Article

5.1. Назначение деаэраторной установки

На тракте от конденсатора до парогенератора двухконтур-ной АЭС (или реактора одноконтурной АЭС) происходят не только теплофизические, но и физико-химические преобразования рабочей среды. Если первые являются результатом процессов теплообмена, то вторые еще и результатом взаимодействия среды с конструкционными материалами. В результате коррозии этих материалов среда загрязняется оксидами металлов, обладающими весьма малой растворимостью и потому способными создавать твердые отложения. Для уменьшения этих отложений применяют коррозионно-стойкие материалы (см. § 4.5), а в дополнение к этому в тракте обеспечивают такие физико-химические характеристики среды, при которых проявляется максимальная стойкость против коррозии.

Рассмотрим физико-химические процессы на конденсатно-питательном тракте двухконтуриой АЭС с деаэратором (рис. 5.1 а). Современные нормы технологического проектирования предписывают обязательную установку 100%-ной очистки конденсата после конденсатора не только для одноконтурной, но и для двухконтуриой АЭС. Для того, чтобы фильтры конденсатоочистки работали при низком давлении, устанавливают последовательно (до и после конденсатоочистки) два конденсатных насоса: КН-1 преодолевает суммарное сопротивление тракта до конденсатоочистки и ее фильтров и создает подпор для КН-II, который преодолевает суммарное сопротивление всех ПНД и ОД и обеспечивает давление в деаэраторе 1. Из деаэратора питательная вода, догретая до температуры кипения, отвечающей давлению в деаэраторе, питательным насосом (ПН) прокачивается через все ПВД и подается в парогенератор.

Вакуум в конденсаторе способствует проникновению в его паровой объем некоторого количества воздуха. Специальными устройствами (см. § 8.2) этот воздух в бо́льшей своей части удаляется из конденсатора. Однако некоторое количество воздуха и, главное, содержащегося в нем кислорода, все же

Рис. 5.1. Конденсатно-питательный тракт АЭС с реактором ВВЭР-1000
Рис. 5.1. Конденсатно-питательный тракт АЭС с реактором ВВЭР-1000 с деаэратором (а) и без него (б):

1 — деаэратор; 2 — ПНД; 3 — ОД; 4 — КН-II; 5 — конденсатоочистка; 6 — KH-I; 07 — конденсатор; 8 — ДН; 9 — ПН; 10 — ПВД; 11 — парогенератор; 12 — возврат очищенной продувочной воды; 13 — вода парогенератора, направляемая на очистку

остается в конденсаторе, так как при низкой температуре растворимость кислорода в воде высока (рис. 5.2, кривая I). Установлено влияние кислорода на протекание коррозионных процессов, проявляющееся по-разному в зависимости от чистоты воды. Так, в водах высокой чистоты, обычно характеризуемой значением удельной электропроводности к = 0,1 ÷ 0,2 мкСм/см, действие кислорода оказывается положительным — на поверхности сталей создается оксидная пленка, хорошо сцепленная с металлом и защищающая его от коррозии. Если же вода имеет более высокую к, то кислород интенсифицирует коррозию и от него в таких условиях надо освобождаться.

Теплообменная поверхность конденсатора 7 работает в условиях перепада давления. По паровой стороне поддерживается вакуум, а давление охлаждающей воды должно быть достаточным для преодоления суммарного сопротивления тракта охлаждающей воды до и после конденсатора и трубной

Рис. 5.2. Зависимость парциальных давлений воздуха, кислорода и водяных паров и растворимости кислорода от температуры воды при атмосферном давлении:
Рис. 5.2. Зависимость парциальных давлений воздуха, кислорода и водяных паров и растворимости кислорода от температуры воды при атмосферном давлении:

1 — содержание кислорода в воде; 2, 3, 4 — парциальные давления соответственно водяных паров, кислорода и воздуха

поверхности конденсатора. В связи с этим давление охлаждающей воды на входе в конденсатор составляет обычно около 0,2 МПа, что создает перепад давления по обеим сторонам трубок, доходящий практически до 0,3 МПа. Наличие этого перепада вызывает незначительный переток охлаждающей воды в конденсирующийся пар. Связанное с этим появление в конденсаторе хлоридов, бикарбонатов, карбонатов и кремниевой кислоты увеличивает к. Конденсатоочистка задерживает все эти примеси, и в конденсатно-питательный тракт поступает вода высокой чистоты. В таких условиях включение в конденсатно-питательный тракт специального элемента — деаэратора, имеющего своим назначением удаление неконденсирующихся газов, не имеет обоснования и вполне можно перейти к бездеаэраторной схеме (рис. 5.1б). Как будет показано далее, это удешевляет оборудование и строительные конструкции.

Существует, однако, большое число ранее сооруженных блоков двухконтурной АЭС, не имеющих конденсатоочистки. В этих случаях следует освобождаться от кислорода, причем в основном перед ПВД, которые выполнены из сталей, подверженных кислородной коррозии, то есть установка деаэратора становится целесообразной.

Кроме того, некоторые из естественных примесей, поступивших с присосом охлаждающей воды в конденсатор, способны подвергаться разложению в условиях повышенной температуры. Так, бикарбонаты разлагаются с образованием карбонатов и свободной углекислоты:

NaHCO3 → Na2CO2 + H2O + CO2 ↑          (5.1)

Углекислота является коррозионно-агрессивным агентом, особенно по отношению к углеродистым сталям, из которых выполнены ПВД. Поэтому необходимо ее удаление до поступления воды в тракт ПВД. В этом главная причина необходимости установки деаэратора при отсутствии конденсатоочистки.

Рассмотрим теперь конденсатно-питательный тракт одноконтурной АЭС, для которой установка 100%-ной конденсатоочистки всегда была обязательной. В воду реактора, а потому и в выдаваемый им насыщенный пар, в результате

диффузионного проникновения через оболочку твэлов или в связи с частичной разгерметизацией незначительного количества твэлов могут поступать газообразные продукты деления. Кроме того, в воде реактора под воздействием нейтронного потока протекает радиолиз воды с образованием атомарного водорода, молекулярного кислорода и в меньшей степени пероксида водорода и ряда других соединений. Водород и кислород интенсивно переходят в насыщенный пар. Отвод пара из реактора способствует непрерывному протеканию интенсивного радиолиза. Таким образом, пар, поступающий на турбину, несет с собой неконденсирующиеся газы. Это относится, естественно, и к греющим парам, направляемым в регенеративную систему. При конденсации греющего пара неконденсирующиеся газы в значительной мере удаляются из паровых объемов подогревателей, что особенно важно для одноконтурных АЭС в отношении водорода и кислорода, могущих образовывать гремучую смесь. Непрерывное их выделение и сброс в конденсатор для последующего контактного сжигания водорода — обязательное условие надежности работы одноконтурной АЭС. Поэтому установка деаэратора для одноконтурной АЭС целесообразна, несмотря на наличие конденсатоочистки.