BG96718A

BG96718A - Метод за обработване на първичното охлаждащо средство на реактори с водно налягане

Info

Publication number: BG96718A
Application number: BG96718A
Authority: BG
Inventors: Vladimir I Rasevis; Dimitrii V Rasevis
Original assignee: Techno Invest Entwicklung Und
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 1994-03-24
Also published as: US5307391A; EP0527357A1; DE4126468C2; FI923563A; DE4126468A1; CZ282706B6; SK278633B6; BG60490B1; CZ245692A3; FI923563A0; JPH0720281A; SK245692A3

Abstract

Методът намира приложение в реактори с водно налягане, чиято мощност се регулира чрез съдържанието на борна киселина в охлаждащото средство. С него се осигурява намаляване на корозията и активирането на корозионните продукти. Към циркулиращото в реактора охлаждащо средство се добавя непрекъснато дозирано количество хидразинхидрат, осигуряващо съдържание във взета от реактора проба от 5.10-6 до 5.1 0-2 g/Kg охлаждащо средство. При това по познат начин от циркулационната система постоянно се отстранява излишният водород до максимално съдържание 100 nMl/Kg.

Description

МЕТОД ЗА ОБРАБОТВАНЕ HA ПЪРВИЧНОТО ОХЛАЖДАЩО

СРЕДСТВО НА РЕАКТОР С ВОДНО НАЛЯГАНЕ

Изобретението се отнася до реактори с водно налягане,при които мощността на ректора се регулира посредством съдържанието на борна киселина в охлаждащото средство и по-специално до метод за регулиране водното домакинство на атомните реактори за производствс на енергия.

Известно е , че борната киселина в охлаждащото средство на ядрен реактор, която се използва за меко регулиране на реактивността на горивното вещество, благоприятства повишаване корозията . Освен това при разпадането на ядреното гориво се образуват силин потоци от неутрони, лъчение и оС респ. β -частици, които от своя страна оказват влияние на водата и я разлагат на кислород, водород и множество оксидни радикали, които още повече засилват корозията на беществата за обработка/1/.

Корозионните продукти попадат под формата на неразтворими окиси в зоната на облъчването чрез неутронния поток(горивни епеменл стават радиоактивни, утаяват се при придвижването посредством циркулацията на охлаждането върху вътрешната повърхност на peai тора и образуват радиоактивни замърсявания, които причиняват значителни затруднения при обслужването, ремонт и инспектиране на реактора /2/.

За ограничаване подпомагащото корозията действие на борната киселина към охлаждащото средство хкхирмйанях на реакторите с водно налягане се прибавят 1‘до 2 ppm, LiOH /3/или при отчитане присъствието на иони ка-Л Z^Li⁺ и Na⁺ 0,05 0,45 mM/kg КОН .

За ограничаване радиолизата на водата при реакторите с водно налягане се добавя водород и при реакторите вода-вода > · се добавя амоняк от която се освобождава водород/3/.

Тези методи пр-вят възможна експлоатацията на ядренит реактори, не постигат обаче значително спадане на замьрсяванетс на реактора, т.е. дозисната^ -мощност на отделните части на парния генератор се движи в границите между 3 и 30 R/h /3/.

Реакторът работи при известните методи показано на фиг.1 както следва:

Първичната циркулация обхваща реактор 1, \ циркул;адионна помпа 2, филтър /3/ на, ионнйя обменник за пречистване на охлаждащото средство, парен генератор /4/, паропровод /5/ на вторичната: циркулация, помпа 6 за отвеждане на охлаждащото сред ·

ство, захранващ вентилатор/7/,. циркулационни тръби /8/ с голям диаметър,· захранваща помпа /9/, държач под-налягане /10/, устройство за намаляване налягането /11/за вентилатора, горивни елементи 12 и охлаждащо средство: А.

При първичната^ циркулация на снабдения с прясно гориво реактор 1 се прибавят 12 до 15 г/л разтвор на борна киселина. Филтрите 3 на ионния обменник за пречистване на охлаждащото средство А се насищат до равновесна концентрация с Н^ВО^ и КОН в смес с ΝΗ^ . Преди пускането на реактора 1 в действие при температура от най-много 80°С към охлаждащото средство А за химическото свързване на кислорода се прибавя разтвор на хидразинхидрат * в концентрация, която е над трикратния остатък на измреното съдъражние на 0^. . '

След извършването на посочените работни етапи реакторът бива доведен физично до постигането на регулируема минимална мощност (W =..10^_(Ч).

ч

След необходимото измерване на физичните параметри на реакторната инсталация продължава повишаването на мощността на реактора, след което бива доведен до състояние на производство на енергия. Към този момент към охлаждащото сердство се прибавя КОН в количество, съответстващо на измереното количество Н~ВО,, нс най-много 0,45 мМопа/кг и 5 до 10 мг/кг ΝΗ^, отнесено към охлаждащото средство. ΟτΝΗ^ след това вследствие на радиолизата се освобождават 30 до 60 n.ml/kg, отнесено към охлаждащото средство При тези химически параметри след това се извършва комерсиалната експлоатация на реакторите вода-вода. Тъй като радиолизата на водата под въздействието на лъчението се извършва с висока ско,,, р.ост и съединяването отново на окисдините радикали при тяхното взаимодействие с не протича мигновено, оксидните радикали на водата водят до корозия на веществата за обработване, при което се създават неразтворими' окисни съединения съдържащи Co ,Μη,,Νΐ ,Cr ,Fe и други елементи.

Посредством циркулацията на охлаждащото средство корозионните продукти достигат областта на действие на ядреното гориво и биват привлечени под въздействието на освободените термоелектрически сили от стените на горивните елементи, къдетс са подложени на силен неутронен поток и се превръщат в изотопи

При константно натоварване на реактора активираните корозионни продукти преминават постепенно във водата на охлажда щото средство. При силни колебания в натоварването се получава обратният ефект -- тези продукти се изтриват от стените на горив ните елементи. И в двата случая обаче металоокисните частици преминават през циркулацията на охлаждащото средство и се отлагат вследствие на изотопния обмен или просто чрез сорбция на вътрешната повърхност на реактора (коефициент на поглъщане б -4 -1

К 1.10 сек. ) на стените на реактора и чрез'което и замърсява реактора. Инсталациите за пречистване на охлаждащото средство след това ограничиват чрез отстраняване на определената частица на охлаждащото средство на съдържанието на активирани продукти в охлаждащото средство с коефициент К⁺ 1.10 ^сек. \ Обаче посредством^ това не се постига пълноценно пречистване на охлажд щото средство. И най-накрая се стига до постепенно насищане с радиоактивни изотопи върху вътрешната повърхност на реактора и до нейното замърсяване. Известните методи за намаляване замър сяването правят възможна работата на ядрените реактори, но не постигат значително намаляване на замърсяването на реактора, т.е. дозисната -мощност на отделните части на парния генера тор е между 3 и 30 R/h. Най-минималната доза на -лъчението се постига при прибавянето на КОН hNH₃ при реакторите вода-вода към първичната; циркулация.Но също и при този случай дозата на лъчението все още е· твърде висока (средно от 3 до 7 R/h) , какъвто е например в атомната електроцентрала в Пови,за,Финландия. Границите на дозите при -мощността при реакторите с водно налягане от типа ’’Westinghouse и ’’Siemens (KWU) варират между 3 до 40 R/h респективно 3 до 45 R/h /съгласно 2/.

Едновременно с това намиращите се в експлоатация, атомни електроцентрали показват следните недостатъци по отношение на водно-химическия си режим:

~ Недостатъчна скорост на съединяването наново на оксидните радикал¹под въздействието на посредством което се стига до корозия на веществата за работа в реактора;

- силно акумулиране на корозионните продукти на стените на горивнит елементи, което води до активиране и последващо проникване през охлаждащата; циркулация;

- коефициентът на поглъщане на активираните корозионни продукти превишава коефициентите на пречистване по отношение на скоростта на утаяване _f поради което въпреки повишаване на; мощността на пречиствателната инсталация не може да бъде предотвратено замърсяването на реактора.

Настоящото изобретение има за задача да намали скоростта на корозията да веществата за обработка кактВ^аи^£1<^Ш§$ането на кор зионните продукти и тяхното отлагане по стените на реактора и по този начин да снижи замърсяването на реактора под съответното ограничение на доза.та на ‘^-мощността до . 3 R/h.

Тази задача, кактое се види и от патентните претенции се «й» решава посредством това,: че към циркулиращото в реактора охлаждащо средство се добавя непрекъснато хидразинхидрат и: то в такова коли6 чество, че неговото съдържание във взета от реактора проба възлиза “6 -2 на 5.10 до 5.10 г/кг охлаждащо средство, при което по известен начин постоянно се отстранява от циркулацията на реактора излишния водород, за да може неговата концентрация да се запази в границите между 30 до 60'n.ml/l.

До днес никога не се е работило с непрекъснато прибавяне към охлаждащата среда в намиращ се в експлоатация реактор, тъй като хидразинхидратът се разлага от 10 до, 20 секунди на азот и водород и това при ^г ;; постоянното повишаване концентрацията до над 60 n.ml/kg охлаждащо средство води до разрушаване обвивките на горивните елементи от Zr-сплави. Изненадващо бе установено че под въздействието на силни неутронни потоци и -пъчите на >

намиращ се в експлоатация реактор в. системата от хидразинхидрат, амоняк и водород се възбуждат нови реакции и се стига до лъчевоиндуционен синтез' между хидразинхидратът от ΝΗ^ и продуктите на неговото разлагане. Обратният синтез на хидразинхидрат от ΝΗ^ и Н- протича всъщност по-бавно отколкото разлагането на хидразинхидрата. Реакцията . Реакцията се извършва съгласно следното уравнение:

п./“ νη₄ . н₂о ---» Н + ж₄он----*ν₂ + н₂ къдетб п. означава неутрони -лъчение.

За да се запази равновесието на реакцията са необходими постоянно прибавяне на хидразинхидрат към охлаждащото средство в посочените количество както и отстраняването на остатъка от Н₂·

Хидразинхидратът, който представлява силно редукционно средство, води до значително намаляване на електро-химическия потенциал (Е^) в системата метал-вода. При известните методи потенциалът достига стойности от най-много - 700mV отнесено към ^-електродите, при което скоростта на корозията на неръждаемата 2 стомана възлиза на около 0,5 mg/m за час. При реактор вода^-вода от типа WER-440 се утаяват по време на един работен период на реактора в размер на 7000 работни часа около 30 до 50 кг корозиои ни продукти. Друго по-нататъшно намаляване на електрохимическия потенциал в негативните граници не е възможно. Само постоянното прибавяне на идразинхидрат прави възможно по-нататъшното снижаване на pH-стойността и и посредством това силно намаляване скоросл та на корозията. Хидразинхидратът реагира изключително бързо с 0% ^и оксидните радикали при образуването на водород, азот и вода.

При радиолизата на хидразинхидрата се образуват, атомарни водород, амоняк и азот. Присъединяването наново на'радикалите къх водата се извършва следователно и значително по-бързо отколкото при NHj-радиолизата.

Изследването на процеса на сорбция-десорбция на продуктите при прибавянето на хидразинхидрат показва, че не се стига до акумулирането на корозионни продукти по стените на горивните елементи. Сорпционният коефициент К спада от около

-5 -5-1

1.10 до 0,5.10 сек. , което е в съответствие с коефициента на пречистване. Това води до дезактивирането на замърсените повърхности и до запазването на чисти от замърсяване повърхности.

Това прави възможно ограничаванетв на замърсяването до доза на^*-мощността от около най-много 1 R/h, което е значително под замърсяването на намиращите се понастоящем в експлоата' ция атомни електроцентрали.

Методът може да бъде проведен както в вече работещи ядрен електроцентрали, така и в електроцентрали с предстоящо влизане в експлоатация.

При атомни електроцентрали които вече се намират в експлоатация методът се извършва по следния начин:

- Първоначално се отстранява постоянно воддрода от средството за охлаждане през вентилаторната система или по друг начин. На практика това съответства на обезгазяване на-охлаждащото средство при обем от 5 до 15 t/h.;

- без промяна в останалите параметри на охлаждащото средство се включва прибавянето на ΝΗ^;

- на място на към добавъчната вода се прибавя постоянно хидразинхидрат в количества, които осигуряват съдържание във взета “8 -2 от реактора проба от 5.10 до 5.10 г/кг охлаждащо средство.

- чрез постоянното прибавяне на хидразинхидрат и неговото синтезиране от NH₃, който в дадения случай се намира в излишък в първоначалната фаза, се установява следното равновесие в хидразинхидратната система:

772. У''

-----амоняк--5 водород ------азот

При състояние на равновесие на системата електро-химичната стойност на потенциала се измества рязко, в негативните граници, посредством което се постигат въздействия, които благоприятстват ограничаването на замърсяването на реактора.

Изобретението се пояснява чрез следните примери:

Пример 1

Към добавъчната вода на доведен до състояние на производство на енергия реактор се прибавя хидразинхидрат в такова количество, че неговото съдържание във взета от реактора проба възлиза на

-5 -5

2.10 до 4.10 г/кг охлаждащо средство. Непрекъснатото отстраня ване на образувалия се при радиолизата на хидразинхидрата водород мата вентилатор-захранване при пропускателна способност се осъществява чрез обезгазяване на охлаждащото средство в систеч т/ч.

При това количеството на КОН се поддържа в границите от

0,05 мМ/кг охлаждащо вещество, спрямо концентрацията на

0,45 до н₃во₃.

След продължително тестуване се установява, че измераната доза на -мощността в разклоненията на парния генератор не надвишава на студения и топлия колектор

R/h , и по-точно той се движи в границите от 0,3 до 1,0 R/h.

Пример 2

Към добавъчната вода на реактор, който е работил над 5 години с NH₃, калий и бор, след включване прибавянето на NH₃ и при постоя се прибавя хидразинхидрат в количества но отвеждане на излишния Hg съответстващи на посочените в пример. 1. След тестиране дозата

- мощността измерена на окончанията на колектора на парния генератор показва спадане от 7,4 R/hna 1,25 R/h.

на

Постоанното прибавяне на хидразинхидрат може да бъде използвано в Н^ВО^-реакторите при коригиране на охлаждащото средство както с КОН , така и с LiOH.

Claims

П А Т Е Η Т Н И П Р Е Т Е Н Ц И И

1. Метод за обработване на първичното охлаждащо ^фйд&йтво на реактор с водно налягане при регулиране на неговата мощност посредством съдържанието на Н^ВО^ в охлаждащото средство, характеризиращ се с това, че при циркулацията на охлаждането на доведен до производство на енепгия ядрен реактор се добавя постоанно хидразинхидрат в такива количества, че неговото съдържание във взета от реактора проба възлиза на 5.10~ до 5.10 г/кг охлаждащо средство и излишния водород се отстранява от системата на охлаждащото средство по известен начин до постигането на съдържание от най-много 100 n.ml/kg.
2. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че хидразинхидратът се добавя в количество, при което неговото съдър

-5 -4 жание във взета от реактора проба възлиза на 2.10 до 1.10 _# г/кг охлаждащо средство.
3. Метод съгласно претенции 1 или 2, характеризиращ се с това, че излишният водород се отстранява чрез вентилиране.
4. Метод съгласно една от горепосочените претенции, характеризиращ се е това, че излишният водород се отстранява от системата на охлаждащото средство до цослучаването на съдържание от

50 до 60 n.ml/kg.