Первичные жидкие теплоносители АЭС

В настоящее время в качестве жидких теплоносителей для АЭС можно рассматривать обычную и тяжелую воду, из органических соединений — некоторые полифенилы, а из жидких металлов — натрий, сплав натрий — калий.

Вода и органические соединения являются низкотемпературными теплоносителями, а жидкие металлы — высокотемпературными.

Вода.

Обычная вода — наиболее дешевый и распространенный жидкий теплоноситель. Сочетание ее физических и теплофизических свойств (плотность, теплопроводность, вязкость, теплоемкость), определяющих интенсивность теплообмена и расход теплоносителя, весьма благоприятно.

Коэффициенты теплоотдачи для воды достигают больших значений при относительно малых скоростях и резко увеличиваются с их ростом. Так, если при скорости воды около 0,3 м/с коэффициент теплоотдачи примерно равен 2-103 Вт/(м2-К), то при скорости 1 м/с он увеличивается до 5000, а при скорости 5 м/с — до 20000 Вт/(м2-К). Благодаря высокой теплоемкости, малой вязкости и большой плотности затраты на перекачку воды по контуру невелики. К положительным свойствам воды относятся также хорошая устойчивость ее по отношению к ионизирующему излучению и практически невысокая склонность к активации. Из недостатков воды в первую очередь следует иметь в виду как самый серьезный высокое давление ее насыщенного пара, которое к тому же быстро растет с повышением температуры. Так, при давлении 0,1 МПа температура насыщения 99,6, а при 22,11 МПа только) 374,1 °С. Таким образом, при увеличении давления более чем в 200 раз температура насыщенного пара повышается всего несколько более чем в 3 раза. Температурный уровень отвода тепла из реактора водой невысок. В связи с этим невысоки и параметры рабочего пара, вырабатываемого ПГ, обогреваемыми водой под давлением.

Определенным недостатком воды как теплоносителя является зависимость ее плотности от температуры (влияние давления на плотность мало), существенно увеличивающаяся с ростом температуры. Например, при давлении 10 МПа и изменении температуры от 250 до 300 °С удельный объем воды увеличивается на 11 %. Это обстоятельство делает необходимым установку в первом контуре специального компенсирующего объема (компенсатора объема).

Вода — хороший растворитель, и это свойство значительно усложняет водоподготовительные установки, которые должны очищать воду не только от взвешенных или коллоидных частиц, но и от растворенных. Наличие в воде первого контура растворенных примесей приводит к повышению ее радиоактивности за счет возникновения долгоживущих нуклидов. Выпадение активных веществ из раствора в контуре делает его (в том числе и ПГ) труднодоступным для ремонта и ревизии.

Вода — весьма коррозионно-активное вещество. Интенсивность коррозионных процессов при омывании водой различных конструкционных материалов зависит от температуры, наличия в воде растворенных примесей (твердых веществ и газов), концентрации свободных ионов водорода (pH) и некоторых других, менее существенных факторов. Коррозионные процессы, даже если они протекают с небольшими скоростями, загрязняют воду как растворенными, так и твердыми частицами, которые активируются в реакторе. Продукты коррозии, как правило, содержат элементы, нейтронное облучение которых приводит к возникновению долгоживущих радиоактивных нуклидов.

Конструкционные материалы контура должны выбираться исходя из обеспечения допустимой интенсивности коррозионных процессов при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах.

В единичных установках первого периода развития ядерной энергетики в качестве теплоносителя в ПГ был использован насыщенный водяной пар (на выходе из активной зоны реактора — пароводяная смесь). При использовании такого теплоносителя интенсивность теплопередачи очень высока, так как она происходит при конденсации пара. Вместе с тем все недостатки, указанные для воды, полностью относятся к ее насыщенному пару.

Тяжелая вода по сравнению с обычной имеет существенно лучшие ядерно-физические свойства. Применение тяжелой воды в качестве замедлителя нейтронов позволяет использовать в ядер-ном реакторе природный уран. Уменьшаются первоначальная загрузка топлива и ежегодное потребление его. Наибольшая экономия получается в том случае, если тяжелая вода используется и как замедлитель, и как теплоноситель.

Однако стоимость тяжелой воды очень высока. В России, а также в большинстве стран, развивающих ядерную энергетику, тяжеловодные реакторы на АЭС не нашли применения, так как были созданы более рентабельные реакторы на обычной воде. Но в некоторых странах, видимо, сложились условия, более благоприятные для разработки тяжеловодных установок, так как пока имеет место их развитие (главным образом, в Канаде). По своим физико-химическим свойствам тяжелая вода близка к обычной. Практически мало отличаются и ее теплофизические свойства. Так, критические температура и давление тяжелой воды равны соответственно 374,58 °С и 22,2 МПа (обычной воды 374,1 °С и 22,129 МПа). Давление насыщенного пара, плотность, теплопроводность, теплоемкость и вязкость тяжелой и обычной воды также близки. Следовательно, с точки зрения влияния свойств теплоносителя на конструкционное оформление ПГ нет основания в отдельности рассматривать обычную и тяжелую воду.

Органические теплоносители.

Органические вещества, так же как и вода, являются водородсодержащими соединениями, что говорит об их хороших ядерно-физических свойствах. В отличие от воды они имеют сравнительно высокую температуру кипения при умеренных давлениях. В связи с этим понятен тот большой интерес, который был проявлен к ним как к возможным теплоносителям ядерной энергетической установки (ЯЭУ).

Опыт применения органических теплоносителей в обычных теплообменных установках показал их сравнительно высокую (до 450 °С) стойкость к высоким температурам, но исследования в условиях ионизирующего излучения обнаружили склонность их к разложению и полимеризации. Разложение органических соединений под действием ионизирующего излучения и высоких температур (пиролиз) приводит к изменению их первоначальных свойств и во многих случаях сопровождается выпадением продуктов разложения в контуре. Более или менее удовлетворительную стабильность при этих условиях имеют некоторые смеси полифенилов (при температурах 400 °С и несколько больше). Физические и теплофизические свойства полифенилов хуже, чем воды; их плотность, теплоемкость и теплопроводность сравнительно малы, а вязкость высока. При одинаковых скоростях движения полифенилов и воды коэффициент теплоотдачи полифенилов меньше на 20 %. Затраты на перекачку теплоносителя для переноса одинаковых количеств тепла у полифенилов больше, чем у воды.

Помимо худших теплопередающих показателей следует иметь в виду необходимость предусматривать в контуре специальные установки для очистки теплоносителя от высокомолекулярных соединений, а для некоторых — и установки для перевода в жидкое состояние во время пуска. Органические теплоносители обладают многими положительными свойствами. Они практически не взаимодействуют с конструкционными материалами контура, слабо активируются при прохождении через активную зону реактора. Возможность нагрева их до 400 °С позволяет осуществить для среднего давления рабочего тела паросиловой цикл с заметным перегревом пара, что повышает термический КПД станции.

Коррозионная инертность органических теплоносителей и незначительные давления в первом контуре позволяют применить для всего первого контура, кроме активной зоны реактора, элементы из углеродистой стали. Этим можно достигнуть значительного удешевления и упрощения конструкции реактора, трубопроводов и ПГ. Однако к настоящему времени установлено, что существующие органические теплоносители неконкурентоспособны по отношению к воде не только для мощных АЭС, но и для установок малой мощности, главным образом из-за высокой температуры плавления и процессов полимеризации.

Производство и продажа полуприцепов, низкорамных тралов и прицепов тяжеловозов, а также продажа запасных частей для полуприцепов и прицепов, грузовых автомобилей — BPW, GIGANT, SAF, HYVA, HALDEX.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector