Тема 9. Водний режим електростанцій.


 

9.1. Поведінка домішок по тракту електростанції.

Оптимізація водного режиму ставить своєю метою створити сприятливі умови експлуатації, при яких можуть бути отримані мінімальні значення швидкості корозії, переходу продуктів корозії в воду і знижена інтенсивність утворення відкладень.

Відкладення можуть утворюватися з домішок, що надходять в воду від зовнішніх і внутрішніх джерел. Поведінка домішок визначається властивостями води, що змінюються по тракту електростанції. Змінення тиску слабко позначається на її властивостях. Підвищення температури води викликає зміну її теплофізичних і фізико-хімічних властивостей: густина і діелектрична проникність води знижуються, а ступінь дисоціації зростає.

Таким чином міняються характеристики води як розчинника домішок і як корозійного середовища в залежності від температури.

Зовнішніми джерелами надходження домішок в пароводяний тракт є вода і атмосфера довкілля, що відповідно дають розчинні домішки і газові присоси.

Розчинені домішки можуть надійти в контур різноманітними шляхами: з водою первісного заповнення, з додатковою водою, з присосами в конденсаторі, а також з агентами, що дозуються для корегування водного режиму.

Як правило, воду первісного заповнення обробляють тим самим засобом, що і питому воду. В залежності від засобу попередньої обробки питомої води змінюється склад і кількість домішок, що надходять.

Присоси води, що охолоджує конденсатори турбін, відбувається через нещільності вальцювальних з’єднань трубок теплообмінної поверхні з трубними дошками, корозійні пошкодження самих трубок, що утворилися в процесі експлуатації.

До нинішнього часу розроблені і знайшли застосування засоби зниження або навіть запобігання протічок через нещільності вальцювальних сполучень (спеціальні обмазки, застосування подвійних трубних дошок і ін.). Однак присоси мають місце практично на всіх електростанціях, бо економічних доцільних мір боротьби з корозією трубок конденсатора доки не знайдені.

Присоси в залежності від конструкції і умов експлуатації коливаються в межах від 0,001-0,002 до 0,01-0,02 витрати пари конденсатор (Дк). Кількість домішок, що надходять, залежить від присоса і від мінералізації води, що охолоджує. Вона може змінюватися в широких межах: 50 до 1000 мг/кг в прісній, і до 35 000 мг/кг – в морській.

Розчинені домішки містять в основному солі натрію, кальцію, магнія і кремнієвої кислоти, а також продукти корозії конструкційних матеріалів.

Поведінка домішок залежить від зміни густини, температури і жорсткості.

Показники ВХР при нормальній експлуатації блоку повинні відповідати нормам. Розглянемо нормовані показники і їхню характеристику.

ХЛОРИДИ Хлор-іон різко посилює місцеву корозію аустенітних нержавіючих сталей, викликаючи міжкристалітну корозію і розтріскування. Депассивіруя поверхню металу, хлориди також посилюють процеси загальної корозії.

РН-ПОКАЗНИК, визначає реакцію середовища. Це негативний десятковий логарифм концентрації іонів водню.

СІЛЬ ЖОРСТКОСТІ – іони кальцію і магнія. Ряд солей кальцію і магнія мають низьку розчинність і здатні утворювати відкладеня (накип) на поверхні теплообміну.

КРЕМНІЄВА КИСЛОТА в присутності іонів амонію і заліза утворить складні малорозчинні сполучення, а в присутності іонів кальцію і магнія – силікати. Все це веде до утворення накипу на поверхні нагріву.

СПОЛУЧЕННЯ ЗАЛІЗА. Це продукти корозії обладнання конденсатно-живильного тракта, утворюють місцеві або загальні відкладення. Ці відкладення є центрами утвореня накипу, а також можуть служити нагромаджувачами таких небезпечних в корозійному відношенні сполучень як, хлоридні солі.

СПОЛУЧЕННЯ МІДІ характеризують корозійний стан трубної поверхні конденсаторів і ПНТ.

КИСЕНЬ найбільш агресивна домішка води, що визначає процес загальної і місцевої корозії. Підвищена концентрація кисня різко прискорює щілинну, контактну і інші види корозії.

ПИТОМА ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ характеризує наявність у воді розчинені солі. Конденсат високої чистоти характеризується величиною 0,1-0,15 мкСм/см.

АМІАК продукт термічного розкладу гідразину. Його присутність в КПТ посилює процес корозії латунних трубок ПНТ.

ГІДРАЗИН вводиться в КПТ для зв'язування кисня. Однак будучи сильним відновником, гідразин (при високій його концентрації) відновлює також окисли заліза і міді, сприяючи завдяки цьому підсиленню процесу корозії.

СУМАРНА АКТИВНІСТЬ СУХОГО ЗАЛИШКУ характеризує активність проби і вимірюється згодом однієї година після відбору проби. Сумарна активність продувної води ПГ характеризує величину протічок теплоносія першого контура в другий контур.

Термічний розклад бікарбонатів:

2NaHCO3 —> Na2CO3 + H2O + CO2

При більш високій температурі відбувається гідроліз карбонатів:

Na2CO3 + H2O —> 2NaOH + CO2

В результаті цих процесів у конденсаційно-живильному тракті і парогенераторі утвориться вільна вуглекислота.

Вуглекислота, що утворилася в лініях до деаератора і в самому деаераторі, в основному видаляється в процесі деаерації; вуглекислота, що утворилася в живильному тракті і парогенераторі, переходить в пар і надходить разом з ним в конденсатор. Тут більша частина її видаляється разом з іншими неконденсуючимис газами, а частина розчиняється в конденсаті. Розклад бікарбонатів в конденсатному тракті з утворенням вуглекислоти знижує рН конденсата. Зниження рН зменшує корозійну стійкість конструкційних матеріалів конденсатного тракту і ПНТ. Інші природні домішки води є термічними сталими сполученнями. Їхня розчинність істотно залежить від температури. Утворення відкладення на внутрішніх поверхнях відбувається при перевищенні межі насичення для даного сполучення. Досягнення і перевищення цієї межі може відбуватися в результаті зниження розчинності речовини із зростанням температури і зростання його концентрації у воді при пароутворюванні.

Газові присоси відбуваються по паровій стороні в вакуумній частині електростанції (конденсатор, останні ступіні турбіни, ПНТ) із-за нещільностей у фланцевих сполученнях і арматурі.

На роботу обладнання основний вплив виявляє кисень повітря, що розчиняючись в конденсаті основного потоку або дренажному потоці з ПНТ, інтенсифікує корозію конструкційних матеріалів.

Таким чином, ПНТ працює в умовах агресивного середовища як по стороні конденсата (із-за розчиненого в ньому кисня і утворення вільної вуглекислоти), так і по стороні пари (також із-за кисня, розчиненого внаслідок присосів повітря, і розчиненої вуглекислоти, що надійшла з паром відборів). Це викликає необхідність виробляти ПНТ з корозійно-стійких матеріалів. Звичайно для цієї мети застосовують латунь. Однак на блоках надкритичних париметрів використання латуні приводить до утворення мідноокисних відкладень на лопатках турбін, що знижує ККД. Аустенітні сталі дорожче. Можна використати перлитні сталі, забезпечуючи підвищення їхньої корозійної стійкості підтриманням рН з допомогою аміаку на рівні рН=9,2-9,5.

Відмова від сплавів зі складом міді, характерна також для АЕС, особливо одноконтурних. Тут ПНТ роблять з нержавійки, бо підвищення рН до означених значень неприпустиме при використанні в активній зоні сплавів міді.

ПВТ знаходяться в істотно більш сприятливих умовах: по стороні пари підсоси повітря будуть відстуні, в парі і його конденсаті може бути тільки вуглекислота. В деаераторі видаляєтся майже весь розчинений в конденсаті кисень і значна частина вуглекислоти. Таким чином, сторона, що обігрівається також може містити тільки вуглекислоту. Це дасть можливість виробляти ПВТ з перлитних сталей.

Основним внутрішнім джерелом надходження домішок є процеси корозії практично всіх конструкційних матеріалів.

Корозійний процес називається электрохімічним, якщо він супроводжується переходом електронів від металу до середовища, якщо такого переходу немає, то корозія носить хімічний характер.

В умовах експлуатації, корозія носить змішаний характер: електрохімічний і хімічний.

В практиці експлуатації найбільш часто зустрічаються наступні типи корозії: рівномірна корозія, утворення язв і наскрізних отворів, корозія під напругою, воднева крихкість.

Рівномірна корозія не приводить до втрати міцності, і при проектуванні звичайно передбачають відповідний запас по товщині металу для компенсації корозійних втрат. Тому основною задачею водно-режимних заходів є істотне зниження швидкості рівномірної корозії і запобігання всіх інших видів корозії.

Важливою характеристикою середовища у відношенні корозійних процесів є рН. Від неї залежить швидкість і тип корозії, характер корозійного процесу, кількість продуктів корозії, що переходять у воду, їхній дисперсний склад і таке інше. Особливо істотно виявляється вплив рН для перлитних сталей. Так підвищення рН до 10 знижує в декілька раз і швидкість корозії і перехід продуктів корозії в воду.

Наявність розчиненої в воді вуглекислоти підвищує кислотність середовища, внаслідок чого збільшується швидкість корозії перлітної сталі. Підвищення рН здійснюється введенням в воду лугів: аміаку, їдкого натра, гідроокису літію. Однак слідує пам'ятати про лужну корозію. Високі концентрації луг можуть виникнути в прикордонному шарі з металом при утворенні пористих відкладень окислів заліза і міді, що перешкоджають зворотній дифузії концентрату в котлову воду.

Найбільше розповсюдження для корегування рН отримав аміак.

Роль О2 в корозійних процесах надто суперечлива. З одного боку, його присутність в розчині посилює корозію. З іншого боку, він входить як складник в окисли металів, що при певних умовах можуть утворювати захисні окісні плівки, що перешкоджають розвитку корозійних процесів.

Зміна швидкості корозії металу в часі прямолінійна, якщо не утвориться захисна окисна плівка. При утворенні захисної плівки швидкість корозії із часом стабілізується на досить низькому рівні. Щоб окисна плівка грала роль захисної, вона повинна бути:

-термодинамічно стійкою в умовах експлуатації;

-суцільною і щільною;

-міцно зв'язуватися з основним металом;

-стійкою проти внутрішніх і зовнішніх напружень.

Термодинамічно сталим окислом заліза при t < 570 0С є магнетит Fe3O4. Окисна плівка магнетиту володіє гарними захисними властивостями. Вона утворюється на вуглецевій і нержавіючій сталі в воді високої чистоти при високій температурі і малому вмісту кисня. Однак при хаотичному зростанні плівки в процесі корозії кристали магнетиту мають різні розміри, між ними утворюються пори, а в плівці виникають надмірні напруги, що приводять при змінах режиму роботи установок до розтріскування і руйнування кристалів.

Процес утворення захисної плівки магнетита на вуглецевій сталі може проводитися цілеспрямовано. Для цього застосовують розбавлені розчини комплекса етілендеамінтетрауксусної кислоти (ЕДТА) або її солі початковою концентрацією=300 мг/кг.

Основою цього процесу є факт, що при глибокому термічному розкладі розчиненого в воді комплексу ЕДТА з залізом утворюються у твердій фазі кристали магнетиту. Для отримання магнетиту достатньо витримати розчин Fe-ЕДТА при t=280 0С протягом 4-6 годин.

Утворення магнетита на поверхні металу є необхідною, але недостатньою умовою утворення захисної плівки. Вимагається виникнення зв'язку кристалів магнетита з основою і між собою. Такі зв'язки встановлюються при викривленні кристалічних решіток, що реалізується при підвищеній температурі.

Швидкість корозії обробленої таким чином вуглецевої сталі знижується в 8-10 раз.

 

9.2. Вивод домішок з тракту електростанції.

Нормальна тривала експлуатація можлива за умови постійного виводу домішок з тракту. Газові домішки удаляються в процесі деаерації і вилучення неконденсуючих газів з конденсату.

Вилучення розчинених і зважених домішок з циклу відбувається декількома шляхами, що поділяються на дві групи:

-організований вивод домішок з допомогою продувки або очистки води на фільтрах;

-неорганізований вихід їх, що відбувається при утворенні відкладення на внутрішніх поверхнях і при витіках.

Загальне рівняння матеріального балансу домішок для стаціонарних умов роботи установки записується виходячи з наступного. Зміна кількості домішок у воді в часі дорівнює

; - кількість теплоносія; - зміна концентрації у часі.

Ця зміна кількості домішок в часі визначається:

-кількістю домішок, що надходять з живильною водою, - ДСПВ;

-поверненням продувної води після очистки, - ДпрСпв;

-у виді продуктів корозії поверхні, середовищем, що омиває - SWk;

-кількістю домішок, видалених водою, що продувається - ДпрСпр;

-з паром ДСП;

-виходом домішок в процесі утворення відкладення SWо.

Таким чином:

(1)

де D – витрата живильної води, дорівнює витраті пари;

S – внутрішня поверхня установки;

Wk – швидкість надходження продуктів корозії у воду контура;

Wo – швидкість утворення відкладення.

Схема очистки продувної води може бути замкненою, як на АЕС, або розімкненою, як на ТЕС. В обох випадках кількість води, що надходить:

Дпв=Д+Дпр .

Припускається, що очистка продувної води, здійснюється до якості, що не уступає якості живильної води. При цьому необхідно і достатньо, щоб виконувалася умова =0. В цьому випадку можна легко визначити необхідну продувку:

(2)

 

Рис.9.2.

 

Для природних домішок води:

 

(3)

Утворення накипних відкладень природних домішок води: Са або Mg, що мають низьку теплопровідність, вкрай небажано. Кількість відкладення,що утвориться:

В цьому випадку прямо залежить від концентрації цих домішок в живильній воді і витрати продувної води. Продувка, визначена з умови відсутності відкладення Wo=0, складає:

. (4)

Звідси видно, що значення продувки тим менш, чим більше Спр. Для підвищення ефективності продувки в боротьбі з накипом, що утворюється, застосовують внутрішньокотлову обробку води введенням фосфатів, наприклад, двонатрієвої солі ЕДТА (трилон Б). Фосфати утворять з Са і Mg важкорозчинні сполучення, що виділяються у вигляді шламу. Цей процес називається фосфатуванням.

Комплексони, навпаки, утворять з Са і Mg міцні високорозчинні сполучення. Цей процес отримав назву трилонірування. Фосфатування в ПГ АЕС не застосовують із-за побоювань зависання шламу в вузьких зазорах між трубками теплопередаючьої поверхні.

Можливість збільшення Спр при збереженні надійності роботи парогенераторної установки забезпечується організацією ступінчатого випару з виділенням солоних відсіків, живильною водою для яких служить котлова вода чистих відсіків.

Кремнієва кислота має підвищену розчинність в парі при Р > 7,0 мПа. В процесі зниження температури і тиску при розширенні перегрітого пару можуть утворюватися важковидаляємі кремнекислі відкладення, що знижують h oi турбіни. Засобом боротьби з цим є зниження концентрації кремнієвої кислоти в живильній воді засобом водопідготовки.

Особливістю 1-го контура 2-х контурної АЕС є радіоактивність теплоносія і відповідно виникає необхідність обмежити розповсюдження радіоактивного теплоносія.

 

9.3. Особливості ВХР реакторних контурів АЕС.

В реакторних контурах АЕС не можна уникнути наявності О2, бо він утвориться як продукт радіолізу води.

В якості первинних продуктів радіолізу утворяться радикали Н, ОН і електрони. Радикальні продукти вступають в реакції один з одним, рекомбінують або утворюють молекулярні продукти радіолізу:

Н + Н Н2

ОН + ОН Н2О2

Н + ОН Н2О

Зменшити кількість радіолітичного водню вдається шляхом створення в воді надлишкової концентрації Н2. Подавлення процесу утворення О2 може протікати, наприклад, по такій реакції:

Н2О + Н Н2О + ОН.

Цей процес можна реалізувати тільки в 2-х контурних АЕС, де в реакторі однорідне середовище. Створення надлишкової концентрації Н2 досягається шляхом додавання аміаку. В результаті радіолізу утвориться Н2. При цьому водночас здійснюється корегування рН до рівня, оптимального для експлуатації сталей.

На сучасних АЕС з ВВЕР широко використовується засіб регулювання нейтронного потоку введенням рідкого абсорбенту – борної кислоти (Н3ВО3), концентрація якої може змінюватися при роботі на потужності від 0 до 8 мг/кг.

Щоб уникнути підвищення швидкості корозії і виходу продуктів корозії в теплоносій за наявності борної кислоти, її варто нейтралізувати лугом.

Для цієї мети можуть бути використані сильні луги (КОН, LiOH) або аміак. При використанні перших вимагається додаткове введення Н2 в теплоносій для подавлення радіолізу. Застосування NH3 в якійсь мірі вирішує проблему подавлення радіолізу, але це рішення недостатньо ефективне для підтримання рН на необхідному рівні, бо при t=300 0С лужні властивості аміаку знижуються приблизно у 100 разів у порівнянні з 25 0С. Тому у ВВЕР з борним регулюванням застосовується змішаний аміаково-калієвий ВХР.

Існують також додаткові зовнішні джерела надходження домішок (ядерне пальне, компенсатори об’єму 1-го контура 2-х контурної АЕС).

В процесі ділення ядерного пального під оболонкою ТВЕЛІВ з'являється велика кількість продуктів ділення, що представляють собою радіоактивні ізотопи різноманітних елементів середньої частини таблиці Менделєєва. Серед них газоподібні речовини такі як 131I, 133Xe, 135Xe, 88Кr, 137Cs. По мірі нагромадження продуктів ділення і їхньої дифузії навіть практично задовільна герметичність оболонок не запобігає вихід ГПД у воду і розчинення в ній.

Всі зазначені продукти ділення є в основному інертними шляхетними газами і не виявляють помітного впливу на фізико-хімічні процеси і водний режим АЕС. Однак вони підвищують радіоактивне забруднення теплоносія і повинні бути усунені.

Для заповнення газового обсягу компенсатора тиску (КТ), використовують інертні гази (N2 або He) або водяний пар.

Технічний азот містить біля 1% кисня. З КТ в результаті масообміну і дифузії гази надходять в теплоносій. Розчинення кисня в теплоносії інтенсифікує корозію у реакторному контурі.

Наявність у теплоносії азоту і кисня (продукт радіолізу води і домішок азоту) і водню (продукт радіолізу води і корозійних процесів) в умовах радіаційного опромінення може призвести до синтезу азотної кислоти. Поява в теплоносії азотної кислоти виявиться в зниженні рН, що сприяє інтенсифікації корозійного процесу.

Найбільш розповсюджені парові КТ. В цьому випадку газовий агент КТ не виявляє впливу на фізико-хімічні процеси в реакторному контурі.

 

 



Дата добавления: 2016-07-22; просмотров: 1693;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.037 сек.