Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Объекты и методы исследований 12
1.1. Общая характеристика объектов исследования 12
1.2. Пробоотбор исследуемых сред 13
1.3. Методы анализа 17
Глава 2. Очистка 1-ых контуров яэу от радиоактивных загрязнений 21
2.1. Общие предпосылки поиска способов повышения эффективности удаления радиоактивных загрязнений из 1-ых контуров яэу 21
2.2. Направления совершенствования технологий химической дезактивации 25
2.3. Получение дополнительных исходных данных о закономерностях образования и массопереноса пк в 1-ых контурах яэу.. 33
2.4. Усовершенствование технологии дезактивации кмпц рбмк-1000 40
2.5. Усовершенствование технологий дезактивации первых контуров для аэс с ввэр 47
2.6. Оптимизация параметров «штатной» технологии дезактивации оборудования первого контура в сборе яэу iii поколения 56
2.7. Технология безреагентной «дезактивации на ходу» 65
Глава 3. Технология очистки теплоносителей от взвесей пк методом высокоградиентной магнитной фильтрации 74
3.1. Магнитная фильтрация. История вопроса (литературный обзор) 74
3.2. Обоснование общих подходов к разработке вгмф для очистки водных сред от взвесей пк в атомной энергетике 77
3.3. Математическое моделирование процесса высокоградиентной магнитной фильтрации 85
3.4. Разработка конструкции вгмф и проведение их промышленных испытаний на воде бассейнов выдержки отвс 96
3.5. Проведение испытаний разработанного вгмф на байпасной линии первого контура стенда прототипа транспортной яэу 105
3.6. Перспективные области применения вгмф в атомной и тепловой энергетике 107
Глава 4. Технология очистки парогенераторов аэс с ввэр от железооксидных медьсодержащих отложений 111
4.1. Проблема и способы ее решения (литературный обзор) 111
4.2. Поиски новых технологических решений в проблеме отмывки пг со стороны 2-ых контуров 128
4.3. Практические рекомендации по выбору технологий промывки пг со стороны 2-ых контуров 161
4.4. Промышленные испытания модернизированной технологии промывки пг на расхоложенных ру 163
Выводы 174
Список сокращений и условных обозначений 176
Список литературы
- Пробоотбор исследуемых сред
- Направления совершенствования технологий химической дезактивации
- Обоснование общих подходов к разработке вгмф для очистки водных сред от взвесей пк в атомной энергетике
- Поиски новых технологических решений в проблеме отмывки пг со стороны 2-ых контуров
Пробоотбор исследуемых сред
Для аустенитных нержавеющих сталей, наиболее широко используемых в качестве конструкционных материалов ЯЭУ, скорость общей коррозии крайне мала и основное внимание уделяется специфическим видам коррозии. Тем не менее, даже использование легированных сталей и специальных коррозионно-стойких сплавов не может полностью исключить общую коррозию этих материалов в водных теплоносителях и связанные с ней процессы образования и массопереноса ПК, диспергированных в теплоносителе, которые по разным оценкам [15] составляют от 1 до 5 % от общего количества ПК, присутствующих в контурах ЯЭУ. Помимо существования в форме диспергированных в теплоносителе частиц различной дисперсности, от ионных форм до грубодисперс-ных взвесей [11], находящиеся в контурах ЯЭУ ПК, присутствуют в них в виде коррозионных пленок и рыхлых отложений на поверхностях конструкционных материалов [16…18].
На поверхностях металла образуется топотаксиальный и эпитаксиальный слои продуктов коррозии. Топотаксиальная часть слоя непосредственно прилегает к металлу и состоит из кристаллов оксидов железа (смешанных оксидов железа, шпинелей), кристаллографические параметры которых близки к кристаллографическим параметрам покрытого ими металла. Отмечено, что топо-таксиальный слой на образцах аустенитной нержавеющей стали состоит из ма-гемита и смешанных шпинелей железа, хрома и никеля с общим составом [Fe, Ni]О [Fe, Cr2]O3 [19]. Такой слой, обладающий минимальной пористостью, является защитным по отношению к металлу. Эпитаксиальный слой, в основном, сформирован из наносных отложений продуктов коррозии, непрочно связанных с металлом, которые переносятся по контуру под воздействием изменений теплового потока (мощности реактора), гидродинамических возмущений и концентрации корректирующих добавок в теплоносителе. Эпитаксиальные пленки при концентрировании в них коррозионно-агрессивных примесей, таких как хлорид-ионы (явление «хайд-аут») могут вызывать ускоренную общую и/или специфические виды коррозии.
Процессы массопереноса ПК в контурах ЯЭУ, приводящие к образованию рыхлых отложений, существенно влияют на эксплуатационные параметры ЯЭУ с точки зрения теплообмена [20], а для 1-ых контуров и на радиационную об 7 становку в зоне обслуживания реактора [21] и, кроме того, на проходное сечение для потока теплоносителя через активную зону. Уменьшение последнего приводит к росту перепада давления в активной зоне реактора. Такой эффект, связанный с отложениями продуктов коррозии на дистанционирующих решетках тепловыделяющих элементов, проявился в последние годы на российских и зарубежных АЭС с ВВЭР-440 с корпусами без наплавки аустенитных сталей (Кольская АЭС, АЭС «Ловииса», АЭС «Пакш», НВАЭС).
Радиационное воздействие на персонал при проведении ремонтных работ, в основном, определяется долгоживущими радионуклидами продуктов коррозии. По данным [22] для персонала АЭС с РБМК коллективная доза облучения может возрасти в 3 раза при увеличении выноса продуктов коррозии из конден-сатно-питательного тракта (КПТ) в контур многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) в 2 раза (с 75 до 150 кг/год). Там же показано, что для реакторов типа РБМК-1000 с ростом выноса продуктов коррозии конструкционных материалов из КПТ увеличивается количество вышедшего из строя оборудования КМПЦ, что приводит к дополнительным экономическим затратам и уменьшению КИУМ. Высказано предположение, что повреждение твэлов может происходить по двум причинам: фреттинг-коррозия [23] и локальная коррозия оболочек, вызванная их перегревом из-за отложений ПК.
Проблемы образования ПК и их влияния на эксплуатационные характеристики объектов атомной энергетики достаточно остро стоят и для вторых, и других технологических контуров ЯЭУ. Учитывая, что в состав конструкционных материалов вторых контуров из экономических соображений включены менее коррозионно-стойкие стали и сплавы, количество отложений на поверхности ПГ со стороны второго контура на ВВЭР-1000 достигает 1000 кг и более, что существенно влияет на эффективность их работы.
Существует два общих подхода к решению проблемы удаления ПК из контуров ЯЭУ. Во-первых, учитывая, что заметная доля от общего количества ПК постоянно находится в диспергированном состоянии в водном теплоносителе, возможно их выведение из контуров с помощью систем очистки теплоносителя, функционирующих в эксплуатационных режимах ЯЭУ. Во-вторых, ПК в форме коррозионных отложений могут удаляться в период вывода ЯЭУ из действия с помощью химических промывок контуров растворами специальных реагентов, обеспечивающих растворение ПК при минимальном коррозионном воз 8 действии на сами конструкционные материалы. Промывки оборудования ЯЭУ играют важнейшую роль в обеспечении последующей безаварийной эксплуатации [24]. В случае первых контуров химические промывки обеспечивают очистку внутренних поверхностей оборудования 1-ых контуров одновременно от коррозионных отложений и продуктов размыва топлива из негерметичных твэл, что является одним из условий обеспечения безопасной эксплуатации ЯЭУ.
Широкое развитие атомной энергетики стационарного и транспортного назначения в СССР в 60-70-е годы 20-го века сопровождалось разработкой адекватных технологий дезактивации и химических промывок оборудования. В результате выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, преимущественно во ВНИПИЭТ и в ряде других профильных организаций, к концу восьмидесятых годов были решены следующие важнейшие задачи в области дезактивации: исследована эффективность разнообразных рецептур промывных растворов; разработаны физико-химические основы процессов дезактивации, включая установление закономерностей образования, накопления, поведения в растворах и на поверхностях дезактивируемого оборудования ПК; проведена оценка коррозионного воздействия растворов различных рецептур на конструкционные материалы 1-ых контуров ЯЭУ и т.п. [24, 25]; проведена систематизация химических рецептур, методов и технических средств, а на ее основе создана нормативно-правовая база применения методов дезактивации (ГОСТы, РД, РТК, ТУ и пр.) [25, 26]; созданы головные образцы оборудования и проведены опытно-экспериментальные и промышленные испытания базовых рецептур дезактивирующих растворов.
Направления совершенствования технологий химической дезактивации
Целесообразность включения в предлагаемый технологический процесс дезактивации дополнительной второй (осветлительной) стадии, предназначенной для разрушения избытка КМnО4 и растворения MnO2, с использованием в качестве осветляющего реагента пероксида водорода обуславливается тем, что последний является бессолевой добавкой с величиной рН раствора, близкой к нейтральной, что позволяет снизить общее солесодержание отработанных дезактивирующих растворов. Экспериментально установлено, что использование Н2О2 на завершающей стадии окислительной обработки оборудования позволяет не только повысить кинетические характеристики процесса разрушения в растворе избытка КМnО4 и растворения вторичных отложений диоксида марганца (MnО2), но и увеличить эффективность процесса окисления в отложениях Cr3+ до Cr6+ в результате химических реакций взаимодействия Н2О2 с перманганатом калия и диоксида марганца [85] и частичного каталитического распада самого пероксида водорода до атомарного кислорода [86]. Кроме того, в результате химико-каталитического разрушения Н2О2 с образованием газообразного кислорода в очищаемой системе «раствор – пленки эксплуатационных отложений – поверхность металла» реализуется режим интенсивного перемешивания (пристеночного «кипения») раствора, что улучшает гидродинамические характеристики процесса очистки, активизирует захват раствором продуктов коррозии и Со58 с поверхностей очищаемого оборудования [87] и повышает эффективность дезактивации. Необходимое количество пероксида водорода при проведении осветляющей стадии в первой ванне определяется по стабилизации концентрации марганца в растворе, причем его количество в растворе должно соответствовать количеству марганца, введенного в раствор в составе KMnO4.
Процесс дезактивации на второй стадии необходимо заканчивать при стабилизации концентрации марганца в растворе ванны, а на третьей стадии – при стабилизации концентрации Fe, Cr и Ni в растворе при наличии в нем свободной ЭДТК. Рабочую концентрацию этилендиаминтетрауксусной кислоты в растворе на третьей стадии дезактивации рассчитывают на основании теоретической же-лезоемкости ЭДТК, исходя из количества отложений на поверхностях оборудования и при условии образования нормального комплекса Fe :ЭДТК в соотношении 1:1.
Применение на третьей стадии дезактивации восстановительного раствора ЭДТК с NH4Ac и N2Н4 при массовом соотношении 1:0,5:0,1 и исходной величи 51 не рН раствора от 4,0 до 5,0 исключает возможность образования в объеме раствора и осаждения на поверхностях очищаемого оборудования вторичных отложений, повышает эффективность процесса растворения оксидов металлов за счет обеспечения оптимальной для растворения феррита никеля [88] и магнетита [76, 77] рН раствора, что подтверждено результатами натурных экспериментов (см. таблицу 2.9).
Проверку эффективности модернизированной технологии осуществляли на образцах теплообменных труб (ТОТ), вырезанных из парогенераторов энергоблока № 3 Ново-Воронежской АЭС. Химический состав отложений на образцах ТОТ со стороны первого контура приведен в таблице 2.10. Таблица 2.10- Химический состав отложений ТОТ со стороны 1-го контура парогенератора ПГВ-440 энергоблока №3 НовоВоронежской АЭС.
На третьей стадии (восстановительной), предназначенной для растворения смешанных оксидов Fe, Cr и Ni (в модернизированной технологии), использовали концентрат ЭДТК с NH4CH3COO и N2H4 до создания в ванне раствора состава: - ЭДТК концентрацией 20,0 г/кг; - NH4CH3COO концентрацией 10,0 г/кг; - N2H4 концентрацией 2,0 г/кг; - исходный рН раствора 3,6. Температура процесса поддерживалась на уровне 95+5 0С. Коэффициент дезактивации (Кд) определяли на основании результатов измерений активности образцов на корабельном радиометре КРАБ-3.
Результаты экспериментов приведены в таблице 2.11. Как следует из таблицы, проведение дезактивации по модернизированной технологии позволило примерно в 3 раза повысить коэффициент дезактивации - Кд. Таблица 2.11- Коэффициенты дезактивации образцов-свидетелей ТОТ, вырезанных из трубчатки парогенераторов 3го и 4-го блоков НВАЭС
Вариант технологии Стадии обработки Время обработки, ч Ар, имп. см / мин Кд Прим. начальная конечная штатная Окислительная 0,0 1575 2,5 - - Осветлительно-восстановительная 0,2 695 2,3 3,0 656 2,4 модернизирован-ная Окислительная 0,0 1595 2,5 - - Осветлительная 0,1 295 5,4 вводН2О2
Восстановительная 3,0 195 8,2 Дальнейшие поиски технических решений по повышению эффективности штатной технологии связаны с изучением влияния на нее порядка ввода реагентов на стадии окислительной обработки. Присутствие в растворе перманганата калия уменьшает растворяющую способность азотной кислоты по отношению к железо-оксидным отложениям (таблица 2.12).
Как видно из данных, приведенных в таблице 2.12, присутствие 1 г/л перманганата калия снижает растворяющую способность азотной кислоты примерно на 20…35 %. Это, видимо, связано с образованием вторичных отложений в виде диоксида марганца, экранирующих поверхность магнетита и затрудняющих доступ азотной кислоты к железо-оксидным отложениям. Полученные данные свидетельствуют о целесообразном разделении ввода азотной кислоты и перманганата.
Для осуществления пассивации отмытых поверхностей был выбран режим многократного дозирования пероксида водорода (до 10 раз) с его концентрацией в растворе до 2 г/л. При этом на поверхности нержавеющей стали образуется защитная пленка магнетита. Количество дозирований пероксида водорода и, соответственно его расход, зависит от остаточной концентрации щавелевой кислоты и ионов железа в дезактивирующем растворе. Таблица 2.12 - Кинетика растворения природного Fe3O4 в растворах азотной кислоты
Фазовый состав поверхности образцов ТОТ после дезактивации был определен методом мессбауэровской спектроскопии в геометрии отражения (рисунок 2.8).
Параметры мессбауэровского спектра образца позволяют сделать заключение о том, что поверхность нержавеющей стали покрыта слоем нестехиометрического магнетита толщиной порядка 1…2 мкм.
Для определения состояния поверхности образцов после дезактивации были проведены измерения равновесного электрохимического потенциала в боратном буферном растворе при рН = 7,2. На рисунке 2.9 приведена потенциодинамическая анодная поляризационная кривая образца ТОТ. Измерения проводили в боратном буферном растворе H3BO3 (0,1 моль/л) + KOH (до достижения рН = 7,2). Скорость развертки (изменения потенциала) 50 мВ/мин. Характер изменения кривой показывает, что при величине потенциала менее 1,0 В поверхность образца находится в пассивном состоянии, изменение потенциала практически не влияет на изменение плотности тока.
Обоснование общих подходов к разработке вгмф для очистки водных сред от взвесей пк в атомной энергетике
Как уже отмечалось выше, основным недостатком «химических» технологий дезактивации является образование больших объемов ЖРО. Альтернативным подходом к проведению дезактивации 1-ых контуров ЯЭУ на уровне удаления из них рыхлых отложений ПК является уже упоминавшаяся «дезактивация на ходу». Последняя является двухстадийным процессом, включающим «возмущающее» воздействие на рыхлые отложения АПК, накапливающиеся в 1-ых контурах ЯЭУ в процессе эксплуатации, обеспечивающее их перевод с поверхностей в состояние взвесей в теплоносителе, и стадию выведения из теплоносителя перешедших в него взвешенных частиц АПК. Поэтому разработка технологий ее проведения включает в себя выбор наиболее эффективных «возмущающих» воздействий на рыхлые отложения ПК и способов выведения взвешенных частиц ПК из теплоносителей. Исходные данные для выбора возмущающих воздействий приведены на рисунке 2.16.
Эффективность процесса на стадии выведения АПК из теплоносителя зависит от двух факторов: от эффективности выделения частиц АПК на выбранных для этого фильтрах и от соотношений постоянных осаждения на фильтрах и на внутриконтурных поверхностях. Последний процесс ограничивает время, в течение которого из теплоносителя можно выводить взвешенные в нем частицы АПК без образования вторичных отложений.
Динамика уменьшения в теплоносителе активности нуклидов 51Cr, 58Co, 103Ru, которые являются типичными представителями групп АПК и НПД и позволяют измерять их активность с минимальными погрешностями, иллюстрирует затухание «всплеска» активности этих радионуклидов после перехода из режима естественной циркуляции в режим с включенными на большую скорость ЦНПК (рисунок 2.16.)
Для всей совокупности экспериментальных результатов среднее значение т = 3,2ч-1 или, учитывая, что для указанных радионуклидов Х Ф + О и при работе ЦНПК Ф = 0,2 ч-1 среднее значение постоянной осаждения О = 3,0 ч-1. При этом «амплитуда» всплеска активности нуклидов А(t=0) составляет: A(51-Cr) = 1,5 10-7 Кu/кг; А(58-Co) = 3,0 10-8 Кu/кг; А(103-Ru) = 5,7 10-9 Кu/кг. Таким образом, постоянная осаждения продуктов коррозии и ассоциированных с ними «нелетучих» продуктов деления при работе ЯЭУ на уровне мощности Р = 30%Рн при пониженных параметрах теплоносителя (Тср= 290 0С) и концентрации NH3 =30 мг/кг (рН = 10,2) составляет О = 3,0 ч-1. В этих условиях эффективность вывода продуктов коррозии на штатных ионообменных фильтрах крайне низка, и для повышения эффективности выведения АПК из контура необходимо либо повысить эффективность очистки теплоносителя на фильтре, либо искать способы снижения постоянной осаждения.
В поисках решения по снижению постоянной осаждения было исследовано влияние ввода в теплоноситель корректирующих добавок в пределах допустимых содержаний, а в поисках повышения эффективности выведения АПК на фильтрах были последовательно рассмотрены три способа выделения взвешенных частиц ПК из теплоносителя: на штатных ионообменных фильтрах при изменении концентрации корректирующих добавок; на термостойких неорганических сорбентах с высокой шламовой емкостью и на высокоградиентных магнитных фильтрах.
При поиске решения проблемы по первой схеме было известно о незначительной эффективности выведения взвешенной составляющей ПК, находящихся в теплоносителе, на штатных ионообменных фильтрах [40, 42, 55].
В результате исследований, проведенных на стенде-прототипе транспортной ЯЭУ, установлено, что на остановленном и расхоложенном реакторе значение постоянной осаждения уменьшается приблизительно на порядок по сравнению с величиной, характерной для номинальных параметров теплоносителя и соизмеримых значений химических показателей (рН, NH3). Отсюда закономерно следует, что за счет изменения режима работы фильтров очистки (их включение на расхоложенной установке), можно повысить эффективность выведения эксплуатационных примесей. Вместе с тем, постоянная осаждения зависит от соотношения скоростей процессов адсорбции и десорбции примесей на поверхностях конструкционных материалов. Скорость этих процессов определяется знаком и величиной поверхностных зарядов частиц продуктов коррозии. Последние связаны с концентрацией в растворе потенциалопреде-ляющих ионов, к числу которых относятся гидроксил-ионы. Поэтому было сделано предположение, что постоянная осаждения должна зависеть от рН теплоносителя. Для проверки этой гипотезы был проведен специальный эксперимент с варьированием концентрации аммиака в теплоносителе в пределах допустимых концентраций. Этот эксперимент подтвердил сделанное предположение. В результате этих исследований было установлено, что период полувыведения примесей ПК на ионообменном фильтре (Т1/2 = 0,693/П, где П - постоянная очистки) увеличивается с ростом концентрации аммиака (рисунок 2.17).
Полученные данные позволили предложить схему «дезактивации на ходу» с использованием штатных фильтров ионообменной очистки теплоносителя, иллюстрируемую на рисунке 2.18.
Согласно этой схеме концентрация аммиака в теплоносителе на расхоложенном реакторе доводится до максимально допустимого значения, после чего реализуется возмущающее воздействие (включение циркуляционных насосов) при включенных ионообменных фильтрах системы очистки теплоносителя. В результате подобной операции достигаются два эффекта: максимальный сброс рыхлых отложений с поверхностей и максимально продолжительное время существования взвешенных примесей ПК в объеме теплоносителя, а, соответственно, и их эффективный вывод на фильтрах очистки. При этом в качестве показателя эффективности выведения ПК из контура может быть использовано относительное уменьшение количества взвешенных примесей в теплоносителе, появляющихся в нем при периодическом проведении тестовых режимов.
Эффективность реализации подобной схемы «дезактивации на ходу» в периоды остановок ЯЭУ на планово-профилактический ремонт иллюстрируется динамикой изменения количества рыхлых отложений на поверхностях активной зоны. Несмотря на сравнительно невысокую сорбционную емкость штатных ионообменных фильтров по взвешенным формам продуктов коррозии, проведение «дезактивации на ходу» после подпитки контура аммиаком, позволило получить значительный эффект по выводу эксплуатационных примесей из контура, о чем свидетельствует последовательное снижение амплитуд максимумов на кривых, приведенных на рисунке 2.3.
Одно из направлений повышения эффективности «дезактивации на ходу» было реализовано путем применения на стадии выведения ПК из теплоносителя термостойких неорганических фильтрующих материалов. Известные недостатки органических ионитов, а именно радиационное и термическое разрушение явились отправной точкой для поиска неорганических материалов, лишенных этих недостатков [89]. Эти поиски не были связаны с решением проблемы «дезактивации на ходу», а были ориентированы на разработку высокотемпературных фильтров для байпасной очистки теплоносителя без его предварительного охлаждения, но основная решаемая при этом задача удаления взвешенных форм ПК полностью совпадает с задачей, которую необходимо решить для повышения эффективности процесса «дезактивации на ходу».
В конце 70х годов прошлого века в ВТИ было обосновано применение ряда неорганических сорбентов и выданы рекомендации по проектированию системы высокотемпературной очистки теплоносителя I контура АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. Предполагалось, что помимо улучшения теплотехнических характеристик объектов за счет исключения систем охлаждения теплоносителей, применение фильтров с загрузкой из термостойких материалов приведет к более эффективному удалению активированных продуктов коррозии из теплоносителя и существенному улучшению радиационной обстановки по сравнению с энергоблоками, где для очистки теплоносителя I контура используются низкотемпературные фильтры с загрузкой ионообменными смолами. К началу 90х годов в СССР эксплуатировалось 11 энергоблоков так называемой «большой» унифицированной серии ВВЭР-1000 с реакторами В-320, оснащенными высокотемпературными фильтрами (ВТФ) очистки теплоносителя. Для загрузки ВТФ на начальном этапе исследований использовались неорганические сорбенты типа гидроксида титана. Однако, из-за склонности к пептизации от них достаточно быстро отказались, заменив сорбенты термостойким фильтрующим материалом – губчатым титаном. Последний практически не обладает сорбционными свойствами и удерживание частиц ПК из теплоносителя на нем обеспечивается практически за счет «ситового эффекта». Опираясь на данные, полученные при анализе их применения на АЭС, было установлено, что эффективность очистки от ПК на ВТФ с загрузкой губчатым титаном при рабочих уровнях концентраций ПК в теплоносителях 1-ых контуров ВВЭР оказалось недостаточной, но резко увеличивалась при увеличении концентрации ПК до «пороговых» значений [90…92].
Поиски новых технологических решений в проблеме отмывки пг со стороны 2-ых контуров
Отложения, образующиеся на ПГ со стороны 2-го контура. Отечественная и зарубежная практика эксплуатации АЭС с реакторами ВВЭР и PWR показала, что в процессе работы парогенераторов в режимах генерации пара на теплообменной поверхности трубного пучка со стороны второго контура образуются отложения ПК конструкционных материалов конденсатно-питательного тракта. Основу отложений составляют оксиды железа, меди и металлическая медь. Многочисленные случаи выхода из строя парогенераторов из-за негерметичности трубных систем наносят значительный экономический ущерб, приводят к росту дозовых нагрузок на ремонтный персонал. Накопление отложений на теплообменных трубах ПГ создает условия для концентрирования коррозионно-агрессивных примесей (прежде всего, хлоридов) в слое отложений и воздействия на металл труб концентрированных растворов, прежде всего хлоридов и сульфатов. Существенный вклад в развитие локальных видов коррозии вносит содержащаяся в отложениях медь. В условиях восстановительного ВХР второго контура медь может существовать в элементном виде. Как правило, медь откладывается в нижних слоях отложений непосредственно на поверхности теплообменных труб и является одним из факторов, способствующих развитию коррозионных дефектов (вплоть до сквозных). Это приводит к снижению проектных параметров теплообмена в ПГ, образованию язв, питтингов, коррозионных трещин основного конструкционного материала отечественных ПГ – стали 0Х18Н10Т, что в совокупности приводит к уменьшению ресурса работы ПГ и, как следствие, к снижению коэффициента использования установленной мощности энергоблока в целом. Замена парогенераторов связана с большими финансовыми, техническими и дозовыми затратами, поэтому обеспечение их надежной эксплуатации – одна из важнейших задач в решении общей проблемы повышения конкурентоспособности атомной энергетики. Для применяемых в атомной энергетике РФ го 112 ризонтальных ПГ теплообменные трубы являются основным элементом, определяющим фактический срок службы ПГ. В связи с этим, для продления ресурса ПГ, необходимо своевременное удаление с теплопередающих поверхностей эксплуатационных отложений. Показано, что наиболее эффективным способом удаления отложений с поверхностей трубчатки ПГ со стороны второго контура является химическая очистка за счет их растворения. Химическое удаление эксплуатационных отложений позволяет не только наиболее полно восстановить проектные теплофизические характеристики парогенератора, но и замедлить развитие коррозионных повреждений трубчатки ПГ в процессе его эксплуатации.
К технологиям удаления отложений с теплообменной поверхности ПГ предъявляются следующие требования: - высокая эффективность растворения, поскольку общая масса отложений в ПГ может значительно превышать 1000 кг; - эффективное удаление отложений со всей теплообменной поверхности ПГ, в том числе из труднодоступных зон: мест дистанционирования и межтрубного пространства; - технология должна быть унифицирована как на удаление оксидов железа (основной компонент отложений), так и соединений меди (компонент, провоцирующий локальные виды коррозии); - технология удаления отложений не должна приводить к коррозионным или механическим повреждениям теплообменной поверхности и внутри-корпусных устройств ПГ и вспомогательных систем, подвергаемых химической промывке.
Большой опыт очистки трубных систем ПГ от отложений накоплен во Франции, Бельгии, Японии, Германии, США [146, 147]. Способ химической отмывки состоит из нескольких последовательно повторяющихся этапов растворения отложений, содержащих железо и медь [148]. Для повышения эффективности и сокращения сроков отмывки электроэнергетическим институтом США (EPRI) была разработана высокотемпературная технология EPRI SGOG, когда промывка осуществляется при температуре 125оС. По технологии EPRI SGOG специалистами фирмы ABB REAKTOR в 1992 г. была проведена химическая очистка трубных пучков трех парогенераторов на АЭС «До-эль-4» в Бельгии (пущена в апреле 1985 г.). В ходе очистки было удалено в общей сложности около 4 т отложений, главным образом, оксидов железа, а также соединений никеля, цинка, свинца, меди и др. [149].
На венгерской АЭС «Пакш» в 1990 г. впервые была проведена химическая отмывка горизонтальных парогенераторов советской конструкции по технологии немецкой фирмы «Сименс» (блоки были пущены в декабре 1982 г., сентябре 1984 и 1986г., в августе 1987 г.). Очистка шести парогенераторов заняла 4 суток. Характерной особенностью технологии фирмы «Сименс» является проведение химической очистки при повышенной температуре. Эта технология ранее с успехом использовалась в Германии, Испании, Швеции, Бельгии и Японии [150, 151].
Химическая отмывка обеспечивает устойчивое и эффективное удаление отложений, но она связана со значительными материальными затратами и большим количеством жидких радиоактивных отходов, что сдерживает ее широкое применение. Поэтому ряд фирм США и других стран разрабатывает новые технологии очистки. Наибольшего успеха удалось достичь на основе применения гидромеханических способов очистки, что позволяет сэкономить примерно 5…7 млн. долл. на один парогенератор при сравнимой эффективности очистки и существенно снизить количество жидких отходов. Для реализации этого метода разработано робототехническое гидравлическое устройство CECTL-4, которое было впервые испытано в 1989 г. на АЭС «Индиан Пойнт». Оказалось, что оно удаляет такое количество отложений из одного парогенератора, какое удается извлечь из трех при традиционном способе очистки трубных поверхностей скребками [152].
Фирма ABB REAKTOR совместно с фирмой «Pacific Newclear Service» (PNS) разработала низкотемпературный процесс и оборудование (рисунок 4.1) для химической очистки трубных поверхностей парогенераторов, позволяющий эффективно растворять отложения, содержащие железо (Т 25 оС) и медь (Т = 35 оС). Для обработки теплообменных поверхностей парогенераторов используют этилендиаминтетраацетат диаммония, диамино-этилен, нашатырный спирт, гидразин, пероксид водорода и ингибитор ССI-801. Достигнута почти 100%-ня эффективность растворения и выведения коррозионных отложений и трубных систем парогенераторов. Длительность очистки - примерно двое суток [153].
