авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

«Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ ...»

-- [ Страница 5 ] --

Склонность Сталь, марка PRE Область применения образование щелевая к МКК питтингов коррозия Заменитель стали 03Х23Н6 22 10 10 нет 08Х18Н10Т Заменитель сталей 03Х22Н6М2 27 10 10 нет 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13МЗТ Заменитель стали 08Х22Н6Т (ЭП 53) 21 10 10 нет 08Х18Н10Т Заменитель стали 12Х21Н5Т (ЭП 811) 20 10 10 нет 08Х18Н10Т Заменитель сталей 08Х21Н6М2Т (ЭП 54) 26 10 10 нет 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13МЗТ Теплообменники с 03Х24Н6АМЗ (ЗИ 130) 38 50 20 нет морской водой Заменитель Cr-Ni DMV 18.5 (UNS S31500) 28 20 10 нет аустенитных сталей Заменитель Cr-Ni SAF 2304 (UNS S2304) 24 20 10 нет аустенитных сталей Теплообменники с SAF2205 (UNS S31803) 35 30 20 нет пресной водой Теплообменники с SAF2507 (UNS S32750) 41 80 50 нет морской водой О закреплении труб в трубных рекомендуют с тепловложениями при сварке решетках 0,2-1,5 кj/мм.

Подготовка узла соединения труб из сталей В связи с использованием труб из SAF 2304, SAF 2205 и SAF 2507 с трубными аустенитно-ферритных сталей для тепло- досками из таких же сталей или из хромони обменного оборудования важное внимание келевых аустенитных сталей рекомендуется в уделяется креплению их в трубных решетках соответствии со схемами на рисунке 6. В зави методами сварки и вальцевания. Для того, симости от применяемой после сварки валь чтобы избежать нежелательных структурных цовки для обеспечения высокой прочности изменений (роста ферритного зерна и увели- соединения труб с трубной доской на стенках чения количества ферритной составляющей в отверстий рекомендуется делать внутренние структуре), приварку труб к трубным доскам канавки (рис. 7).

Рис.6. Схемы рекомендуемых узлов соединения труб из аустенитно-ферритных сталей с трубными досками теплообменных труб парогенераторов АЭС с реакторами ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

Возможность проявления склонности к КР стали 08Х18Н10Т необходимо учитывать не только при выборе водно-химического режи ма, но и мероприятий по защите от коррозии в период монтажных работ. Обеспечение долго вечности трубных систем теплообменного оборудования вполне возможно использова нием для их изготовления хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей. Аустенитно Рис.7. Внутренние канавки в отверстиях ферритные стали отличаются высокой общей трубных досок для повышения плотности коррозионной стойкостью, не склонны к соединения труб коррозионному растрескиванию под напря жением, питтинговой и щелевой коррозии в хлорсодержащих средах, имеют высокие Как правило, сварка трубы с трубной ре- значения пределов прочности и текучести при шеткой для аустенитно-ферритных сталей удовлетворительной пластичности и ударной выполняется тем же методом, что и для аусте- вязкости, хорошей свариваемости.

нитной стали. Термический цикл сварки мо жет оказать большое влияние на содержание Литература феррита в металле шва, которое в норме долж но быть в пределах 25…70%. Металл шва по составу аналогичный аустенитно-ферритным 1. В.Ф. Титов, Г.Ф. Банюк, С.И. Брыков.

сталям, при затвердевании имеет преиму- О повреждениях теплообменных труб в ПГ щественно ферритную структуру, а затем по АЭС с ВВЭР // Теплоэнергетика, № 3, 1992, мере снижения температуры за счет реакции с. 61-63.

a ® g образуется аустенит. При очень быстром 2. Н.Б. Трунов, В.В. Денисов, охлаждении, как в случае сварки трубы с Ю.Г. Драгунов, Г.Ф. Банюк, Ю.В. Харитонов трубной решеткой, структура «замерзает» при Работоспособность теплообменных труб ПГ очень высоким содержании феррита. Поэтому АЭС с ВВЭР //Доклад на региональном се сварку труб с трубными досками рекоменду- минаре МАГАТЭ «Целостность трубок ют в режиме мощности 0,2±1,5 кДж/мм. парогенераторов», Калининская АЭС, 30.10 В качестве защитного газа рекомендуется 03.11.2000. Материалы регионального семина аргон с добавками азота (3%), что способствует ра МАГАТЭ, Удомля, 27-30 ноября 2000. М.:

формированию в шве двухфазной аустенитно- ЭНИЦ ВНИИАЭС, 2001, с. 12-18.

ферритной структуры. При использовании в 3. Folkhard E. Metallurgic der Schweibung качестве присадки проволоки SAF 25.10.4.L nichfrostender Sthle Springer // Verlag wein New (C 0,03%, 25% Cr, 10% Ni, 4% Mo) сварка в York, 1984.

смеси Ar + 3% N2 обеспечивает содержание 4. H. Eriksson. An evaluation of different аустенита в металле шве в количестве ~ 50%. stress corrosion cracking test methods and how stainless steels respond to them // Sandvik internal technical report. E 011T005688. 1989-04-25.

Заключение 5. Kangas P. and Nicholls J.M. Chloride – induced stress corrosion cracking of duplex Склонность к коррозионному растрески- stainless steels. Modes, test methods and ванию под напряжением аустенитной стали experience //AB Sandvik Steel, s. 811, s. 33-43 – 08Х18Н10Т является причиной повреждений ENG, 1994.

Longevity of heat-exchange tube systems can be ensured by use of chrome-nickel austenite-ferrite steels in their manufacturing. Austenite-ferrite steels are characterized by high general corrosion stability, not susceptible to stress corrosion cracking, pitting and crevice corrosion in chloride-bearing environment.

УДК 621.18: 621.039. Е.Б. Юрчевский (ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС») А.Г. Первов, А.П. Андрианов (ФГУП МГСУ) М.А. Пичугина (ООО «АКВАХИМ») ПЕРСПЕКТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С ЯДЕРНЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ РЕАКТОРАМИ Рассмотрена возможность использования мембранных технологий для водоподготовительных уста новок электростанций с ядерными энергетическими установками. Выполнен анализ опыта тепловой энергетики. Показано, что комплексное применение мембранных процессов обеспечивает стабильное качество подпиточной воды, упрощает технологическую схему водоподготовительной установки, много кратно уменьшает потребность в химических реагентах и количество солевых сбросов в окружающие водоемы при повышении степени поставочной готовности водоподготовительного оборудования. Мем бранные технологии водоподготовки целесообразно использовать в атомной энергетике.

В период становления и развития атомной кремния, алюминия в комплексе с органиче энергетики часто использовались отрабо- скими веществами могут попадать в парово танные технические решения из тепловой дяные циклы электростанций с добавочной энергетики. К таким техническим решениям водой. Кроме того, применение ионообменной относится и технология подготовки добавоч- технологии глубокого обессоливания воды ной воды для первичного заполнения цирку- связано с избыточным использованием кис ляционных контуров АЭС и для восполнения лоты и щелочи для регенерации катионитов потерь пара и турбинного конденсата. Эта и анионитов. Как правило, эксплуатационные технология включает многостадийную об- расходы реагентов в 2-4 раза превосходят не работку природной исходной воды, включаю- обходимое стехиометрическое количество, щую задержание грубодисперсных примесей, а их избыток сбрасывается в поверхностные реагентную обработку и удаление с помощью водоемы, загрязняя их.

осветлителей взвешенных частиц и коллои- Альтернативой ионообменной технологии дов, сорбционную очистку воды от остатков обессоливания воды является обратноосмоти взвеси с использованием осветлительных ческая технология, суть которой заключается в фильтров, трехступенчатое обессоливание продавливании воды через полупроницаемые воды на ионообменных фильтрах. Описанная мембраны, имеющие размеры пор, сопостави технология позволяет обеспечить любые обо- мые с размерами ионов и молекул. При этом снованные требования к качеству добавочной вода проходит через поры, а растворенные в воды паровых котлов на ТЭС и парогенера- ней соли, а также коллоиды и органические торов на АЭС. Остаточное содержание всех соединения задерживаются мембранами.

ионизированных примесей после ионооб- Научные основы расчета и проекти менных фильтров не превышает 0,5 мг/дм3, рования обратноосмотических установок электропроводность приближается к теорети- изложены в работах Ю.И. Дытнерского [1], ческому пределу для химически чистой воды Ф.Н. Карелина[2], М. Мулдера [3] и других.

и может достигать 0,02 мкСм/см. Однако не- Скорость движения воды через обратно значительные количества неионизированных осмотическую мембрану J пропорциональна коллоидов, состоящих из соединений железа, прикладываемому давлению и разности осмо тических давлений обрабатываемой воды и обеспечение их длительной работы с мини концентрата: мальным снижением номинальной произво дительности, которое является следствием (1) концентрирования содержащихся в обраба J=k0 (p-) тываемой воде примесей и их выпадения на где k0 - коэффициент водопроницаемости мем- фильтрующей поверхности мембран.

браны, м/сПа При расчете УОО весьма важно правильно р - давление, Па принять значение солесодержания концентра - разность осмотических давлений, Па та Ск, чтобы с одной стороны, минимизировать Разность осмотических давлений зави- образования осадков на поверхности мембран сит от концентрации взвешенных, коллоидных и малорастворимых соединений, а с другой – ограничить неоправ (2) данные безвозвратные потери осветленной и =CRT подогретой воды.

где С – разность концентрации, моль/м3 При оценке вероятности образования R – универсальная газовая константа, осадков малорастворимых веществ на поверх R=8,314 Дж/моль°К ности мембраны наиболее сложным является Т – температура, °К учет концентрационной поляризации – по Основными показателями, характеризую- вышенной концентрацией удаляемых ионов щими процесс обратноосмотического обес- у поверхности мембраны. В соответствии с соливания является производительность по уравнением (2) концентрационная поляриза фильтрату и концентрату и солезадержание R. ция снижает разность концентраций С и тем Если обозначить долю исходной воды, про- самым уменьшает скорость фильтрования шедшей через мембрану, суммарный расход воды через обратноосмотическую мембрану, исходной воды Gu, расход фильтрата Gф и увеличивает солесодержание фильтрата, по расход концентрата Gк, то можно записать: вышает вероятность появления осадков на поверхности мембран. Численное значение оценивается уровнем или модулем концентра G (3) = ционной поляризации К.

G u exp(J / M) Cn K= = (6) R + (1 R) exp(J / M) Co Для практических целей очень важно иметь как можно ближе к 1, чтобы избежать безвозвратных потерь уже подготовленной где Сn – концентрация солей у поверхно для обратноосмотического обессоливания сти мембран;

воды. Сo – солесодержание обрабатываемой Солезадержание R характеризует эффек- воды в потоке;

тивность задержания мембраной растворен- J – конвективный поток к поверхности ных солей: мембраны;

M – коэффициент массопереноса.

C Приведенные выше фундаментальные за R = 1 (4) Co висимости послужили научной основой для разработки инженерных методик расчета об где Сф и С0 – солесодержание фильтрата и ратноосмотических установок. В настоящее исходной воды соответственно. время для расчета используются компьютер Солесодержание концентрата Ск рассчи- ные программы, которые предоставляются тывается следующим образом: фирмами - поставщиками обратноосмоти ческих элементов совместно с элементами.

Co C Задачей конструктора при создании обратно Ck = (5) 1 осмотической установки является выбор типа мембранного элемента, выполнение в диало Главной проблемой при эксплуатации говом режиме компьютерного технологиче обратноосмотических установок является ского расчета, определение компоновочных решений исходя из располагаемых площадей (производительность, селективность, ресурс) и высот производственных помещений, а так- эти элементы соответствуют уровню лидеров же удобства обслуживания установки, разра- рынка.

ботка решений по автоматизации установки и Изготавливаются рулонные элементы из химическому контролю за ее работой, выбор плоских заготовок, которые наматываются на комплектующих изделий (насосы, арматура, центральную фильтратоотводящую трубку.

приборы и т.д.). Пакеты, включающие обратноосмотическую Основой обратноосмотических установок мембрану, турбулизатор и дренажную сетку, являются обратноосмотические элементы, одной кромкой приклеиваются к центральной состоящие из собственно обратноосмотиче- трубке. Противоположная кромка заклеена.

ских мембран, напорных каналов с турбу- После намотки пакета он обертывается гер лизаторами, дренажных каналов с сетками, метичной пленкой или стеклопластиком. Во фильтратоотводящих трубок, уплотнений и время работы обрабатываемая вода вводится внешней оболочки. Материалом для изготов- в элемент со стороны одного из торцов в акси ления мембран являются ацетат целлюлозы, альном направлении. Фильтрат движется по композиционные составы на основе сшитого спирали к центральной трубке, а концентрат ароматического полиамида или на основе выводится с противоположного торца, как это полипиперазина амида. В энергетике нашли показано на рис.1.

применение только рулонные обратноосмо- Рулонные элементы помещают в напорные тические элементы, обладающие большой корпуса в количестве от 1 до 7 элементов в удельной поверхностью фильтрования в каждом корпусе. При этом фильтратоотводя единице объема и достаточно легко отмываю- щие трубки соединяются муфтами с помощью щиеся от накопленных загрязнений. уплотнений в единый канал. Концентрат об Для высокопроизводительных обратно- ратноосмотических элементов, включенных осмотических установок, применяемых в ранее по ходу обрабатываемой воды, служит энергетике, используется рулонный элемент исходной водой для последующих обратно типоразмера 8040, имеющий длину 40 дюй- осмотических элементов, как это показано мов (1016 мм) и диаметр 8 дюймов (203,2 мм). на рис. 2. Сборка из обратноосмотического Доминирующую роль на отечественном элемента и напорного корпуса называется об рынке обратноосмотических элементов игра- ратноосмотическим модулем.

ет импортная продукция. Лидирующими Устройство обратноосмотических элемен производителями обратноосмотических эле- тов предусматривает непрерывное удаление ментов являются фирма FilmTec (CША), во- задержанных веществ от поверхности мембра шедшая в 1985 году в состав корпорации Dоw ны, поэтому при правильно организованном Сhemical (США) и фирма Hydranautics (США), процессе обессоливание ведется непрерывно, объединившаяся в 1987 году с корпорацией в течение сотен и тысяч часов.

Nitto Denko (Япония). Эти два производителя Сборки обратноосмотических модулей занимают около 70% мирового рынка обрат- размещаются на специальных рамах, закре ноосмотических элементов. Еще одним лиде- пляются и объединяются трубопроводами в ром является фирма Osmonics (CША), в 2003 соответствии с технологическим расчетом. На году вошедшая в состав концерна General рис. 3 приведены габаритные чертежи блока Electric (США) и получившая название GE модулей обратноосмотической установки про Osmonics. Представленные на рынке обратно- изводительностью 50 м3/час, установленной осмотические элементы унифицированы по на ТЭЦ-23 Мосэнерго.

габаритным и присоединительным размерам Помимо блока обратноосмотических моду и имеют близкие показатели по произво- лей в состав обратноосмотических установок дительности и селективности. В России ЗАО входит следующее оборудование:

НТЦ «Владипор» производит обратноосмоти- – блок питательных насосов. Произво ческие элементы типа ЭРО-КНИ 200-1016 на дительность насосов принимается с учетом основе низконапорных обратноосмотических сброса концентрата, объем которого состав мембран фирмы Hydranautics, а также импорт- ляет 25-30% от номинальной производитель ных турбулизаторов и дренажных материа- ности установки;

лов. По своим техническим характеристикам Рис. 1. Рулонный мембранный обратноосмотический элемент Рис. 2. Мембранный модуль из 3-х обратноосмотических элементов – блок фильтров тонкой очистки (ФТО) обрабатываемой воды на 97,0-98,8%, удаление для защиты обратноосмотических элементов солей жесткости на 98,8-99,2%, задержание от частиц взвеси, имеющих размер более 98,0-98,5% ионов натрия и 98,6-99,0% хлори 5 мкм;

дов. Электропроводность обработанной воды – блок дозирования антискалянта или снижается до 5 - 50 мкСм/см. Сопоставление кислоты для предотвращения отложений на качества фильтрата обратноосмотической поверхности мембран;

установки с аналогичными показателями тра – блок химической промывки обратно- диционных ионообменных обессоливающих осмотических элементов от минеральных и установок показывает, что фильтрат обратно органических загрязнений. осмотической установки существенно превос Характерной особенностью обратноос- ходит фильтрат после первой ступени ионо мотических установок является постепенное обменных фильтров, но уступает фильтрату снижение производительности установки по второй ступени ионообменных фильтров и мере возрастания объема обработанной воды, фильтрату противоточных фильтров.

а скорость снижения производительности Объем сточных вод при обратноосмоти является характеристикой качества предвари- ческом обессоливании обычно составляет тельной подготовки исходной воды перед ее 25-35% от номинальной производительности подачей на обратноосмотические мембраны. установки, что превышает объем стоков при При снижении производительности уста- ионообменном обессоливании. Однако важно новки на 10-15% от номинала выполняется отметить, что количество сбрасываемых со химическая промывка мембран кислотными лей при обратноосмотическом обессоливании и щелочными реагентами. При качественной практически соответствует количеству солей, химической промывке производительность поступающих с исходной водой, и повышения установки возвращается к номинальному зна- солесодержания исходного водоисточника не чению. Примеры зависимости относительной происходит. При ионообменном обессоли производительности установки от объема вании количество сбрасываемых солей в 2- обработанной воды для установки УОО-50А раза больше, чем поступает с исходной водой, приведены на рис. 4. что ведет к загрязнению солями гидросферы.

В тепловой энергетике в настоящее вре- Для обратноосмотических установок ха мя уже работают более десятка обратноос- рактерна высокая степень поставочной готов мотических установок для обессоливания ности. Объем работ на монтажных площадках добавочной воды. Накопленный опыт их не превышает 5-8% от стоимости поставлен эксплуатации показывает, что применение об- ного оборудования. При применении ионооб ратноосмотической технологии обессолива- менных фильтров на монтажных площадках ния обеспечивает снижение солесодержания наносятся противокоррозионные покрытия, Рис. 3. Блок фильтрующих модулей УОО-50А виды сбоку и спереди Рис. 4.1. Зависимость относительной производительности установки УОО-50А от объема обработанной воды (август 1997 – январь 1998 гг.) Рис. 4.2. Зависимость относительной производительности установки УОО-50А от объема обработанной воды (декабрь 2001 – ноябрь 2002 гг.) собираются внутрикорпусные элементы кон- Сhemical» - концерна, производящего как вы струкции и фронтовые трубопроводы, за- сококачественные ионообменные смолы так и гружаются ионообменные фильтрующие ма- обратноосмотические элементы, на основании териалы. Объем монтажных работ при этом технико-экономических расчетов сделали вы не менее 50% от стоимости фильтровального вод о преимуществах обратного осмоса с ком оборудования. позитными мембранами при солесодержании Обратноосмотические установки компак- исходной воды выше 130 мг/л. Свои соображе тны и требуют для размещения и обслужива- ния об области предпочтительного примене ния в несколько раз меньшие производствен- ния обратноосмотической технологии пред ные площади, чем площади необходимые для ставили и отечественные специалисты [6], [7].

ионообменных установок. Различия в выводах специалистов в вопросе Все перечисленные выше преимущества об экономичности обратноосмотической тех обратноосмотической технологии обессо- нологии объясняются учетом в расчетах раз ливания природной воды не означают, что личных факторов. Зачастую не учитываются новая технология превосходит ионообменную расходы на подогрев исходной воды, затраты технологию во всех случаях. И ионообмен- на предочистку и другие весьма значительные ная и мембранная и термическая технологии составляющие затрат на производство обес подготовки добавочной воды для ТЭС и соленной воды. Очевидно, что выбор техно АЭС имеют свои области предпочтительного логии обессоливания воды должен решаться применения. на основе технико-экономических расчетов Множество публикаций отечественных и применительно к каждому конкретному объ зарубежных специалистов посвящены эконо- екту с использованием местных тарифов на мическому обоснованию границы предпочти- электроэнергию, тепло, воду и т.п.

тельного применения обратноосмотической Повышению конкурентоспособности или ионообменной технологии обессоливания мембранной технологии обессоливания воды воды. В 2002 году специалисты фирмы «Rohm способствует качественное повышение техни and Haas» - мирового лидера в производстве ческих характеристик обратноосмотических ионообменных смол, на основании сопо- мембран – «сердца» установок. За последние ставления экономических показателей ионо- десятилетия удельная производительность обменного и обратноосмотического способа мембран возросла с 8-10 л/м2час до 25-40 л/ обессоливания природной воды пришли к м2час и, соответственно, единичная произво выводу, что противоточный ионный обмен де- дительность мембранного элемента типораз шевле обратного осмоса для солесодержания мера 8040 достигла 1,5-1,7 м3/час. Компания исходной воды до 1000 мг/л. При выполнении Koch Membrane Systems (США) выпускает этих расчетов были приняты среднемировые мембранные аппараты MegaMagnum типо цены на оборудование, материалы и химреа- размера 18061 (диаметр 18 дюймов, длина генты, в частности, капитальные затраты на дюйм) с единичной производительностью в ионообменную установку были приняты рав- 7,5 раз превышающей производительность ными 2800 долларов США за установленный стандартного элемента типоразмера 8040, что 1 м3/час, а на обратноосмотическую установку позволяет существенно сократить капиталь – 5060 долларов за 1 м3/час [4]. На ежегодной ные затраты при создании водоподготовитель конференции VGB «Химия на электростанци- ных установок большой мощности. Рабочее ях – 1996» был представлен доклад, посвящен- давление при обессоливании пресной воды ный сопоставлению экономичности обрат- снизилось с 4,0-5,0 МПа до 0,7-1,2 МПа, что ноосмотической и ионообменной технологий позволило снизить удельный расход электроэ обессоливания воды. В докладе показано, что нергии до менее, чем 1 кВт час/м3 фильтрата, в Европе экономическая целесообразность об- солезадержание мембран увеличилось с 80 ратноосмотической технологии соответствует 85 % до 99,5 % и более. Достигнутый прогресс значениям солесодержания выше 7-11 мг- обусловлен переходом от симметричных и од экв/л, а в США обратный осмос считается нородных ацетатцеллюлозных мембран к со целесообразным при солесодержаниях более временным многослойным композиционным 2,5-3 мг-экв/л вследствие более низкой стои- мембранам, толщина рабочего слоя которых мости электроэнергии [5]. Специалисты «Dow составляет около 0,03 мкм. Композиционные мембраны также имеют большую химическую для энергетики, применяются ультрафильтра стойкость, что обеспечивает их работоспособ- ционные мембраны либо в виде полых волокон ность в интервале значений рН от 2 до 11 при с наружным диаметром от 0,7 до 2,0 мм, либо работе (ацетатцеллюлозные от 4 до 8) и крат- в виде рулонных элементов, напоминающих ковременно от 1 до 12 (ацетатцеллюлозные от по конструкции рулонные обратноосмоти 3 до 9) при проведении химических промывок. ческие элементы. Работа ультрафильтраци Ведущие мировые производители обратноос- онных установок состоит из двух основных мотических элементов продолжают работы операций: фильтрование - гидравлическая над снижением рабочего давления процесса промывка. Продолжительность фильтрования при сохранении показателей селективности. составляет обычно 15 - 60 минут, гидравличе Фирмы Hydranautics и Toray уже предлагают ская промывка продолжается 20 - 40 секунд.

сверхнизконапорные элементы работающие Для «тупикового» режима фильтрации зави при давлении ниже 0,7 МПа и имеющие симость снижения производительности нано селективность на уровне 99%. Применение фильтрационных мембран от условий опыта таких элементов позволяет снизить затраты подчиняются теории фильтрования с образо на электроэнергию – одну из наиболее су- ванием осадка [8] и описываются следующим щественных составляющих в себестоимости уравнением:

обработанной воды. P 1 dG == Большое значение для повышения кон- + RB + RC S dt R курентоспособности обратноосмотической f технологии обессоливания воды имеют ра боты по созданию мембран с пониженной где S – суммарная поверхность мембран в чувствительностью к загрязнениям, посту- установке;

dG – изменение производительности пающим с обрабатываемой водой. Обычные dt установки во времени;

композитные мембраны сильно гидрофильны, что способствует прилипанию органики и – вязкость воды;

других загрязнений к поверхности мембраны. P – перепад давления;

Выпускаемые фирмой Hydranautics мембраны Rf, R B, Rc – гидравлическое сопротивление типа LFC имеют селективность на уровне мембран, соответственно, вследствие закупо 99,0–99,5 %, но они гидрофобны, их поверх- ривания пор, концентрационной поляризации ность менее подвержена загрязнению и хоро- и сопротивления слоя осадка на мембранах.

шо очищается при химических промывках. Графическое изображение цикла фильтро Такие мембраны рекомендуется использовать вание - промывка приведено на рис. 6.

для предварительного обессоливания воды При проектировании ультрафильтрацион перед высокоселективными мембранами. ных установок важнейшей задачей является Обратноосмотическая технология обессо- определение оптимальных продолжитель ливания предъявляет весьма высокие требо- ностей фильтрования и промывки, обеспе вания к предварительной очистке воды, что чивающих максимальную выработку об вынуждает включать в схему предочистки до- работанной воды при минимальном расходе полнительное оборудование: осветлительные воды на собственные нужды и минимальном фильтры с тонкодисперсным сорбентом, а в падении производительности установки.

ряде случаев и натрий - катионитные фильтры. Периодически также проводится химическая Однако это усложняет схемы предочистки и промывка мембран. Ультрафильтрационные влечет за собой образование дополнительных установки подразделяются на аппараты с объемов сточных вод. Повышение эффектив- тупиковой фильтрацией и на аппараты с цир ности предочистки может быть достигнуто ис- куляцией обрабатываемой воды (см. рис. 5.1).

пользованием другого мембранного процесса Лидерами на мировом рынке половолоконных - ультрафильтрации. Ультрафильтрационные мембран являются фирмы Norit (Нидерланды), мембраны имеют размеры пор от 50 до 2000 Inge AG (Германия), Hydranautics (США) и ангстрем и задерживают взвесь, коллоиды другие. Среди производителей рулонных уль и органику с молекулярной массой свыше трафильтрационных элементов наилучших 10кДа (килодальтонов). В установках большой результатов добились фирмы GE Osmonics, единичной производительности, характерных TriSep Corporation, Koch Membrane Systems Рис. 5.1. Устройство и схема работы ультрафильтрационных элементов рулонного типа (1) и аппаратов с капиллярными мембранами (2):

1 – рулонный элемент;

2 – турбулизаторная сетка;

3 – мембрана;

4 – дренажное устройство;

5 – исходная вода;

6 – фильтрат;

7 – направление движения воды через мембрану;

8 – подача промывной воды;

9 – отвод промывной воды;

10 – полые волокна;

11 – эпоксидный блок.

Рис. 5.2.

(все США). При тупиковой фильтрации весь ультрафильтрации является постоянный поток обрабатываемой воды проходит через вывод загрязнений из контура, благодаря мембрану в направлении перпендикулярном чему реже проводятся гидравлические и хи фильтрующей поверхности, и все загрязнения мические промывки мембран, обеспечивается осаждаются на мембранах. При циркуляци- низкое зашламление мембран и устойчивая онной ультрафильтрации обрабатываемая работа установки в широком диапазоне содер вода движется параллельно фильтрующей жания взвеси и коллоидов в исходной воде. В поверхности и делится на два потока: филь- общем виде в состав ультрафильтрационных трат и концентрат. Достоинствами тупи- установок входят следующие блоки:

ковой ультрафильтрации являются малый – блок ультрафильтрационных модулей;

расход на собственные нужды, высокая – блоки насосов исходной воды, цирку эффективность очистки за счет образования ляционных насосов и насосов гидравлической дополнительного фильтрующего слоя на по- промывки ультрафильтрационных мембран;

верхности мембраны, малый расход электро- – блок дозирования коагулянтов и фло энергии. Преимуществом циркуляционной кулянтов;

Рис. 6. Изменение производительности мембранной установки – блок химической промывки. обработанной воды. В пересчете на установку Опыт эксплуатации ультрафиль- производительностью 100 м3/час суммарная трационных установок на Заинской годовая потребность в химреагентах состав ГРЭС, на Новочеркасской ГРЭС, на ТЭС ляет не менее 40 тонн.

Магнитогорского металлургического завода Перспективным мембранным процессом позволил сделать следующие выводы: является нанофильтрация. Для нанофильтра – межпромывочный период работы ции применяются мембраны, имеющие разме обратноосмотических мембран возрос с 3-4 ры пор в пределах 0,001-0,01 микрон и несущие недель до 6 месяцев;

постоянный электрический заряд, отталки – удельная производительность обратно- вающий от поверхности мембраны одноимен осмотических мембран возросла с 18 л/м2час но заряженные ионы. Эффект отталкивания до 26 л/м2час;

возрастает с увеличением заряда иона. При – в течение всего периода работы между нанофильтрации удаляется практически вся химическими промывками ультрафильтра- органика, на 90-95% снижается содержание ционная установка обеспечивает стабильное катионов кальция и магния, более чем на 90% качество фильтрата, характеризуемого мутно- удаляются катионы алюминия и железа. Из стью на уровне 0,2 мг/л и ниже, содержанием анионов более чем на 90% удаляются сульфа железа в пределах 20-80 мг/л, коллоидным ты, хлориды, силикаты, а концентрация хло индексом менее 3, что с запасом обеспечивает ридов, бикарбонатов и нитратов снижается на выполнение требований к качеству воды, 40-50%. Конструктивно нанофильтрационные подаваемой на обратноосмотическое обессо- элементы, модули и установки соответствуют ливание;

обратноосмотическим.

– удельные энергозатраты на ультра- Зачастую считается, что качество предо фильтрационную предочистку составили чищенной воды перед нанофильтрацией 0,2-0,4 кВтч/м3 при рабочем перепаде давле- должно быть столь же высоким как и перед ния между исходной водой и фильтратом в обратноосмотической обработкой. Авторы пределах 0,5-1,5 кгс/см2. настоящей публикации показали, что нано Удельный расход воды на собственные фильтрационные элементы модернизирован нужды составляет 7,5 - 13,5%. ной конструкции способны длительное время Удельные капитальные затраты на созда- очищать обрабатываемую воду, содержащую ние ультрафильтрационной установки состав- минеральные и органические загрязнения без ляют 4,6 - 6,0 тысяч долларов США за 1м3/час прироста гидравлического сопротивления установленной производительности. и снижения технологических показателей.

Ультрафильтрацию нельзя считать полно- Модернизация нанофильтрационных элемен стью безреагентным процессом. Обычно в об- тов состоит в создании условий для ликвида рабатываемую воду дозируются коагулянты ции застойных зон в потоке обрабатываемой и флокулянты для связывания и укрупнения воды и для увеличения скорости фильтрова мелкодисперсных частиц взвеси, для удале- ния до 0,20-0,25 м/сек без увеличения пере ния с поверхности ультрафильтрационных пада давления [9], [10]. Натурные испытания мембран загрязнений, не удаляемых при модернизированных нанофильтрационных гидравлической промывке, используются элементов показали, что они обеспечивают кислые и щелочные моющие растворы, а межпромывочный период работы почти также бактерицидные препараты. Удельные втрое больший, чем элементы традиционной расходы химических реагентов зависят от ка- конструкции при работе на исходной воде, чества исходной воды, а для предварительной содержащей до 50 мг/л взвеси. Использование оценки можно принять следующие величины: модернизированных элементов предоставляет удельный расход гипохлорита натрия (обыч- возможность при обработке воды с невысокой но используемый бактерицидный препарат) мутностью на стадии предочистки использо - 0,2-0,3 мг/л обработанной воды;

удельный вать только малогабаритные и сравнительно расход коагулянта (сернокислого алюминия) дешевые сетчатые либо дисковые фильтры.

- 30-60 мг/л обработанной воды;

удельный Накопленный в тепловой энергетике опыт расход 100% кислоты - 5-6 мг/л обработан- эксплуатации мембранных установок для ной воды;

удельный расход щелочи- 4-5 мг/л осветления и обессоливания природной воды, а также успешные испытания модернизи- ными и обратноосмотическими элементами рованных нанофильтрационных элементов используются следующие химреагенты: анти предоставляют возможность заменить опи- скалянт (ингибитор образования отложений на санную в начале настоящей статьи много- поверхности мембран) в количестве 8г/м3 или стадийную обработку воды новой техноло- 7 т/год. Кроме того для химической промывки гией, основу которой составляет мембранная мембран используются кислотные и щелоч техника. В таком варианте технологическая ные композиции. Ожидаемая периодичность схема подготовки добавочной воды для АЭС промывки нанофильтрационных мембран будет включать три основных этапа: составляет 1 раз в месяц, обратноосмотиче – на первом этапе осуществляется уда- ских мембран - 1 раз в 6 месяцев. Расчетный ление из обрабатываемой воды взвешенных расход кислотной композиции на 1 промывку частиц с дисперсностью свыше 130-150 мкм с составит 19 кг, щелочной - 20 кг. Всего для помощью самопромывных сетчатых или дис- химпромывки ежегодно будет использоваться ковых фильтров. После осветления обрабаты- 546 кг кислых и щелочных реагентов. Следо ваемая вода подогревается до 20-30 градусов;

вательно, при использовании для обессолива – на втором этапе проводится частичное ния мембранной технологии обессоливания обессоливание воды на двухступенчатой мем- воды потребность в химических реагентах бранной установке, в которой используются более чем на два порядка меньше, чем для нанофильтрационные и обратноосмотические ионообменной технологии. Соответственно элементы. Между ступенями мембранной снижаются солевые сбросы.

установки ведется декарбонизация обраба- – обеспечивается стабильное качество тываемой воды. Ожидаемое солесодержание фильтрата, в том числе и по органическим обрабатываемой воды после второго этапа примесям [12], независимо от сезонных коле обработки составит 2-4 мг/л;

баний качества исходной воды;

– на третьем этапе выполняется полное – потребная производственная площадь обессоливание обрабатываемой воды с ис- для всех блоков, составляющих оборудование пользованием ионообменной технологии. нанофильтрационной и обратноосмотической Комбинация из последовательно включенных установок, не превышает 100 м2 при высоте 3 м.

Н-катионитных фильтров и ОН-анионитных Можно констатировать, что к настоящему фильтров обеспечит электропроводимость времени разработана и прошла широкую про фильтрата на уровне 0,15-0,25 мкСм/см, а мышленную апробацию новая мембранная добавление в схему фильтра смешанного дей- технология обессоливания воды. Полученный ствия снизит электропроводимость фильтрата опыт эксплуатации этой технологии показы до значений менее 0,10 мкСм/см. вают, что во многих случаях эта технология Если мутность обрабатываемой воды имеет существенные преимущества перед превышает значение 50 мг/л, в технологиче- традиционными технологиями и является скую схему вводится ультрафильтрационная техническим решением, снижающим проти установка. воречия между требованиями энергетики к Предлагаемая технологическая схема обес- обессоленной воде и требованиями экологии.

соливания вод по сравнению с традиционной схемой обессоливания имеет следующие Список литературы преимущества:

– более чем на порядок сокращается рас ход химических реагентов и соответственно 1. Ю.И. Дытнерский. Баромембранные уменьшается количество солей, сбрасы- процессы. М., Химия, 1986, 272 с.

ваемых со сточными водами. Например, для 2. Ф.Н. Карелин. Обессоливание воды об ионообменной установки производительно- ратным осмосом. М., Стройиздат, 1988, 208 с.

стью 100 м3/час, с учетом средних по России 3. М. Мулдер. Введение в мембранную удельных расходов серной кислоты 580 г/м3 технологию. М., Мир, 1999, 513 с.

и щелочи 300 г/м3 [11], годовой расход кис- 4. Jon Exchange versus Reverse Osmosis.

лоты составит 508 тонн, а щелочи 263 тонны. Информационные материалы фирмы «Rohm Общий расход реагентов будет 771 т/год. Для and Haas» на семинаре в Санкт-Петербурге мембранной установки с нанофильтрацион- 08.04.2002г.

5. О.И. Мартынова. Конференция 10. Е.Б. Юрчевский, А.Г. Первов, VGB «Химия на электростанциях». А.П. Андрианов, М.А. Пичугина. Исследование Теплоэнергетика, 1997, №11, с. 74-76. технологических характеристик мембранных 6. А.П. Мамет, Ю.А. Ситняковский. элементов с открытыми напорными каналами.

Сравнение экономичности ионитного и об- Теплоэнергетика, 2009, №11, с. 46- ратноосмотического обессоливания воды. 11. Н.Н. Бородулина, А.А. Гришин, Электрические станции, 2002, №6, с. 63-66 Е.Б. Юрчевский. Обзор состояния и показате 7. Е.Б. Юрчевский, А.Г. Первов. ли работы водоподготовительных установок Экономические аспекты применения обрат- электростанции за 1991 - 1997 годы и основные ноосмотической и ультрафильтрационной направления по повышению их технического технологий в энергетике. Энергосбережение и уровня. М. 1977 г.

водоподготовка, 2004, №3, с. 17-20. 12. Е.Б. Юрчевский, А.Г. Первов, 8. В.А. Жужиков. Фильтрование. М., А.П. Андрианов. Перспективы использования Химия, 1986, 409 с. мембранных технологий водоподготовки для 9. Е.Б. Юрчевский, А.Г. Первов, предотвращения загрязнения пароводяных А.П. Андрианов, М.А. Пичугина. трактов ТЭС органическими примесями при Исследование процессов формирования отло- родной воды. Теплоэнергетика, 2006, №8, с. 2-9.

жений в мембранных аппаратах с открытыми напорными каналами. Энергосбережение и водоподготовка, 2008, №4, с. 32-37.

A possibility is considered to use membrane technologies for water treatment facilities of nuclear power plants.

Experience of thermal power engineering is analyzed. It is shown that complex application of membrane processes ensures a stable quality of make-up water, simplies the process diagram of the water treatment facility, ensures multiple reduction in chemical reagents and salt dumping in surrounding reservoirs with the increase of supply readiness of the water treatment equipment. It is expedient to use the membrane technologies for water treatment in nuclear power engineering.

УДК 621.039. В.П. Садулин (ОАО «ГНЦ НИИАР») ТУРБИННО-НЕЙТРОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРКАХ КОРПУСНОГО КИПЯЩЕГО РЕАКТОРА ВК- Предложен и реализован турбинно-нейтронный метод измерения расхода теплоносителя в тепловы деляющих сборках корпусного кипящего реактора ВК-50. На основе данного метода разработан расходо мер, в котором датчиком съема сигнала является подвижный родиевый детектор прямого заряда из состава системы внутризонного контроля энерговыделения. Описана конструкция, приведены характе ристики расходомера, даны примеры и результаты его применения.

Разработки и исследования по созданию установленные в водоподводящие каналы атомных станций с корпусными кипящими отдельных ТВС реактора ВК-50 [2], оказались реакторами (ККР), охлаждаемыми есте- малопригодными из-за большого гидрав ственной циркуляцией теплоносителя (ЕЦТ), лического сопротивления их первичных ведутся как в нашей стране, так и за рубе- преобразователей (сужающих устройств) и жом. В проектах отечественных ККР с ЕЦТ искажения расхода естественной циркуляции [1] и, возможно, в других водоохлаждаемых теплоносителя.

реакторах может найти применение разрабо- Внутриреакторные расходомеры должны танный в НИИ атомных реакторов турбинно- иметь достаточную точность измерения рас нейтронный метод и расходомер на его основе хода (скорости) теплоносителя (погрешность для измерения расхода теплоносителя в тепло- не более 3% в эксплуатационных условиях выделяющих сборках (ТВС) прототипного [3]), малое гидравлическое сопротивление, ККР ВК-50 (номинальная тепловая мощность достаточный ресурс, быть простыми в мон 200 МВт, давление в корпусе до 5,5 МПа). таже при оснащении ими как «свежих», так и Необходимость этой разработки была вы- облученных ТВС активной зоны. Они долж звана следующими причинами. ны позволять регистрировать без искажений В ККР как с естественной, так и побуди- гидродинамические процессы в ТВС.

тельной циркуляцией теплоносителя сложно, По метрологическим характеристикам а в отдельных реакторах невозможно (реактор основной части этих требований из всех из ВК-50), с приемлемой точностью определить вестных расходомеров в наибольшей степени даже средний расход теплоносителя в ТВС ак- отвечают расходомеры турбинного типа. Это тивной зоны с помощью внереакторных рас- подтверждает как общепромышленная прак ходомеров, в отличие, например, от реакторов тика, так и определенный опыт их использо типа ВВЭР и PWR. Для получения данных о вания в корпусных кипящих реакторах, в том расходах теплоносителя в ТВС ККР требуется числе в реакторе ВК-50. Однако турбинные применять внутриреакторные расходомеры. расходомеры имеют также определенные не Несмотря на длительный срок существования достатки, ограничивающие и сдерживающие атомной энергетики с корпусными кипящи- их внутриреакторное применение [3, 4].

ми реакторами, универсальных и надежных Основным недостатком турбинных рас решений эта задача до сих пор не имеет. Она ходомеров является относительно небольшой оказалась не решенной должным образом и в срок службы. Если в общепромышленной проекте реактора ВК-50. практике он ограничен ресурсом подшипни Расходомеры переменного перепада дав- ков ротора, то в ядерном реакторе срок службы ления (РППД) с трубками Клеве, стационарно таких расходомеров заметно сокращается из за отказа магнитоиндукционной системы съе- внутризонного контроля энерговыделения ма сигнала под воздействием радиационного реактора [5]. ПДПЗ имеет миниатюрную излучения и высокой температуры [3, 4]. Для чувствительную часть внешним диаметром турбинных расходомеров, применявшихся в 4 мм и длиной около 50 мм со спиралевидным реакторе ВК-50 в семидесятых – начале вось- эмиттером длиной 30 мм [6]. В результате мидесятых годов он составлял от нескольких расширения функциональных возможностей суток до двух месяцев. По этой причине мно- подвижного детектора нейтронов удалось гие исследования гидродинамических харак- совместить в одной и той же ТВС из кон теристик реактора приходилось повторять из тролируемого сектора активной зоны (рис.1) кампании в кампанию. измерение расхода теплоносителя и энерговы Решение технических проблемных вопро- деления, не усложнив систему внутризонного сов внутриреакторного применения турбин- контроля реактора [7].

ных расходомеров требует принципиального При необходимости ТНР могут быть усовершенствования самого турбинного установлены также в ТВС противоположного метода с учетом специфики контролируемого сектора активной зоны, где имеются «сухие»

объекта - ядерного реактора. каналы под детекторы нейтронов. На рис. обозначены: РО АЗ – рабочий орган аварий ной защиты, РО РР – рабочий орган ручного Турбинно-нейтронный метод и регулирования СУЗ.

расходомер на его основе На рис. 2 показано принципиальное устройство одного измерительного канала Обобщив принципы построения известных этой усовершенствованной системы. В изме турбинных расходомеров, можно подметить рительный канал входят подвижный детектор следующую закономерность: бесконтактный нейтронов в «сухом» канале ( 81) реактора, съем сигнала в турбинном расходомере лю- турбинно-нейтронный преобразователь (ТНП) бого типа основан на возмущении некоторого и комплект измерительно-регистрирующей физического поля с помощью вращающегося аппаратуры.

в потоке вещества ротора, с частотой, кратной ТНП имеет корпус с внутренним диа частоте его оборотов, и регистрации этих метром 110 мм, ротор с четырехлопастной возмущений соответствующим датчиком. крыльчаткой диаметром 55 мм и углом уста На основе этой закономерности предложе- новки лопастей в 45° и узел модуляций ней на новая модификация турбинного метода тронного поля. Последний состоит из двух - турбинно-нейтронный метод измерения коаксиально расположенных цилиндрических расхода теплоносителя в водоохлаждаемом экранов с поглощающими нейтроны участка ядерном реакторе, наиболее пригодный для ми на боковой поверхности каждого из них.

внутриреакторных условий. В соответствии Внешний экран закреплен на оси ротора и с турбинно-нейтронным методом, возмущае- вращается вместе с ним. Внутренний экран мым физическим полем является нейтронное жестко прикреплен спиц-растяжками к корпу поле реактора по месту нахождения тур- су ТНП. В него введена нижняя часть «сухо бинного расходомера, а в качестве датчика го» канала с детектором нейтронов. Нижняя возмущений (модуляций) нейтронного поля часть внутреннего экрана является верхней используется детектор нейтронов, например, подшипниковой опорой ротора. Нижняя под из состава системы внутризонного контроля шипниковая опора ротора размещена в обой энерговыделения. Такие детекторы имеют ме, также прикрепленной спиц-растяжками к большой срок службы в ядерном реакторе, ис- корпусу ТНП.

числяемый годами. ТНП устанавливают на входе в ТВС. При На основе предложенного метода раз- работе реактора и вращении ротора под воз работан турбинно-нейтронный расходомер действием потока теплоносителя внутри (ТНР) для измерения расхода теплоносителя узла модуляций создаются периодические в ТВС реактора ВК-50. В этом расходомере в изменения плотности нейтронного поля си качестве нейтронного датчика съема сигнала нусоидальной формы, кратные частоте обо используется подвижный родиевый детектор ротов ротора, регистрируемые детектором прямого заряда (ПДПЗ) из состава системы нейтронов и измерительно-регистрирующей Рис. 1. Картограмма активной зоны реактора ВК-50 с измерительными устройствами:

1 – измерительный канал с ПДПЗ и ТНР;

2 – РО АЗ;

3 - РО РР с ТВС;

4 – рабочая ТВС;

5 - РППД с трубкой Клеве;

6 - свободный «сухой» канал Рис. 2. Измерительный канал с ТНР и ПДПЗ:

1-ЭВМ;

2 - формирователь импульсов прямоугольной формы;

3 - регистрирующая аппаратура;

4-фильтр-усилитель;

5 - усилитель постоянного тока;

6 - устройство перемещения детекторов;

7 - крышка реактора;

8 - «сухой» канал;

9 - ТВС;

10,12 - внутренний и внешний экраны;

11-детектор нейтронов;

13 – ротор;

14 – корпус ТНП аппаратурой. По частоте этих модуляций инерции, экспериментально измеренная, име определяют расход теплоносителя через ТВС. ет значения в несколько миллисекунд.

Таким образом, подвижный детектор Использование родиевого ДПЗ в качестве нейтронов является датчиком двух контроли- датчика частоты оборотов ротора возможно руемых параметров: в его нижнем положении потому, что токовый сигнал этого детектора измеряют расход теплоносителя, а при движе- имеет мгновенную составляющую около 10%, нии снизу вверх – распределение плотности вполне достаточную по величине для реали потока нейтронов по высоте ТВС, по которому зации указанной функции.

затем восстанавливают энергораспределение. В реакторе ВК-50 плотность невозмущен Ротор вращается в сапфировых подшип- ного потока тепловых нейтронов по месту никах скольжения, которые состоят из двух нахождения узла модуляций под активной частей – цилиндрической втулки и подпятни- зоной составляет (13)·1013 н/(см2·с). Внутри ка со сферическим углублением. Крыльчатка узла модуляций выбранной конструкции она ротора выполняется цельноштампованной примерно в два раза меньше. Относительно конструкцией с плоскими лопастями. Цапфы этого значения амплитуда модуляций внутри ротора изготавливают из износоустойчивой этого узла равна ~30 % в начале кампании ре наплавки на концы его оси. Вращающийся актора, а к концу кампании она уменьшается внешний экран в целях облегчения изготав- из-за частичного выгорания кадмия до ~20%, ливают из титана. Нейтронно-поглощающие оставаясь достаточной для обеспечения на участки экранов выполняют из кадмиевой дежной работы расходомера с родиевым ДПЗ фольги толщиной 0,2 мм (возможен другой по- в его составе.

глотитель). Каждый нейтронно-поглощающий Измерительная цепь канала контроля участок перекрывает по окружности сектор в энерговыделения и расхода теплоносителя 90 и имеет высоту, равную длине родиевого состоит из входного усилителя постоянного эмиттера ДПЗ. тока (УПТ), фильтра-усилителя и формирова Диаметр крыльчатки и средняя хорда ее теля импульсов прямоугольной формы.

лопасти выбраны экспериментально из усло- Усилитель постоянного тока (пределы вий обеспечения прямолинейной рабочей измерения 10-6-10-10А) преобразует токовый характеристики ТНР (зависимости между сигнал в напряжение. Фильтр-усилитель со расходом воды и частотой оборотов ротора) в держит в своем составе пассивный фильтр диапазоне значимых расходов воды через ТВС, высокой частоты (ФВЧ), активный режек соответствующих скоростям циркуляции торный фильтр и пассивный фильтр низкой W0=0,11,5м/с. При такой рабочей характери- частоты (ФНЧ). После прохождения каждого стике ротор вращается вместе с потоком воды, фильтра сигнал дополнительно усиливается.

не создавая ему гидравлического сопротивле- Назначение ФВЧ состоит в отсечении по ния. При этом движущий момент на крыль- стоянной составляющей сигнала и подавле чатке ротора существенно больше момента нии колебаний с частотой ~1 Гц, вызванных сопротивления в подшипниковых опорах [8]. глобальными флуктуациями нейтронной Прямолинейная рабочая характеристика ТНР мощности реактора, связанными с кипением экстраполируется в начало координат «расход теплоносителя. Режекторный фильтр и ФНЧ воды – частота оборотов ротора». Это свиде- предназначены для подавления промышлен тельствует о высокой чувствительности рас- ных помех. Частота режекции и частота среза ходомера, начиная с малых расходов воды. ФНЧ составляет 50 Гц.


Площадь круга, в котором вращается Отфильтрованный с помощью набора крыльчатка ротора, составляет около 25% про- фильтров переменный сигнал нейтронного ходного сечения ТНП. Поэтому при остановке детектора, близкий по форме к синусоидаль ротора в процессе работы ТНР не наблюдается ному, подается на вход формирователя, ко сколько-нибудь заметного снижения расхода торый преобразует его в последовательность теплоносителя через ТВС. прямоугольных импульсов напряжения с по Ротор выбранной конструкции безынер- стоянной амплитудой 5В, считываемых стан ционен относительно гидродинамических дартной счетной аппаратурой, сопрягаемой с процессов реактора. Его постоянная времени ЭВМ.

В режиме измерения энерговыделения эксплуатационных условиях в реакторе ВК- регистрируется полный сигнал нейтронного приведена на рис.3.

детектора (после УПТ), а в режиме измерения Поправочный коэффициент k1 при зна расхода теплоносителя выделяется и преобра- чимых расходах теплоносителя через ТНР и зуется его модулированная составляющая. ТВС реактора, соответствующих скоростям Мощность реактора ВК-50, при которой мо- циркуляции W0 =0,8-1,5 м/c, незначителен и жет быть выделен с помощью разработанной находится в диапазоне 1,01-1,006, уменьшаясь аппаратуры модулированный сигнал родие- с увеличением расхода теплоносителя.

вого ДПЗ и начато измерение расхода тепло- Предельная погрешность ТНР в рабочих носителя через ТВС, составляет около 2 МВт условиях реактора ВК-50 в соответствии с (1% от номинальной мощности реактора). вышеприведенной зависимостью оценивается До установки в реактор турбинно- значением ±1%.

нейтронный преобразователь градуируют на Экспериментально показано, что рабочие стенде с холодной водой при нормальных усло- характеристики ТНР сохраняются в течение виях с целью получения зависимости между всего срока их службы в условиях реактора объемным расходом воды через ТНП (и через ВК-50. В работе ТНР не наблюдается по ТВС) и частотой оборотов ротора (статическая степенного отказа. Остановка ротора ТНР рабочая характеристика расходомера). При происходит практически мгновенно (из-за градуировке используют традиционный маг- растрескивания сапфировых подшипников, нитоиндукционный метод измерения частоты по-видимому, по радиационному фактору) оборотов ротора, с применением постоянного [9,10].

миниатюрного магнита, временного внедряе- По результатам испытаний в реакторе мого в ось ротора, и катушки индуктивности ВК-50 большого числа ТНР средний срок их с магнитопроводом. службы составил около 8 месяцев или 4/ После градуировки ТНП устанавливают длительности работы реактора на мощности в новый съемный хвостовик, который можно в одногодичной кампании. Существенное присоединить как к свежей, так и к облучен- увеличение срока службы турбинных внутри ной ТВС в период перегрузки топлива реакто- реакторных расходомеров типа ТНР является ра (один раз в год). Монтаж «сухих» каналов и результатом применения в них детекторов установку в них подвижных ДПЗ осуществля- нейтронов в качестве датчиков съема сигнала ют после перегрузки реактора. и оптимизации параметров ротора.

При создании ТНР решен один из про блемных методических вопросов по турбин ным расходомерам [3]: разработана методика пересчета градуировочной рабочей характе ристики турбинного расходомера, полученной при нормальных условиях жидкости, на тре буемые условия работы расходомера с иными параметрами жидкости (вязкости, плотности, с изменившимся поперечным профилем пото ка). В соответствии с этой методикой рабочая характеристика ТНР для эксплуатационных условий может быть записана в виде [9, 10]:

Q=k0k1n, где где Q – объемный расход воды через ТНП (и ТВС);

n – частота оборотов ротора;

k0 – коэффициент пропорциональности, опре деляемый методом наименьших квадратов по результатам градуировки ТНП;

k1 – поправоч ный коэффициент, учитывающий изменение Рис. 3. Зависимость поправочного параметров воды от холодного до рабочего коэффициента k1 от объемного расхода воды состояний. Зависимость коэффициента k1 через ТНП при экс-плуатационных условиях от объемного расхода воды через ТНП при в реакторе ВК- Отдельные результаты исследований с – по направлению с ТВС, в водоподво применением ТНР дящих каналах которых установлены РППД с трубками Клеве;

Исследование скоростей циркуляции – по симметричному направлению с теплоносителя рабочими ТВС, в водоподводящих каналах которых нет РППД с трубками Клеве.

В процессе эксплуатации реактора ВК-50 Из приведенных на рис. 4 и рис. 5 данных большое внимание уделяется вопросам со- и аналогичных результатов, полученных вершенствования нейтронно-физических и в исследованиях, установлено и получено гидравлических характеристик ТВС. С при- следующее.

менением ТНР проведены исследования ско- 1) В корпусном кипящем реакторе скорости ростей циркуляции теплоносителя на входе циркуляции теплоносителя в ТВС увеличива активной зоны при загрузке ее вначале ТВС с ются по направлению от периферии к центру водно-топливным отношением (ВТО), равным активной зоны при любых ее загрузках для 2,2, а затем при загрузке ТВС с ВТО, равным любого момента кампании. В реакторе ВК- 3,0. ТВС с ВТО 2,2 имеют регулярный пучок исключение составляют ТВС, на входе кото из 162 твэлов и 6 стержней с выгорающим по- рых имеются дополнительные гидравлические глотителем 9,1 мм. ТВС с ВТО 3,0 содержат сопротивления в виде сужающих устройств 138 твэлов 9,1 мм и 30 полых, заглушенных РППД. В начале кампании радиальный рост снизу, укороченных трубок вместо твэлов. На скоростей циркуляции составляет:

рис. 4 и рис. 5 показаны распределения ско- – при загрузке ТВС с ВТО 2,2 - от 1,1 м/c ростей циркуляции теплоносителя при номи- до 1,3 м/c;

нальной мощности реактора по двум радиаль- – при загрузке ТВС с ВТО 3,0 - от 1,15 м/c ным направлениям активной зоны (рис.1) на до 1,5 м/c.

начало и конец (через 200-240 суток от начала 2) РППД с трубками Клеве в реакторе ВК кампании) двух типичных кампаний с разны- 50 искажают радиальное распределение рас ми по ВТО загрузками при коэффициенте ра- хода теплоносителя и заметно снижают расход диальной неравномерности энерговыделения в ТВС, в водоподводящие каналы которых они Kr=1,41,45: установлены. В трех центральных рядах ТВС, как правило, наиболее энергонагруженных, это снижение расхода достигает 35-40%.

Рис. 4. Распределение скоростей циркуляции Рис. 5. Распределение скоростей циркуляции теплоносителя по радиальным направлениям теплоносителя по радиальным направлениям активной зоны с загрузкой ТВС с ВТО=2,2: активной зоны с загрузкой ТВС с ВТО=3,0:

1, 2 – основные ТВС (начало и конец кампании) 3, 4 – 1, 2– основные ТВС (начало и конец кампании);

ТВС с РППД в водоподводящем канале (начало и конец 3, 4–ТВС с РПП в водоподводящем канале (начало и кампании) конец кампании) 3) Средние скорости циркуляции теплоно- ВТО 3,0 проявляется при более высокой ради сителя при номинальной мощности реактора альной неравномерности энерговыделения в ВК-50 на входе активной зоны при ее загруз- активной зоне, когда Kr1,5.

ках однотипными ТВС с ВТО 2,2 или ВТО 3,0 Результатами выполненных исследований в начале кампании составляют, соответствен- обоснован выбор ТВС с ВТО 3,0, как оптималь но, 1,12±0,04 м/с и 1,25±0,05 м/с. ных по гидравлическим характеристикам для 4) Скорости циркуляции в ТВС реактора реактора ВК-50 и перспективных ККР с ЕЦТ.

ВК-50 в течение кампании снижаются: Установлена связь между снижением рас – при загрузке ТВС с ВТО 2,2 - в среднем хода теплоносителя в активной зоне корпус на ~0,1 м/c, а в трех рядах ТВС центральной ного кипящего реактора в течение кампании, части активной зоны – на 0,12-0,15 м/с;

радиальной неравномерностью энерговыде – при загрузке ТВС с ВТО 3,0 - незначи- ления и понижением мощностной границы тельно и повсеместно на 0,03-0,04м/с. резонансной неустойчивости ККР. В целях Причинами снижения расхода теплоноси- уменьшения величины снижения расхода теля являются: теплоносителя в активной зоне по причине – образование отложений на твэлах све- «запаривания» ТВС и во избежание снижения жезагруженных ТВС и вследствие этого - уве- границы неустойчивости в течение кампании личение их шероховатости и гидравлического до номинального уровня мощности и ниже, сопротивления этой группы ТВС и активной рекомендуется эксплуатировать реактор ВК зонв в целом;

50 с загрузками активной зоны, в которых – «запаривание» ТВС центральной части коэффициент радиальной неравномерности активной зоны. энерговыделения Kr1,45.

Поскольку активная зона в корпусном ки пящем реакторе представляет собой систему Применение ТНР в исследованиях параллельных каналов, то увеличение гидрав- динамических процессов при работе реактора лического сопротивления любой группы этих у границы резонансной неустойчивости каналов по каждой из указанных причин при водит к возрастанию общего гидравлического Впервые получены экспериментальные сопротивления системы в целом и к опреде- данные по переходным процессам основных ленному снижению расхода теплоносителя во параметров в ККР с ЕЦТ при работе у грани всех ТВС активной зоны. цы резонансной неустойчивости, в том числе Процесс «запаривания» наблюдается тог- по изменению скоростей циркуляции тепло да, когда при увеличении мощности и паросо- носителя на входе активной зоны, измерен держания теплоносителя в ТВС центральной ных с помощью ТНР, при введении большой области активной зоны с извлечением рабо- положительной реактивности, при резких чих органов СУЗ, происходит не возрастание, больших изменениях расхода питательной а наоборот - снижение скоростей циркуляции воды и давления пара в реакторе.


по причине большего прироста гидравличе- Исследования выполнены при понижен ского сопротивления двухфазного потока, чем ном исходном давлении 3 МПа в кампании ре составляет прирост движущего напора ЕЦТ. актора с загрузкой активной зоны ТВС с ВТО Это наблюдается при высоком значении паро- 2,2, расходные характеристики которой при содержании теплоносителя в группе наиболее ведены на рис. 4. При этом давлении граница энергонагруженных ТВС. резонансной неустойчивости составляет око В описываемых экспериментах скорости ло 140-150 МВт. Исходная мощность реактора циркуляции в ТВС с ВТО 2,2 заметно умень- устанавливалась в диапазоне 100-125 МВт, а шились в процессе кампании под действием достигаемая мощность после нанесения воз обеих вышеназванных причин. В ТВС с ВТО мущения вплотную приближалась к исходно 3,0 уменьшение скоростей циркуляции было му граничному значению или превышала его.

незначительным и обусловленным только На рис. 6 и рис. 7 приведены переходные образованием отложений на твэлах партии процессы по основным технологическим свежезагруженных ТВС. параметрам реактора – мощности, давле В дальнейших исследованиях было уста- нию пара, расходам питательной воды и новлено, что процесс «запаривания» ТВС с пара, а также по скоростям циркуляции теплоносителя в ТВС, наблюдавшиеся в экс- при возрастании мощности реактора. Это перименте с введением большой положитель- свидетельствует о том, что вблизи границы ной реактивности +2,5% (Кэфф/Кэфф) за время резонансной неустойчивости активная зона около 160 с при исходной мощности реактора имеет высокое (предельное) паросодержание 100 МВт. Возмущение по реактивности было теплоносителя, при котором его дальнейшее нанесено подъемом со скоростью 2,5 мм/с на повышение при росте мощности приводит 400 мм вверх группы рабочих органов РР-6 к вышеописанному эффекту «запаривания»

СУЗ, имеющей наибольшую эффективность ТВС и снижению скоростей циркуляции (группа из трех РО РР на середине радиуса ак- теплоносителя. Это наблюдалось в первой тивной зоны, см рис. 1). В этом эксперименте половине переходного процесса, показанного изменения скоростей циркуляции в ТВС были на рис. 7. Некоторое восстановление скоростей наибольшими. циркуляции во второй части переходного про По окончании ввода реактивности мощ- цесса связано с уменьшением паросодержания ность реактора увеличилась до 160-165 МВт теплоносителя в активной зоне вследствие по и застабилизировалась на этом уровне. Рост вышения давления в реакторе.

мощности сопровождался плавным повыше- Выполненный эксперимент демонстриру нием давления на ~30% (до ~3,8 МПа), уве- ет высокую саморегулируемость ККР с ЕЦТ.

личением расхода пара из реактора на ~13% Введенная положительная реактивность была и уменьшением расхода питательной воды на скомпенсирована отрицательным паровым 25% (рис.6). Скорости циркуляции теплоно- эффектом, соответствующим приросту мощ сителя уменьшились на 6-8% в центральной ности. В результате повышения давления части (1-й и 3-й ряды ТВС) и на 2-3% на пе- мощностная граница резонансной неустойчи риферии (5-й ряд ТВС) активной зоны, а затем вости плавно поднялась до ~180 МВт, опере постепенно возросли до уровня 0,96-0,98 от жая текущую мощность реактора. В этой свя исходного значения (рис. 7). Каждое значение зи реактор не вошел в процесс резонансных скорости циркуляции, приведенное на рис. 7, автоколебаний большой амплитуды.

усреднено на интервале времени 10 с. В экспериментах с резкими изменениями Отличительной особенностью рассмо- давления в реакторе (отбора пара) и увеличе тренного режима является уменьшение нием расхода питательной воды, приводящих скоростей циркуляции теплоносителя в ТВС к изменению мощности реактора на ~20%, Рис. 6. Переходные процессы в реакторе Рис. 7. Изменение скоростей циркуляции ВК-50 по мощности, давлению, расходам теплоносителя на входе в ТВС в питательной воды и пара при введении эксперименте с введением положительной положительной реактивности +2,5% (Кэфф/ реактивности 2,5% (Кэфф/Кэфф) Кэфф): 1– мощность;

2– давление пара;

3, 4– расходы питательной воды и пара Список литературы скорости циркуляции теплоносителя изме нялись незначительно, в пределах 3-4%. При этом, если мощность реактора возрастала (при 1. Кузнецов Ю.Н., Роменков А.А., Глазков увеличении давления или расхода питатель- О.М. и др. Технический проект реакторной ной воды), то скорости теплоносителя умень- установки ВК-300 повышенной безопасности/ шались, как и в эксперименте с введением Годовой отчет ГУП НИКИЭТ.- М., 2001.- с.25-28.

положительной реактивности. Если мощность 2. Сарыгин А.П., Соколов И.Н., Кондратьев уменьшалась (при уменьшении давления в В.И. и др. Некоторые вопросы гидродинамики реакторе), то скорости теплоносителя в ТВС кипящего корпусного реактора// Атомная энер несколько возрастали. гия.- 1971.- Т.30.- Вып. 4. - С. 350-353.

Результаты выполненных исследований 3. Лысиков Б.В., Прозоров В.K.

с применением ТНР показали, что при нане- Термометрия и расходометрия ядерных реак сении максимально возможных возмущений торов. - М.: Энергоатомиздат, I985.

по основным технологическим параметрам 4. Боланд Дж. Приборы контроля ядер ККР с ЕЦТ наименьшим изменениям из ных реакторов. - М.: Атомиздат, 1973.

всех контролируемых параметров реактора, 5. Лещенко Ю.И., Садулин В.П., в несколько процентов, подвергается расход Семидоцкий И.И. Система контроля энерго теплоносителя в ТВС. Это является непосред- выделения в активной зоне кипящего реак ственным подтверждением высокой надеж- тора//Атомная энергия. – 1987. - Т. 63. - Вып.

ности естественной циркуляцией теплоно- 6. - С. 410-412.

сителя в переходных, близких к аварийным, 6. Лещенко Ю.И. Подвижные родиевые режимах работы ККР у границы резонансной детекторы прямого заряда. Конструкции, гра неустойчивости. дуировка, применение. - Препринт НИИАР– (643). - Димитровград, 1984.

7. Садулин В.П., Лещенко Ю.И., Заключение Сидоренко Г.И. и др. Комплексный контроль энергораспределения и расхода теплоносите Разработанный на основе турбинно- ля в тепловыделяющих сборках корпусного нейтронного метода расходомер подтвердил кипящего реактора// Вопросы атомной науки свою работоспособность и полезность в соста- и техники. Сер. Физика и техника ядерных ве системы измерений расхода теплоносителя реакторов. – 1988. - Вып.1. - С. 46-49.

и энерговыделения в ТВС реактора ВК-50. Он 8. Бобровников Г.Н., Камышев Л.А.

малочувствителен к изменению температуры Теория и расчет турбинных расходомеров. теплоносителя от холодного до рабочего со- М.: Изд-во стандартов, 1978.

стояний, стабилен в работе и имеет достаточ- 9. Садулин В.П. Применение турбинных но большой срок службы, приближающийся к расходомеров для контроля расхода теплоно длительности работы реактора в одногодич- сителя в тепловыделяющих сборках корпус ной кампании. Турбинно-нейтронный рас- ного кипящего реактора// Вопросы атомной ходомер может быть рекомендован к исполь- науки и техники. Сер. Ядерная техника и зованию в проектах перспективных ККР с технология. – 1989. - Вып.1. С. 63-69.

ЕЦТ и может найти применение, возможно, в 10. Садулин В.П. Обоснование примене других водоохлаждаемых реакторах. ния турбинно-нейтронных расходомеров в Вышеприведенные результаты исследова- корпусном кипящем реакторе с естественной ний гидродинамических характеристик реак- циркуляцией теплоносителя в активной зоне// тора ВК-50 могут быть полезными для провер- Ядерная энергетика. - Известия вузов. – 2008.

ки и отладки расчетных моделей ККР с ЕЦТ. - №4. - С. 57-64.

A turbine-neutron method for coolant ow rate measurement in fuel assemblies of the boiling water reactor VK-50 was proposed and implemented. A ow rate meter was designed on the basis of this method. The movable rhodium self-powered detector, which is a part of the in-core heat rate monitoring system, is used for signal pick-up. The design of the ow rate meter as well as its specications, examples and results of its application are described.

УДК 621.039. В.М.Махин, В.И.Цофин, В.М.Комолов, А.Д.Джаландинов (OAO ОКБ «ГИДРОПРЕСС») ОЦЕНКА ПОВРЕЖДАЮЩЕЙ ДОЗЫ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ОБЛУЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Приведены оценки повреждающей дозы в различных условиях облучения конструкционных материа лов для разных энергетических реакторов. Приведена связь повреждающей дозы с флюенсом быстрых нейтронов. Результаты рекомендуются для оценки представительности имитационных испытаний.

Введение облучения на конструкционные материалы, используемые при создании активных зон.

Продление эксплуатации действующих энергетических блоков с реакторами ВВЭР Основные теоретические положения и проектирование новых блоков (проект АЭС-2006) основывается на знаниях свойств конструкционных материалов, в частности, Одним из параметров, принятых для срав их изменения в процессе эксплуатации. нения результатов последствий разного вида Необходимы сведения о влиянии длительно- облучения (n,, ионы, смешанное реакторное го воздействия механических напряжений, изучение и др.) материала, является число реакторного облучения и среды (скорость смещений, претерпеваемых каждым атомом теплоносителя, водно-химический режим) материала за время облучения – смещения на основные физические свойства. С учетом на атом – сна. В зарубежной литературе – продления ресурс установок охватывает displacement per atom – dpa. Число смещений период от 30 до 60 лет. Рассматривается воз- на атом в единицу времени характеризует можность продления ресурса установок и интенсивность облучения и «равно числу ста до 80 лет (США). Очевидно, что остаточный бильных к атермической рекомбинации пар ресурс должен основываться на имеющемся Френкеля, образуемых в единицу времени на опыте эксплуатации, который для водоохлаж- каж-дый решеточный атом» [1].

даемых реакторов составляет свыше 40 лет, При соударении с атомом металла нейтрон и на результатах ускоренных имитационных с энергией 1 МэВ может передать атому энер испытаний в исследовательских реакторах и гию до 0,05 МэВ, что гораздо выше, чем необ исследований образцов, подготовленных из ходимо для смещения атома из узла решетки изучаемых узлов и элементов. (20-50 эВ) [1]. Высокая энергия выбитого атома В данной обзорного характера статье рас- вызывает качественное изменение характера сматривается вопросы по представительности повреждения - происходит развитие каскад испытаний в исследовательских реакторах, а ного процесса, в который вовлекаются многие именно – о соотношении флюенса быстрых сотни атомов. Имеется ограничение энергии нейтронов и повреждающей дозы. Кроме во- «сверху», обусловленное другим процессом просов по условиям испытаний материалов - ионизацией атома. Для анализа изменения внутрикорпусных устройств, корпуса реакто- свойств материалов активной зоны и ВКУ ра также рассматриваются условия испытаний реакторов АЭС обоснован [1] учет плотности конструкционных материалов, применяемых потока нейтронов с энергий свыше 0,1 МэВ.

в активной зоне. Необходимость рассмотре- Для корпусных материалов - свыше 0,5 МэВ.

ния обусловлена повышением выгорания Вместе с тем, повреждающей дозой не топлива, эксплуатационного ресурса ПЭЛов учитывается процесс трансмутационных в современных проектах ВВЭР, т.е. увеличе- превращений в материале, приводящих нием длительности воздействия реакторного как к изменению состава материала, так и Анализ результатов применительно к дополнительных напряжений в структуре в обоснованию проектных решений по случае генерации, например, гелия, водорода реакторам и др. элементов. Вопрос трансмутационных превращений в материале должен рассматри ваться конкретно к условиям эксплуатации В данной статье приведены оценки коэф изделия и не рассматривается в данной ста- фициента К путем сопоставления расчетных тье. Согласно [2,3], в большинстве случаев значений флаксов быстрых нейтронов для трансмутация и накопление газа практически разных условий облучения и соответствую прямо пропорциональны флюенсу быстрых щих повреждающих доз.

нейтронов, но имеются и существенные не линейности, например, при накоплении гелия Условия испытаний материалов ВВЭР в в облучаемом никеле. Из основных элементов, исследовательских реакторах входящих в состав конструкционных мате риалов активной зоны, эффект трансмутации В таблице 1 приведены данные для и накопления водорода существенен для Ni, ячейки Д-23 активной зоны (АЗ) натрийох Fe, Cu, Al, Cr, Ti, Mo (элементы расположены лаждаемого реактора с быстрым спектром в порядке значимости накопления водорода. нейтронов БОР- 60 и каналов в активной Be не указан, т.к. не применяется в активной зоне и в отражателе реактора СМ – легково зоне ВВЭР). Накопление гелия наиболее су- дного корпусного исследовательского реак щественно также в Ni. тора с бериллиевым отражателем. Именно в этих реакторах проводятся ускоренные испытания материалов ВКУ и активной Расчетные модели зоны. Спектральные функции плотности потока нейтронов ЕФ(Е) приведены в [2, 3].

Согласно модели Кинчина-Пиза и ее раз- Вклад нейтронов с энергией менее 0,1 МэВ витию в [1,4,5] повреждающая доза прямо оценен в [2]. Для реактора СМ доля смеще пропорциональна числу создаваемых пар ний, создаваемых этой группой нейтронов, Френкеля (средней энергии нейтронов Ен и равна 2,7% (канал в активной зоне) и 7,7% обратной величине пороговой энергии сме- (канал с максимальным потоком тепловых щения Еd), потоку нейтронов (флюенсу) и нейтронов).

сечению упругого взаимодействия нейтро- Среднее значение Кср (таблица 1) равно на с ядром атома. Получена максимальная 6,110 -22 см 2 сна, максимальное отклонение от оценка коэффициента пропорциональности него составляет 18%. Особенность данного между ПД и флюенсом (использован спектр расчета – единый методический подход и нейтронов деления) К=210 –21 см2 сна [1]. применяемые программные средства [3].

Материал в объеме каскадного повреждения Полученное значение Кср =6,110 -22 см 2 сна был сильно «разогрет» на короткое время, согласуется с теоретическим значением К которое достаточно для отжига радиацион- для Еd=40 эВ (см. раздел 2) и максимальное ных дефектов. Поэтому возможно изменение отклонение для существенно отличающих данного коэффициента в оцененных преде- ся условий облучения не столь значительно лах 0,210 –21-210 –21 см2 сна [1]. В частности, (18%). Для удаленных («слабопоточных») К=1,110 –21 см2 сна, при Ен=0,5 МэВ, сечении каналов СМ (№6-10) этот коэффициент смещения 3 бн, Еd=24 эВ [4]. Учет принятого равен (5,8-6,3)10 -22 см 2 сна, т.е. согласу в настоящее время значения Еd= 40 эВ приво- ется с Кср =6,110 -22см 2 сна. Согласно [9] в дит к значению К=6,310 –22 см2 сна. пределах активной зоны БОР-60 значения Приведенные выше представления по- К равны 5,510 –22-4,510 –22 см 2. сна и согла лучены до 80-х годов. За прошедшее вре- суются с результатами для БН-600 [10, 11].

мя разработаны программные средства, Максимальное значение получено в центре АSTM E693 и проведены расчеты флаксов и активной зоны БОР-60, минимальное – на поврежда-ющей дозы для различных реакто- границе с отражателем. При удалении от ров с разными спектрами нейтронов [2, 3, 6, активной зоны К несколько снижается.

7, 8].

Таблица Основные физические характеристики для оценки ПД при облучении стали в БОР-60 и СМ СМ, отр. К Каналы БОР, Д-23 СМ, АЗ 44 СМ, АЗ 52 СМ, отр.К4 газ вода Флюенс за год (Ф), 6,06 4,89 7,38 2,24 1, Е0,1 МэВ, Е(+22),см- Доза (Д), сна 30,3 33,0 49,8 13,1 7, (для железа) К=Д/Ф, 5,0 6,7 6,7 5,9 6, 10 -22 см2 сна Примечание: АЗ-активная зона, отр.-отражатель;

К4 –канал в отражателе;

газ, вода – заполнение канала Условия эксплуатации материалов соответствует повреждающая доза 85 сна [12].

оболочек в активной зоне Величина повреждающей дозы, соответству энергетических реакторов ющая заданному выгоранию топлива, уве личивается при возрастании объемной доли Реактор БН-600 топлива и его плотности. Поэтому предлагае мые усовершенствования активной зоны БН Из приведенных данных по исследованным реакторов [13], направленные на повышение ТВС БН-600: выгорание В=10,5%т.а., флюенс– КВ с 0,43 до 0,7 для БН-600 и заключающиеся Ф=1,7410+23 см-2, доза – Д=77 сна следует, что в снижении доли натрия на 24%, приведут к К=4,310-22 см2 сна (отклонение от Кср - 32%)[10]. несколько большему радиационному повреж Для другой исследованной в НИИАР ТВС БН- дению оболочек при сохранении указанного 600: выгорание В=15-20 %т.а., Ф=1,5 10+23 см-2, выгорания.

Д=75 сна следует, что К=Д / Ф=5 10-22 см2 сна (отклонение от Кср - 18%) [11].Коэффициент К Реакторы ВВЭР для ячейки Д-23 реактора БОР-60 (К=510-22 см сна) согласуется с приведенными данными К Применительно к ВВЭР установлено сле для реактора БН-600. Вместе с тем, в реакторе дующее соотношение между повреждающей БОР –60 при испытании твэлов не моделиру- дозой в оболочке штатных твэлов ВВЭР и вы ется соотношение между выгоранием топлива горанием [14]:

и повреждающей дозой в оболочке. ПД = СВ, где С-коэффициент, С=0,21-0, Связь выгорания топлива и повреждаю- сна/( МВт сут/кгU), В-выгорание в МВт сут/ щей дозы в оболочках твэлов энергетических кгU. Данное выражение применено в расчет реакторов следующая [11-13]. Освоенный уро- ной модели формоизменений оболочек твэлов вень повреждающей дозы в оболочках твэлов ВВЭР в зависимости от выгорания.

БН-600 составляет 82 сна (сталь ЧС-68), что В модели, изложенной в [14], значение соответствует максимальному выгоранию ок- К=6,9-7,1 10-22 см2 сна.

сидного топлива 11,2% т.а. Среднее выгорание Таким образом, для элементов активных равно примерно 7% т.а. [13]. зон (ТВС, твэлов и пэлов) основных энерге Коэффициент пересчета равен 7,3 сна/%т.а. тических реакторов определены соотношения В реакторе БОР-60 уровень повреждающей между повреждающей дозой в оболочке и дозы в 2-3 раза ниже, чем в энергетическом выгоранием, между повреждающей дозой и реакторе БН-600 [13]. Поэтому в реакторе флюенсом быстрых нейтронов.

БН-600 внедрены разборные ТВС, в которых возможны испытания перспективных оболо чечных материалов и твэлов.

Для БН-800 планируемому максималь ному выгоранию МОХ-топлива 10%т.а.

Скорость накопления повреждающей ПД макс=147 сна (согласно [15] ПДмакс= дозы сна, (таблица 2);

– соответствующее значение К=6,410- Важным параметром является скорость см сна;

накопления ПД (СНПД), характеризующая – для ВКУ (шахта) ПД=17 сна, К=4,910-22см интенсивность радиационного повреждения сна (для нейтронов с энергией свыше 0,1 МэВ).

[2, 3, 9-11]. В работе [15] представлены результаты Скорость накопления повреждающей дозы уточненных расчетов (таблица 2).

равна: Таким образом, результаты расчетов по – в PWR – 2-3 сна/эфф.год (ВКУ) и до двум программам согласуются между собой.

5 сна/эфф.год (активная зона);

Значение К для элемента ВКУ (выгородка) с мак – в ВВЭР 3-5 сна/эфф.год (активная симальной повреждающей дозой (6,3…6,4)10- зона);

см2 сна рекомендуется для обосновывающих – в БН-600 - 50-55 сна/эфф.год (активная реакторных ускоренных испытаний.

зона).

При облучении в исследовательских реак Условия ускоренных испытаний торах СНПД равна:

– в реакторе СМ – до 50 сна/эфф.год;

– в реакторе БОР-60 – до 35 сна/эфф.год ;



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.