Водно-химические режимы парогенераторов АЭС в зависимости от их конструкции и материалов

Рациональная организация ведения водно-химических режимов (ВХР) является важным фактором для надежной эксплуатации АЭС. Водно-химический режим должен быть организован таким образом, чтобы обеспечивалась целостность защитных барьеров (оболочек тепловыделяющих элементов и границ контура теплоносителя) и соблюдались требования радиационной безопасности. Надежность работы любого элемента теплоэнергетического оборудования определяется взаимным влиянием трех факторов:

- конструкцией аппарата;

- конструкционными материалами;

- водно-химическим режимом (коррозионная агрессивность теплоносителя).

На действующих АЭС единственным фактором, на который сравнительно просто можно повлиять при умеренных капитальных затратах, является водно-химический режим. Однако следует заметить, что одними только средствами водно-химического режима кардинально повысить надежность эксплуатации оборудования невозможно в принципе. Кроме этого необходимо:

- обеспечение надлежащей плотности конденсаторов турбин, так как даже самые современные технологии очистки конденсата не обеспечат требуемого качества питательной воды;

- применение однородных конструкционных материалов (сплавы на основе либо железа, либо меди), что позволяет поддерживать значения рН, соответствующие минимуму скорости коррозии;

- подавление эрозионно-коррозионного износа некоторых элементов оборудования пароводяного тракта (ПВД, трубопроводов влажного пара). При изменении водного режима это достигается лишь частично, а полностью проблема решается применением сталей с содержанием хрома около 2 % и снижением скорости течения среды.

Для повышения надежности эксплуатации оборудования АЭС наряду с работами по совершенствованию водно-химического режима должны быть предусмотрены и вопросы замены конструкционных материалов.

Конкретные методы и средства поддержания качества теплоносителя и других рабочих сред, а также нормы их качества для АЭС с реакторами различного типа установлены в стандартах и нормативных документах.

По классификации контролируемые показатели качества рабочей среды подразделяются на:

нормируемые показатели, соблюдение которых обеспечивает проектный ресурс безопасной и надежной эксплуатации парогенератора и оборудования второго контура без снижения экономичности;

диагностические показатели, которые дополнительно информируют персонал АЭС о правильности ведения ВХР и отклонения которых указывают на нарушения в работе технологических систем обеспечения ВХР.

Значения нормируемых показателей качества (например, «нормы качества») устанавливаются в зависимости от энергетического уровня мощности (меньше или равно 35 % или больше 35 % ), на котором в данный период работает энергоблок.

Нормы качества рабочей среды и ограничения по эксплуатации при работе энергоблока устанавливаются раздельно для указанных энергетических уровней мощности при отклонении одного или нескольких нормируемых показателей качества питательной или продувочной воды.

Отклонения нормируемых показателей качества от предельных значений приводят к нарушению нормальной эксплуатации вследствие развития негативных эффектов, в частности, в результате развития коррозионных повреждений. На АЭС для нормируемых показателей качества определены контрольные уровни, эксплуатационные пределы и в отдельных случаях регламентированы уровни действия при отклонениях нормируемых показателей качества от эксплуатационных пределов, включая оперативное вмешательство персонала в работу систем обеспечения ВХР, снижение мощности или останов реактора. Нормируемые показатели необходимо измерять с использованием метрологически аттестованных методик и средств контроля.

Нормальная эксплуатация - эксплуатация в определенных проектом эксплуатационных пределах и условиях.

Контрольные уровни - значения показателей качества, установленные для оперативного контроля, закрепления достигнутого уровня ниже эксплуатационных пределов, обеспечения совершенствования ВХР в целях повышения радиационной безопасности персонала, увеличения ресурса работы оборудования, повышения надежности и безопасности его эксплуатации.

Эксплуатационные пределы - значения параметров и характеристик состояния систем (элементов) и АЭС в целом, заданных проектом для нормальной эксплуатации.

Первый уровень действия - предельное значение нормируемого показателя, при отклонениях от которого не гарантируется долгосрочная надежность оболочек тепловыделяющих сборок, оборудования и трубопроводов контура многократной принудительной циркуляции (оборудования и трубопроводов контура охлаждения СУЗ), поэтому необходимо изменение режима эксплуатации.

Первый уровень действия предусматривает выяснение причин и корректирующее воздействие для устранения отклонения нормируемого показателя, которые должны быть реализованы настолько оперативно, насколько это практически возможно, но не более чем за 7 суток после фиксации нарушения.

Если отклонения нормируемого показателя за пределы первого уровня не удается устранить в течение 7 суток после фиксации нарушения при работе реактора на мощности, необходимо перейти к действиям второго уровня.

Второй уровень действия - предельное значение нормируемого показателя, при отклонении от которого существенное повреждение оболочек тепловыделяющих сборок, оборудования и трубопроводов контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) (оборудования и трубопроводов контура охлаждения СУЗ) может происходить в течение короткого периода времени, поэтому необходимо незамедлительное устранение нарушения.

Второй уровень действия предусматривает:

- снижение тепловой мощности реактора до 50 % в соответствии с технологическим регламентом эксплуатации АЭС;

- при работе энергоблока на сниженном уровне мощности реактора выяснение причин и корректирующие воздействия для устранения отклонения нормируемого показателя от эксплуатационного предела, которые должны быть реализованы настолько оперативно, насколько это практически возможно, но не более чем за 3 суток после фиксации нарушения.

Допустимое время работы на сниженном уровне мощности составляет 3 суток после фиксации нарушения. При невозможности достижения за указанное время значений нормируемых показателей качества воды КМПЦ, соответствующих эксплуатационным пределам, необходимо перейти к действиям третьего уровня.

Третий уровень действия - предельное значение нормируемого показателя качества теплоносителя, при отклонении от которого не допускается эксплуатация энергоблока.

Третий уровень действия предусматривает:

останов энергоблока с последующим расхолаживанием в соответствии с технологическим регламентом эксплуатации АЭС через 4 часа (после подтверждения результатов химического анализа).

После реализации второго или третьего уровня действия производят расследование в соответствии с требованиями «Положения о порядке расследования и учета нарушений в работе атомных станций» (ПНЛЭГ-12-005-97).

При внезапном ухудшении качества теплоносителя, выводящем показатели качества на второй или третий уровни действия, минуя предыдущие, действия на этих уровнях начинаются с момента обнаружения нарушения.

При отклонениях значений показателей качества водной среды от контрольных уровней необходимо набрать статистику отклонений, произвести анализ источников поступлений примесей и анализ работы оборудования, выявить источник ухудшения качества и приступить к его устранению.

При работе энергоблока в энергетическом режиме отклонения нормируемых показателей от контрольных уровней должны быть устранены в течение 1 месяца. При невозможности приведения нормируемых показателей качества к контрольным уровням (по объективным причинам) для установления новых значений контрольных уровней должен быть подготовлен отчет с указанием выявленных причин отклонения и программой корректирующих мероприятий.

Необходимость совершенствования водно-химических режимов на АЭС с реакторами ВВЭР обусловлена следующими обстоятельствами:

- реализацией требований новых нормативных документов по безопасности АЭС, включая регламентирование уровней действия оперативного персонала при отклонениях нормируемых показателей качества теплоносителя, организацию диагностического химического контроля;

- реализацией требований новых нормативных документов по радиационной безопасности АЭС, обеспечению снижения дозовых лимитов облучения персонала и выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду;

- мероприятиями по предотвращению коррозионного растрескивания и эрозионно-коррозионного износа, предусматривающими оптимизацию водородного показателя водных сред при рабочих параметрах – также организацию дополнительного контроля таких опасных загрязнений теплоносителя, как сульфаты, нитраты, органические примеси;

- продлением сроков службы энергоблоков старого поколения.

Для дальнейшего совершенствования ВХР АЭС необходимо наличие высокоточных методов химического контроля. Отсутствие таковых мешает внедрению и оценке новых технологий.