Нормирование показателей качества воды обусловлено следующими причинами:

а) рН - поддержание его значений в пределах норм позволяет снизить скорость коррозии конструкционных материалов и уменьшить поступление продуктов коррозии в теплоноситель, значение рН в присутствии борной кислоты следует рассматривать как контролируемый показатель при соответствующем содержании суммы щелочных металлов в пределах, указанных на графике. Значение рН реакторной воды установлено из соображений коррозионной устойчивости конструкционных материалов. Нижний предел 5,8 обуславливается ограничением протекания электорохимической коррозии с водородной деполяризацией, верхнее значение 10,3 – процессом щелочного охрупчивания сталей и циркониевых сплавов.

б) фтористые и хлористые соединения поступают в 1 контур в основном с подпиточной водой, оказывают отрицательное коррозионное воздействие на конструкционные материалы реакторной установки. Поддержание концентрации хлор- и фтор-ионов в теплоносителе первого контура в пределах норм 0,1 мг/дм³ достигается путем использования реагентов высокой степени очистки, поддержания качества подпиточной воды 1 контура в соответствии с нормами и путем очистки теплоносителя на фильтрах СВО.

Из растворенных минеральных примесей хлорид- и фторид-ионы представляют наибольшую опасность, т.к. являются сильнейшими активаторами коррозионных процессов. Они препятствуют образованию защитной пленки и увеличивают скорость коррозии почти всех металлов. В сочетании с кислородом даже небольшие концентрации хлоридов и фторидов вызывают коррозионное растрескивание аустенитных сталей и язвенную коррозию циркония. Установлено, что концентрация хлорид- и фторид-ионов < 0,1 мг/дм³ практически не влияет на стойкость конструкционных материалов. Дальнейшее повышение концентрации увеличивает пористость защитных пленок и снижает их защитные свойства.

Концентрация фторид-ионов контролируется в течение первых 1000 часов работы реактора после перегрузки активной зоны. Источником фторид-ионов в основном является плавиковая кислота, которой обрабатывается поверхность ТВЭЛов при их изготовлении.

в) накопление свободного кислорода в теплоносителе 1 контура происходит за счет радиолиза воды, а также поступления с подпиточной водой, поддержание концентрации кислорода в пределах норм достигается связыванием, вводимым в подпиточную воду гидразин-гидратом.

Роль кислорода в коррозионных процессах – c одной стороны, являясь активным деполяризатором, кислород усиливает коррозию металлов; с другой, он входит как составная часть в окислы металлов, образуя защитные окисные пленки.

С ростом толщины окисной пленки из-за разницы плотности металла и пленки увеличиваются внутренние напряжения, что приводит к потере сплошности пленок и снижению их пассивирующих свойств.

Концентрация кислорода в теплоносителе I контура величина строго нормируемая. Концентрация кислорода в теплоносителе до 0,005 мг/дм³ проявляет пассивирующее действие и практически не увеличивает скорость коррозии.

г) водород необходим в теплоносителе 1 контура для связывания кислорода, образующегося в результате радиолиза воды, содержание его в теплоносителе 2,2 мг/дм³ и более практически полностью обеспечивает связывание кислорода в контурной воде, верхний предел концентрации водорода ограничен величиной 4,5 мг/дм3 из-за водородного охрупчивания циркониевых сплавов. При уровне мощности реактора менее 50% допускается значение концентрации водорода менее 2,2 мг/дм³ (но не менее 1,3 мг/дм³), при этом концентрация кислорода не должна превышать 0,005 мг/дм³. При работе энергоблока на мощности менее 10% от номинального значения концентрация водорода в теплоносителе не нормируется. Поддержание требуемой концентрации кислорода осуществляется за счет дозирования в теплоноситель гидразин-гидрата.

Одним из путей поддержания на нормируемом уровне концентрации кислорода является подавления процесса радиолиза воды. Для этого необходимо поддерживать концентрацию водорода в теплоносителе не ниже 2,2 мг/дм³. Верхний предел концентрации водорода 4,5 мг/дм³ ограничен процессом водородного охрупчивания сталей и циркониевых сплавов.

Источником водорода (внутриконтурного) является аммиак, который в нейтронном поле реактора разлагается с образованием водорода и азота. Следовательно, концентрация аммиака в теплоносителе должна поддерживаться на уровне, обеспечивающем содержание водорода в нормируемых пределах.

д) уровень суммарной концентрации ионов калия лития и натрия для текущей концентрации борной кислоты в теплоносителе соответствующий указанной на рисунке (Рис 12), координируемой зависимости в пределах диапазона допустимых значений, должен быть достигнут не позднее, чем через семь суток после выхода реактора на мощность после перегрузки топлива.

е) дозировку КОН проводить небольшими порциями, чтобы суммарная концентрация щелочных металлов в период дозировки поддерживалась в зависимости от концентрации борной кислоты в пределах, указанных на чертеже.

Частично, регулирование реактивности реактора производится путем добавления в контур раствора борной кислоты, которая снижает значение рН теплоносителя. При поддержании требуемой концентрации H₃ВО₃ и допустимой концентрации аммиака в контуре, для доведения значения рН теплоносителя до нормируемых значений вводится сильное основание КОН.

Степень нейтрализации влияния борной кислоты КОН имеет большое значение и должна строго контролироваться, так как при высокой температуре концентрация свободной щелочи может быть высокой (местное упаривание) и, как мы ранее отмечали, опасной с точки зрения щелочного охрупчивания аустенитной стали и сплавов циркония.

Необходимо отметить, что в I контур дозируется КОН, но необходимо учитывать поступление в теплоноситель некоторого количества других щелочных ионов:

Li⁺ , накапливающегося при облучении бора нейтронами: ¹⁰В+n→ ⁷Li +ά

Na⁺ , поступающий в I контур с подпиточной водой.

Поэтому нормирование производится не по концентрации ионов К⁺, а нормируется эквивалентная концентрация суммы ионов щелочных металлов (К⁺, Li⁺, Na⁺ ). Суммарная концентрация ионов щелочных металлов должна поддерживаться в строгой зависимости от концентрации борной кислоты. Необходимая равновесная концентрация суммы щелочных металлов должна быть достигнута не позднее, чем через 7 суток после пуска энергоблока после ППР.

ж) равновесная концентрация аммиака в воде первого контура должна поддерживаться на уровне, обеспечивающем содержание водорода от 2,2 до 4,5 мг/дм³. Верхний предел концентрации равновесной аммиака должен определяться верхним пределом концентрации водорода в воде первого контура;

з) концентрация железа в теплоносителе не должна превышать 0,05 мг/дм³ , если концентрация железа в теплоносителе превышает 0,05 мг/дм³, необходимо проводить химический контроль за содержанием хрома и никеля и принимать меры к поиску и устранению причин увеличения концентрации продуктов коррозии.

Ограничение содержания продуктов коррозии конструкционных материалов в теплоносителе позволяет уменьшить скорость образования отложений на различных поверхностях контура.

Отложения на поверхности ТВЭЛов кассет реактора вследствие их малой теплопроводности могут привести к повышению температуры металла оболочки, а в предельном случае – к пережогу оболочки и выходу ядерного топлива в теплоноситель.

Образование отложений интенсифицирует также процессы неравномерной коррозии. Это объясняется тем, что потенциал продуктов коррозии отличается от потенциала металла, в результате возникают коррозионные элементы.

Продукты коррозии при многократном облучении в активной зоне активируются, что приводит к повышению радиоактивности оборудования и затруднению ремонта.

Способность различных соединений образовывать отложения определяется в первую очередь тем, достигнут ли предел растворимости (насыщения) по тому или иному соединению. Продукты коррозии находятся в теплоносителе как в растворенном, так и во взвешенном состоянии. С увеличением общей концентрации возрастает доля взвешенных продуктов коррозии, которые образуются в результате агломерации (объединения) коллоидных частиц окислов железа и эрозионного смыва потоком воды разрушающейся окисной пленки. Поэтому можем сказать, чем ниже концентрация продуктов коррозии, тем меньше вероятность их укрупнения и отложения на поверхностях I контура.

Исследования показали, что при концентрации продуктов коррозии (железо, хром, никель) < 0,2 мг/дм³ вероятность их отложений минимальна. При концентрации железа в теплоносителе < 0,05 мг/дм³ контроль за содержанием хрома и никеля может не производиться. При концентрации железа в теплоносителе 0,05 мг/дм³ обязательно производится контроль концентрации хрома и никеля, и принимаются меры к поиску и устранению причин увеличения концентрации продуктов коррозии.

Нормами качества теплоносителя I контура ограничивается содержание меди на уровне < 0,02 мг/дм³.

Появление меди в теплоносителе I контура возможно из продуктов коррозии бронзовых втулок подшипников приводов СУЗ и с подпиточной водой (2к-бгк-хво(аоу)-бчк-дбп) в основном медные трубки конденсатора.

Являясь электроположительным элементом, двухвалентные ионы меди ускоряют скорость катодного процесса электрохимической коррозии. Исследования показали, что ионы меди в значительно большей степени ускоряют катодный процесс на цирконии, чем кислород и ионы водорода.

Скорость коррозии для материалов, находящихся в контакте с теплоносителем первого контура составляет: - цирконий- 3 мг/ м² час; - нержавеющей стали- 0,1 мг/ м² час.

Выход продуктов коррозии в теплоноситель для циркония - 10%, для нержавеющих сталей -50%.

и) при переводе энергоблока с энергетических уровней мощности в состояние “горячий останов”, “холодный останов” концентрация борной кислоты в теплоносителе первого контура должна повышаться до уровня, определенного в соответствии с расчетными значениями нейтронно-физических характеристик.

Удельная загрязненность на ТВЭЛ 200 г/м² является аварийной и приводит к разрушению ТВЭЛов.

Присутствие в теплоносителе первого контура продуктов коррозии выше нормируемых величин приводит к:

- снижению эксплуатационной надежности ТВЭЛ;

- ухудшению радиационной обстановки при ремонте и обслуживания первого контура;

- росту гидродинамического сопротивления активной зоны;

- уменьшению реактивности реактора

В зависимости от концентрации борной кислоты устанавливается суммарная концентрация ионов щелочных металлов в пределах от 0,02 до 0,6 ммоль/дм³.

Концентрация борной кислоты определяется запасом реактивности активной зоны реактора.

Бор в виде борной кислоты используется при мягком борном регулировании в качестве поглотителя нейтронов. Борная кислота устойчива в полях радиационных излучений, не разлагается при высоких температурах, хорошо растворима в воде, не образует шлама и накипи, в присутствии щелочей является ингибитором коррозии.

Концентрация борной кислоты в теплоносителе первого контура устанавливается в зависимости от запаса реактивности активной зоны, обладает способностью компенсировать реактивность при выгорании топлива, физической и химической устойчивостью.

Концентрация газа в жидкости пропорциональна давлению этого газа над жидкостью:

С_{газа в воде} = k _газа·Р_газа,

где k_газа – коэффициент адсорбции газа водой, который зависит от температуры,

Р_газа – парциальное давление газа над жидкостью.

Из формулы видно, что понижение давления газа над водой ведет к уменьшению его растворимости. При снижении парциального давления удаляемого газа до нуля, его концентрация в воде также уменьшится до нуля.

Над уровнем воды находятся не только газы, но и пары воды, поэтому Ргаза будет равно:

Р_г = Р_ - Р_в,

где:Р_ – суммарное давление над уровнем воды;Р_в – парциальное давление водяных паров.

Поэтому предусмотрена работа деаэратора в паровом режиме и постоянный отвод выпара.

Показателем эффективности работы деаэратора является концентрация кислорода в подпиточной воде, которая не должна превышать 0,02 мг/дм³.

Установка СВО-1 состоит из двух групп фильтров, подключенных независимо друг от друга к контуру. Первая группа имеет один фильтр ФСД, вторая два последовательно соединенных фильтра: катионитового и анионитового.

ФСД загружается катионитом АМБЕРЛАЙТ IRN77 (диаметр частичек 0,65мм, предельная Т=120ºС) в процессе работы переходит в аммиачно-калиево-литиевую форму и выполняет следующие функции:

1) очищает теплоноситель от продуктов коррозии конструкционных материалов, находящихся в дисперсной фазе;

2) очищает теплоноситель от растворимых продуктов, находящихся в катионной форме (Ca²⁺, Na⁺, Ba²⁺, и прочее);

3) обеспечивает стабильность поддержания в теплоносителе заданных концентраций аммиака и калия за счет буферных свойств смолы.

В ФСД загружен анионит АМБЕРЛАЙТ IRN78 (диаметр частичек 0,65мм, предельная Т=60ºС), работает в борной форме и выполняет следующие функции:

1) очищает теплоноситель от радиохимических веществ, находящихся в ионной форме (изотопы иода, молибдена, рутения и др.);

2) очищает теплоноситель от хлоридов и других анионов сильных кислот, которые могут попасть в систему первого контура;

3) доочищает теплоноситель от продуктов коррозии, которые проскакивают через катионитовый фильтр или находятся в анионной форме, например, соединения хрома.

Величина рН исходной воды в меньшей степени сказывается на обменной емкости катионита, т.к. им улавливаются преимущественно сильные катионы Nа+,К+,Са2+ ,Мg2+. Тем не менее возрастание рН выше 7 увеличивает обменную емкость катионита. Увеличение происходит за счет связывания переходящего в фильтрат при Н-катионировании иона Н+ противоионами ионами ОН¯, присутствующими в исходной воде. В результате фильтрат за катионитовым фильтром обладает слабокислой реакцией, т.е. значение рН <7.

В большей степени рН исходной воды влияет на обменную емкость анионитового фильтра. Емкость увеличивается при поступлении анионов в виде кислот, особенно это касается анионов слабых кислот НСО3¯, НSiО3¯. Это объясняется присутствием избыточного количества ионов которые связывают переходящие в фильтрат при ОН- анионировании ионы ОН¯.

Поэтому в схемах обработки воды перед анионитовыми фильтрами всегда устанавливаются Н- катионитовые фильтра.

Основные задачи водно-химического режима в период пуска после останова:

- приведение показателей воды первого контура к нормам при работе реактора на мощности;

- перевод анионитовых фильтров СВО-1,2 в борнокислую форму;

- перевод катионитовых фильтров СВО-1,2 в аммиачно-калиевую форму.

Перевод ФСД СВО-1 в аммиачно-калиевую форму, создание аммиачно-калиевого режима:

1) ввести в работу ФСД СВО-1 в Н⁺ - ОН ^-- форме с расходом 20 - 25 м³ /час;

2) после уплотнения и опрессовки первого контура для насыщения фильтра становки СВО-1 очистки теплоносителя первого контура необходимо ввести в теплоноситель 1 контура КОН и NH₃.

3) поддерживая концентрацию аммиака 20-30 мг/дм³ начать дозировку порциями (во избежание перещелачивания теплоносителя) КОН.

4) при насыщении фильтра контролировать концентрацию аммиака и калия в теплоносителе 1 контура до и после фильтра с периодичностью 1 раз в 4 часа. При равенстве концентраций аммиака и калия в теплоносителе первого контура и после фильтра и достижении содержания калия в зависимости от содержания борной кислоты согласно графика считать ФСД СВО-1 переведенным в аммиачно-калиевую форму;

5) до начала водообмена вывести из работы ФСД в аммиачно-калиевой форме;

6) после выхода реактора на МКУ ввести в работу ФСД СВО-1 в аммиачно-калиевой форме с расходом 25-30 м³/час, возобновить дозировку аммиака в количестве, необходимом для создания в первом контуре концентрации водорода 2,2-4,5 мг/дм³ ;

7) дальнейшую корректировку концентрации калия в теплоносителе проводить при работе реактора на мощности исходя из соответствия суммы щелочных металлов концентрации борной кислоты в 1 контуре по графику с учетом натрия, поступившего при водообмене, и лития, образующегося при эксплуатации реактора при ядерно-физических превращениях. При этом необходимо учитывать динамику вытеснения или поглощения на катионите щелочных металлов при изменении концентрации аммиака.

Очистка от хлоридов, водообмен первого контура.

1) перед началом водообмена при необходимости снижения концентрации хлоридов в теплоносителе 1 контура ввести в работу СВО-2, катионитовый фильтр в Н⁺ -форме и анионитовый фильтр в борно-кислой форме;

2) после понижения концентрации хлоридов менее 100 мкг/дм³ и выравнивания концентрации борной кислоты до и после анионитового фильтра, цепочку вывести из работы;

3) выход реактора на МКУ производится путем водообмена через деаэратор борного регулирования;

4) в режиме понижения борной кислоты в теплоносителе при подпитке чистым конденсатом с целью обеспечения щелочного режима содержание аммиака поддерживать 20-30 мг/дм³, В этом случае из катионита фильтра СВО-1 будут вымываться щелочные катионы, что обеспечит концентрацию щелочных металлов соответственно концентрации борной кислоты.

Обескислороживание первого контура:

1) после включения ГЦН провести обескислороживание теплоносителя первого контура с помощью деаэратора подпитки увеличением расхода продувки-подпитки первого контура до максимального значения ;

2) при разогреве первого контура более 80°C в теплоноситель вводится гидразин-гидрат из расчета 20-30 мг/дм³ для удаления кислорода .

3) при достижении температуры в первом контуре 100°C и при наличии в контурной воде концентрации кислорода 0,02 мг/дм³ температуру в 1 контуре стабилизировать на 100°C до полного удаления кислорода;

4) при неудовлетворительной работе деаэратора подпитки необходимо дозировать 3% раствор гидразина в подпиточную воду из расчета создания его концентрации 20-30 мг/дм³;

5) для того, чтобы обеспечить накопление водорода в контурной воде к началу ядерного разогрева, концентрация аммиака в воде первого контура должна быть 20-30 мг/дм³