и для снижения дозовых нагрузок на персонал от оборудования СВО-1.

Дезактивация пустого фильтра-контейнера производится теми же растворами и технологией, что и ВТФ.

Дезактивация сорбента в фильтре-контейнере производится только кислотным дезраствором следующего состава:

г/л;

г/л.

Раствор барботируется в фильтре-контейнере сжатым воздухом в течении двух часов, затем сливается, и операция повторяется вновь. Когда повторная дезактивация окончена, сорбент промывается дистиллятом путём заполнения и дренирования до достижения в промывочной воде контейнера.