ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОБРАЗОВАНИЕ АКТИВНЫХ И НЕАКТИВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ
§ 3.1. ПОСТУПЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ В ПАРОВОДЯНОЙ ТРАКТ АЭС С КОНДЕНСАТОМ ТУРБИН И ПОДПИТОЧНОЙ ВОДОЙ
Конденсат турбин является основной составляющей питательной воды ядерных энергетических установок (см. § 1.1), поэтому значительная масса загрязнений в пароводяной тракт АЭС, так же как и ТЭС, поступает с ним. Одной из причин загрязнения конденсата являются присосы в вакуумную систему охлаждающей воды вследствие неплотностей в трубках конденсаторов. Второй причиной загрязнения является присос воздуха в конденсатосборники и всасывающие трубопроводы конденсатных насосов, реже в первой ступени подогревателей низкого давления, паровое пространство которых находится под вакуумом. Присос воздуха является основным источником загрязнения конденсата кислородом, что в свою очередь составляет главную причину коррозии трубок из медных сплавов.
Другим источником загрязнения конденсата кислородом, характерным только для одноконтурной АЭС, являются радиолиз воды (см. § 5.1) и поступление кислорода вместе с паром. Причиной поступления радиолитического кислорода в конденсат является недостаточная деаэрация в конденсаторах турбин.
Присос охлаждающей воды является основным источником загрязнения конденсата солями кальция, магния и натрия, хлоридами, сульфатами, силикатами, карбонатами и гуминовыми веществами. Количество загрязнений определяется составом охлаждающей воды и присосом, но даже при «разрешенной» жесткости конденсата 0,5 мкг-экв/л поступление кальция и магния в питательную воду на блоке мощностью 1000 МВт (э) составляет более 50 г/ч.
Другой причиной загрязнения конденсата турбин является смыв продуктов коррозии (в основном окислов железа) с парового тракта.
Последние загрязнения наиболее характерны для АЭС, работающих на насыщенном паре (РБМК, ВВЭР), загрязнение особенно велико при пуске блока.
ПОСТУПЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ В ОСНОВНОЙ КОНТУР ЦИРКУЛЯЦИИ РЕАКТОРА И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ С ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДОЙ
Причины загрязнения питательной воды ядерных установок продуктами коррозии рассмотрены в предыдущей главе. Основными загрязнениями являются окислы железа и меди, в меньшем количестве присутствуют соединения цинка, кобальта, хрома.
Вынос продуктов коррозии в воду находится в зависимости от скорости коррозии конструкционных материалов. Доля продуктов коррозии, перешедших в воду (вынос), зависит от материала корродирующей поверхности, содержания кислорода, температуры и pH среды, скорости движения теплоносителя и других факторов.
Скорость перехода продуктов коррозии углеродистой стали в питательную воду наиболее высока в первые 2—3 недели работы блока. Объясняется это тем, что во время простоя оборудования в воде, насыщенной воздухом, коррозия углеродистой стали и вынос продуктов коррозии не уменьшаются со временем, защитная пленка на поверхности металла не формируется.
После пуска блока слой ржавчины интенсивно размывается и окислы железа переходят в воду. Скорость выноса в этот период составляет 0,4—0.7 г/(м2-сут). В дальнейшем скорость выноса снижается в основном за счет уменьшения скорости коррозии.
Низколегированные стали в отношении выноса продуктов коррозии существенного преимущества перед углеродистой сталью нс имеют.
Как и для коррозии, влияние кислорода на вынос продуктов коррозии двояко. В системе с малой скоростью циркуляции повышение содержания кислорода приводит к увеличению скорости выноса. В движущейся среде высокое содержание кислорода приводит к образованию на углеродистых и низколегированных сталях плотных пленок с хорошими защитными свойствами, что способствует снижению выноса при условии, что вода сохраняет высокую чистоту. Переход продуктов коррозии в воду в этих условиях не превышает 0,1 % скорости коррозии. Максимальный вынос продуктов коррозии наблюдается при эксплуатации оборудования в нейтральном водном режиме при содержании кислорода в воде 100 мкг/л. К резкому увеличению выноса продуктов коррозии в питательную воду приводит повышение содержания хлоридов и сульфатов.
Так же как и коррозия, вынос увеличивается с увеличением температуры воды. В деаэрированной нейтральной воде вынос максимален при температуре 90—130 °C и составляет около 1 г/(м2-сут). При повышении температуры до 200 °C вынос снижается примерно вдвое.
Резко снижается вынос продуктов коррозии при подщелачивании воды. При pH = 9 (питательная вода при аммиачно-гидразннном режиме) скорость выноса составляет примерно 0,003 г/(м2-сут), т. е. снижается на два порядка.
С увеличением концентрации кислорода в циркуляционной воде кипящего реактора увеличивается и концентрация циркония.
В воде первого контура реактора типа ВВЭР при вводе 12—18 г/л борной кислоты увеличивается вынос продуктов коррозии, причем с низколегированных сталей он ниже, чем с углеродистой, что связано с более высокой скоростью коррозии последней (см. § 2.3).
Для устранения этого влияния борной кислоты ее нейтрализуют добавлением щелочи и аммиака, при этом вынос продуктов коррозии снижается на два порядка и составляет около 7 мг/(м2-сут). Мал при этом и вынос продуктов коррозии нержавеющей стали 2—3 мг/(м2-сут).
Скорость выноса продуктов коррозии циркония в воду первого контура реактора ВВЭР по опыту эксплуатации Нововоронежской АЭС также мала и составляет 3— 4 мг/(м2-сут).
Все продукты коррозии конструкционных материалов, перешедшие в питательную и циркуляционную воду, поступают в парогенераторы (реактор). Несмотря на то что максимальное содержание продуктов коррозии в питательной воде наблюдается при пуске и в начальный период эксплуатации блока, основная масса загрязнений поступает в парогенераторы (реактор) в период стационарной работы, когда содержание продуктов коррозии в питательной воде относительно мало. Объясняется это большой продолжительностью стационарной работы блока по сравнению с временем пуска.
При работе блока мощностью 1000 МВт (э) и содержании продуктов коррозии в пределах нормы в парогенераторы (реактор) в сутки поступает до 2,5 кг железа и до 0,5 кг меди.
