AtomInfo.Ru


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
теплоносителя Pb-Bi (1968-1972 г.г.)

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

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

Михаил Хорошев
В сокращении количества реакторов на самом деле нет ничего трагического. Во время бума развития ядерной энергетики многие страны приобретали их больше для престижа, для приобретения необходимых компетенций для будущего развития технологий мирного атома...


МНЕНИЕ

Иль Сун Хван

Иль Сун Хван
После Фукусимы отрасль ищет новые виды теплоносителей, не обладающих опасными свойствами - например, в отличие от воды, не вступающими в химические реакции с образованием водорода. Свинец и свинец-висмут в этой связи привлекают большое внимание.


Поиск по сайту:


Rambler's Top100