Общие положения. Правильная организация химического контроля водного режима имеет большое значение при подготовке к пуску, при пуске, эксплуатации и в период бездействия ЯЭУ и оказывает непосредственное влияние на уровень ее надежности и безопасности. Основные задачи химического контроля состоят в определении показателей качества воды и пара контуров ЯЭУ, в оценке интенсивности коррозии, динамики образования отложений, сбросов в окружающую среду, а также контроле технологических параметров аппаратов, поддерживающих требуемое качество воды и пара. Выбор показателей качества воды и пара, подлежащих систематическому контролю, определяется в первую очередь перечнем нормируемых показателей реакторной и питательной воды и конденсата в соответствующих точках контуров. Вез данных о фактических концентрациях примесей в основных потоках нельзя оценить состояния водного режима АЭУ, которое можно считать нормальным только в том случае, когда нормированные показатели не превосходят установленных для ннх пределов.
Химический контроль сочетается с другими видами контроля (радиохимическим, нейтронно-физическим, теплофизическим). Выявление причин отклонения тех или иных показателей от установленных уровней и определение мер по упорядочению воднохимического режима проводится на основании результатов всех видов контроля.
Химический контроль качества воды и пара в различные периоды работы ЯЭУ осуществляется непрерывно или дискретно как с помощью автоматических приборов, так и вручную лабораторными методами анализа. Такой повседневный контроль называют текущим или эксплуатационным. Кроме текущего химического контроля на ЯЭУ проводится также наладочный и исследовательский контроль некоторых показателей водно-химического режима.
Решение совокупности задач химического контроля водного режима обеспечивается принципиальной схемой химического контроля, которая должна учитывать особенности используемого оборудования и условий его эксплуатации. Для каждой ЯЭУ конкретно определяются точки отбора проб из основных и вспомогательных контуров, периодичность контроля и методы анализа отбираемых проб.
Система автоматического химического контроля включает устройства отбора проб с регулированием их физических параметров, преобразователи измеряемых физико-химических показателей в электрический сигнал, устройства сбора и оценки анализируемых показателей водно-химического режима и системы организованного сбора стоков, прошедших приборы-анализаторы.
Возможность быстрой и эффективной корректировки показателей качества зависит от обеспечения быстрой оценки получаемых характеристик в различных точках с учетом их взаимосвязи. Поэтому важное значение имеет правильное комплексирование вторичных (показывающих) приборов. Обычно вторичные приборы устанавливаются на щитах химического контроля, за исключением наиболее важных, которые размещаются на центральном посту управления ЯЭУ или в отдельном помещении вблизи пульта управления.
Пробоотбор должен быть организован так, чтобы отбираемая проба была представительной как в отношении контролируемого объекта, так и в отношении контролируемой примеси. Нарушение представительности пробы может возникнуть в процессе отбора, транспортировки или хранения пробы. Автоматизация химического контроля выдвинула требование по унификации физических параметров проб: температура — не более 40 °С и давление — около 0,14 мПа, что потребовало включения в схему отбора термоограничителя.
График контроля определяет дискретность автоматического контроля и периодичность отбора проб на анализ. Обоснование графика контроля проводится с учетом ряда факторов, наиболее важным из которых является скорость изменения отдельных показателей при изменении режима работы оборудования.
Под объемом контроля понимают перечень показателей качества рабочей среды, определяемых автоматическими или ручными методами. В объем контроля полностью включаются все нормируемые показатели и кроме них систематически контролируются некоторые другие показатели в той или иной мере характеризующие водный режим. Наблюдение за этими параметрами полезно для расширения или уточнения представлений о характере протекания физико-химических процессов и влияния на эти процессы режимных условий. Из сочетания нормируемых и контролируемых показателей складывается оптимальный объем эксплуатационного химического контроля водного режима ЯЭУ.
К числу показателей качества воды, автоматически регистрируемых непрерывно в потоке, обычно относят электропроводность, значение pH, концентрацию растворенного кислорода и суспензированных веществ. Широкое применение находят автоматические кремнемеры, водородомеры и определители содержания натрия.
Пробы для ручного контроля всех остальных показателей отбираются в полиэтиленовые емкости с завинчивающимися крышками. При отборе проб необходима тщательная защита их от контакта с воздухом.
Методы контроля водного режима контуров ЯЭУ.
Принципиально схемы действия лабораторных и автоматических приборов, как правило, во многом одинаковы. Основное отличие автоматического прибора — это его способность функционировать без вмешательства оператора, непрерывно или дискретно выдавая информацию о контролируемом параметре. Важнейшее требование к автоматическим приборам — надежность и стабильность действия, а к лабораторным — высокая чувствительность и точность определений. Методы автоматического и ручного анализа, применяемые при химическом контроле водного режима, должны быть унифицированы, чтобы обеспечить получение надежной и сопоставимой информации.
Применяемые для контроля водного режима многообразные методы анализа можно классифицировать по направлениям [36]:
объемно-аналитические, позволяющие измерять объем раствора реагента известной концентрации, вступающего в реакцию с определяемым веществом-примесью;
массовые, позволяющие измерять массу труднорастворимого соединения, которое либо присутствует в растворе в виде примеси, либо появляется при взаимодействии определяемого компонента с добавляемым реагентом;
электрохимические, при которых концентрация ионов определяется по электрической проводимости раствора:
различные физические — рентгенографический, кристаллооптический, радиометрический (измерение концентрации по характеру и интенсивности радиоактивного распада ядер атомов), активационного анализа (идентификация вещества по характеру наведенной радиоактивности), масс-спектрографический (определение стабильных и радиоактивных нуклидов в соответствии с различиями в их массе).
Наряду с химическим контролем проводится контроль радиохимических показателей рабочих сред ЯЭУ. Кроме рабочих сред постоянному радиохимическому контролю подлежат все жидкие и газообразные сбросы в окружающую среду и их соответствие предельно допустимым концентрациям.
Основной задачей радиохимического контроля является определение суммарной а-, (5- и 7-активности и их соотношения, тритиевой активности, суммарной йодной активности и у-спектров различных катионов и анионов в самых ответственных точках контура. К числу наиболее важных селективно определяемых радиоактивных нуклидов в смесях продуктов деления и в продуктах коррозии относятся 89Sr, ш1, 90Sr, 132I, 134Cs, 137Cs, 139Ва, 140Ва, 58Со, 60Со, 51Cr, 54Mn, 65Zn и некоторые другие.
Система химического контроля водного режима двухконтурной ЯЭУ с ВВР,
Система оперативного химического контроля в первом контуре двухконтурных ЯЭУ предназначена для контроля водного режима при работе установки на мощности, а также при остановке, расхолаживании, перегрузке активной зоны и дезактивации контура. Принципиальная схема химического контроля наряду со стандартными устройствами отбора проб" приборами и информационными элементами содержит также специальные десорберы, пробу газа от которых используют для определения концентрации водорода и радиоактивных газов в теплоносителе.
В период подготовки первого контура к работе контур заполняется подвергнутым предварительному химическому анализу обескислороженным бидистиллятом. После полного воздухоудаления берется контрольная проба на кислород и при необходимости вводится гидразингидрат для полного удаления остатков кислорода. Затем проводится корректировка водородного показателя pH. Для подавления радиолизного кислорода в контур вводят водород. Установлено, что при концентрации водорода 30— 40 см3/кг в условиях первого контура (Т=2504-300 °С) кислород полностью рекомбинирует и в воде не обнаруживается [35]. После этого контур считается готовым к работе.
В процессе работы ЯЭУ обычно проводится непрерывный автоматический контроль таких параметров теплоносителя первого контура, как электрическая проводимость, показатель pH, концентрация суспендированных примесей и др. Измерение концентраций водорода и борной кислоты проводится автоматически с периодичностью один раз в неделю [36].
Кроме автоматического контроля показателей водно-химического режима первого контура с помощью ручного отбора ведутся по заданному графику измерения концентрации продуктов коррозии, хлоридов и фторидов, трития, суммарной р-активности, а также снимаются полные спектры у-активности теплоносителя.
В воде компенсатора давления периодически контролируют концентрацию кислорода, лития и борной кислоты. В случае значительного изменения какого-нибудь из этих показателей осуществляют также контроль концентрации водорода, хлоридов, фторидов и pH.
Наиболее жестко нормируемые примеси реакторной воды — кислород, хлориды и фториды. Для них разрешается лишь кратковременное превышение допустимой концентрации. Если принимаемые меры оказываются неэффективными, реактор следует остановить.
Кроме теплоносителя периодическому контролю подвергается добавочная вода первого контура. Важным объектом химического и радиохимического контроля является также вода бассейна выдержки отработавших твэлов.
Схема химического контроля второго (парогенерирующего) контура должна охватывать все стадии работы ЯЭУ, начиная от гидравлических испытаний и стояночных режимов и кончая нормальной эксплуатацией. Строгий химический контроль всех нормируемых показателей позволяет организовать заданный воднохимический режим и обеспечить минимальную скорость коррозии конструкционных материалов конденсатно-питательного тракта, минимальный уровень загрязнения всего контура и отсутствие подсосов забортной воды во время эксплуатации. Наиболее тщательно следует поддерживать и контролировать такие основные показатели, как pH, электрическая проводимость и щелочность воды. Постоянному и периодическому химическому и радиохимическому контролю подвергаются вода ПГ, питательная вода, пар и конденсат турбины. Автоматические измерения проводятся по таким показателям, как электропроводность, pH, кислородосодержание, кремнесодержаниё, содержание натрия и др. С определенной периодичностью в контуре проводят также ручные определения концентрации хлоридов и кремниевой кислоты в воде ПГ, концентрации железа и меди в питательной воде. Особое значение имеет контроль неплотности трубной системы ПГ, следствием которой может быть перетечка воды первого контура во второй и опасный рост радиоактивности в обслуживаемых помещениях. Этот контроль проводится по активности или по концентрации бора в воде ПГ.
Важную роль играет также контроль плотности конденсаторов, который проводится непрерывно по удельной электрической проводимости конденсата. Кроме того, в общей линии перед конденсатоочисткой автоматически контролируется концентрация натрия. Необходимое значение pH достигается вводом в контур после его заполнения раствора аммиака или гидроксида лития. Для окончательного удаления кислорода из воды второго контура проводится химическое обескислороживание путем ввода гидразингидрата. В режиме хранения со стороны второго контура создается избыточная концентрация гидразингидрата, равна 20— 30 мг/л [35].
Необходимое качество воды второго контура во время работы на мощности обеспечивается бесперебойной работой ионообменных фильтров, испарительных установок, деаэрирующих устройств, поддержанием плотности и герметичности систем, находящихся под вакуумом, и всех теплообменников, охлаждаемых забортной водой.
Во время стоянки необходимо обеспечить минимальную скорость стояночной коррозии, чтобы не допустить больших скоплений оксидов железа и меди, которые при работе могут быть заброшены в ПГ и осесть там на поверхностях нагрева. С этой целью во время вывода из действия главных и вспомогательных турбин они тщательно осушаются, а трубопроводы и паропроводы полностью дренируются и продуваются горячим воздухом. Там, где предусмотрены специальные устройства, применяется защита от коррозии газовыми ингибиторами.
