Article

7.6. Система байпасной очистки реакторной воды

В связи с непрерывно протекающей коррозией конструкционных материалов реакторного контура, а также в связи с поступлением естественных примесей с подпиточной водой для ВВЭР и с питательной водой для РБМК необходима постоянно действующая очистная установка на реакторной воде для поддержания нормируемых значений основных показателей водного режима.

Технологические схемы очистной установки для ВВЭР и РБМК в своей основе имеют теплообменники для охлаждения очищаемой воды, механические и ионообменные фильтры смешанного действия (ФСД), обычно применяемые для очистки вод с малым содержанием примесей, к числу которых относятся и реакторные воды. Однако размеры этих установок и давление, при котором они работают, существенно различаются.

На АЭС существует большое количество радиоактивных вод, подлежащих очистке. Радиоактивность этих вод требует их очистки на специальных водоочистках (СВО). Наиболее важные из этих спецводоочисток имеют свои номера — от 1 до 7. Из их числа только байпасная очистка реакторной воды СВО-1 работает непрерывно и располагается вблизи самого реактора, как единственная связанная с ним непосредственно. Остальные, работающие периодически, объединяются в самостоятельный отдельный корпус.

Назначение СВО-1 — поддержание норм водного режима реакторных установок. Для ВВЭР состав СВО-1 и нормы водного режима реактора определяются обязательным борным регулированием, что может способствовать повышенному выносу в теплоноситель продуктов коррозии сталей. Поэтому наряду с борной кислотой принято вводить и щелочи, например аммиак, а в связи с его радиационным разложением дополнительно еще и едкое кали (табл. 7.4); соответствующий водный режим называют смешанным аммиачно-калиевым

Таблица 7.4. Показатели смешанною аммиачно-калиевого режима при борном
регулировании для ВВЭР

Рис. 7.12. Очистка реакторной воды ВВЭР-1000 при смешанном аммиачно-калиевом режиме и борном регулировании:
Рис. 7.12. Очистка реакторной воды ВВЭР-1000 при смешанном аммиачно-калиевом режиме и борном регулировании:

1 — реактор; 2 — парогенератор; 3 — ГЦН; 4 — техническая вода промконтура; 5 — регенеративный теплообменник; 6 — дроссельное устройство; 7 — доохладитель; 8 — Н-катионитовый фильтр; 9 — NH4 — К-катионитовый фильтр; 10 — анионитовый фильтр; 11 — механический фильтр; 12 — подача добавочной обессоленной воды; 13 — подпиточные насосы; 14 — деаэратор подпитки; 15 — теплообменник деаэратора; 16 — сброс запирающей воды ГЦН; 17 — выпар деаэратора подпитки

режимом. Схема байпасной очистки для ВВЭР-1000 представлена на рис. 7.12. Для удешевления установка работает при сниженном в сравнении с реакторным давлении. Непосредственно у реактора в герметичной оболочке (см. рис. 7.11) расположены только регенеративный теплообменник 5 и дроссельное устройство 6. Остальная часть очистной установки вынесена за пределы оболочки. Ионообменные фильтры 8, 9 и 10 загружены соответственно катионитом в Н-форме, катионитом в смешанной NH4 — К-форме и анионитом в ОН-форме, которая в процессе работы переходит в борнокислую форму. После ионообменных фильтров вода может быть направлена на механические фильтры 11 для улавливания мелких фракций смол в случае их выноса из фильтров 8, 9, 10. Очищенная вода поступает в деаэратор подпитки 14, рассчитанный на давление около 1,2 МПа. Сюда же по линии 16 поступают и протечки запирающей воды ГЦН (см. рис. 7.8). Греющий пар поступает в поверхностный теплообменник 15 (рис. 7.14). Вода в баке прогревается до температуры насыщения и частично парообразуется. Образовавшийся пар вентилирует деаэраторную головку и уносит с собой газовые составляющие для последующего дожигания водорода и сброса остальных газов через систему технологических сдувок.

Схема деаэратора подпитки показана на рис. 7.13. В него же подаются и все реагенты. При малых нагрузках в работе находятся центральные распределительная 3 и струйная 5 камеры и насадочная колонна 7. При полной нагрузке в работу включаются также периферийные распределительная 4 и струйная 6 камеры и насадочная колонна 8. Поэтому деаэратор обеспечивает хорошую деаэрацию при любой нагрузке.

Рис. 7.13. Схема деаэратора подпитки ВВЭР-1000:
Рис. 7.13. Схема деаэратора подпитки ВВЭР-1000:

1 — вертикальный бак; 2 — дегазационная колонка; 3, 4 — центральная и периферийная распределительные камеры; 5, 6 — центральная и периферийная струйные камеры; 7, 8 — насадочные колонны; 9 — теплообменник; 10 — отвод продеаэрированной воды; 11 — глухой щит; 12 — переливная перегородка

Керамические насадки в дополнение к струям обеспечивают равномерность контакта деаэрируемой воды и пара.

Из деаэратора подпитки вода возвращается подпиточными насосами в реактор и на уплотнения вала ГЦН. Всего установлено три насоса — рабочий, резервный и ремонтируемый. В деаэратор подают все необходимые реагенты и обессоленную воду для подпитки реактора (для восполнения неизбежных, хотя и весьма незначительных потерь теплоносителя, например, на отборы проб воды реактора). Таким образом установка байпасной очистки одновременно решает и вопросы подпитки реактора. Расход воды на очистку для ВВЭР-1000 составляет 40 т/ч. Описанная установка применяется и для ВВЭР-440 (на первых блоках ВВЭР байпасная очистка реакторной воды выполняется иначе), но расход воды на очистку меньше — 20 т/ч. При обесточивании АЭС байпасная очистка выключается из работы.

Для одноконтурной АЭС борное регулирование не используют, так как потребовались бы очень большие расходы борной кислоты в связи с ее выносом вместе с паром и сорбцией на конденсатоочистке. Водный режим осуществляется как бескоррекционный с байпасной очисткой реакторной воды под полным давлением реактора, которое существенно меньше, чем для ВВЭР.

Нормирование воды реактора одноконтурной АЭС характеризуется показателями, приведенными ниже:

Рис. 7.14. Схема очистки реакторной воды РБМК-1000:
Рис. 7.14. Схема очистки реакторной воды РБМК-1000:

1 — регенеративный теплообменник; 2 — доохладитель; 3, 4 — подача и отвод технической воды промежуточного контура; 5 — намывной перлитный фильтр; 6 — ФСД; 7 — механический фильтр

Расход воды на очистку определяют обычно по хлоридам, так как аустенитные нержавеющие стали (основной конструкционный материал реакторного контура) склонны к коррозии под напряжением, усугубляемой в присутствии хлоридов. Если для РБМК-1000 расход питательной воды составляет 5600 т/ч, а концентрация хлоридов после конденсатоочистки — менее 4 мкг/кг, то концентрация хлоридов на уровне 100 мкг/кг требует расхода воды на очистку 5600·4/100=224 т/ч. Учитывая, что обычно концентрация хлоридов меньше 4 мкг/кг, расход воды на очистку принимают равным 200 т/ч. Схема байпасной очистки для РБМК-1000 приведена на рис. 7.14. Для преодоления сопротивления очистной установки используется перепад ГЦН. Реакторная вода проходит последовательно намывные (перлитные) фильтры, выполняющие роль механических, и затем ионообменные катионитно-анионитные фильтры смешанного действия (ФСД).

Из рис. 7.12 и 7.14 видно, что в обоих случаях конечная очистка производится на ионообменных смолах. Так как смолы стойки только до определенной температуры (для катеонита температура не выше 90 ℃, а для анионита — не выше 40 ℃), то в состав обеих очистных установок приходится включать теплообменники охлаждения — регенеративный и доохладитель.