Лекция 1. Лекция Вводная лекция. Физикохимические характеристики водных сред энергетического оборудования аэс
 Скачать 163.15 Kb.
|
Лекция 1. Вводная лекция.Физико-химические характеристики водных сред энергетического оборудования АЭС.1. Предмет и задачи курса. Целью дисциплины " Водно-химические режимы на АЭС " является изучение основ физико-химических процессов протекающих в контурах АЭС и требований к конструкционным материалам, изучение организации подготовки воды для заполнения контуров и норм качества подпиточной воды, изучение организации ведения ВХР контуров АЭС при различных режимах состояния энергоблока, изучение правил эксплуатации установок очистки вод контуров, изучение организации контроля качества воды контуров АЭС. В результате изучения материала лекции слушатели должны: а) знать - основные задачи рациональной организации ВХР контуров АЭС; основные цели дисциплины и ее содержание; основные физические показатели воды; основные понятия химии воды; виды и показатели качества воды. б) уметь - показать влияние организации ВХР контуров АЭС на ее эффективность, надежность, безопасность и экономичность; - классифицировать воду по назначению и источнику получения. в) быть ознакомленными с основными путями попадания и образования примесей в контурных водах. 2. Значение ВХР контуров ЯЭУ для безопасной и эффективной эксплуатации АЭС. Такие основные вопросы, как эффективность, надежность, безопасность и экономичность работы ЯЭУ во многом зависят от рационального решения химико-технологических задач контуров, от правильной организации ВХР контуров, физико-химического контроля качества воды и пара. Физико-химия внутриконтурных процессов ЯЭУ характеризуется рядом принципиальных специфических особенностей, обусловленных одновременным воздействием на вещества высоких давлений и температур, мощных радиационных полей и сильнодействующих гидродинамических факторов. Все эти факторы в совокупности не имеют места ни в одной другой системе и полностью не могут быть воспроизведены в лабораторных или стендовых условиях, и часто практические решения в ядерной энергетике принимаются на основе систематизации, обобщения и анализа эксплуатационных данных действующих ЯЭУ. К физико-химическим процессам в водном и водно-паровом трактах относятся: - коррозия конструкционных материалов; - преобразование естественных примесей, приносимых в цикл извне; - распределение примесей и продуктов коррозии между водой и образующими из нее паром; - выпадение твердых соединений на поверхностях трактов; - взаимодействие естественных примесей и продуктов коррозии с различными добавками, корректирующими водный режим и др. 3. Связь между параметрами и свойствами воды. Параметры воды, используемой в ЯЭУ в качестве теплоносителя и рабочего тела, изменяются в широких пределах. Температура воды изменяется в пределах 20 – 320 0С, а давление от 0,04 - до 160 кгс\см2. Изменение параметров воды приводит к изменению физико-химических свойств воды. Общеизвестно, что вода как и все вещества при нагревании увеличивают свой объем и уменьшают плотность. Температура кипения воды с увеличением давления возрастает, а температура замерзания - понижается. Теплоемкость воды в 5 - 30 раз выше, чем у большинства других веществ. У всех тел удельная теплоемкость с повышением температуры возрастает. Изменяют свойства воды и магнитные поля, и переменное электрическое поле, и ультразвуковые воздействия, и радиоактивные излучения. В природе абсолютно "чистой" воды не существует, в ней всегда растворены различные газообразные, твердые и жидкие вещества. В воде могут растворяться все элементы периодической системы, включая и такие почти нерастворимые, как кремний. Все зависит от температуры, давления и присутствия в растворе других компонентов. Растворение - сложный физико-химический процесс. В природной воде могут быть также растворенные газы. С повышением температуры до 90 0С растворимость газов в воде снижается, а затем возрастает. Повышение давления влечет за собой увеличение растворимости газов. При повышении минерализации воды растворимость газов падает. Радиолиз воды. Под воздействием ионизирующих излучений в воде протекают радиационно-химические реакции. Характер радиационно-химических процессов зависит от агрегатного состояния воды, условий протекания и наличия в воде примесей. 4. Виды и показатели качества воды. На АЭС воды, в основном, подразделяются по назначению или источнику получения на следующие виды: - исходная природная вода используемая в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке; - добавочная (или подпиточная) вода, направляемая в контур для восполнения утечек после обработки с применением физико - химических методов до определенного уровня; - турбинный конденсат - получается в конденсаторах ПТУ и является основной частью питательной воды; - питательная вода - вода, подаваемая в ПГ для замещения испаряющейся воды; - вода ПГ ПГ и реакторов - вода, находящаяся в элементах указанных агрегатов; - продувочная вода - выводимая из ПГ или первого контура вода на очистку или в дренаж для поддержания в воде контуров заданной концентрации примесей; - вода контуров - вода, находящаяся в контуре; - охлаждающая или циркуляционная вода используется в конденсаторах для конденсации отработавшего пара и в других охладителях; - вода опорожнения основных и вспомогательных контуров; - вода бассейнов выдержки отработанных ТВС и перегрузки активной зоны; - дезактивационные и обмывочные воды; - воды спец. прачечных и душевых; - регенерационные и промывочные воды; - фильтрат и деконтат из хранилищ жидких отходов. Основные технологические показатели качества воды: - общее солесодержание - содержание в воде всех растворенных веществ, способных проводить электрический ток, т. е. диссоциирующих на ионы (соли, углекислоты и др. кислоты и щелочи). Выражается в мг/дм3; - удельная электрическая проводимость (удельная электропроводность) - используется для характеристики и контроля вод и конденсатов с малым солесодержанием. Выражается в (мкСм/см); - водородный показатель рН - характеризует кислородный или щелочной характер среды. Выражается в условных единицах рН; - окислительно - восстановительный потенциал среды еН, характеризует окислительно-восстановительное равновесие в водном теплоносителе; - содержание ионов хлора (С1-). Характеризует содержание в воде коррозионно - активного агента, выражается в мг/дм3; - содержание растворенного кислорода, показатель коррозионной активности среды, выражается в мг/дм3; - окисляемость - показатель, характеризующий содержание в воде органических примесей, окисляющихся перманганатом калия; - жесткость(мг-экв/кг) - обуславливается содержанием в воде растворимых солей кальция и магния. Характеризует наличие в воде веществ, способных образовывать накипь на теплопередающих поверхностях. - щелочность воды (мг-экв/кг), называют сумму миллинормальных концентраций всех анионов слабых кислот и гидроксильных ионов за вычетом концентраций ионов водорода. 5. Растворы примесей в воде и водяном паре в контурах АЭС. Под естественными примесями воды подразумевают катионы и анионы, поступающие в цикл с присосами охлаждающей воды в конденсаторе с добавочной водой. Когда упоминают естественные примеси воды, то из числа катионов имеют в виду Na+, Ca2+, Mg2+. Все натриевые соединения относятся к числу веществ, обладающих высокой растворимостью в воде, называемых потому легкорастворимыми. Они относятся к типу соединений с положительным температурным коэффициентом растворимости, т.е. их растворимость с ростом температуры увеличивается. Поэтому при организации водного режима поведения натриевых соединений по тракту обычно не рассматривают. Соединения кальция и магния относятся к числу труднорастворимых. Растворимость соединений кальция и магния зависит от температуры и анионного состава воды. Хлориды CaCl2 и MgCl2 обладают относительной высокой растворимостью в воде и имеют положительный температурный коэффициент растворимости. CaCO3 и особенно CaSO4 имеют отрицательный температурный коэффициент. При температурах более 300 0С растворимости CaSO4 и СaСO3 примерно одинаковы, но при низких температурах они отличаются уже на два порядка. Естественно поэтому ожидать в трубках конденсаторов отложений карбоната кальция, а не сульфата кальция. Содержание кальция в природных водах обычно превалирует над содержанием магния, поэтому при рассмотрении поведения труднорастворимых соединений обычно ограничиваются кальциевыми соединениями. и щелочную среду. 5.1.Растворимость в воде продуктов коррозии и их формы. Из всех продуктов коррозии особое значение представляет F3O4 - магнетит. Это оксид термодинамически равновесно существующих на поверхности углеродистой стали. Химическая устойчивость магнетита в зависимости от окислительно-восстановительного еН и кислотно-щелочного рН, а также от температуры среды является важной характеристикой и в известной мере определяет коррозионное состояние металла. Магнетитная плёнка хорошо защищает металл. Значительные изменения простых равновесий в системе металл - вода, вызывает появление в воде какого либо корректирующего реагента - лиганада. В качестве лиганад могут быть следующие соединения: амины, гидразины, перекись водорода и др., а так же комплексон. Из корректирующих реагентов наименьшей прочностью характеризуется аммиачные комплексы железа: [Fe (NH3)]+; [Fe (NH3)]2+. Более прочные комплексы образуются с гидразином: [Fe- (N2 H4)]2+; [Fe- (N2 H4)2]2+; [Fe- (N2 H4)3]2+. Наиболее прочные комплексы образуются с комплексонами : [Fe ЭДТУ]2-; [Fe ЭДТУ]-; [FeОН ЭДТУ]3-; [FeОН ЭДТУ]2- : [Fe(ОН)2 ЭДТУ]4-. ЭДТУ - этилен - диамин - тетр -уксусная кислота являются основным легандом , а ОН дополнительным. Особенно высокой прочностью обладают смешанные комплексы перекисного типа. Высокая прочность комплексного соединения в воде не изменяет их термических и механических свойств. 5.2.Растворимость примесей в паре. Естественные примеси и продукты коррозии в цикле атомной станции способны растворятся не только в воде, но и в перегретом паре, в связи с меньшей плотностью пара, их растворимость всегда меньше чем в воде. С ростом температуры снижается плотность пара. Для парогенераторов с увеличением температуры пара происходит непрерывное снижение растворимости примесей с отрицательным температурным коэффициентом растворимости и повышения растворимости примесей с положительным температурным коэффициентом растворимости - это Si,Cu. При этом решающее значение имеет плотность пара, влияние которой при повышении температуры возрастает. Очевидно, что отложение примесей не будет происходить, если на входе в парогенератор концентрация примесей будет не больше их минимальной растворимости. В паровых турбинах область насыщенного пара по проточной части распространяется до области с разряжением. При высоких давлениях расстворительная способность пара довольно велика и при его качестве по нормам ПТЭ, примеси находятся в истинно растворимом состоянии. Однако по мере снижения давления растворимость всех соединений падает настолько сильно, что их основная часть выпадает в твёрдую фазу. Таким образом в отличии от паровой турбины, при достижении высокого качества питательной воды, выпадение твёрдой фазы можно избежать, а в турбине это невозможно. 5.3.Распределение примесей между кипящей водой и генерируемым из неё насыщенным паром. Примеси содержащие в кипящей воде парогенератора переходят в насыщенный пар двумя путями: 1) унос с насыщенным паром капель влаги с растворёнными в них примесями. Для уменьшения такого загрязнения пара, необходима его глубокая осушка - это процесс гидродинамический. 2) это непосредственное растворение примесей в образовавшемся насыщенном паре. Этот процесс - физико-химический. До начала парообразования все примеси находятся в воде. В пароводяной смеси примеси распределяются между паром и водой. Отношение концентрации примеси пара и равновесной с ним в воде - называется коэффициент распределения - Кр. Различают истинные и видимые коэффициенты распределения: -истинные коэффициенты распределения существуют для молярной и ионной эрозии существующих примесей. -видимый коэффициент Кр относится к суммарной растворимости вещества и является основным в области расчетов. Кр - зависит от соотношения плотностей воды и пара: Кр = ) = ( )n , где n - число зависящее от природы вещества. |