В основе высокотемпературной дезактивации и химической промывки оборудования АЭС лежит опыт ТЭС по эксплуатационным промывкам паровых котлов, которые проводятся с целью периодического удаления с теплопередающей поверхности отложений, образовавшихся во время работы электростанции.
По ряду причин (хорошая растворимость отложений, малая коррозия основного металла, низкие скорости циркуляции моющих растворов и т. д.) для эксплуатационных промывок применяются комплексоны, среди которых наибольшее применение в нашей стране нашли этилендиамин- тетрауксусная кислота (ЭДТК) и ее двузамещенная натриевая соль — трилон Б.
Комплексоны способны образовывать с различными катионами водорастворимые соединения, прочность которых часто выше прочности соединений с органическими кислотами, например щавелевой. Устойчивость комплексов, образуемых ЭДТК и ее солями, настолько высока, что не может быть достигнуто произведение растворимости, а это значит, что при нормальной температуре все продукты коррозии будут находиться в растворенном состоянии.
Комплексоны и образуемые ими комплексы обладают определенной термической стойкостью. Разложение ЭДТК и ее солей начинается при температуре 140—160°С, скорость термолиза повышается с температурой. Процесс комплексования железа (переход отложений в раствор) существенно ускоряется при повышении температуры от 150 до 220°C. Верхний предел температуры при химической промывке контуров из нержавеющей стали рекомендуется брать равным 180°C.
Важным преимуществом комплексонов перед минеральными и органическими кислотами является тот факт, что при промывке ЭДТК ее соли полностью срабатываются, поэтому не требуется какого-либо избытка реагента. При использовании для промывки кислот избыток их в промывочном растворе является обязательным, а это приводит к потерям неиспользованного реагента и повышенным затратам на обезвреживание стоков.
Особенностью ЭДТК и ее солей является зависимость комплексующей способности для катионов различных металлов от значения pH раствора. Поэтому на практике промывку проводят композицией комплексонов с добавлением к ЭДТК какой-либо органической кислоты: лимонной, щавелевой, адипиновой, янтарной и т. п. Для получения необходимого значения pH промывочного раствора. Наиболее целесообразной считается композиция, в которой соотношение комплексона и кислоты составляет 3:1.
При использовании композиций обнаружено еще одно немаловажное преимущество. Емкость композиции по железу превышает почти в 1,5 раза суммарную емкость комплексона и кислоты при использовании их в отдельности. Это означает, что при использовании композиции суммарный расход реагентов может быть снижен.
На втором блоке Белоярской АЭС была опробована высокотемпературная промывка (дезактивация) контура многократной циркуляции совместно с активной зоной. Обработка проводилась композицией, состоящей из трилона Б и лимонной кислоты в соотношении 3 : 1, с концентрацией 2—3 г/л при температуре около 170 °C и непрерывной циркуляции моющего раствора ГЦН с расходом около 0,4 м3/с. Продувка контура производилась непрерывно в размере 2—3,5 % расхода моющего раствора. В результате промывки по основным участкам контура был получен коэффициент дезактивации 1,5—3, а на отдельных участках 5—20. Объем радиоактивных растворов, направляемых на переработку, оказался вдвое меньше, чем при низкотемпературной дезактивации двухванным способом (см. § 4.2).
Преимуществами высокотемпературной дезактивации является простота схемы и малая продолжительность операции— промывка может быть проведена в период остановки реактора после снижения температуры циркуляционной воды до 160—180 °C. Недостатком является более низкий коэффициент дезактивации, так как удаляется преимущественно верхний наносный слой отложений, в то время как при низкотемпературной дезактивации растворяется и внутренний слой, образованный продуктами коррозии металла контура.
Хорошие результаты были получены при проведении последовательно высокотемпературной и низкотемпературной дезактивации. В первом режиме удаляется основная масса железоокисных отложений из активной зоны реактора, в которой заключено основное количество радионуклидов, во втором режиме — оставшиеся отложения.
Использование комплексонов открывает возможность периодической очистки теплопередающей поверхности парогенераторов двухконтурных АЭС от железоокисных отложений «на ходу», без прекращения работы блока. Указанный метод был проверен на одном из парогенераторов Нововоронежской АЭС на блоке с реактором ВВЭР.
Комплексон дозировался в питательную воду парогенератора с концентрацией 1—2 мг/л. В результате растворились не только железоокисные, но и кальциевые отложения, концентрация железа в продувочной воде парогенераторов достигла 6, кальция 4 мг/л. Загрязнения удалялись с продувочной водой на переработку.
Проведенная работа показала возможность эффективной и простой очистки парогенераторов двухконтурной АЭС от отложений «на ходу» при дозировании комплексонов в питательную воду в количестве, в 2—3 раза превышающем стехиометрическое, т. е. теоретически необходимое исходя из количественного соотношения между химическими элементами в соединении.
При эксплуатационной промывке парогенераторов АЭС с реакторами типа БН приходится учитывать следующие условия:
а) так как испарители изготовлены из низколегированной стали, должна быть обеспечена их минимальная коррозия в промывочном растворе;
б) по условиям эксплуатации блока промывку рациональнее проводить без слива жидкометаллического теплоносителя из промежуточного контура, т. е. при относительно высокой температуре промывочного раствора.
Промывка проводится при температуре около 170°C аммонийной солью ЭДТК с добавлением в раствор ингибитора коррозии. Теплоноситель из промежуточного контура не сливается, температура его поддерживается выше температуры промывочного раствора за счет работы реактора на мощности до 0,5 % номинальной. По окончании промывки проводится пассивация аммиачным раствором перекиси водорода с одновременным удалением из парогенераторов отложений окиси меди.
Вопросы для повторения
- Какие вещества преимущественно уносятся насыщенным паром?
- Почему ограничен размер непрерывной продувки основного контура циркуляции реактора?
- Чем вызвана необходимость проведения эксплуатационных промывок и дезактиваций основных контуров циркуляции реактора одно- и двухконтурной АЭС?
- Какую роль играют при низкотемпературной промывке щелочь и перекись водорода?
- Для чего необходима непрерывная очистка промывочного раствора?
- В чем заключается преимущество композиций на основе комплексонов?
- В чем преимущество и недостаток высокотемпературной химической промывки?
- В чем преимущество очистки парогенераторов двухконтурной АЭС на ходу"?
