Пётр Мартынов о технологии ТЖМТ AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 02.10.2013 В Обнинске на базе ГНЦ РФ - ФЭИ с 23 по 26 сентября 2013 года прошла IV научно-практическая конференция "Тяжёлые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях" (ТЖМТ-2013). На пленарном заседании конференции был представлен доклад "Современные вопросы и задачи технологии тяжёлых жидкометаллических теплоносителей (свинец, свинец-висмут)". Доклад подготовлен группой авторов в составе - П.Н.Мартынов, Р.Ш.Асхадуллин, Ю.И.Орлов, А.Н.Стороженко. Представил доклад Пётр МАРТЫНОВ (ФЭИ). Шлакование У тяжёлых металлов в нашей атомной отрасли давняя история. В 1951 году в ФЭИ был построен первый циркуляционный стенд с теплоносителем свинец-висмут. В 1963 году появилась первая АПЛ со свинцово-висмутовым реактором (К-27). В 1971 году - АПЛ проектов 705 и 705К. В настоящее время продолжается разработка реакторов СВБР-100 и БРЕСТ-ОД-300. Первая подводная лодка "К-27" (проект 645) с теплоносителем Pb-Bi была сдана в эксплуатации в 1963 году. Спустя пять лет, в 1968 году, на лодке произошла авария. Причиной аварии стало расплавление твэлов реактора из-за ухудшения теплообмена, вызванного отложениями шлаков. Типичные примеры отложений шлаков на начальном этапе освоения Это печальное событие продемонстрировало, что для ТЖМТ-реакторов одной из важных задач является предотвращение образования шлаков на основе оксида свинца PbO и очистка от этих отложений. В качестве эффективного метода докладчик привёл очистку теплоносителя и поверхностей контура водородосодержащими газовыми смесями по реакции H2+PbO → H2O+Pb. Действенность такого метода докладчик проиллюстрировал архивными фотографиями 1972 года. Говоря о перспективных разработках в данном направлении, Пётр Мартынов упомянул датчик содержания азота в защитном газе. Азот в газовом контуре является свидетелем поступления кислорода воздуха и позволяет количественно определить масштабы шлакования тяжёлого жидкометаллического теплоносителя Современные требования к системе периодической очистки теплоносителя и циркуляционного контура водородом от шлаков на основе оксидов свинца таковы: - наличие методов и средств для периодического проведения водородной очистки при появлении признаков ухудшения теплогидравлических характеристик циркуляционного контура; - впрыск водородосодержащей газовой смеси непосредственно в поток теплоносителя (Pb, Pb-Bi); - наличие в газовой смеси паров воды для предотвращения повреждения противокоррозионных оксидных плёнок на сталях; - использование специальных устройств для ввода и диспергации газовых смесей в потоке теплоносителя с обеспечением доставки водорода во все участки циркуляционного контура, где возможно наличие отложений шлаков; - обеспечение температуры проведения водородной очистки 300-450°C; - предотвращение контакта воздуха с теплоносителем и поверхностями циркуляционного контура для необходимой минимизации образования шлаков при проведении ремонтно-перегрузочных работ; - надёжная диагностика необходимости проведения водородной очистки. Очистка от взвесей Следующий элемент технологии тяжёлометаллических теплоносителей - непрерывная очистка от взвесей с помощью фильтров. Здесь речь идёт об очистке теплоносителя от механических примесей, образующихся в первом контуре в результате взаимодействия с конструкционными сталями. Фильтр должен непрерывно удерживать в объёме фильтрующего материала взвешенные примеси независимо от природы их образования, концентрации и размеров. В будущем системе фильтрации возможно поручить также задачу удаления взвесей соединений полония. Требования к фильтрам жёсткие. Например, они должны удерживать не менее 90% всех видов взвесей, циркулирующих в потоке теплоносителя, причём размер улавливаемых взвесей должен охватывать диапазон от долей микрона до десятков микрон. Гидравлическое сопротивление фильтров должно быть малым. Фильтрующий материал должен быть совместим с теплоносителем, то есть, следует обеспечить отсутствие коррозии и механического разрушения фильтрующего материала до 500°C. Наконец, необходимо уметь регенерировать фильтр по примесям оксида свинца без демонтажа и непосредственно в циркуляционном контуре. Аэрозоли Важная задача технологии тяжёлометаллического теплоносителя - защита систем и оборудования газовых объёмов контуров, в том числе, систем КГО. Речь идёт, прежде всего, о защите от воздействия свинцовых аэрозолей. Помимо нежелательного взаимодействия с оборудованием газовых объёмов, свинцовые аэрозоли создают ещё один неблагоприятный эффект - рост активности газа в газовом объёме. Для борьбы с аэрозолями используют аэрозольные фильтры. Микрофотографии аэрозольных частиц свинца-висмута, уловленных металловойлоком Полоний Очистка теплоносителя и контура от 210Po - перспективная задача технологии свинцово-висмутового теплоносителя. При нормальных условиях эксплуатации и герметичном контуре она не столь актуальна. Ситуация меняется при межконтурных течах, разгерметизации первого контура во время плановых ремонтов, перегрузке ядерного топлива или нештатных проливах радиоактивного теплоносителя в обслуживаемое помещение. Практически весь полоний-210 содержится в теплоносителе в виде полонида свинца PbPo. Менее 1% полония переходит в газовую фазу (аэрозоли). Поэтому его возможно удалять из контура при помощи соответствующих фильтров. При этом следует учитывать, что накопление 210Po в фильтре будет сопровождаться выделением тепла, которое придётся так или иначе отводить - например, циркулирующим теплоносителем. Защита от коррозии Важнейшая задача технологии теплоносителя - кислородная защита сталей от коррозии в теплоносителях. Задача технологии ТЖМТ - обеспечить доставку требуемого количества растворённого кислорода к поверхностям контура в заданном диапазоне концентраций (от 10-6%мас. до 10-5%мас) в эксплуатационных режимах работы реакторной установки. Формирование оксидной защитной плёнки циркуляционного контура требует генерации и переноса значительных количеств растворённого кислорода. Важнейшая задача технологии ТЖМТ - организация транспорта растворённого кислорода теплоносителем без образования твёрдой фазы в циркуляционном контуре. Докладчик вкратце рассказал о твёрдофазном методе генерации растворённого кислорода и регулировании его концентрации в теплоносителе, а также об испытаниях макетного образца автоматизированной системы управления кислородом, а также о дозаторах кислорода - массообменных аппаратах, поддерживающих кислородный режим в ТЖМТ, и датчиках контроля содержания кислорода. Взаимодействие с водой Взаимодействие паров воды с ТЖМТ теоретически создаёт опасность глубокого окисления с образованием твёрдой фазы PbO - то есть, тех самых шлаков на основе оксида свинца, о которых шла речь в начале доклада. Однако в реальных условиях - и это подтверждено десятками экспериментов - рост концентрации кислорода при взаимодействии теплоносителя с водой прекращается, не доходя трёх порядков до насыщения. То есть, теплоносители свинец и свинец-висмут парами воды окисляются слабо, и условий для образования шлаков на основе PbO при проектных микротечах парогенераторов не создаётся. Докладчик оговорил, однако, что данный вывод справедлив при условии, что в парогенератор поступает вода, не содержащая значимых количеств несвязанного (растворенного) кислорода. Марки и диаграммы В заключительной части доклада Пётр Мартынов остановился на таких вопросах, как выбор промышленных марок свинца и висмута для использования в качестве теплоносителя. Здесь необходимо обращать внимание на следующие моменты: - влияние примесей в теплоносителе на радиационную обстановку в период эксплуатации РУ; - влияние примесей на ядерно-физические свойства реактора; - интенсивность наработки 210Po из 209Bi и 208Pb и интенсивность миграции 210Po из газового контура РУ; - влияние примесей на коррозию конструкционных материалов; - влияние примесей в стартовом теплоносителе на процесс шлакообразования. Из российских промышленных марок висмута предпочтительным представляется ВИ00, а при использовании такой марки как ВИ1 потребуется доочистка. По свинцу кандидатной маркой докладчик видит С1. И в завершение можно привести диаграмму для Pb и P-Bi теплоносителей, из которой видно, куда будут двигаться исследования. Требуется осваивать область температур выше 600°C. Ключевые слова: ФЭИ, Свинец, Свинец-висмут Другие новости: Руководителем проекта строительства АЭС "Руппур" стал экс-ЗГИ ЗАЭС Руководитель проекта уже есть, это Игорь Павлович Корольченко. Установка реакторов на ПАТЭС завершена Верфь обязуется сдать ПАТЭС 9 сентября 2016 года. Российско-казахстанское ЦОУ стало владельцем 25% плюс одна акция УЭХК Сделка завершена 27 сентября. |
Герой дня Георгий Тошинский: о русской стали, авариях и иностранном интересе А вот для тяжёлого теплоносителя ситуация другая. Все стальные детали в нём всплывают на поверхность. И не нужно ничего ловить на дне. Они видны, и если у вас есть доступ к свободному уровню с помощью каких-то наводящих устройств и обычного телевидения, то их сравнительно легко удалять с поверхности теплоносителя. ИНТЕРВЬЮ
Михаил Хорошев МНЕНИЕ
Иль Сун Хван |