Для первого контура при работе энергоблока АЭС с реакторами ВВЭР-1000 на энергетических уровнях мощности предусмотрено ведение слабощелочного восстановительного аммиачно-калиевого водно-химического режима (ВХР) с борной кислотой.
Основной задачей организации ВХР первого контура является обеспечение длительной эксплуатации оборудования реакторной установки и топлива без коррозионных повреждений и снижения экономичности, вызванных:
- образованием отложений на поверхностях тепловыделяющих элементов (твэлов);
- накоплением радиоактивных отложений, определяющих радиационную обстановку при выводе в ремонт и перегрузках топлива (накопления на внутренних поверхностях оборудования и трубопроводов первого контура);
- коррозионным износом оборудования первого контура и его вспомогательных систем.
Исходя из указанной выше задачи, ВХР первого контура должен обеспечивать:
- мягкое регулирование реактивности активной зоны парогенератора в течении циклов его работы;
- подавление образования окислительных продуктов радиолиза теплоносителя при работе энергоблока на установленной мощности;
- проектную коррозионную стойкость конструкционных материалов оборудования и трубопроводов в течение всего срока эксплуатации энергоблока;
- минимальное количество отложений на поверхностях твэлов активной зоны и теплообменной поверхности парогенератора;
- минимизацию накопления активированных продуктов коррозии.
Мягкое регулирование реактивности активной зоны реактора осуществляется за счет изменений в теплоносителе концентрации борной кислоты, в зависимости от за- паса реактивности активной зоны реактора.
Оптимальное ведение ВХР первого контура и функционирование средств его поддержания являются одним из условий минимизации накопления активированных продуктов коррозии, а также радиоактивных отходов и сброса этих отходов в окружающую среду.
При ведении ВХР первого контура АЭС с ВВЭР следует учитывать накопление в теплоносителе изотопа лития, который образуется в реакторе по следующей реакции:
10В + nα > 7Li + 4Не + Еy, где α — α-частицы; Еy — энергия y-излучения.
Присутствие в теплоносителе борной кислоты приводит к снижению водородного показателя рН теплоносителя, поэтому для нейтрализации кислотных свойств раствора в теплоноситель вводится гидроксид калия:
Н3ВО3 + КОН → КН2ВО3 + Н2О
Подавление образования окислительных продуктов радиолиза обеспечивается поддержанием в теплоносителе концентрации водорода в пределах допустимого диапазона посредством непрерывного или периодического дозирования аммиака или гидразингидрата, которые радиолитически разлагаются с образованием водорода и азота:
2NH3 → ЗН2 + N2
2N2H4 → 2NH3 + N2 + Н2
Накопление продуктов коррозии в первом контуре определяется скоростью коррозионных процессов. Основным конструкционным материалом оборудования и трубопроводов первого контура, находящегося в контакте с теплоносителем, является аустенитная хромоникелевая стабилизированная титаном сталь марки 08Х18Н10Т. Корпус реактора ВВЭР-1000 изготовлен из углеродистой стали марки 15Г10НМФА, на внутренней поверхности которой выполнена антикоррозионная наплавка из аустенитной стали (марок Св-07Х25Н13 и Св-04Х20Н10Г2Б соответственно для I и II слоя).
С участием кислорода могут протекать окислительные реакции с металлом типа
2хМе + уО2 → 2Меx0y
или реакции с продуктами коррозии типа
2Сr2O3 + 3O2 + 4Н20 → 4Н2СrO4
Продукты коррозии при циркуляции теплоносителя по первому контуру активируются в реакторе и образуют радиоактивные отложения на внутренних поверхностях оборудования и трубопроводов, а также на поверхностях тепловыделяющей сборки (ТВС), включая оболочки тепловыделяющих элементов.
Накопление в отложениях на оборудовании и трубопроводах первого контура радиоактивных долгоживущих изотопов коррозионного происхождения, главным образом радионуклидов — 51Cr, 54Mn, 59Fe, 60Со, 58Со, приводит к ухудшению радиационной обстановки, усложнению проведения ремонтных работ, а также вызывает необходимость проведения дезактивации оборудования.
Для обеспечения минимальной скорости коррозии аустенитной стали и циркониевого сплава ТВС необходимо ограничение в теплоносителе содержания коррозионно-агрессивных примесей, включая растворенный кислород, хлорид-ион, фторид-ион.
Снижение интенсивности процессов роста отложений на теплопередающих поверхностях и накопления активированных продуктов коррозии на поверхности обслуживаемого оборудования при работе на установленной мощности обеспечивается поддержанием суммарной молярной концентрации ионов щелочных металлов (калия, лития и натрия) в соответствии с оптимизированной зависимостью их от текущей концентрации борной кислоты.
В соответствии с требованиями руководящего документа РБГ-12-43—97 контролируемые показатели качества теплоносителя подразделяются на нормируемые и диагностические.
К нормируемым показателям относятся показатели качества теплоносителя, поддержание которых в диапазонах допустимых значений обеспечивает целостность топливных кассет активной зоны реактора, проектный ресурс оборудования первого контура и удовлетворительную радиационную обстановку при ремонте оборудования. Для нормируемых показателей качества теплоносителя устанавливаются уровни отклонений, отличающихся по значению и продолжительности. Для каждого уровня отклонений установлены как максимальные отклонения показателей качества теплоносителя, так и максимально допустимое время работы энергоблока на мощности при этих отклонениях.
К диагностическим показателям относятся показатели качества теплоносителя, обеспечивающие получение дополнительной информации о причинах изменения нормируемых показателей или ухудшения ВХР. Для диагностических показателей установлены контрольные уровни. Отклонения диагностических показателей от контрольных уровней указывают на нарушения ВХР, которые при длительном воздействии могут привести к отклонениям нормируемых показателей.
Нарушением ВХР являются отклонения нормируемых показателей качества теплоносителя от диапазонов допустимых значений, не устраненные в течение установленного для каждого уровня времени, а также отклонения диагностических показателей, которые не устранены в течение 7 сут, начиная с момента их обнаружения.