Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор научно-технической литературы и постановка задачи 13
2. Теория распределения примесей в объеме кипящего рабочего тела стационарном и переходных режимах 37
2.1. Физико-химические основы концентрирования примесей 37
2.2. Гидродинамическая модель процессов прятания и выброса 47
2.3. Диффузионно-гидравлическая модель 55
2.4. Распределение примесей в объеме кипящего рабочего тела 59
3. Гидравлические связи между элементами КМПЦ РБМК и их характеристики 70
3.1. Описание КМПЦ РБМК. Характеристики работы КМПЦ РБМК ..70
3.2. Режимы работы КМПЦ РБМК 76
4. Эксперименты по исследованию процессов выброса примесей во время останова блока с РБМК 87
4.1. Описание экспериментов. Методы и средства измерения 88
4.2. Результаты экспериментов 90
4.2.1. Эксперимент на энергоблоке №3 Смоленской АЭС 90
4.2.2. Эксперимент на энергоблоке №1 Смоленской АЭС 105
4.2.3. Эксперимент на энергоблоке №2 Смоленской АЭС 112
4.3. Анализ результатов экспериментов 121
4.4. Пути совершенствования регламента продувки 126
Выводы 130
Список литературы 133
- Физико-химические основы концентрирования примесей
- Распределение примесей в объеме кипящего рабочего тела
- Описание КМПЦ РБМК. Характеристики работы КМПЦ РБМК
- Эксперимент на энергоблоке №1 Смоленской АЭС
Введение к работе
Совершенствование технологических процессов на электрических станциях посредством внесения необходимых изменений в регламент работы оборудования, в технологические и конструктивные схемы элементов оборудования является важной задачей, требующей постоянного внимания эксплуатирующих и проектирующих организаций. Это позволяет обеспечивать более эффективное и долговременное функционирование оборудования, основываясь на понимании протекающих физических в нем процессов и не прибегая к дорогостоящей замене элементов оборудования. В настоящее время эта задача приобретает особое значение.
Изношенность технологического оборудования становится серьезной проблемой электроэнергетики страны. Одной из основных причин отказов является разрушение поверхностей теплообмена, вследствие коррозии и образования отложений.
Особенностью АЭС с РБМК является радиоактивность оборудования, обусловленная образованием отложений радионуклидов на внутренних поверхностях. Это приводит к повышенной численности обслуживаемого персонала и увеличению его дозовых нагрузок. Проблема дозовых нагрузок персонала АЭС в настоящее время рассматривается не только с медицинской точки зрения, но и с технической, экономической и социальной. Снижение дозовых нагрузок персонала АЭС прямо приводит к снижению эксплуатационных затрат и повышению коэффициента использования установленной мощности АЭС.
Большую часть дозовых нагрузок персонал получает в период ремонтных работ на остановленном оборудовании. Мощность экспозиционной дозы излучения от оборудования этой части контура при остановленном реакторе на 80-95% обусловлена у-распадом радионуклидов продуктов коррозии конструкционных материалов контура. Анализ данных по облучению персонала при проведении ремонтных работ показывает, что к
9 его основным источникам относятся 60Со, 5ICr, 59Fe, 58Со и другие продукты коррозии [27]. Продукты коррозии железа являются носителями соединений радиоактивных изотопов, образовавшихся из легирующих компонентов сталей. При появлении отложений в активной зоне продукты коррозии могут сорбироваться из объема теплоносителя на поверхности твэлов и длительное время удерживать даже растворимые примеси, в частности соединения натрия, хлориды, а также продукты деления, попавшие в теплоноситель из негерметичных твэлов. Образовавшиеся отложения могут подвергаться смыву и выносу в другие части контура. Откладываясь на элементах контура вне активной зоны, отложения создают наведенную радиоактивность и приводят к радиационному заражению всего контура.
Радикальный путь устранения перечисленных нежелательных явлений — создание такого водного режима, при котором в воде не появлялось бы продуктов коррозии. Если же это условие не обеспечивается в полной мере, то задача состоит в разработке новых технологий, направленных на повышение уровня эксплуатации и надежности парогенерирующих установок. К этим разработкам относятся и совершенствование регламента ведения продувки в переходных режимах работы парогенерирующего оборудования, опирающееся в своем теоретическом плане на закономерности распределения примесей.
Для удаления примесей из парогенерирующего объема применяются непрерывная и периодическая продувка. Непрерывная продувка применяется для поддержания на допустимом уровне концентрации растворенных примесей. Ее целесообразно осуществлять из зоны с максимальной концентрацией примесей. Необходимость проведения непрерывной продувки заключается не только в удалении растворенных примесей. Практика показывает, что наиболее опасно для работоспособности тепловыделяющих элементов образование отложений из примесей. Большая часть нерастворенных примесей ведет себя подобно растворенным и их эффективное удаление с
10 непрерывной продувкой способствует уменьшению образования отложений. Периодическая продувка, как правило, применяется для удаления скопления нерастворенного шлама с нижних образующих парогенерирующего оборудования. Периодическая продувка может применяться также для восстановления и поддержания концентрации растворенных примесей в случаях нарушений ВХР. В этом случае она проводится по тем же линиям, что и непрерывная.
Следует отметить, что среди специалистов в настоящее время нет единой координации объединяющей процессы тепло-массообмена и гидродинамики в объеме кипящего рабочего тела, распределения по объему и в районе тепловыделяющих элементов растворимых и нерастворимых примесей. Если в режиме нормальной эксплуатации представление об этих процессах еще достаточно адекватны, то при пусках, остановах и в режимах с переменной нагрузкой происходят процессы, которые практически не изучены.
При эксплуатации парогенерирующих устройств (реакторы и парогенераторы АЭС, котлы ТЭС и т.д.) в переменных режимах часто наблюдается значительное изменение концентрации и радиоактивности примесей в рабочей среде при неизменном качестве питательной воды, получившее название выброса и прятания или хайдаута (от английских терминов hideout и hideout return - прятание и возврат).
Процесс хайдаута протекает следующим образом: в работавшем длительное время на постоянных параметрах парогенерирующем устройстве устанавливается постоянная концентрация примесей в теплоносителе, причем концентрация примесей в пристенном слое парогенерирующей поверхности и ядре потока различна. Величина концентрирования примеси зависит от ее свойств: растворимости, летучести, дисперсности и др. При снижении нагрузки или останове происходит значительное увеличение концентрации и радиоактивности примесей в объеме рабочего тела. При этом количество выбрасываемых примесей из пристенного слоя растет с увеличением его толщины, которая, в свою очередь, определяется величиной слоя отложений на поверхности теплообмена и его пористостью.
Именно в этот момент следует проводить режим включения периодической продувки или увеличения постоянной. Такой режим позволяет достичь следующих преимуществ: продувка в таком режиме имеет максимальную эффективность, то есть, при равном расходе из парогенерирующего объема выводится максимальное количество примесей, в том числе и радиоактивных. При этом снижается дозовая нагрузка на персонал. увеличение количества выводимых примесей в период снижения мощности, в свою очередь, снижает концентрацию примесей в объеме рабочего тела при последующей нагрузке, что снижает образование отложений и коррозию и положительно сказывается на надежности тепловыделяющих элементов.
Также необходимо учитывать время осаждения частиц примеси после останова и гидродинамику в объеме рабочего тела.
Итак, целью данной диссертационной работы является разработка и внедрение на основе динамики распределения примесей новых технологий, направленных на эффективный вывод примесей и продуктов коррозии из объема рабочей среды, а, следовательно, и повышение уровня эксплуатации и надежности блоков с РБМК. Особое внимание уделяется теории распределения примесей с различными свойствами в кипящем объеме рабочего тела и разработке математической модели, описывающей процессы выброса и прятания примесей (глава 2), а также анализу гидравлических связей между элементами КМПЦ, оказывающих влияние на интегральное распределение примесей в КМПЦ. На основании этих данных строятся рекомендации по увеличению эффективности вывода примесей из КМПЦ путем совершенствования регламента ведения технологических операций с системами и элементами систем АЭС с учетом их режимов работы. Обзор сведений о вводно-химическом режиме АЭС с РБМК и его особенностях,
12 работ по исследованию состава естественных примесей рабочей среды и продуктов коррозии конструкционных материалов и их свойствах представлен в главе 1. Описание гидравлических связей между элементами КМПЦ РБМК, возможные схемы включения элементов КМПЦ и технологическе параметры работы КМПЦ для нормальной работы по этим схемам, описание технических возможностей систем и оборудования АЭС для поддержания ВХР, для выведения примесей из КМПЦ приводятся в главе 3. Результаты экспериментов проведенных на блоках №№1,2,3 Смоленской АЭС по замеру концентрации и активности примесей в период останова блока представлены в главе 4.
Физико-химические основы концентрирования примесей
Однако связь процесса прятания примесей с нарушением циркуляции является плохо обоснованной. Так, примеси, содержащиеся в кипящей среде, имеют различную растворимость и находятся в различных концентрациях, и следовало бы ожидать их различного поведения при выбросе и прятании, чего, однако, не происходит. Еще одним свидетельством нестостоятельности гипотезы Шкроба, является следующее обстоятельство: в настоящее время удельные тепловые потоки значительно возросли, и нарушение циркуляции, которое допускалось ранее, привело бы к пережогу труб на всех котлах, на которых происходит явление выброса и прятания.
Гипотеза Хемига и Класса [56] дает другую трактовку механизма процесса выброса и прятания примесей. Согласно ей паровые пузыри, которые возникают в пристенном слое у теплопередающей стенки, отделяются от нее и собираются в середине трубы. Возникающая вследствие испарения потеря воды в пристенном слое непрерывно пополняется, что приводит наличию в парообразующей трубе составляющей потока, направленной радиально к стенке трубы. С этим радиальным потоком примеси непрерывно поступают к стене трубы. При испарении воды, содержащей примеси, в пристенном слое большая часть примеси остается в воде, что приводит к накоплению примеси вблизи стенки трубы. Однако накопление примеси в пристенном слое протекает не беспредельно, так как имеет место постоянный обратный отток примеси из пристенного слоя с высокой концентрацией примеси к ядру потока, из-за обратной диффузии. Также примеси уносятся с отделившимися пузырьками пара в их жидкостной оболочке.
На основании этой гипотезы, Хемиг пришел к выводу, что при достаточном возрастании тепловой нагрузки можно достигнуть больших значений концентрации примеси в пристенном слое, даже при низких давлениях. Этот вывод подтверждается наличием явления прятания примеси на котлах "Велокс" при давлении 40 атм., которые работают с весьма высокими тепловыми нагрузками[52].
В современной отечественной литературе (90-е года) явление прятания примесей связывается с процессами локального концентрирования содержащихся в воде примесей в щелях, зазорах, трещинах и пористых отложениях [32,34]. Это предположение, по-видимому, следует считать недостаточным для объяснения явления, поскольку хоть концентрирование примесей в локальных областях вполне возможно, общая масса примесей, способная сконцентрироваться там, мала.
Также в исследованиях процессов выброса и прятания примесей в ядерных энергетических установках эти явления часто связывались с разгерметизацией твэлов в процессе останова или разгрузки. Это предположение вполне оправдано, однако большое сходство с аналогичными процессами в обычной энергетике дает все основания считать, что основная причина в обоих случаях одна и та же, а разгерметизация твэлов, если, и имеет место, то лишь как дополнительный эффект.
В некоторых зарубежных источниках 90-х годов, в частности в документах американского института ЕРШ [57], говорится, что выход примесей происходит из накопившихся в период работы химических форм на теплопередающей поверхности, из шламовых отложений и из полостей щелей. Недостатком этой гипотезы является существенная связь с химическими свойствами примесей, подверженных хайдауту. Это означает, что примеси, обладающие различными химическими свойствами, должны вести себя в процессах выброса и прятания различным образом, вплоть до противоположного поведения. Этого, однако, не наблюдается.
Недостатки последней гипотезы следует, по-видимому, распространить и на любые другие предположения, увязывающие процессы выброса и прятания с химическими свойствами. Это наводит на мысль, что природа процессов хайдаута гидродинамическая, так как только такое предположение способно объяснить независимость этих процессов от свойств конкретных веществ. Однако нельзя полностью отрицать роль химических процессов. Вполне возможно протекание химических реакций, существенно изменяющее общий характер процесса, при наличии основного механизма изменения концентрации примесей, связанного с изменением нагрузки.
Помимо отмеченных недостатков, перечисленные гипотезы обладают еще одним, общим для всех недостатком - они не дают возможности для количественного расчета процессов выброса и прятания. Тем самым не только снижается их практическая ценность, но и теряется возможность для проверки правильности той или иной гипотезы, так как такая проверка, очевидно, может быть сделана лишь путем сопоставления результатов расчета с экспериментальными данными.
Предложена новая теория, предполагающая концентрирование примесей в тонком слое вблизи поверхности теплообмена. В определенной мере, эта теория является развитием гипотезы Хемига (хотя первоначальная гипотеза была выдвинута В.И. Горбуровым независимо).
Обзор ряда исследований по концентрированию примесей представлен в монографии М.А. Стыриковыча, B.C. Полонского и Г.В. Циклаури [43]. К сожалению, ими в основном использовались только интегральные соотношения между пограничным слоем и основным объемом, причем основной акцент был сделан на использовании этих соотношений для представления результатов экспериментов. Как и в рассмотренных ранее гипотезах, применение интегральных соотношений не дало возможности для полной проверки справедливости гипотезы. Кроме этого, в [43] вообще не рассматриваются нестационарные процессы, происходящие при изменении теплового потока, и не делается никаких предположений относительно связи накопления примесей в пограничном слое с процессами выброса и прятания. Что же касается самого факта наличия концентрирования примесей в пристенной области при кипении, то его можно считать твердо установленным, в первую очередь, по результатам прямых опытов.
Из вышесказанного становится очевидным то, что полное описание хайдаута может быть построено лишь при использовании дифференциальных моделей, позволяющих теоретически определить распределение примесей в парогенерирующем устройстве. В основу этой теории положена конвективно-диффузионная модель, позволяющая получить распределение примесей в объеме парогенерирующего устройства на основе уравнения конвекции-диффузии в жидкой фазе:
Распределение примесей в объеме кипящего рабочего тела
Особо следует рассмотреть примеси, нерастворимые ни в воде ни в паре-например, железооксидныи шлам, поскольку по имеющимся данным на теплопередающих поверхностях концентрация железооксидных соединений составляет 704-90% на АЭС [5,6] и 604-80% на ТЭС [3,10]. Однако следует разделить примеси железа и меди на растворенные в воде, мелкодисперсный (эквивалентный диаметр меньше 0,5-2 мкм) и крупнодисперсный (эквивалентный диаметр больше 0,5 -2 мкм) железооксидныи шлам, поскольку поведение последнего существенно отличается. Казалось бы, для шлама Кр = 0 и его поведение должно совпадать с поведением примеси растворимой в воде и нерастворимой в паре, еще и потому, что скорость осаждения частичек шлама значительно меньше существующих скоростей циркуляции. Но многочисленные эксперименты на барабанных котлах ТЭС [49], парогенераторах АЭС [24,49] и проведенные автором на блоках АЭС с РБМК (глава 4) свидетельствует, что величина содержания железа в продувке всего в несколько раз больше, чем в питательной воде. Но так как расход продувки, как правило, на два порядка меньше паропроизводительности, то в продувку попадает не более 10% железа, вносимого питательной водой. Часть железооксидных соединений (растворенных в паре) уносится с паром и это количество соизмеримо с количеством железа выводимым с продувкой, так как общий расход пара превышает расход продувки на два порядка. Количество железа в объеме парогенерирующего устройства, рассчитанное как произведение средней концентрации в воде (по результатам химического анализа проб, взятых из пробоотборников) на массу воды, в несколько раз (в некоторых случаях на порядок) меньше реального количества железа в объеме парогенерирующего устройства (полученного в период отмывки). Этот факт свидетельствует о том, что большая часть железа находится не в общем объеме, а концентрируется в вязком пограничном слое (в котором измерить концентрацию технически невозможно из-за малой его толщины), либо отлагается на поверхности.
Перейдем к рассмотрению микрораспределения примесей вблизи теплопередающей поверхности. Толщину этого слоя 8 можно оценить из механизма кипения [16,17]. Теплота от стенки идет на перегрев жидкости над температурой насыщения. Толщина слоя перегретой жидкости совпадает с толщиной вязкого подслоя жидкости, в котором теплота передается за счет теплопроводности. Временем процесса фазового перехода можно пренебречь. Тогда коэффициент теплоотдачи при кипении есть ни что иное, как термическое сопротивление вязкого подслоя 8 [17]:
Так как акип является функцией давления и удельного теплового потока, то и толщина 8 тоже определяется этими же параметрами, а также зависит от шероховатости поверхности и составляет величину порядка 1-400 мкм.
В пристенном слое перегретой жидкости вблизи теплопередающей поверхности идет парообразование. На место испарившейся жидкости подтекает жидкость из ядра потока, неся с собой поток примеси направленного к теплопередающей поверхности. Отток примесей может происходит за счет диффузии и с паром, если данная примесь растворима в паре. Величину концентрирования примесей в вязком подслое можно рассчитать на основе диффузионно-гидравлической модели, описанной в предыдущей главе (2.3.7). Из анализа (2.3.7) следует, что Кк например для Fe304 примерно равно двум;; для Si02 - примерно ста. (Данные по Кр взяты при р=8,0 МПа.) Значение же Kt например для натриевых солей {КР Ш ) будет определяться в основном диффузионными процессами и может достигать величин порядка 10 ч- 10 .
Сопоставляя поведение примесей, видим, что нерастворимые в паре, как в объеме, так и у стенки концентрируются значительно сильнее. Примеси растворимые в паре при Кр Р концентрируются значительно слабее (на величину \1КР в обоих случаях). Еще один важный вывод заключается в том, что соотношение концентраций различных примесей в питательной воде, в объеме кипящей воды, и особенно на стенке, существенно отличаются.
С этих позиций достаточно просто объяснить явление прятания и выброса примесей в переходных процессах. Это не что иное, как перераспределение концентрации между ядром потока и пристенной областью. Характерное время изменения концентрации т равно:
Что касается микрораспределения примесей нерастворимых ни в воде, ни в паре (железооксидный шлам), то как уже говорилось выше, следует разделять его на мелкодисперсный и крупнодисперсный. Поведение мелкодисперсного шлама (эквивалентный диаметр меньше 0,5-2 мкм) аналогично поведению растворенных в воде примесей и нерастворимых в паре - он концентрируется у теплопередающей стенки. Поведение же крупнодисперсного шлама существенно отличается.
В начале 70-х годов исследование распределения паросодержания по сечению обогреваемого канала показало, что концентрация пузырьков пара максимальна на расстоянии, сопоставимом с размером отрывного диаметра. Уже тогда объяснения этого эффекта заключалось в том, что в вязком подслое имеем большой грздиент скорости от нуля ДО й 0,9wa и любая частица в этом слое испытывает выталкивающую силу (сила Магнуса), направленную от парогенерирующей поверхности.
Описание КМПЦ РБМК. Характеристики работы КМПЦ РБМК
Расхолаживание реактора и КМПЦ производится после выключения ТГ путем постепенного снижения давления за счет регулируемого сброса пара.
Регулируемый сброс пара производится через БРУ-К в конденсаторы ТГ, а после ухудшения вакуума до 600мм - через БРУ-ТК в технологические конденсаторы.
При снижении температуры воды в КМПЦ до 180С и давления в БС до 10кгс/см расхолаживание контура за счет регулируемого сброса пара становится не эффективным. С целью поддержания скорости расхолаживания КМПЦ 10С/ч производится переход по СПиР с режима "продувки" на режим "расхолаживание".
В режиме "расхолаживание" циркуляция воды через СПиР осуществляется по схеме: БС - HP - доохладитель ПР-Д1 - смесители БС - БС. Общий расход через СПиР может быть получен при работе 2-х БР 900т/ч. После заглушения реактора допускается отключение по 1 из 3-х работающих ГЦН в каждой насосной. После включения насоса HP допускается ставить в работе по 1-му ГЦН на сторону. Останов всех ГЦН и переход на естественную циркуляцию разрешается при снижении температуры воды в КМГЩдо100С.
Естественная циркуляция организована по схеме: БС - опускные трубопроводы - ВК - перемычка ВК и НК - НК - РГК - ТК - БС. При дальнейшем снижении температуры воды штатный режим расхолаживания КМПЦ становится не эффективным вследствие относительно невысокой мощности остаточных тепловыделений. Для обеспечения эффективного охлаждения ТК организуется следующая схема циркуляции воды: БС - HP - ПР-Д2 - трубопроводы СПиР-САОР -трубопроводы САОР - РГК - ТК - БС. Расхолаживание заканчивается при температуре воды КМПЦ = 80С и температуре графита = 100С. При необходимости производства ремонтных работ в помещении НВК, ПВК, БС, ВК, НК допускается расхолаживание КМПЦ до температуры =30С. Все действия в период останова блока ведутся согласно разовым программам дезактивации и промывки трубопроводов и оборудования КМПЦ, СПиР, САОР. Содержание данных программ различается в зависимости от того, к какому ремонту (текущему, среднему или капитальному) проводится подготовка. Перед текущим ремонтом работы выполняются в 4 этапа: 1-й этап (40- часов): расхолаживание КМПЦ от 284С до 80С, включающее: очистку воды КМПЦ на СВО-1 и СВО-12, переходы по ГЦН и поочередная промывка всех ПРГК. Этим достигается вывод из КМПЦ (РГК), СПиР свежеосажденных дисперсных примесей, продуктов коррозии конструктивных материалов вместе с сорбированными радионуклидами. - настой и выгрузку негерметичных ТВС, согласно рабочей программы; 2-й этап (16 часов): безреагентная циркуляционная промывка КМПЦ при температуре КМПЦ 8(Н90С, включающая очистку воды КМПЦ на 2СВО-1 и СВО-12, с переходами по ГЦН, HP и по схемам СПиР и обязательным включением всех ГЦН, для вывода свежеосажденных дисперсных примесей продуктов коррозии с внутренних поверхностей оборудования вместе с сорбированными на них радионуклидами; 3-й этап (12 часов): продувка РГК, дренажей КМПЦ, СПиР при выполнении программы проверки плотности КМПЦ, для продувки тупиковых участков контура от оставшихся от предыдущих этапов отложений, расходом воды при давлении -30 кгс/см ; 4-й этап (8 часов): замер гамма - фона, подготовка рабочих мест, в соответствии с планом ремонтных работ, для определения "горячих пятен" и снижения гамма-фона от локальных участков трубопроводов и оборудования КМПЦ, СПиР. Перед капитальным ремонтом работы выполняются в 9 этапов (каждый предыдущий этап является подготовительным для следующего): 1 этап (45 часов): расхолаживание КМПЦ от 284С до 80С. При этом выполняется очистка воды КМПЦ на СВО-1 и СВО-12, переходы по ГЦН и поочередная промывка всех ПРГК. Этим достигается вывод из КМПЦ (РГК), СПиР свежеосажденных дисперсных примесей, продуктов коррозии конструктивных материалов вместе с сорбированными радионуклидами. Настой и выгрузка негерметичных ТВС согласно отдельной, специально разработанной программы. 2 этап (12 часов): расхолаживание КМПЦ после "настоя" до 50 - 60С. 3 этап. (40 часов): «барботажный» режим, с поочередной промывкой ТК обратным ходом с целью динамического взрыхления и выведением подвижной фазы радиоактивных отложений с поверхности ТВС и ТК на фильтрах СВО. 4 этап. (20 часов): безреагентная циркуляционная промывка КМПЦ при температуре 80-90С, для выведения на установках СВО оставшихся не выведенными рыхлых отложений и шлама (РГК, тупиковые участки КМПЦ, СПиР, САОР и др.) 5 этап. (120 часов): азотнощавелевокислотная дезактивация КМПЦ, для химического разрыхления и растворения части плотных отложений и выведения основной массы радионуклидов из теплоносителя путем очистки дезрастворов на СВО-12. 6 этап. (40 часов): «барботажный» режим (повторно) с поочередной промывкой ТК обратным ходом, для выведения разрыхленных отложений обогащенных диоксидом циркония с поверхностей ТВЭЛ и ТК, оставшихся после химической дезактивации. 7 этап. (32 часа): безреагентная циркуляционная промывка КМГЩ для вывода подвижной фазы радиоактивных отложений обогащенных диоксидом циркония, оставшихся после химической дезактивации и «барботажного» режима. 8 этап. (20 часов): продувка дренажей КМГЩ, СПиР при выполнении программы проверки плотности КМГЩ для продувки тупиковых участков контура от оставшихся от предыдущих этапов рыхлых отложений расходом воды при давлении 30кгс/см . 9 этап. (24 часа): подготовка рабочих мест для определения " горячих пятен" и снижения гамма фона от локальных участков трубопроводов и оборудования КМГЩ, СПиР, САОР.
Эксперимент на энергоблоке №1 Смоленской АЭС
Согласно регламента останова блока выброс примесей должен происходить при уменьшении удельной тепловой нагрузки сначала на 50% , а затем при полном снижении. Это и наблюдается в эксперименте на энергоблоке №3 (рис.4.2.1.4 - 4.2.1.9). Но между первым и вторым снижением мощности есть принципиальная разница. При снижении мощности на 50% давление в контуре поддерживается на номинальном уровне, т.е. выход примесей из пристенного (вязкого) подслоя происходит только за счет уменьшения теплового потока. Но, так как, тепловой поток еще достаточно велик, выброс примесей за счет процесса диффузии ограничен и выброс примесей меньше, чем при полном снижении мощности (рис.4.2.1.4 — 4.2.1.9). При полном снижении мощности выброс примесей обуславливают суммарно два механизма. Первый - это выброс активированных примесей из вязкого подслоя, так как при практически нулевой тепловой мощности процессу диффузии нет противодействия. И второй - из-за начала снижения давления через неплотности твэлов начинается выброс в теплоноситель продуктов деления. По этой причине после полного снижения мощности в теплоносителе должны наблюдаться как активированные примеси, так и продукты деления, суммарная активность теплоносителя после полного снижения мощности должна быть выше, что и наблюдалось при проведении экспериментов (рис.4.2.1.4 - 4.2.1.9).
При снижении мощности максимальная величина выброса Na-24, 1-131, 1-133 достигается через 2-4 часа (рис. 4.2.1.8, 4.2.1.9, 4.2.2.6, 4.2.3.7), так как эти примеси практически не присутствуют в нерастворенном виде, что согласуется с расчетами времени выброса примесей (прил. 2, прил. 3) и с величиной выброса (глава 2.3).
Во всех экспериментах выброс продуктов коррозии начинается через характерное время 5-8часов, а максимальная величина выброса достигается через 10-15 часов (рис. 4.2.1.4 - 4.2.1.7, 4.2.2.4, 4.2.2.5, 4.2.3.5, 4.2.3.6).
Сопоставляя результаты расчетов времени выброса примесей (прил. 3) в зависимости от диаметра частиц, можно сказать, что выбрасываемые железооксидные соединения находятся не в ионной форме. Иначе выброс происходил бы значительно раньше (аналогично Na-24, 1-131, 1-133) и максимальная величина выброса была значительно больше (т.к. Кр для железооксидных соединений в ионной форме составляет около 0,005 [42]). Эти выводы согласуются с тем, что в КМПЦ РБМК поддерживается безкоррекционный ВХР и железооксидные соединения в ионной форме только на первой стадии образования продуктов коррозии, но достаточно быстро происходит процесс гидролиза железа, а затем дегидратация гидрооксидов железа с формированием конечной структуры продуктов коррозии [20,21].
Также выброс не обусловлен выбросом из пристенного слоя железооксидных соединений в растворенном и мелкодисперсном виде, т.к. в этом случае выброс происходил сразу после снижения мощности (а не через 8-12 часов). Следовательно, продукты коррозии в растворенном и мелкодисперсном виде, присутствующие в рабочей среде КМПЦ, во время работы блока на мощности практически полностью отлагаются на теплопередающей поверхности (прил. 6), уносятся с паром (растворенные) или адсорбируются на поверхностях оборудования КМПЦ. Эти выводы согласуются с данными по составу отложений на поверхностях КМПЦ (глава 1) и расчетами по оценки потока примесей к теплопередающей поверхности с потоком жидкой фазы. Логичным объяснением того, что выброс происходит через 8-12 часов, может быть предположение, что выброс обусловлен крупнодисперсными частицами продуктов коррозии, сконцентрированными в пристенном слое за счет действия силы Магнуса (глава 2.4, прил. 1), поскольку время выброса для них определяется уже порядка 1-10 часов (прил. 3). Однако следует отметить, что увеличение концентрации продуктов коррозии (железооксидных соединений) после снижения мощности может происходить вследствие следующих факторов: понижения температуры рабочей среды (рис. 4.2.1.2, 4.2.2.1, 4.2.3.1), и как следствие, увеличения растворимости железооксидных соединений [22,23]; выхода продуктов коррозии из рыхлых отложений на твэлах за счет снижения давления (рис. 4.2.1.1, 4.2.1.2, 4.2.2.2, 4.2.3.2), поскольку остаточное тепловыделение остается еще достаточно большим (табл. 3.1.1), а при снижении давления увеличивается отрывной диаметр пузыря, и как следствие возрастает давление пара в порах отложений (размер пор отложений формировался при параметрах номинальной работы КМПЦ), что приводит к разрушению части рыхлого слоя отложений в зонах с кипением; выбросом свежеосажденных частиц продуктов коррозии при подключении элементов оборудования КМПЦ (при переключении по ГЦН, по ПРГК, и т.п.). Определить степень влияние перечисленных факторов на данных момент не представляется возможным. Для этого необходимо проведение дополнительных исследований по определению фракционного и дисперсного состава примесей в рабочей среде КМПЦ, особенно в переходных режимах работы блока, а также проведение экспериментов с возможностью качественного и количественного состава рабочей среды в различных элементах КПМЦ.
