Глава 3
ИСТЕЧЕНИЕ МАЛЫХ КОЛИЧЕСТВ ВОДЫ В НАТРИЙ (МАЛЫЕ ТЕЧИ)
- Течи и их классификация
Истечение воды в натрий связано с образованием новых или раскрытием уже имеющихся дефектов в конструкционных материалах, разделяющих воду и натрий. Как показывает опыт эксплуатации парогенераторов натрий-вода, наиболее вероятно в начальный период эксплуатации проявление дефектов, необнаружение которых обусловлено недостаточностью средств контроля, используемых в процессе изготовления парогенератора. Как правило, размер этих дефектов весьма мал. При длительной эксплуатации парогенератора возможно появление дефектов, обусловленных коррозионными процессами (особенно со стороны воды) или в результате виброизноса трубок в дистанционирующих решетках или в других конструкционных элементах. Размер этих дефектов, когда через них начинается истечение воды в натрий, также незначителен, но может на несколько порядков превышать дефекты, пропущенные в процессе изготовления. На заключительной по ресурсу стадии эксплуатации парогенератора вероятность появления течей возрастает, причем следует ожидать, что и начальный дефект, а следовательно, и начальный расход воды, истекающей в натрий, возрастут.
Таким образом, наиболее вероятно попадание воды в натрий через дефекты, размер которых равен нескольким долям миллиметра, лишь в исключительных случаях достигающих по эквивалентному размеру 1 мм, т.е. величина начальной течи воды в натрий, как правило, будет составлять десятые и даже сотые доли грамма в секунду и лишь в редких, исключительных случаях может достигать одного грамма в секунду или большего значения. Одна из основных особенностей истечения воды в натрий состоит в том, что при этом происходит саморазвитие дефекта, приводящее к последующему возрастанию расхода воды и разрушению трубок, соседних с дефектной. Типичное [81] истечение воды в натрий во времени представлено на рис. 3.1. Все время истечения можно разделить на четыре характерных периода:
время τ1 — истечение сохраняется около некоторого среднего уровня, возможно уменьшение и даже прекращение истечения на продолжительное время с последующим самопроизвольным восстановлением его;
время τ2 — заключительный период саморазвития истечения, когда за короткое время расход воды возрастает (на порядок и более) за несколько секунд. Как правило, в это время начинается интенсивное воздействие струи на трубки, соседние с дефектной;
время τ3 — через сформировавшийся в результате саморазвития течи дефект происходит истечение воды с большим практически постоянным расходом, к концу образуется сквозной дефект на трубке, соседней с дефектной;
время τ4 — рост истечения, обусловленный появлением и ростом вторичных дефектов в теплообменных трубках.
Очевидно, что при внезапном раскрытии значительного дефекта начальные участки кривой, представленной на рис. 3.1, а, могут отсутствовать.
Вопрос о классификации течей носит условный характер, определяемый принятыми критериями, которые характеризуют нарушение гидродинамической стабильности натриевого контура воздействием продуктов реакции на конструкционные материалы, и в значительной степени определяется конструкцией парогенератора и натриевого контура.
В зависимости от характера и последствий влияния попадания воды в натрий на теплогидравлические параметры натриевого контура и конструкционные элементы парогенератора различают два основных вида течей.
Большая течь характеризуется кратковременными, но значительными расходами воды в натрий и сопровождается заметным изменением гидродинамических (давления, расхода теплоносителя) и температурных характеристик натриевого тракта, большой скоростью коррозии конструкционных материалов в зоне истечения воды.
Малая течь, признаками которой являются увеличение концентрации примесей (продуктов реакции взаимодействия натрия с водой) в теплоносителе, наличие коррозионно-эрозионного разрушения материала в зоне течи. При этом отклонения гидродинамических параметров натриевого контура от нормальных, как правило, не наблюдается. Истечение воды в натрий с одним и тем же расходом воды может быть отнесено к ’’большой” течи для однотрубного натриевого канала и к ’’малой” для теплообменника с развитым натриевым объемом.
Рис. 3.1. Типичное изменение расхода воды в натрий во времени (а) и схема разрушения материала при процессах саморазвития течи при дефектах в стенке трубки (б) и при дефекте в месте заделки трубки в трубную доску:
1 - зона взаимодействия реагентов; 2 - зона разрушения материала; 3 - стенка трубки; 4 - начальный канал истечения; 5 - направление движения фронта разрушения материала; 6 — трубная доска
Иногда для парогенераторов натрий—вода выделяют так называемые промежуточные течи, измеряемые расходами воды в натрий в количестве несколько граммов или даже несколько десятков граммов в секунду и характеризующиеся тем, что в условиях больших натриевых контуров они не вызывают заметных гидродинамических эффектов (характерных для больших течей); в то же время интенсивность коррозионноэрозионных процессов износа материалов, пройдя через максимум, имеет склонность к уменьшению.
В некоторых случаях, когда течь не воздействует интенсивно на конструкционный материал соседних трубок, а основной коррозионный процесс происходит в месте первоначального дефекта, ее характеризуют как ’’микротечь”.
Наиболее вероятными при эксплуатации парогенераторов являются малые течи. Большая течь, как правило, является следствием последующих разрушений теплообменной поверхности в зоне малой течи и в очень редких случаях может возникнуть в качестве первоначальной течи (например, из-за вибрационного или коррозионного износа трубки по периметру). Поскольку температура металла теплообменной поверхности в парогенераторе натрий-вода обычно не превышает 500—520 °C (это значение определяется максимальной рабочей температурой теплоносителя), то возникновение большой течи по причине разрыва трубки вследствие перегрева металла (при наличии высокого давления пароводяного контура) практически исключено.
