Контур охлаждения каналов системы управления и защиты ядерного уран-графитового реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к охлаждению каналов активной зоны ядерных уран-графитовых реакторов и может быть использовано для повышения уровня безопасности реакторов типа РБМК. Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что в контуре охлаждения каналов системы охлаждения и защиты ядерного уран-графитового реактора, включающем циркуляционные насосы, теплообменники, узел подачи азота в каналы быстродействующей аварийной защиты, предложено контур охлаждения снабдить узлом ввода в теплоноситель ингибитора образования радиолитических кислот, причем в качестве ингибитора предложено использовать соединения азота с отрицательной степенью окисления, например, гидроксиламин или гидразин-гидрат или их смесь. Техническим результатом является использование предлагаемого решения, которое позволяет существенно снизить образование радиолитических кислот в контуре охлаждения каналов СУЗ, поддерживать рН на допустимом уровне (4,5-6,5), повысить коррозионную стойкость конструкционных материалов контура, увеличить фильтроцикл байпасной очистки, избежать необходимости снижения мощности реактора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к охлаждению каналов активной зоны ядерных уран-графитовых реакторов и может быть использовано для повышения уровня безопасности реакторов типа РБМК.

Для обеспечения заданного температурного режима каналов системы управления и защиты (СУЗ), камер деления, датчиков контроля энерговыделения, отражателя и быстродействующей аварийной защиты (БАЗ) ядерного уран-графитового реактора предусмотрено их охлаждение водой, причем каналы БАЗ охлаждаются в пленочном режиме. Для удаления радиолитических газов (водорода, кислорода), каналы БАЗ продувают азотом. Опыт эксплуатации энергоблоков АЭС с РБМК показал, что продувка каналов БАЗ азотом ведет к образованию азотной, азотистой кислот и, как следствие, к превышению нормируемых значений рН охлаждающей воды и увеличению коррозии конструкционных материалов [1].

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является контур охлаждения каналов системы управления и защиты реактора, включающий циркуляционные насосы, теплообменники, узел подачи азота в каналы быстродействующей аварийной защиты [2]. Контур представляет собой циркуляционную систему, работающую с принудительной циркуляцией.

Недостатками наиболее близкого аналога являются:

- образование в каналах БАЗ значительного количества радиолитических кислот (азотной и азотистой) и, как следствие, возможность превышения нормируемых значений рН. Азотная и азотистая кислоты образуются за счет радиационно-химических реакций растворенного в воде каналов БАЗ азота с продуктами радиолиза воды: ОН-радикалами, перекисью водорода, кислородом (концентрация Н₂O₂ в контуре достигает 8 мг/л, O₂ – 10 мг/л):

- увеличение коррозии конструкционных материалов в результате образования радиолитических кислот;

- необходимость снижения мощности реактора при рН ниже допустимых значений;

- уменьшение фильтроцикла анионитового фильтра за счет сорбции нитрат и нитрит-ионов.

Задача, решаемая изобретением, заключается в снижении коррозионного воздействия продуктов радиолиза водной среды контура охлаждения системы управления и защиты на конструкционные материалы.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что в контуре охлаждения каналов системы охлаждения и защиты ядерного уран-графитового реактора, включающем циркуляционные насосы, теплообменники, узел подачи азота в каналы быстродействующей аварийной защиты, предложено, контур охлаждения снабдить узлом ввода в теплоноситель ингибитора образования радиолитических кислот, причем в качестве ингибитора предложено использовать соединения азота с отрицательной степенью окисления, например, гидроксиламин или гидразин-гидрат или их смесь.

Основным существенным отличительным признаком предлагаемого изобретения является наличие в контуре узла ввода ингибитора процесса образования радиолитических кислот. В порядке обоснования соответствия заявленного признака критериям новизна, изобретательский уровень приводим следующее: предлагаемое изобретение предусматривает возможность введения в теплоноситель контура ингибитора (например, гидроксиламин или гидразин-гидрат или их смесь), который уменьшает скорость образования азотной и азотистой кислот, образующихся по реакциям 1-4, а также нейтрализовывает HNO₃, HNO₂. Так, гидроксиламин (степень окисления азота: -1), являясь сильным восстановителем, взаимодействует с ОН-радикалами, перекисью водорода, кислородом по реакциям:

Аналогичным образом с ОН-радикалами, перекисью водорода, кислородом взаимодействует гидразин-гидрат (степень окисления азота: -2):

Так как скорость реакций (5-10) значительно превышает скорость реакций (1-4), ОН-радикалы, Н₂O₂, O₂ расходуются, в основном, на взаимодействие с гироксиламином или гидразин-гидратом, что позволяет избежать образования азотной кислоты и значительно снизить в воде контура стационарные концентрации перекиси водорода, кислорода. В отсутствие кислорода и перекиси водорода растворенный в воде азот реагирует с водородом, образующимся в результате радиолиза воды по реакции:

Кроме того, гидроксиламин, гидразин-гидрат, аммиак нейтрализуют образующуюся в незначительных количествах по реакциям 1-3 азотную кислоту

За счет гидролиза азотнокислых солей, образующихся по реакциям 12-14, рН в контуре поддерживается на уровне 5-6.

Предлагаемое техническое решение проиллюстрировано графическим материалом. На чертеже представлена принципиальная схема контура охлаждения каналов системы управления и защиты реактора, состоящая из намывных перлитных фильтров 1, катионитового фильтра 2, анионитового фильтра 3, ловушки ионитов 4, насосов 5, циркуляционного бака 6, аварийного бака 7, теплообменников 8, напорного коллектора 9, канала СУЗ 10, ловушки 11, емкости 12 с ингибитором, например, гидроксиламином или гидразин-гидритом или их смесью, насоса дозатора 13, каналов БАЗ 14, узла 15 подачи азота.

Охлаждение каналов осуществляется следующим образом. Из циркуляционного бака 6 вода по трубопроводу подается насосами 5 к теплообменникам 8, где охлаждается водой промконтура. Из теплообменников 8 вода подается в напорный коллектор 9, откуда распределяется по каналам 10, 14 и далее поступает в циркуляционный бак 6. Для поддержания норм качества воды контура предусмотрена байпасная очистка. Забор воды на очистку осуществляется по трубопроводу, врезанному в трубопровод подачи воды от теплообменников в напорный коллектор. Вода контура последовательно поступает на намывной перлитный фильтр 1, где происходит очистка от нефтепродуктов и нерастворимых продуктов коррозии конструкционных материалов, затем на катионитовый 2, анионитовый 3 фильтры и сбрасывается в циркуляционный бак 6. Азот в каналы БАЗ поступает из узла подачи азота 15. Для подачи в каналы БАЗ, например, гидроксиламина или гидразин-гидрата или их смеси предусмотрена емкость 12 с ингибитором, дозируемым в теплоноситель контура с помощью насосов 13. Подача ингибитора проводится при рН воды 4,8-5,0, замер рН проводят перед намывными фильтрами 1. При рН 6 дозировку ингибитора прекращают.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет существенно снизить образование радиолитических кислот в контуре охлаждения каналов СУЗ, поддерживать рН на допустимом уровне (4,5-6,5), повысить коррозионную стойкость конструкционных материалов контура, увеличить фильтроцикл байпасной очистки, избежать необходимости снижения мощности реактора.

Список использованной литературы:

1. В.В.Герасимов, А.И.Касперович, О.И.Мартынова “Водный режим атомных электростанций”, Москва, Атомиздат, 1976 г.

2. Л.А.Белянин, В.И.Лебедев, Л.В.Шмаков, Ю.Г.Скок “Безопасность АЭС в изобретениях”, Москва, Энергоатомиздат, 1998 г.

1. Контур охлаждения каналов системы управления и защиты ядерного уран-графитового реактора, включающий циркуляционные насосы, теплообменники, узел подачи азота в каналы быстродействующей аварийной защиты, отличающийся тем, что контур охлаждения содержит узел ввода в теплоноситель ингибитора образования радиолитических кислот.

2. Контур по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингибитора используются соединения азота с отрицательной степенью окисления.

3. Контур по п.2, отличающийся тем, что в качестве соединений азота с отрицательной степенью окисления используют гироксиламин, или гидразин-гидрат, или их смесь.