Ядерная и углеводородная энергетики
4,034,649
11,951
|
Dobryаk ( Практикант ) |
| 10 июн 2017 18:06:54 |
о технологии ТЖМТ (на примере свинец-висмут)
новая дискуссия Аналитика 198
Пётр Мартынов о технологии ТЖМТ
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.
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.
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
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.)
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
Отредактировано: Dobryаk - 01 янв 1970
ОТВЕТЫ (0)
Комментарии не найдены!