Лекция 16

В лекции рассматривается особенность организации ВР первого контура и действия при отклонении показателей от норм, а также робота СВО.

6.4. Действия при отклонении показателей ВХР от норм

При отклонении показателей теплоносителя первого контура от нормативных, в условиях работы реактора на мощности нормами предусмотрены предельные отклонения, каким соответствуют уровни действия, что приводятся в табл.6.3.

Первый уровень действия наступает при отклонении значений параметров (хотя бы одного с них) в пределах, которые приведены в табл. 6.3. Он требует немедленного установления причины нарушений ВР и использования мер по устранению отклонений параметров на протяжении не более чем 7 суток. Если отклонения ликвидировать на протяжении этого времени не удается то реактор переводится с регламентной скоростью в состояние “гарячий резерв” и наступает второй уровень действий , который позволяетпродолжение действий по устранению причин отклонений от норм на протяжении ещё одних суток.

Если на протяжении этих 24 часов показатели не будут доведены до норм, то реактор переводят в состояние “горячий останов“. При мгновенном ухудшении показателей с достижением границ другого уровня, действия на этом уровне начинаются не позже чем через 16 ч.

Третий уровень действий начинается по отклонению параметров хотя бы по одному показателю в приведенных пределах и предусматривает переведение реактора с регламентной скоростью в состояние “холодная остановка”.

Подъем мощности возможен только после устранения причин отклонения от норм.

Таблица 6.3

Показатели, которые ограничивают эксплуатацию, и их диапазон

Приведенные в таблице области параметров указанны в [21, рис.5.1], схематически показаны на рис.6.2.

Имеются также эксплуатационные границы, при достижении которых РУ немедленно розгружается и переводится в “горячее“ состояние, это: концентрация хлор-иона выше 0,3 мг/л; концентрация кислорода выше 0,1 мг/л; концентрация водорода меньше чем 0,45 или более чем 9,0 мг/л; концентрация ионов щелочных металлов за границами областей Г и В. При отклонении диагностических показателей, на протяжении в сукупности за кампанию, установлены такие ограничения: одного показателя не более чем 7 суток; по всем отклонениям показателей не более чем 30 суток.

6.5. Системы поддержки ВР первого контура

Такими системами, как уже отмечалось, являются спецводоочистки (СВО–1, СВО-2, СВО–6 ) и оборудование, которое обеспечивает их роботу, а также системы приготовления и дозирования корректирующих реагентов. Обобщенная схема СВО, обеспечивающих ВР первого контура, наведена в [23, рис.3.3].

6.5.1. СВО –1

Эта спецводоочистка осуществляет байпасную очистку воды первого контура от грубодисперсных примесей (окислов железа, никеля, хрома, цинка, кобальт). Она реализуется в двух вариантах.

Рис. 6.2. Области отклонений соответствующих уровней действия

Наиболее распространенным является вариант использования високотемпературного фильтра. В этом случае он включается по схеме рис.6.3, второй вариант (ему отдают преимущество за границей) предусматривает снижение температуры воды первого контура и её обработку на ионитном фильтре смешанного действия (рис.6.4).

Рис.6.3. Схема СВО-1 с високотемпературным фильтром

Высокотемпературный фильтр работает при полном давлении и температуре первого контура. Фильтрующим материалом является крошка или стружка нержавеющей стали либо титановая крошка. В последнее время используют также специальные пористые структуры из титана – губчатый титан. Фильтр не регенерируется (восстанавливается). После его истощения по грязеёмкости фильтровальный слой выгружается из фильтра и захороняется в хранилище ядерных отходов, а фильтр заполняется свежим фыльтровальным материалом.

В другом варианте, который используется преимущественно за границей (рис.6.4), в качества ФСД используется либо обычный фильтр из слоем засыпки смеси катионита и анионита, либо намывной фильтр. Технология использование ФСД мало чем отличается от работы ФСД в составе БОУ. Главная разница состоит в том, что фильтровальный слой работает до полного истощения после чего выгружается и в связи с высокой радиоактивностю - захороняется в хранилище ядерных отходов (ХЯВ) и регенерация не предусматривается.

Более рациональным считается использование конструкции намывного фильтра, рис. 6.5.

Работает фильтр так. Сначала намывают пульпу (смесь) ионитов на патроны. Для этого подают снизу раствор (пульпу) из воды и ионита (концентрацией смеси катионита и анионита, 2 г/л) . Раствор подают до достижения на поверхности слоя ионита в 600 г/м². Не перерывая намывки начинают подавать обрабатываемую воду. Непрерывность процесса необходима для того, чтобы не произошло сползания намытого слоя с патронов, поскольку намытый слой смеси ионитов удерживается на патроне прежде всего за счёт динамического напора потока воды.

Рис.6.4. Вариант СВО-1 с ФСД

1-регенеративный теплообменник, 2 – доохладитель, 3- ФСД

Рис.6.5. Намывной фильтр смешанного действия

1-опора, 2 – конусное дно , 3-корпус, 4 - доска фильтр-патронов, 5- крышка, 6 – патрубок для слива воды перед “шоковой обработкой, 7- патрубок для отвода очищенной воды, 2 – подвод и выпуск сжатого воздуха , 9 – фильтр-патрон с слоем намытой смеси ионитов, 10 – патрубок для подвода воды на очистку, 11 – патрубок для удаления пульпы ионита.

Конструкция намывного патрона наведена на рис.6.6.

Рис.6.6. Намывной фильтр - патрон

1 – проволовка для навивки. Навивка ведётся с шагом (щелью) в 0,1 мм, 2 – перфорированая труба ( патрон ) , 3 – отверстия диаметром 4 мм в патроне, размещаются под углом 15^о

Заканчивают роботу фильтра по достижению перепада давления на фильтре в 0,5 МПа, что свидетельствует о его истощении, прежде всего по его “грязеемкости”.

Регенерация ионита не проводится. Он удаляется из фильтра, а вместо выгруженого ионита намывается свежый ионит. Процесс удаления ведётся путем “шоковой регенерации”. Для этого сначала в отключенный от работы фильтр через 7 подают сжатый воздух, сливая при этом воду через 5. Постепенно уровень воды в фильтре понижается приблизительно на 100 мм. После этого слив воды заканчивают, подымают давление до 0,5 МПа и резко сбрасывают давление под трубной доской. Сброс давления ведётся быстродействующим электромагнитным клапаном, который обеспечивает мгновенный выпуск воздуха. Для намытой пульпы наступает “шок”, гидравлический удар, который полностью сбрасывает пульпу в нижнюю часть фильтра, откуда ионит удаляется на захоронення в ХЖО.

Преимущества намывного фильтра: размеры фильтра меньше чем эквивалентного ему по производительности фильтра с насыпным слоем ионита (фильтр на производительность 50 м³ /ч имеет диаметр 0,2 м, а эквивалентный ему насыпный фильтр – 1,5 м); скорость фильтрации в намывном фильтре составляет всего 4 м/ч, что значительно меньше чем в насыпном фильтре (10 ...30 м/ч). Малая скорость фильтрации обеспечивает более качественную очистку фильтрата; количество сточных вод в намывном фильтре намного меньше; имеется возможность сохранения поглощательной способности слоя в случае использования ионитов в борно-калиевой форме.

Для рассчета производительности СВО–1 используют баланс примесей в контуре для всех возможных их видов и выбирают найбольшую расчетную. Обычно это производительность по удалению продуктов коррозии. Составим баланс примесей для объема контура с учетом взаимодействий контура с окружающей среды, как это показано на рис.6.7.

Рис.6.7. Баланс примесей первого контура

Изменение концентрации в объеме контура за промежуток времени τ в предположении, что величина организованных перетоков равняется величине добавочной (подпиточной) воды ( D_оп = D_пв ), в дифференциальной форме запишется следующим образом:

V dC/dτ = D_пв ( C_оп - C_пв ) + S ( J_к - J_в ) - D_б ( C_б - C_б^з ),

где V - объем контура ;

dC/dτ – изменение концентрации примеси во времени;

D_пв - расход подпиточной воды;

C_оп , C_пв , C_б, C_б^з – соответственно концентрации организованных перетоков, подпиточной воды, воды, что отводится на байпасную очистку и возврвщается после неё;

S - площадь поверхности конструктивных элементов первого контура;

J_к , J_в - соответственно скорость коррозии и скорость отложений примесей.

Таким образом изменения концентрации связаны с внесением примесей в контур с подпиточной водой, которая замещает организованные протечки; с процессами коррозии и отложений в контуре (эти изменения пропорциональны площади поверхности контура S и интенсивности коррозионных процессов J_к и процессов отложений J_в), а также с байпасной очисткой части контурной воды на СВО-1.

В условиях стационарности процесса dC/dτ = 0, поэтому из этого уравнение необходимая величина производительности (байпасной очистки СВО –1):

D_б = D_пв (C_оп - С_пв)/(C_б - C_б^з) + S(J_к - J_в)/(C_б -С_б^з ) .

Здесь перая составляющая отражает величину производительности сязанную с наличием подпиточной воды, другая – величину производительности связанную с выведением продуктов коррозии за исключением их отложений.

Если ввести понятие коэффициента очистки: η_оч= (C_б - C_б^з )/C_б и пренебречь отложениями продуктов коррозии, для производительности байпасної очистки СВО –1 найдем:

D_б = D_оп + G_к /C_б η_оч . ( 6.1 )

Например, для ВВЭР –1000, принимая согласно с ранее действующим нормам C^Fe = 0,2 мг/(л), η_оч = 0,6, при количестве продуктов коррозии, которые перейдут в раствор:

G_к=S_нс j_кнс η_нс+S_ц j_кц η_ц+S_вс j_квс η_вс=25000 0,1+6600 0,1+200 1=3360мг/ч,

где площадь поверхности нержавеющей стали S _нс= 25000м², площадь циркониевых сплавов S_ц = 6600 м², площадь углеродистых сталей S_вс = 200м², скорость перехода в воду продуктов коррозии соответственно нержавеющей стали, цирконию и углеродистой стали: j_кнс η_нс = 0,1 мг.(м² ч), j_кц η_ц = 0,1 мг/(м² ч), j_квс η_вс = 1 мг/(м² ч). Здесь через η_і обозначено долю продуктов коррозии, которые переходят в воду.

Величина организованных перетоков составляет приблизительно D_оп = 2 м³ /ч.

Тогда D_б = 2 + 3360 / ( 0,2 0,6 10³) = 2 + 28 = 30 м³/ч.

Реально производительность СВО-1 как раз и лежит в интервале 30 ... 60 м³/ч, при общем количестве воды, которая циркулирует в первом контуре 15000 м³/ч. Одновременно следует указать, что при введенни более жёстких норм на содержание железа (см. табл.6.1), действующие спецводоочистки получили запас производительности.

Ещё раз обратим внимание, что такие рассчеты ведут по каждой примеси и за расчетную производительность принимают ту, которая буде найбольшей.

Поскольку производительность СВО очень мала по сравнению с общим количеством воды, которая циркулирует в первом контуре, то действие СВО по эффективности снижения активности первого контура не очень велика. В основном снижение достигается только за счёт удаления радионуклидов, в которых период полураспада более чем 30 суток, короткоживущие радионуклиды вывестись не успевают.

Однако, при остановленном реакторе байпасная очистка наоборот вызывает интенсивное снижение общей активности, если она работает с расчетной производительностью. За 30 часов активность понижается в 100 раз.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие уровни действий имеют место при отклонениях показателей ВР первого контура?

2. Какие схемы работы СВО-1 возможны и какие функции она выполняет?

3. Как возможно рассчитать производительность СВО-1?