Установка для очистки воды контура охлаждения каналов системы управления и защиты реактора
Предлагаемая полезная модель относится к области ядерной энергетики, в частности, к очистке воды контуров охлаждения каналов активной зоны ядерных уран-графитовых реакторов. Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении степени очистки воды контура СУЗ от радиолитически образующихся азотной и азотистой кислот, снижении коррозионного воздействия продуктов радиолиза водной среды на конструкционные материалы контура охлаждения" системы управления и защиты и исключении необходимости снижения мощности реактора из-за превышения значений нормируемых показателей в воде контура. Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в установке для очистки воды контура охлаждения каналов системы управления и защиты реактора, включающей последовательно расположенные намывной и насыпные И - катионитовый и ОН - анионитовый фильтры, предложено, в намывном фильтре использовать смесь порошковых сильноосновных ионообменных смол в соотношении катионит к аниониту 2,8:1÷3,2:1, а насыпные фильтры разместить в одном корпусе с послойной загрузкой В - катионитом и ОН - анионитом в соотношении катионит к аниониту 1:10÷1:8. Использование предлагаемой полезной модели позволяет поддерживать на допустимом уровне показатели качества воды контура СУЗ и как следствие снизить коррозионное воздействие продуктов радиолиза водной среды на конструкционные материалы контура охлаждения системы управления и защиты и исключить необходимость снижения мощности реактора из-за превышения значений нормируемых показателей.
Предлагаемая полезная модель относится к области ядерной энергетики, в частности, к очистке воды контуров охлаждения каналов активной зоны ядерных уран-графитовых реакторов, и может быть использована для повышения уровня безопасности реакторов большой мощности канальных (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 (Вопросы безопасности АЭС с канальными реакторами: Барьеры безопасности./Л.А.Белянин, А.П.Еперин, В.И.Лебедев и др. - М.; Энергоатомиздат, 1996., с.27-30). 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. 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 Н 2О2 в контуре достигает 8мг/л, О 2-10мг/л):
6OH+N2=2HNO 3+2Н2 (1)
5Н 2O2+N2=2НNО 3+4Н2О (2)
5O 2+2N2+2H2O=4НNО 2 (3)
3О2+2N 2+2H2O=4HNO2 (4)
Для очистки воды контура СУЗ предусмотрена байпасная очистка.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является установка для очистки воды контура охлаждения каналов системы управления и защиты реактора, включающая последовательно расположенные намывной перлитный и насыпные ионообменные Н - катионитовый и ОН 7 анионитовый фильтры, причем в качестве фильтрационного материала намывного фильтра используется перлит (Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. Канальный ядерный реактор. - М.: Атомиздат, 1980. -208с.). Вода контура СУЗ поступает на намывной перлитный фильтр, где происходит очистка от органических примесей и нерастворенных продуктов коррозии конструкционных материалов, затем на последовательно включенные ионообменные Н - катионитовый и ОН - фильтры (при соотношении катионит/анионит - 1:1), на которых удаляются примеси в ионной форме (соли, радиолитические кислоты - НNО 3 , HNO2) и основное количество радионуклидов.
Недостатками наиболее близкого аналога являются:
- недостаточная степень очистки воды от азотной и азотистой кислот (опыт эксплуатации ректоров типа РБМК показал, что при большом количестве каналов БАЗ установка для очистки, выполненная с использованием ближайшего аналога не обеспечивает качество воды в контуре СУЗ согласно установленным нормам);
- значительная коррозия конструкционных материалов в результате высокого содержания в воде радиолитических кислот;
- необходимость снижения мощности реактора при отклонениях нормируемых показателей качества воды, например рН, от допустимых значений,
что обуславливается недостаточной степенью очистки от HNO3, HNO 2.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении степени очистки воды контура СУЗ от радиолитически образующихся азотной и азотистой кислот, снижении коррозионного воздействия продуктов радиолиза водной среды на конструкционные материалы контура охлаждения системы управления и защиты и исключении необходимости снижения мощности реактора из-за превышения значений нормируемых показателей в воде контура.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в установке для очистки воды контура охлаждения каналов системы управления и защиты реактора, включающей последовательно расположенные намывной и насыпные Н - катионитовый и ОН - анионитовый фильтры, предложено, в намывном фильтре использовать смесь порошковых сильноосновных ионообменных смол в соотношении катионит к аниониту 2,8:1÷3,2:1, а насыпные фильтры разместить в одном корпусе с послойной загрузкой Н - катионитом и ОН - анионитом в соотношении катионит к аниониту 1:10÷1:8.
В предлагаемом техническом решении использованы следующие отличительные признаки:
Признак 1 - в качестве сорбирующего материала намывного фильтра используется смесь порошковых сильноосновных ионообменных смол в соотношении катионита к аниониту 2,8:1÷3,2:1
Признак 2 - вместо последовательно расположенных насыпного Н -катионитового и насыпного ОН - анионитового фильтров, используется насыпной ионообменный фильтр с послойной загрузкой сильноосновного Н - катионита и сильноосновного ОН - анионита в соотношении 1:10÷1: 8, причем слой катионита расположен первым относительно потока очищаемой воды.
В порядке обоснования соответствия заявленной совокупности признаков полезной модели критериям новизна, изобретательский уровень приводим следующее:
По признаку 1. Использование в качестве сорбирующего материала намывного фильтра смеси порошковых сильноосновных ионообменных смол позволяет, по сравнению с перлитом, значительно увеличить очистку воды от радионуклидов, удалить из контура СУЗ как нерастворимые соединения, так и растворимые соли, кислоты (при использовании перлита удаляются только загрязнения механического характера). Таким образом, решается задача выведения из контура СУЗ азотной и азотистой кислот, основное количество которых образуется в каналах БАЗ. При этом предлагаемое соотношение катионита к аниониту позволяет эффективно удалять из контура катионы металлов и радионуклиды (средний коэффициент очистки по радионуклидам на перлите составляет - 1,5, на смеси порошковых ионообменных смол - 9,6). При соотношении катионита к аниониту менее 2,8 эффективность процесса выведения из контура катионов металлов и радионуклидов снижается. Ограничение верхнего предела соотношения катионита к аниониту величиной 3,2 обусловлено технологическими трудностями проведения процесса намыва и " шоковой " регенерации из-за забивки щелей фильтрующих элементов намывных фильтров катионитом.
По признаку 2. Использование насыпного фильтра с послойной загрузкой катионитом и анионитом позволяет использовать для очистки воды контура СУЗ вместо двух фильтров (катионитового и анионитового) один ионообменный фильтр. Расположение слоя катионита первым по ходу потока очищаемой воды позволяет произвести доочистку воду от большинства радионуклидов, а при предлагаемом соотношении катионита к аниониту 1:10÷1:8 достигается необходимое качество воды контура СУЗ, полностью соответствующее установленным нормам. При
соотношении катионита к аниониту менее 1:10 снижается эффективность очистки от радионуклидов, а при более высоком содержании катионита рН воды контура СУЗ может снизиться ниже установленного уровня.
Предлагаемое техническое решение проиллюстрировано графическим материалом. На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для очистки воды контура охлаждения каналов СУЗ, состоящая из намывного фильтра 1 с фильтрующими элементами 2, намытыми смесью порошковых сильноосновных ионообменных смол в соотношении катионит к аниониту 2,8:1÷3,2:1, насыпного ионообменного фильтра 3, содержащего слой катионита 4 и слой анионита 5 в соотношении катионит к аниониту 1:10÷1:8.
Очистка воды контура охлаждения каналов СУЗ производится следующим образом. Контурная вода, содержащая нерастворимые и растворимые примеси, радионуклиды поступает на намывной фильтр 1, который предварительно намывается смесью порошковых сильноосновных ионообменных смол в соотношении катионит 4 к аниониту 5 2,8:1÷3,2:1. Контактируя с сорбентом, вода очищается от основного количества растворимых, нерастворимых продуктов коррозии и радионуклидов. Средний коэффициент очистки от радионуклидов составляет - 9,6 (при использовании перлита - 1,5). После намывного фильтра 1 вода поступает в насыпной ионообменный фильтр 3, загруженный послойно катионитом 4 и анионитом 5 в соотношении 1:10÷1:8, причем слой катионита 4 расположен первым по ходу потока очищаемой воды. На катионите 4 происходит доочистка воды от растворенных форм продуктов коррозии и радионуклидов. Так снижение активности по радионуклиду Na24 , вносящему наибольший вклад в радиоактивность воды, составляет более трех порядков. После катионита 4 вода проходит слой анионита 5 на котором происходит ее очистка от нитрат -, нитрит -, хлорид - ионов.
Опытно - промышленные испытания предлагаемой установки для очистки воды были проведены на действующем энергоблоке реактора РБМК-1000, система управления и защиты которого была снабжена -33 каналами БАЗ. Производительность установки - 18 м 3/ч.. Фильтрующие элементы намывного фильтра были намыты смесью порошкового сильноосновного ионита фирмы "Ром энд xaac" Microionex MB 400 (соотношение катионит/анионит -3:1. Насыпной фильтр загружался послойно: нижний слой - анионит АВ-17-8чс, верхний слой - катионит КУ-2чс. Испытания показали, что использование данного технического решения позволяет очистить воду от взвесей, ионных примесей и обеспечить необходимое качество воды контура охлаждения СУЗ. Среднее значение водородного показателя рН составило - 5,15 (нормируемое значение - 4,5÷5,5); средние значения концентраций нитритов- 235 мкг/дм3, нитратов -770 мкг/дм3.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет поддерживать на допустимом уровне показатели качества воды контура СУЗ и как следствие снизить коррозионное воздействие продуктов радиолиза водной среды на конструкционные материалы контура охлаждения системы управления и защиты и исключить необходимость снижения мощности реактора из-за превышения значений нормируемых показателей.
Установка для очистки воды контура охлаждения каналов системы управления и защиты реактора, включающая последовательно расположенные намывной и насыпные Н - катионитовый и ОН - анионитовый фильтры, отличающаяся тем, что намывной фильтр, содержит смесь порошковых сильноосновных ионообменных смол в соотношении катионит к аниониту 2,8:1÷3,2:1, а насыпные фильтры размещены в одном корпусе с послойной загрузкой Н - катионитом и ОН - анионитом в соотношении катионит к аниониту 1:10÷1:8.
