BR112014016702B1

BR112014016702B1 - método para purificar e condicionar o circuito de água/vapor de uma usina de energia, em particular de uma usina de energia nuclear

Info

Publication number: BR112014016702B1
Application number: BR112014016702-8A
Authority: BR
Inventors: Ute Ramminger; Jörg Fandrich; Fernando-Mario Roumiguiére
Original assignee: Framatome Gmbh
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2020-10-27
Also published as: DE102012203010A1; EP2700075A1; JP5992060B2; CA2861551A1; EP2700076B1; CN104025200A; JP2015515537A; KR20140130737A; JP2015516501A; US10315234B2; KR102075390B1; CA2861551C; BR112014016702A2; CA2863154C; ZA201403653B; ZA201403641B; US20140102481A1; CN104040637A; BR112014016787A8; US9943890B2

Abstract

"MÉTODO PARA PURIFICAR E CONDICIONAR O CIRCUITO DE ÁGUA/VAPOR DE UMA USINA DE ENERGIA, EM PARTICULAR DE UMA USINA DE ENERGIA NUCLEAR". A presente invenção refere-se a um método para purificar e condicionar um circuito de água/vapor (1) de uma usina de energia, especialmente de uma usina de energia nuclear. De acordo com o dito método, uma amina como o agente de formação de película é medida para o meio de trabalho que circula no circuito de água/vapor (1), em que o dito agente de formação de película forma uma película hidrofóbica nas superfícies do circuito (1). Durante o processo, a concentração de pelo menos uma impureza contida e a concentração do agente de formação de película pelo menos na água de alimentação do gerador de vapor são monitoradas por meio de medição, e a concentração do agente de formação de película é submetida à variação da concentração da impureza.

Description

[001] A invenção refere-se a um método para purificar e condicionar o circuito de água/vapor de uma usina de energia, em particular, de uma usina de energia nuclear. Aqui, deve-se compreender que o termo "condicionar" significa uma medida por meio do qual as superfícies dos componentes do circuito de água/vapor podem ser protegidas contra corrosão. Quando as superfícies são mencionadas, deve-se entender, por um lado, as superfícies internas de, por exemplo, linhas, trocadores de calor e recipientes e, por outro lado, as superfícies dos componentes tais como lâminas de turbina ao redor do qual o meio de trabalho (água, vapor) do circuito flui. A título de exemplo, o pedido aberto à inspeção pública DE 2625607 e a patente DD 107962 descrevem métodos em que as aminas formadoras de película (FFA) são dosadas no interior do circuito secundário dos reatores de água pressurizada durante a operação de energia. O objetivo do condicionamento do tipo em questão consiste em gerar uma película fina nas superfícies, a qual é tão contígua quanto possível, com uma espessura de, no máximo, uma a duas camadas de molécula. No entanto, os métodos convencionais resultam no risco de que os depósitos de FFA mais espessos sejam formados, os quais, por um lado, interferem na operação, em virtude, por exemplo, da redução do transporte de calor em geradores de vapor ou outros trocadores de calor ou cortes transversais de fluxo em estreitamento. Além disso, existe o risco de que partes dos depósitos se destaquem e danifiquem as lâminas de turbina ou afetem adversamente as instalações de filtro mecânico e os trocadores de íons, de modo que os dois últimos precisem ser substituídos.

[002] Outro problema que ocorre durante a geração de uma pelí- cuia é que as impurezas que estão presentes nas superfícies do componente ou aderem às mesmas são liberadas durante a dosagem do agente de formação de película e passam para o meio de trabalho. Esse efeito se baseia em duas causas. Primeiramente, as moléculas do agente de formação de película, que, devido à sua composição química, atuam como um tensoativo, se fixam a partículas de produtos de corrosão, tal como magnetita, sendo que, como resultado, as partículas são destacadas da superfície e são mantidas em suspensão co- loidal no meio de trabalho. Em segundo lugar, as impurezas iônicas, por exemplo, cátions, tais como íons de sódio, íons de potássio, íons de magnésio e íons de cálcio, e ânions, tais como íons de cloreto, íons de fluoreto, íons de sulfato, íons de sulfito, íons de carbonato e íons de silicato, que são absorvidas nas superfícies dos componentes são deslocadas da superfície durante a absorção das aminas formadoras de película e, como resultado, entram na solução.

[003] O efeito em questão do agente de formação de película é indesejado devido ao fato de que impurezas que foram imobilizadas anteriormente em uma região restrita do circuito de água/vapor são distribuídas por todo o sistema. Além disso, existe o risco de limites predeterminados para impurezas serem excedidos de tal modo que contramedidas adequadas tenham de ser tomadas. A título de exemplo, no campo de usinas de energia nucleares, deve haver uma operação de tempo restrito com uma redução de energia para 30% no caso de uma concentração de sódio maior do que 0,1 mg/kg ou uma condu- tividade (a jusante do trocador de cátion) maior do que 2 pS/cm no gerador de vapor/água e um desligamento da instalação em caso de mais do que 0,5 mg/kg ou 7 pS/cm.

[004] No caso de métodos convencionais, os problemas supracitados são ignorados ou, a fim de evitar os problemas, o trabalho foi realizado com concentrações muito baixas de FFA, embora esse tenha sido combinado a durações de método extremamente longas e custos correspondentes.

[005] O objetivo da invenção é propor um método por meio do qual as desvantagens supracitadas sejam evitadas.

[006] Em um método do tipo mencionado no início, esse objetivo é alcançado em virtude do fato de que, devido à operação de energia, uma amina é adicionada ao meio de trabalho que circula no circuito de água/vapor, sendo que tal amina atua como agente de formação de película e forma uma película hidrofóbica nas superfícies do circuito. Nesse momento, o método é realizado de tal modo que haja controle no que diz respeito à concentração do agente de formação de película ou ao progresso da formação de película, bem como aos efeitos da dosagem de agente de formação de película em relação a impurezas mobilizadas, desse modo, em praticamente qualquer momento durante o método. Isso é alcançado em virtude do fato de que, durante a duração do método, a concentração de pelo menos uma impureza e a concentração do agente de formação de película são medidas, a saber, pelo menos na água de alimentação do gerador de vapor, em que a concentração do agente de formação de película é modificada dependendo da concentração de pelo menos uma impureza. Isso garante que, a qualquer momento durante o método, valores-guia predeterminados e limites de uma impureza, em particular, uma impureza iônica que atua de modo corrosivo, tais como, por exemplo, íons de cloreto ou sódio, sejam mantidos ou não excedidos. Além disso, é possível impedir efetivamente que uma impureza, imobilizada em uma região da superfície localmente restrita do circuito de água/vapor, seja mobilizada de forma rápida por dosagem do agente de formação de película e seja distribuída em grandes quantidades em todo o circuito. Como uma contramedida para um aumento na concentração de uma impureza, a taxa de dosagem do agente de formação de película pode ser reduzida ou interrompida, em particular, tendo em vista a manutenção de limites. Outra contramedida consiste na redução da concentração de impurezas que passam pelo meio de trabalho. Isso ocorre, de preferência, devido ao fato de que o circuito de água/vapor é enxaguado e de que, no processo, impurezas particuladas, entre outros, são removidas por sopro do gerador de vapor. Essa medida ocorre, de preferência, por exemplo, por motivos de economia, imediatamente após uma interrupção da dosagem do agente de formação de película. Também é possível que, a fim de remover as impurezas do circuito de água/vapor, os filtros sejam utilizados, por exemplo, as instalações de filtro do sistema de limpeza de condensado, o qual faz parte da usina de energia.

[007] Em uma variação do método particularmente preferencial, a concentração do agente de formação de película e da impureza é es-tabilizada em uma pluralidade de pontos de medição distribuídos ao longo do circuito de água/vapor, sendo que, como resultado, uma declaração pode ser feita no que diz respeito ao efeito em diferentes pontos do circuito de água/vapor dos efeitos de uma medida, por exemplo, uma redução na taxa de dosagem do agente de formação de película. Além disso, a precisão do método de controle de circuito aberto e de circuito fechado é aumentada.

[008] Além das medidas descritas acima para evitar os efeitos desvantajosos explicados no início, a dosagem do agente de formação de película em um método, de acordo com a invenção, é realizada de tal maneira que, na fase aquosa do circuito de água/vapor, pelo menos na alimentação de água do gerador de vapor, exista uma concentração de 1 a 2 ppm, de preferência, de 1 a 1,5 ppm. Verificou-se que, se o trabalho for conduzido dentro desses limites, em particular com um agente de formação de película de no máximo 1,5 ppm, a formação de camadas relativamente espessas do agente de formação de película pode ser evitada. Constatou-se que, em muitos casos, uma película adequada já está presente nas superfícies quando a concentração supracitada ou a concentração-alvo foi atingida.

[009] No entanto, uma película de camada única ou substancialmente monomolecular é obtida com maior confiabilidade nas superfícies, cobrindo-as de modo substancialmente completo, se o método for continuado sob as premissas supracitadas até que a concentração do agente de formação de película, em uma taxa de dosagem constante, em uma pluralidade de pontos de medição distribuídos ao longo do circuito de água/vapor mantenha uma média constante ao longo do tempo em uma pluralidade de pontos de medição (M1, M2, M3), isto é, se uma concentração de equilíbrio se estabelece nos pontos de medição. Os pontos de medição já mencionados acima são, nesse caso e em geral, distribuídos de tal modo que pelo menos um ponto de medição esteja situado na região monofásica e pelo menos um ponto de medição esteja situado na região bifásica do circuito de água/vapor. A média supracitada calculada ao longo do tempo é entendida de modo a se referir ao perfil da tendência eminente se as oscilações devido às tecnologias de medição forem eliminadas por métodos adequados de cálculo de erro convencional.

[0010] Constatou-se que as monoaminas com um radical de hidro- carboneto que compreende de 8 a 22 átomos de carbono são particu-larmente eficazes tanto para o efeito de limpeza quanto para a formação de película, sendo que uma octadecilamina é particularmente adequada no presente caso. As monoaminas do presente tipo estão disponíveis como uma substância cerosa à temperatura ambiente. Emulsões convencionais produzidas a partir das mesmas normalmente contêm quantidades relativamente grandes de emulsificantes orgânicos, os quais podem ter efeitos prejudiciais para o circuito de água/vapor. Então, a FFA é empregada, de preferência, na forma pura durante o método, de acordo com a invenção, a saber, como uma emulsão aquosa sem a adição de emulsificantes, a qual pode ser obtida através de mistura mecânica simples sob a aplicação de temperatura elevada.

[0011] O método é agora explicado em mais detalhes com base em uma modalidade exemplificativa, sendo que é feita referência às figuras anexas. Em detalhes:

[0012] A Figura 1 mostra, em uma vista muito esquemática, o circuito de água/vapor de um reator de água pressurizada,

[0013] A Figura 2 mostra um diagrama que reproduz o perfil de tempo da concentração de ODA na água de alimentação do gerador de vapor causada pela dosagem de ODA, e

[0014] A Figura 3 mostra um fluxograma de um condicionamento.

[0015] O circuito de água/vapor 1 (abreviado como WSC no texto a seguir) de um reator de água pressurizada compreende um sistema de tubulação 2, uma pluralidade de geradores de vapor 3, normalmente uma pluralidade de turbinas, por exemplo, uma turbina de alta pressão 4 e uma turbina de baixa pressão 5, um superaquecedor intermediário de separador de água 17 entre as turbinas HP e LP, um condensador 6, um recipiente de água de alimentação 7, uma bomba de condensado 8 disposta entre o condensador 6 e o recipiente de água de alimentação 7, uma pluralidade de preaquecedores de água de alimentação 16 e uma bomba de água de alimentação 9 disposta entre o recipiente de água de alimentação 7 e o gerador de vapor. Além disso, à jusante do condensador 6, existe um sistema de limpeza de condensado 10, o qual pode compreender filtros mecânicos e, do mesmo modo, trocadores de íons. No lado primário, o gerador de vapor 3 é conectado ao circuito primário 13 do reator nuclear, o qual compreende o recipiente de pressão de reator 14 e uma bomba de resfriamento principal 15 (Figura 1).

[0016] Conforme mencionado acima, o método de limpeza e de condicionamento é realizado durante a operação de energia. Isso compreende, além disso, fases durante a inicialização e o desligamento da usina de energia. Na modalidade exemplificativa descrita abaixo, o condicionamento do circuito de água/vapor ou a dosagem de uma amina formadora de película é realizada imediatamente antes do desligamento do reator nuclear. Na descrição, é feita referência à ODA como um agente de formação de película de uma maneira exemplificativa. O monitoramento contínuo de concentrações ou alterações de concentração em ODA e impurezas (consultar II na Figura 3), realizado a partir do início do método, é executado por uma pluralidade de pontos de medição dispostos em diferentes posições no WSC 1. Alguns desses pontos de medição M1, M2, M3 são retratados na Figura 1 de uma maneira exemplificativa.

[0017] Como resultado das propriedades similares a tensoativo da ODA, há uma mobilização de impurezas a partir do início da dosagem de FFA. Assim, conforme já mencionado acima, os limites que não podem ser excedidos são definidos para a concentração dessas impurezas. No caso de impurezas iônicas, a concentração é medida diretamente, isto é, em relação a um íon muito específico com métodos de medição físico-química ou químicos por via úmida. No entanto, a concentração também pode ser determinada indiretamente, isto é, pelo aumento na condutividade elétrica do meio de trabalho causado pela mobilização ou pela passagem de ions no meio de trabalho. Os métodos de medição usados no processo são bem conhecidos por uma pessoa versada na técnica e, assim, esses não devem ser discutidos em detalhes. Um parâmetro adicional importante para realizar o método de uma maneira controlada é a concentração de FFA ou ODA no meio de trabalho - a água presente na WSC.

[0018] Finalmente, como resultado da dosagem de ODA, os pro- dutos de corrosão também são liberados, isto é, partículas muito finas de magnetita, que aderem às superfícies e, como resultado dos efeitos de ODA, entra em solução coloidal. Visto que a maioria dos produtos de corrosão podem ser atribuídos a óxidos metálicos, tal como magnetita, é normalmente suficiente apenas realizar as medições nesse sentido. Nesse processo, por exemplo, o teor de ferro da água de alimentação é determinado de forma conhecida. Finalmente, o valor de pH também é monitorado a fim de evitar a corrosão dos componentes metálicos de WSC 1. Também é viável que o valor de TOC (carbono orgânico total) seja monitorado a fim de excluir uma possível decomposição de ODA adicionadas em condições prevalentes, isto é, em temperaturas acima de 250°, e, consequentemente, a formação de produtos de decomposição que poderiam agir de maneira corrosiva.

[0019] A dosagem de ODA ou a quantidade de ODA dosado no WSC 1 por unidade de tempo é - baseado nos dados de medição estabilizados nos pontos de medição M1 a M3, regulados tal como as concentrações do tipo de impurezas que passaram no meio de trabalho devido à dosagem de ODA permanecem abaixo dos limites predeterminados (consulte III na Figura 3). Ademais, controlando-se os valores de concentração mencionados anteriormente, já é possível identificar uma tendência em um tempo hábil de modo que um contramedida possa ser introduzido em tempo hábil, por exemplo, de modo que a dosagem de ODA possa ser reduzida ou interrompida. Aqui, deve-se observar que uma mudança na dosagem somente tem efeito algumas horas depois devido ao volume de água e ao comprimento do tubo de WSC 1. No entanto, esse intervalo de tempo praticamente não desempenha nenhuma função durante um método, de acordo com a invenção, visto que uma mudança de um valor de concentração crítico é identificada pelo controle total permanente em uma pluralidade de pontos de medição M1 a M3, muito antes de o dito valor atingir seu limite crítico.

[0020] A fim de ter uma indicação de quais quantidade de ODA são necessárias para uma determinada WSC 1, é conveniente estimular qual quantidade aproximada de ODA é necessária para gerar uma película hidrofóbica monomolecular nas superfícies da WSC. Essa quantidade pode, então, ainda ser multiplicada por um fator a fim de levar em consideração a rugosidade das superfícies, que, depois de tudo, é significativo no caso de observação submicroscópica e os efeitos que usam ODA, por exemplo, o grau de contaminação da WSC. Com base nessa estimativa, é possível, no caso de uma taxa de dosagem de ODA dada, especificar um período definido de tempo em que uma película de ODA que cobre completamente as superfícies, por exemplo, uma película de ODA monomolecular, tenha sido criada.

[0021] Quando uma concentração crítica de uma impureza é alcançada (III na Figura 3), uma medida eficaz para a redução de concentração crítica reside na interrupção da dosagem de FFA e um enxague subsequente ou soprando-se para baixo do gerador de vapor, durante o qual a impureza é removida da WSC (VII na Figura 3). No processo, existe um monitoramento contínuo sobre se os parâmetros de controle específicos de instalação ou concentrações se encontram em uma faixa admissível (VIII na Figura 3). Se esse for o caso, o condicionamento continua retomando-se a dosagem de FFA.

[0022] A concentração de ODA na fase aquosa é regulada por taxas de dosagem apropriadas de forma que este valor, praticamente até o final do método, não exceda um limite de segurança absoluta superior de 2 ppm, de preferência, 1,5 ppm. Como um resultado, isso evita uma mobilização muito forte de impurezas, que ultrapassa os limites estabelecidos, ou que uma precipitação massiva não controlada de ODA ocorra. Isso também garante que nenhum depósito de ODA massivo indesejável seja formado. Ao fazê-lo, a dosagem é tal que, inicialmente, há uma baixa concentração de ODA, que só se eleva a uma concentração-alvo de acima de 1 ppm, de no máximo até 1,5 ppm ou 2 ppm (Caivo na Figura 1), em direção ao final do método. A adição, de preferência, continua até que a concentração de ODA com tendência crescente tenha atingido os valores máximos de 2 ppm ou 1,5 ppm (VI na Figura 3). A fim de determinar a concentração-alvo, a medição em um ponto de medição é suficiente, em que, de preferência, a con- centração-alvo na água de alimentação do gerador de vapor (ponto de medição M1) é medida.

[0023] O alcance de concentrações-alvo mencionadas no parágrafo anterior já poderia ser um critério de terminação para a dosagem do agente de formação de película ou ODA, isto é, um sinal para uma película ser formada nas superfícies do circuito de água/vapor, que cobre completamente a última. O perfil da concentração de ODA no caso de taxa de dosagem de ODA constante é, de preferência, observado em adição ao critério mencionado no parágrafo precedente. Se a concentração de equilíbrio de ODA é alcançada em uma pluralidade de pontos de medição, de preferência em todos os pontos de medição, M1 a M3 no exemplo, isto é, se uma concentração de ODA caindo levemente ou constante é observada (V na Figura 3), o momento foi alcançado no final da dosagem de ODA ou do método de condicionamento (VI na Figura 3; linha CP na Figura 2). A concentração de ODA constante em direção ao final da formação da película pode ser atribuída ao fato de que a formação de ODA de camada dupla ou múltipla é favorecida por razões cinéticas e/ou termodinâmicas e, por conseguinte, ocorre mais rapidamente do que formação de película inicial nas superfícies metálicas da WSC 1.

[0024] A película de ODA aplicada às superfícies de WSC pode perder ou reduzir sua eficácia com o tempo, por exemplo, em virtude de que, em parte, seja destacada das superfícies ou, por exemplo, submetida a um processo de decomposição térmica ou química. Por conseguinte, é oportuno submeter a um condicionamento refrescante em um determinado momento. Para este fim, um monitoramento permanente do meio de trabalho para a presença de produtos de corrosão, isto é, produtos conectados com a formação de camadas oxidan- tes, por exemplo, íons de metal provenientes dos materiais componentes da WSC, é conveniente. Uma vez que é possível identificar um aumento - significativo - dos produtos de corrosão (X na Figura 3), um condicionamento do tipo descrito acima é colocado em movimento.

[0025] Legenda para o fluxograma conforme a Figura 3: I. INÍCIO DO CONDICIONAMENTO DE FFA II. MONITORAMENTO DE PROCESSO - Concentração de FFA (M1 a M3 na Figura 1) - Parâmetros de controle conforme a especificação de instalação III. Limite de parâmetros de controle alcançados? IV. Concentração-alvo de FFA alcançada em M1? V. Concentração de equilíbrio de FFA alcançada em M1 a M3? VI. Final do condicionamento de FFA VII. Interromper dosagem, enxague VIII. Valores dos parâmetros de controle em uma faixa admissível? IX. Monitoramento de processo dos produtos de corrosão X. Aumento na concentração de produtos de corrosão?

Claims

1. Método para purificar e condicionar o circuito de água/vapor de uma usina de energia, em particular de uma usina de energia nuclear, sendo que - durante a operação de energia, ao meio de trabalho que circula no circuito de água/vapor é adicionada uma amina como agente de formação de película, que forma uma película hidrofóbica nas superfícies do circuito, sendo que - durante a duração do método, a concentração do agente de formação de película é monitorada pelo menos na água de alimentação do gerador de vapor por meio de medições, caracterizado pelo fato de que - durante a duração do método, a concentração de pelo menos uma impureza contida no meio de trabalho é monitorada pelo menos na água de alimentação do gerador de vapor por meio de medições, - a concentração do agente de formação de película é modificada na dependência da concentração da pelo menos uma impureza pelo fato de que, quando de um aumento da concentração da pelo menos uma impureza, a taxa de dosagem do agente de formação de película é reduzida.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação da concentração do agente de formação de película e da impureza ocorre em uma pluralidade de pontos de medição (M1, M2, M3) distribuídos ao longo do circuito de água/vapor.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a dosagem do agente de formação de película é interrompida se a concentração da pelo menos uma impureza se aproximar de um valor limite.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o circuito de água/vapor é enxaguado.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o enxague ocorre diretamente após a interrupção da dosagem do agente de formação de película.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o agente de formação de película é dosado com uma taxa tal que sua concentração na fase líquida do meio de trabalho não exceda uma concentração de 2 ppm.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por uma concentração máxima do agente de formação de película de no máximo 1,5 ppm.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a dosagem do agente de formação de película é terminada se sua concentração tiver atingido um valor de 1 ppm a 2 ppm ou 1 ppm a 1,5 ppm.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que a dosagem do agente de formação de película é terminada antes de atingir o valor previamente mencionado da concentração do agente de formação de película no meio de trabalho, se a sua concentração, a uma taxa de dosagem constante, permanecer constante, em média ao longo do tempo, em uma pluralidade de pontos de medição (M1, M2, M3).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que uma concentração constante do agente de formação de película é medida em uma pluralidade de pontos distribuídos ao longo do circuito de água/vapor.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por pelo menos um ponto de medição (M1) na região bifásica e pelo menos um ponto de medição na região monofásica do circuito de água/vapor.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma monoamina com um radical de hidrocarboneto que compreende de 8 a 22 átomos de carbono é usada como agente de formação de película.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo uso de octadecilamina.