Tartalom Vízkémia, vízüzem Korróziós folyamatok Atomerőműben „felhasznált” anyagok (berendezések, hűtőközeg, szennyeződések, vegyszerek) Primer kör vízüzeme
Boros Ildikó 2012. 04. 05. Az előadás alapja Dr. Ősz János korábbi (Atomerőművek – 2010, 2011) hasonló című előadása(i)
Vegyészeti üzemállapotok
Szekunder kör vízüzeme
2013.05.15.
2
A fémek korróziója Fémfelület korróziója: felületről kiinduló, kémiai vagy fizikai kémiai elváltozás környezeti hatás miatt
Az energetikai berendezések korróziója hatásmechanizmus: áramlási, termikus, (elektro)kémiai igénybevétel hatására bekövetkező károsodás környezet: különböző hőmérsékletű, áramlási sebességű víz és a vízben lévő anyagok
Fémek korróziója
A korróziós folyamat mechanizmusa szerint: elektrokémiai, kémiai és áramlás által támogatott. 2013.05.15.
3
2013.05.15.
4
Elektrokémiai korrózió
Kémiai és elektrokémiai korrózió Kémiai: a fémion és az elektron kilépés térbelileg nem elválasztva, hanem molekuláris határon belül (0,4 nm), elektromos áram keletkezése nélkül megy végbe (tg>400450 oC hőmérsékletű túlhevített gőzzel való érintkezésnél). Elektrokémiai: a fémion és az elektron kilépés térbelileg elválasztva (0,4 nm-nél nagyobb távolságban), elektromos áram keletkezésével megy végbe (a fémfelület vizes oldattal (elektrolittal) való érintkezésénél fordul elő, tehát az energiarendszerek nagy részére ez a jellemző).
Elektrokémiai korrózió lezajlása két összefüggő, egyidejűleg lezajló, de bizonyos mértékig önálló részfolyamat eredménye: Az anódról a fémionok oldatba mennek, miközben egyenértékű elektronmennyiség a fémben marad. A katódon a depolarizátorok (H+, OH-, O2, Cl-, SO42-, Fe-, Cu-, más fémionok, stb) asszimilálják az anódos részfolyamat során felszabadult többletelektronokat.
Bármelyik részfolyamat lelassulása az elektrokémiai korrózió lelassulásához vezet. 2013.05.15.
5
A korrózió csoportosítása Határoló felület szerkezeti anyaga
6
A korrózió csoportosítása Általános (egyenletes) korrózió: a felület többé-kevésbé egyenletes elvékonyodását okozza.
Munkaközeg és szennyezôdései
üzem
Általában a korróziósebességgel (wk, mg/m2h, μm/év) adják meg. Döntő mértékben meghatározza a korróziótermékek vízbe került mennyiségét (wkF). Előre tervezhető → korróziós pótlék. Gyakran telítésbe megy
állás
Korrózió
általános
lokális
korróziótermék a munkaközegben
lyukadás a berendezésben
determinisztikus
sztochasztikus
2013.05.15.
2013.05.15.
7
2013.05.15.
8
A korrózió csoportosítása
A korrózió csoportosítása Üzemi és állás alatti korrózió megkülönböztetését az eltérő környezet indokolja.
Lokális (helyi) korrózió: a fémfelületnek csak meghatározott részére terjed ki, és a szerkezeti anyag lokális komplex igénybevételének következménye, melynek összetevői:
Üzemi környezet – a nagy hőmérsékletek ellenére – kevésbé agresszív (tisztított, kondicionált víz), lényegesen kisebb korróziósebességek. Állás alatti környezet – a közel környezeti hőmérséklet ellenére – agresszív, számolni kell a légkör szennyezőanyagaival, üzeminél nagyobb korróziósebességek.
térfogati (mechanikai feszültségek, deformáció), felületi (víz és szennyezőanyagai: áramlás, lerakódás, koncentrálódás a pórusokban), térfogati és felületi (hőátvitel: hőmérséklet, hőáramsűrűség; üzemvitel: teljesítmény, nyomás, hőmérsékletváltozások és sebességük).
2013.05.15.
Az utóbbi időben felértékelődött az indulás (állásból üzemi állapotba) vízüzeme, hiszen befolyásolja a következő időszak/ok/ komplex igénybevételét
9
Felhasznált szerkezeti anyagok
10
Fém-víz fázisérintkezés (ötvözetlen acél)
Berendezés
Szerkezeti anyag
Korróziótermék alkotók
Kondenzátorcsövek
rézötvözetek ausztenites acél titán
Cu (Zn,Ni) Fe (Cr, Ni) Ti
Hűtőtorony hőcserélő elemek
alumínium monel
Al Ni, Cu
Tápvízelőmelegítők, hőcserélők csövei
ötvözetlen, ötvözött, ausztenites acél króm-nikkel ötvözet
Fe, Fe(Cr) Fe(Cr,Ni) Cr,Ni(Fe)
Gőzturbinák
ötvözetlen, ötvözött, ausztenites acél
Fe, Fe(Cr) Fe(Cr,Ni)
Gőzfejlesztőcsövek, hurok vezetékek
ötvözetlen, ötvözött, ausztenites acél króm-nikkel ötvözet
Fe, Fe(Cr) Fe(Cr,Ni) Cr,Ni(Fe)
Fűtőelem burkolatok
cirkónium ötvözet
Zr
2013.05.15.
2013.05.15.
11
2013.05.15.
12
A védő oxidréteg képződés mechanizmusa – ötvözetlen és gyengén ötvözött acélon
Az acél védő oxidrétegei
Oxigénmentes vízben a topotaktikus magnetit a fémfelületen lejátszódó reakcióból képződik:
A fém elektrokémiai korrózióját alapvetően a védő oxidréteg oldódása határozza meg, ha a víz áramlási sebessége kisebb a kritikusnál: w<wkr = f (anyagminőség)
3Fe + 4 H 2 O ⇒ Fe3O4 + 8 H + + 8e − amelyhez a vízmolekulák a határrétegben rendelkezésre állnak. A vasionok reakciója a határrétegben :
Fe 2+ + 2OH − ⇒ Fe(OH ) 2 Nem áramló víznél a határrétegben megnő a Fe2+-ionok koncentrációja, valamint a pH az egyensúly beálltáig, és a víz Fe(OH)2-re telítődik. A képződött Fe(OH)2 a Schikorr-reakció szerint
ötvözetlen acél ([Cr+Mo]<0,25 %): wkr=1,5-1,7 m/s, ötvözött acél: ([Cr+Mo]=1-12 %): wkr=2,0-4 m/s, ausztenites acél: wkr=4-7 m/s, rézötvözetek: wkr≈2-2,5 m/s 2013.05.15.
3Fe(OH ) 2 ⇒ Fe3O4 + 2 H 2 O + H 2
magnetitté alakul. A reakció sebessége 200-250 oC felett rendkívül gyors. 13
Oxigéntartalmú vízben
2013.05.15.
14
A magnetit képződése
Oxigéntartalmú vízben az O2 a Fe2+-ionok egy részét Fe3+ionokká oxidálja, s az Fe(OH)2-nél is rosszabbul oldódó Fe(OH)3 jelenlétében magnetit képződik:
2 Fe(OH ) 3 + Fe(OH ) 2 ⇒ Fe3O4 + 4 H 2 O A védőréteg-képződés előre haladtával egyre kevesebb Fe(OH)2 áll rendelkezésre a reakcióhoz, lelassul a transzport a magnetit rétegen keresztül, így változatlan O2 koncentráció mellett O2-felesleg jön létre a vízzel érintkező oxidréteg felületén. Ezért az oxidrétegen keresztül diffundáló Fe2+-ionokból magnetit helyett hematit (Fe2O3) képződik 2013.05.15.
15
2013.05.15.
16
A védő oxidréteg lúgos vízkémiánál (oxigénmentes víz)
Az oxidréteg vastagsága
Az ötvözetlen acélon kialakuló védő oxidréteg spinell magnetit:
Ötvözetlen, gyengén ötvözött acélon a védő (belső) oxidréteg 30-50 μm vastag, ötvözött acélon kisebb. Ausztenites acélon a védő oxidréteg 0,05-1,0 μm vastag. A további vastagságnövekedés már nem védő hatású, mert döntően a vízből, s nem a felületről építkezik.
Fe23+ Fe12+ O42−
Ötvözött acél védő oxidrétegében a Cr az acélnál nagyobb mértékben feldúsul:
Fe23−+ y Cry3+ Fe12+ O42− Ausztenites acél védő oxidrétegében a Cr és a Ni az acélnál nagyobb mértékben feldúsul → vegyes spinell magnetit: 2013.05.15.
3+ 2− y
Fe
3+ y
2+ 1− x
2+ x
2− 4
Cr Fe Ni O
17
2013.05.15.
18
Cirkónium-ötvözetek korróziója
A magnetit oldhatósága
A cirkónium korróziója vízben: Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2 A ZrO2 fehér színű, monoklin kristályrácsú vegyület. Nagyobb hőmérsékleteken, a cirkóniumon és ötvözetein fekete színű, cirkónium és cirkónium-dioxid szilárd oldatából álló védőréteg képződik 300 oC fölött a vízzel, vagy gőzzel érintkező cirkónium ötvözetek felületén nem védő réteg keletkezhet
oC-on
A magnetit oldhatóság minimuma 25 pHo>9,0 tartományban van. Ezen alapszik a lúgos vízkémia. Az ausztenites acélon kapott oldhatósági számítás eredményei – kvalitatív megfontolásokkal – átvihetők az ötvözetlen és ötvözött acélokra is.
a fém felületén először fekete színű védő hatású bevonat képződik, ami a további oxidáció hatására megszürkül, majd kifehéredik, miközben fellazul, lepereg, így nem nyújt védelmet a fém korróziójával szemben
A magnetit oldhatóság minimális tartománya a pHt függvényében
nagytisztaságú vízben a cirkónium és ötvözetei gyakorlatilag 300 oC-ig korrózióállónak tekinthetők, felületükön jól tapadó cirkónium-dioxid védőréteg képződik. teljesítményüzem alatt a lokális korrózió ritka lerakódások alatt a korrózió felgyorsul
0,16 0,14 0,12 t=295 [oC]
0,1
t=265 [oC]
0,08
t=155 [oC]
0,06
t=50 [oC]
0,04 0,02
baleseti szituációban (1200 oC felett) gyorsul a folyamat
10 ,4
9, 8
10 ,1
9, 5
8, 9
9, 2
8, 6
8
8, 3
7, 7
7, 4
7, 1
6, 8
0
6, 5
Fe-koncentráció [mikromol/kg]
Spinell magnetit szerkezete
pHt
2013.05.15.
19
2013.05.15.
A CODEX kísérleti berendezésben eloxidált cirkónium-csövek (Forrás: Hózer Z., Nukleáris Technikai Szimpózium) 20
ZrO2 oldhatósága [10-10-10-4 mol/kg] vízben különböző hőmérsékleten [Krickij]
ZrNb1 A ZrNb1 ötvözet kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkezik, mint a Zircalloy-4 [VNIIAESZ]:
• •
•
T-vel az oldhatóság nő felfűtésnél, üzem közben a transzport iránya kedvező, kiválásuk a felületen csak lehűtésnél történhet Oldhatóságuk a minta hőmérsékletén (25 oC) olyan kicsi, hogy koncentrációjukat nem lehet megmérni, ezért csak aktivitás koncentrációjukat mérik.
2013.05.15.
21
2013.05.15.
22
Áramlás által támogatott korrózió
Zircalloy-4 (PWR) A Zircalloy-4 ötvözet (Zr 98%, Sn 1,5%, Fe 0,2%, Cr 0,1%)
Ha a víz áramlási sebessége nagyobb a kritikus áramlási sebességnél, akkor az elektrokémiai korróziót (oxid oldódását) felerősíti az áramlás nyíró hatása: a védő oxidréteg megléte mellett az anyag fogy, akár mm/év korróziósebességgel. Ötvözetlen / gyengén ötvözött acél esetében számottevő Típusai:
érzékenyebb a noduláris korrózióra, nagyobb a hidrogén tartalma 30 ezer üzemóra után, nagyobb a korróziósebessége a gőzzel szemben a burkolat nagyobb (700-1000 oC) hőmérsékletén.
A fűtőelem-burkolat felületén kialakuló oxidrétegben, és a hűtővízben keringő oldott ionos korróziótermékekben jelentéktelen a különbség, ezért a primerköri hűtővíz cirkónium korróziótermék transzportja lényegében azonos. 2013.05.15.
nincs noduláris korrózió; a felületen homogén, fekete színű, védő oxidréteg van, melynek vastagsága 3-4 µm-től 7-8 µm-ig változik a fűtőelem magassága mentén, a kiégési szinttől függetlenül; jelentéktelen mennyiségű cirkónium-hidrid keletkezik, melyek mérete nem haladja meg a 100 µm-t; az oldott hidrogén mennyisége - a minta helyétől függetlenül – a burkolatban nem haladja meg a 30-80 mg/kg koncentrációt, és független az üzemanyag kiégési szintjétől 45 MWnap/kg U értékig.
általános eróziós-korrózió, Áramlás keltette erózió: lokális kavitációs-erózió, lokális erózió.
23
2013.05.15.
24
A magnetit oxidréteg vastagságának időbeli változása különböző anyagátvitelnél: felső: nincs konvektív anyagátvitel és tvíz≈100 oC; középső: a víz kritikushoz közeli áramlási sebességénél és tvíz≈210 oC; a víz nagy sebességű turbulens áramlásánál és tvíz≈210 oC [Stranbert]
Az acél eróziós-korróziója folyadékfázisú vízben Az acél eróziós-korrózió sebesség meghatározása: félempirikus formula [Kastner] Az eróziós-korrózió függ:
w=0,5-1 m/s Oxidréteg-víz között diffúzió jellemző
az acél (Cr+Mo)-tartalma, a csőrendszer geometriája, a víz: hőmérséklete, áramlási sebessége, pH-értéke, oxigén-tartalma.
w=1,5 m/s Nő a konvektív anyagátvitel szerepe, oxidréteg vastagsága nem nő w=1,7-2 m/s Konvektív anyagátvitel, acél fogy 2013.05.15.
Wk=f(T, κ, pH, w, O2, CO2, Cl-, SO4-,….) [r,t] Alig 100% hiba… 25
wk=f(pH) [Dörr]
wk=f([Cr]) [THERNUCLECHIM]
2013.05.15.
2013.05.15.
27
2013.05.15.
26
wk=f(kc) [Keller]
28
wk=f(T)[THERNUCLECHIM] pH=9,04
wk=f(T) [Heitmann]
p=40 bar, w=35 m/s, pH=7,
Az áramlás keltette erózió [Kastner]
O2=40 μg/kg, <1 μS/cm
2013.05.15.
29
Kavitációs erózió
30
Kavitációs erózió
kavitációs erózió egyfázisú vízben lép fel a képződött buborékok kis felületen nagy nyomású (akár több száz bar), szabálytalanul változó nagy frekvenciájú ütéseket mérnek a falra Az ütések előbb a védő oxidréteget károsítják, majd magát a fémet Hogyan keletkeznek a gőzbuborékok?
a buborékképződés nem mindig a telítési nyomásnál indul meg, hanem akkor is, amikor a Reynolds-számtól és a víz tulajdonságaitól függően bizonyos léptékhatások jelentkeznek Példa: a pillangószelep környezetében hirtelenszerűen megváltozik az áramlás a vízrészecskék egy része robbanásszerűen kigőzölög, és a gőzbuborékok megmaradnak. A kigőzölgés hatására
a gőzbuborék képződés: a helyi nyomás oly mértékben lecsökken, hogy eléri az adott hőmérséklethez tartozó telítési nyomást. Ez a fajta gőzbuborék képződés a telítési hőmérsékletű vagy a telítési hőmérséklethez közeli hőmérsékletű víz rendezetlen áramlásánál fordul elő. A kigőzölgés elkerülése: (p-nyomás az akadály p − p s (t víz ) előtt) ≥5 ∆p 2013.05.15.
2013.05.15.
gőzbuborékok képződnek és megmaradnak, megnő a víz áramlási sebessége, megváltozik az oxigén és/vagy az illó lúgosító vegyszer eloszlása a vízben. Ha a sebesség lecsökken, a buborékok összeroppannak 31
2013.05.15.
32
Az ütköző vízcsepp eróziós hatása
Kavitációs erózió A kavitációs eróziót vízkémiával nem lehet mérsékelni,
A nagy sebességgel áramló nedvesgőz vízcseppjeinek felületkoptató hatása, ami a velük érintkezésben levő fém roncsolódásával jár. A vízcseppek korrozív hatásúak is lehetnek (lásd korai kondenzátum). A nedvesgőz eróziójának hatását az eróziónak jobban ellenálló szerkezeti anyagok beépítésével lehet csökkenteni.
csak az áramlási sebességek csökkentése, az áramlási rendezetlenségek mérséklése, ill. ellenállóbb szerkezeti anyagok (magas krómtartalmú ötvözött acélok, ausztenites acélok) alkalmazása vezet eredményre.
+ vegyszerrel csökkenteni a vízcsepp energiáját (ODA) 2013.05.15.
33
2013.05.15.
34
Ütköző vízcsepp eróziójának mechanizmusa [Kastner]
Vízüzem
2013.05.15.
35
2013.05.15.
36
A vízüzem követelményei
Követelmények
a berendezések szerkezeti anyagainak általános korróziója minimális legyen → felaktiválódás, akadályozza meg a szerkezeti anyagok lokális korrózióját → hermetikusság, csökkentse minimálisra a korróziótermékek lerakódását a fűtőelemek burkolatán → hermetikusság, tartsa alacsony szinten a korróziótermékek transzportját a hűtővízben és lerakódásukat az aktív zónán kívüli felületeken → aktivitás (dózisteljesítmény) szorítsa vissza a víz radiolitikus bomlását;
2013.05.15.
miközben biztosítja az üzemanyaggal berakott reaktivitástartalék kompenzálását a bórsav koncentráció csökkentésével, ill. a reaktor szubkritikusságát (az SZBV kazetták mellett) a hűtővíz nagy bórsav koncentrációjával. A feladatok megkövetelik: - egyrészt a konstrukció, a szerkezeti anyagok és a vízkémia harmóniáját, - másrészt a hűtővíz műszakilag elérhető minimális szennyezőanyag (aktivitás) koncentrációját. 37
Vízfelhasználás
38
Primer köri közegek Hőhordozó
Atomerőműben a kondenzáció vízigénye 180-220 m3/h/MW Követelmények vízzel szemben:
Üzem közben változó bórsav-koncentrációjú (és változó lúgosító kation koncentrációjú), Oxigénmentes vizes oldat, álláskor bórsavoldat
Bórsavoldat
GF tápvíz: teljesen sótalan közeg (karbonátkeménység!), lebegő szennyezők kiszűrése Primer hőhordozó: majdnem nagy tisztaságú víz (korlát vezetőképességre, Cl, Na, SO3 tartalomra)
Közel állandó koncentrációjú, oxigénnel telített oldat 14-17,5 g/dm3: pihmed, átrakómedence, KZÜHR, hidroakkumulátorok, sprinkler, lok. torony buborékoltató tálcák 41-46 g/dm3: NZÜHR tartályok
Tiszta kondenzátum Bórsav és vegyszermentes, oxigénnel telített víz
Hűtővíz Vegyszermentes, oxigénnel telített, nagy tisztaságú víz
Primerköri vegyszeroldatok H3Bo3, KOH, N2H4, stb.
Paks: Duna-víz az alapanyaga a kondenzátor hűtővíznek, a technológiai hűtővíz rendszernek és a biztonsági hűtővíz rendszernek 2013.05.15.
2013.05.15.
Külső technológiai közeg: pótvíz Primer és szekunder kör feltöltésére, pótlására, vegyszeroldatok készítésére Nagy tisztaságú víz, vezetőképessége közel azonos a tiszta vízével (várt érték: 0,06 µS/cm vs. 0,055 µS/cm) 39
2013.05.15.
40
A hűtővíz áramlása (PA VVER-440) Fővízkör (reaktortartály, hurkok, FKSZ-ek, FET-ek, térfogatkompenzátor) és mellékvízkör (RVT, pótvízrendszer → minden VVER-440-ben eltérő!). VVER-440 adatok: Fővízkör: V=205 +26 m3, τ=18 s (aktív zóna 0,7 s), RVT: V=2x9 m3, τ=26 min (20 t/h), Pótvízrendszer: V=11+19(PG) m3, τ=6 h (5 t/h),
Nagy áramlási sebességek a fővízkörben (2-11 m/s), szűk áramlási keresztmetszetek a reaktortartályban, kazettákban, érzékenység az eltömődésekre (diszperz korróziótermékek). 2013.05.15.
41
42
VVER-1000, PWR kazetta (nincs kazettafal)
VVER-440 kazetta (zárt kazettafal)
2013.05.15.
2013.05.15.
43
2013.05.15.
44
PA primerkör
Primer kör vízüzeme
Pótvíz rendszer TK30
Hidrogénégető
TK20
Bóros szabályozású vízüzem (reaktivitásszabályozásra 0-12 g/dm3 bórsav-koncentráció)
TK25B001
TK35B001
Fővízkör
Bórsav kellemesen használható atomerőművi környezetben is (vízben oldódik, kémiailag, fizikailag stabil, stb.) pH értékét csökkenti, ennek ellensúlyozására KOH-t (vagy más lúgosító kationt) adagolnak Az össz lúgosító anyag mennyisége úgy van beállítva, hogy pH=7,1-7,3 legyen.
TC01D001-2
FKSZ FET
záróvizek
TK35W001
TK25W001
TC21 N003
TC21 N002
TC21 N001
TC20 N001
YA00W001 YA12W001
YA32W001
YA22W001
YA42W001 TX08B001
YA62W001
YA52W001
TX09D001-3
USZ TK36W001 TV20/2
TV20/1
TB80 TR48(58)
TE01W001 TK41D001-3
FKSZ FET
TE01N001
TE02W001
TE03W001
TK52
TK54
TV75
TV55
TE04W001 TE03N002 TE03N001
TK42D001-3 záróvizek TV61/1
TV61/3 TK80-82
2013.05.15.
TK84-86
Részáramú víztisztító 45
2013.05.15.
46
1. sz. víztisztító rendszer
Pótvízrendszer Pótvízelőkészítő nyersvízellátása: technológiai hűtővízrendszerről Pótvíz készítése: Előlágyítás (meszes karbonátmentesítés, kavicsszűrő) Ioncserés sótalanítás (szervesanyagkötő, kationcserélő, anioncserélő) Ioncsere folyamata pl. Kevertágyas utósótalanítás disszociált NaCl-ra: (finomított sótalanvíz) R-H + Na+ R- Na + H+ 3 db 1000 m3-es sótalanvíz tartály, R-OH + ClR-Cl + OH2 db 500 m3-es tisztakondenzátum tartály H+ + OH- = H2O Üzemmódjai: Normál üzemi állapot Bórkivonási program 2013.05.15.
Víz radiolízise szabad oxigén keletkezéséhez vezet, ami nagyon 2H2Oradiolízis H2 + H2O2 2 H2O2 = 2 H2O + O2 káros a szerkezeti anyagokra Oxigén megkötésére ammónia vagy hidrazin adagolás primerkörbe
47
Feladata: fővízköri hőhordozó részáramú tisztítása Vízkémiai paraméterek biztosítása Szennyezőanyag-mentesség biztosítása
Fővízköri forgalomnak csak töredéke (25 m3/h vs. 41000 m3/h) Két víztisztító ág (1,2,6. és 3,4,5. hurkok) Egy-egy regeneratív hőcserélő, utóhűtő, ioncserélő gyantaoszlop, gyantafogó Ioncserélő: üzemi nyomás (123 bar), max. 60 oC (magasabb hőmérsékleten az anioncserélő gyanta károsodhat) 30 m3/h névleges térfogatáram, 1,2 m3 gyanta/ioncserélő
TE01 ág: kevertágyas ioncserélő (K+, NH4+ és BO3-) + mechanikus tisztítás – feladata az állandó tisztítás TE03 ág: kation és anion cserélő – feladata többek közt bórsav kampány végi kivonása lenne (helyette a 2. VT-t használják)
2013.05.15.
48
További víztisztítók
Szerkezeti anyagok a primer körben
2. sz. víztisztító: Eredeti funkció: bórsavoldatok fogadása, tárolása, tisztítása Új funkciói: teljesítményüzem végi (<0,5 g/dm3) bórkivonás, részvétel a primerköri hűtővíz K-ion szabályozásában, részvétel a korróziótermék szűrésben (indulás, leállás), 1 db kation- (H+), 1 db (BO3-) és 2 db (OH-) anioncserélő. Üzemi par.: nyomás: 8 bar, 65 m3/h névleges térfogatáram, 2,6 m3 gyanta/ioncserélő. Ultraszűrő (utólagos beépítés, 4VT-vel is üzemelhet): 20 m3/h névleges térfogatáram. 3. VT – hulladékvíz-sűrítés, bórsavoldatok tisztítása 4. VT – pihmed, ZÜHR tartályok, buborékoltató tálcák vízminősége 5. VT – GF leiszapolás 6. VT – bórsavoldatok további tisztítása
2013.05.15.
49
Eltérések VVER / PWR
A hőhordozóval érintkező felületek: 77%-a (13750 m2): 08H18N10T ausztenites acél (gőzfejlesztő csövek, berendezések) 23% (4000 m2): cirkónium ötvözet ZrNb1 – fűtőelem-pálcák ZrNb2,5 – kazettafal
08H18N10T összetétel tömeg%-ban
Ni
Cr
Fe
Co
≤0,08
9-11
17-19
egyensúlyi
-
2013.05.15.
50
Gőzfejlesztő csövek
Primerköri részáramú víztisztító:
Gőzfejlesztő csövek (primerköri F 2/3-a):
nyomás: üzemi (VVER-440), kisnyomású (16-25 bar); hőmérséklet: <50-55 oC (ioncserélők), üzemi (kerámia (PWR) TiO2töltet (VVER-1000).
PWR: nikkelkróm-ötvözet (Inconel-600, -690, Incolloy800); oxidréteg: nikkel-ferritek (Ni3-xFexO4,Co1-xNixFe3-xO4); korróziótermékek: Ni, Fe, Cr, (Co). VVER: ausztenites acél (08H18N10T, 08H18N12T (DU)); oxidréteg: vegyes spinell magnetit (Fe2-xCrxFe1-yNiyO4), korróziótermékek: Fe, Ni, Cr, (Co).
Pótvíz-gáztalanító (Control volume): nyomás: atmoszférikus (1,2-1,3 bar), vagy 16-25 bar; működés: folyamatos (fővízköri hűtővíz részáramú gáztalanításával) vagy szakaszos.
Vegyszeradagolási helyek. Hatás a primerköri szennyezőanyag transzportra!
2013.05.15.
C
Meghatározó a fővízkör vízkémiájában: a jellemző oldott kt transzportra optimalizálva! 51
2013.05.15.
52
Minimális korróziótermék transzport
Oxidok oldhatósága [Krickij]
A magnetit minimális oldhatósága
Minimális oldhatóság: a GF csövekre és üzemi hőmérsékletre optimalizálva: pH300≈6,9 (vegyes spinell magnetit), pH300≈7,4 (nikkel-ferrit), DE! Az oldott korróziótermékek kiválása a gőzfejlesztő felületen, ne a fűtőelemeken történjen → kismértékű pHT elmozdulás az optimumtól!
• A minimum 6,9-nél • 7,1 körül üzemelünk, hogy ne a zónában rakódjon ki • Kampány végénél eltolás
2013.05.15.
53
GF belső és külső oxidréteg
2013.05.15.
54
GF belső és külső oxidréteg
Amorphous Fe-hydroxide ( Fe(OH)or/and FeOOH)
Alapfém: Fe0,72Cr0,18Ni0,10.
Nem dekontaminált GF csövek (primerköri F 2/3-a) [cseh]:
Spinel-type oxide CrxNiyFe3-x-yO4
oxidréteg vastagsága: 0,5-2,0 μm,
Cr- and Ni-rich austenitic phase
alapfém: belső oxidréteg: Fe0,5Cr0,35Ni0,15, külső oxidréteg: Fe0,83Cr0,03Ni0,14. Dekontaminált gőzfejlesztő csövek (PA [Varga K.]:
d > 0 .5 µ m
Oxidréteg vastagsága: 2-11 μm,
belső oxidréteg: Cr 6-9-szeres, Ni 3-4-szeres feldúsulás az alapfémhez képest (60-130 nm), külső oxidréteg: hibrid, viszonylag nagy szórással.
Tehát a Cr, Ni (és Co) a belső (főleg fémből építkező) oxidrétegben feldúsul (védő hatás), a külső (hűtővízből építkező) oxidréteg az oldott kt transzport (+beavatkozások) következménye. Bulk austenitic stainless steel
2013.05.15.
55
2013.05.15.
56
Szerkezeti anyagok PWR és VVER egyéb szerkezeti elemek: ausztenites acél. PWR sztellit (nagy Co-tartalmú ötvözet), míg a VVERnél kopásálló ausztenites acél. Következmény: PWR nagyságrenddel nagyobb Coaktivitás (VVER „cobalt-free” primerkör).
2013.05.15.
Vízkémia, a víz kondicionálása
57
2013.05.15.
Lúgos vízkémia
Feladat
A lúgos vízkémia alapja, hogy az energetikában alkalmazott acél és réz védő oxidrétegének minimális oldhatósága, így az acél és réz elektrokémiai korróziójának minimuma lúgos tartományban van. A lúgos vízkémia feltétele
Az energetikai rendszer adott szerkezeti anyag összetételénél a szerkezeti anyag-víz kölcsönhatás irányítása, a fémfelületek elvárt mértékű korróziójának biztosítása, a víz kondicionálásával történik. A víz pH-értéke alapján
az energiarendszerben keringő víz minimális oxigén koncentrációja (gáztalanítás!) A víz pH -értéke alapján o a víz minimális (gőzerőművek) • enyhén lúgos (pHo=7,5-8,5), vagy nagyobb (kazántelep, • lúgos (pHo=9,1-9,3), távhőrendszer) elektromos • magas pH-jú (pHo=9,6-10) vízkémia különböztethető meg. vezetőképessége mellett.
lúgos és semleges vízkémia különböztethető meg. 2013.05.15.
58
59
2013.05.15.
60
Bórsav
Bórsav A nyomottvizes (PWR, VVER) atomerőművekben a hűtővíz bórsav koncentrációja :
A b ó r s a v k o n c e n tr á c i ó vá l to zá s a k a m p á n y ü ze m a l a tt 2 . b lo k k , 1 5 . k a m p á n y
állás alatt biztosítja a reaktor szubkritikusságát, üzem közben csökkenő koncentrációja az üzemanyaggal berakott reaktivitás-tartalékot kompenzálja a neutronok elnyelésével.
10 9 8 bórsav koncentráció [g/kg]
VVER-440 az állás alatt nagy a bórsav koncentráció (>14 g/kg), míg az indulás alatt és a kampány elején, rövid idő (≈50 h) alatt közel felére (≈7,65 g/kg) esik, majd a kampány alatt az üzemanyag reaktivitástartalékának megfelelően lineárisan csökken. A hűtővíz bórsav koncentrációjának szabályozása üzem közben (a lineárisan csökkenő tartományban) viszont eltérő a PWR és VVER atomerőművekben:
3
1600,0 200,000
1200,0
600,0
Mtk [t]
50,000
200,0
1000
2000
3000
4000 üzemidő [h]
5000
6000
7000
8000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
9
5 03 .0
02 .1 9.
9. 19 9
2
5 02 .0 19 9
8
01 .2
9.
9. 19 9
19 9
5
01 .0
12 .2 8.
9. 19 9
7
1 8.
12 .1 19 9
0
3
11 .2 8.
19 9
19 9
10 .3
11 .1 8.
8. 19 9
19 9
2
6 10 .1
10 .0 8.
8. 19 9
4
8 09 .1 19 9
1 08 .2
09 .0
8. 19 9
8.
8. 19 9
19 9
4
7 08 .0
07 .2
8.
8. 19 9
19 9
6
0
06 .2
07 .1 8.
8. 19 9
19 9
9
2 06 .1
05 .2 8.
8. 19 9
1
5 05 .1 8.
A kondicionálás mellett az energiarendszerekbe keringő vízbe egyéb célból is adagol/hat/nak vegyszereket:
0,000
0
19 9
illékony (δi>1), pl.: NH3, nem illékony (δi<1), pl. NaOH (LiOH, KOH).
tkondenz 100,000
400,0
0,0
8.
Kondicionáló vegyszerek
150,000
800,0
05 .0
7
A hűtővíz hígításához szükséges tiszta kondenzátum szám ított töm ege teljesítm ényüzem ben
bórsav
19 9
2013.05.15.
A gőzerőművek munkaközege teljesen sótalanított víz, ezért pHo≈7,0. Bórsav-oldat -> savas közeg pH-érték beállítása: lúgosító vegyszerrel lúgosító vegyszerek a megoszlási tényezőjük alapján
250,000
1000,0
19 9
04 .1 8. 19 9
d átu m
1800,0
M [kg]
4
0
A bórsav koncentráció szabályozása a VVER reaktorokban a hűtővíz hígításával és ioncserével (2VT OH-) történik.
1400,0
5
1
61
A hűtővíz számított bórsav töm ege az üzem idő függvényében teljesítményüzem ben
6
2
PWR: termikus regenerálású ioncserélő gyantával, VVER: a hűtővíz bórsavmentes vízzel való hígításával és a kampány végén ioncserével.
2013.05.15.
7
8000
üzemidő [h]
kémai gáztalanítás (N2H4), korróziógátlás (fűtési melegvízbe inhibitor), állás alatti konzerválás (N2H4, ODA). 2013.05.15.
63
2013.05.15.
64
Nem illékony lúgosító vegyszerek
cLi=f(t)
B10 + n → Li 7 + He4
PWR: primer körbe adagolt LiOH VVER: KOH – jobb az oldhatósága, és kevésbé agresszív a cirkóniumötvözetekkel szemben, mint a LiOH
A bór-10 izotópból keletkező lítium számított koncentrációja a hűtővízben az üzemidő függvényében 1,4
Li koncentráció [mg/kg]
1,2
A hűtővíz LiOH koncentrációját a legtöbb PWR atomerőműben 2,2±0,15 mg/kg Liion értéken korlátozzák a Zircalloy-4 ötvözettel szembeni korróziója miatt a fűtőelemeken keletkezett lerakódásokban és oxidokban betöményedő lítium növeli a cirkónium oxidációjának sebességét
1 0,8 Li 0,6 0,4 0,2 0 0
VVER: lúgosító kationok (K+, Li+, Na+) moláris koncentrációját 0,35 (az utóbbi időben 0,5) mmol/kg, értéken korlátozzák
3000
4000
5000
6000
7000
8000
lítium a hűtővízben oldott bórból (B-10 izotóp 19,61 %) keletkezik A hűtővíz lítium koncentrációja a kampány során az idővel változik, és maximális koncentrációját a kampány közepén éri el: PA: 1-1,2 mg/kg (0,14-0,17 mmol/kg). 65
KOH
2013.05.15.
66
Ammónia
A K-41 izotóp (a természetben található kálium 6,90 %) felaktiválódhat: 41 42
Lúgosító vegyszer + víz radiolízis csökkentése 2NH3 -> N2 + 3H2
K + n→ K + γ
Az illékony NH3 megoszlási tényezője:
δ NH = f (T [ p s ], pH , c NH )
A K-42 izotóp felezési ideje 12,5 h, a γ-sugárzás energiája 1,5 MeV. A K-42 aktivitás a kampány első felében, nagyobb bórsav és kálium-ion koncentrációknál halmozódik fel a hűtővízben a kampány második felében a bórsav és kálium-ion koncentrációk csökkenésének mértékében csökken viszonylag rövid felezési idő + kötődés a kationcserélő gyantán-> a K42 izotóp radiológiai problémát sem üzem közben, sem állás alatt nem okoz.
2013.05.15.
2000
üzem idő [h]
lítium a hűtővízben oldott bórból (B-10 19,61 %) keletkezik a nátrium-ion koncentrációja elhanyagolható (csak a pótvízzel, ill. a vegyszerekkel kerülhet be) -> KOH adagolásával szabályozzák a lúgosító kationok koncentrációját. 2013.05.15.
1000
67
3
3
változik a gőzkörfolyamatban. Az NH3 megoszlási tényezője a hőmérséklet növekedésével csökken: kondenzátorban δ≈20, gőzfejlesztőben δ≈5-2.
Hazánkban elterjedten használják (lúgos vízkémia: adagolás a tápvízbe, vagy főcsapadékvízbe.) Használata VVER-ben üzemviteli problémákat eredményezett (PG a H2-t is kiszűri) Jelentős járulék a hulladékban 2013.05.15.
68
Hidrogén
Szennyezőanyagok a hűtőközegben: oxigén, klór
10 %-nál nagyobb reaktorteljesítménynél a víz radioaktív besugárzás hatására kémiailag bomlik A fűtőelem-burkolaton (Zr) a radiolitikus oxigén (O2, H2O2) 120 oC felett lokális korróziót okoz. radiolízis termékek rekombinációja: hidrogén adagolással (feleslege reduktívvá is teszi a hűtővizet) PWR: primerköri hűtővízbe tiszta hidrogén gázt adagolnak az ellenőrző tartály gázpárnájába. VVER: primerköri hűtővízben korábban ammóniát, ma több atomerőműben (Kola, Paks) hidrazint adagolnak a pótvízbe.
A gőzfejlesztő csövek feszültségkorróziós repedéseinek keletkezése (lokális korrózió) a Cl-ionok (t>60 oC) és az oxigén (t>120 oC) együttes hatásának tulajdonítható. Forrás: Klorid-ionok: pótvízzel (vegyszerekkel). Oxigén: pótvízzel (termikus és kémiai gáztalanítás) és radiolitikus oxigén (H2-adagolás).
Szennyezők csökkentése: anyagválasztás, vegyszeradagolás 2013.05.15.
69
Hidrazin
70
A hidrazin reakciója az oxigénnel
A hidrazin az energiarendszerekben megköti az oxigént, szabályozza a pH-t, korróziós inhibitor. A gyakorlatban vizes oldata kerül forgalomba, hidrazin-hidrát (N2H4.H2O) formában. 15 tömeg %-os oldatát szokás adagolni. Vizes oldata gyenge bázis, disszociál A hidrazin termikusan bomlik: 3N H = 4NH + N 2
4
2NH3radiolízis
3
A hidrazin, mint erős redukálószer az oldott oxigénnel reakcióba lép:
N 2 H 4 + O2 → 2 H 2 O + N 2 pH-n és a hőmérsékleten kívül a reakciósebesség más tényezőktől is függ. 65 °C-nál kisebb hőmérsékleten a reakció igen lassú -> katalizátor. Katalizátorként redoxi folyamatokat gyorsító szerves vegyületeket, pl. hidrokinont alkalmaznak. Hidrazin további hatása: mint redukálószer az acél oxidációt csak a magnetit keletkezéséig engedi lejátszódni Kis mennyiségű oxigén jelenlétében tehát a hidrazin anódos inhibitorként viselkedik, gátolja a vas oldódását, és éppen a gőzkörfolyamat 200 oC-nál alacsonyabb hőmérsékletű, tehát a korróziótermék kibocsátás szempontjából legveszélyesebb pontjain fejti ki kedvező hatását.
2
3H2 + N2
A reakció sebessége 200 oC felett válik észrevehetővé, értékét a hőmérséklet és a közeg pH-ja határozza meg. Keletkező ammónia radiolíziséből H2 2013.05.15.
2013.05.15.
71
2013.05.15.
72
Szennyezők
PA VVER-440: N2H4-NH3-H2
Szennyezőanyagok
Fővízkör aktív zóna radiolitikus bomlás 2NH3 3H2 +N2 2H2+O2 =2H2O
teljesen sótalanított pótvíz (κ=0,05-0,08 µS/cm, cNa,Cl=12 µg/kg, cCa,Mg=0,1-0,2 µg/kg, cSiO2=3-5 µg/kg) → kevertágyas ioncserélő. Nagy tisztaságú pótvíz (κ=0,05 µS/cm, cNa,Cl=0,1-0,2 µg/kg, cCa,Mg=0,01-0,02 µg/kg, cSiO2<1 µg/kg) → háromágyas ioncserélő.
fővízkör termikus bomlás 2N2H4
2NH3+N2
FKSZ záróvíz N2H4-adagolás N2H4+O2=2H2O+N2 termikus bomlás 2NH3
3H2 +N2
TV20/2 TV75
H2O
Részáramú víztisztító
H2O+NH3 hűtővíz – elvétel tiszta kondenzátum beadás
PG
1VTKI ±NH4+
Pótvíz rendszer
páragőz
H2O mentesítés (NH3)
Hidrogénégető 2H2+O2=2H2O
A nagy tisztaságú hűtővíz lehetővé tette, hogy a részáramú víztisztító a primerköri vízkémia szabályozását végezze, és a víztisztító funkció csak a beavatkozásokra korlátozódik.
TV61/3
2013.05.15.
73
2013.05.15.
74
Vízkémia Teljesítményüzemi (7000-8000 óra), lúgos-reduktív hűtővíz; Állás (1000-1800 óra), savas-oxidatív hűtővíz; Átmenet (leállás (50-60 óra), indulás (200-250 óra). Eltérő vízüzemi feladatok a különböző periódusokban (csak a kilencvenes évek közepétől).
Atomerőmű vegyészeti üzemállapotai
2013.05.15.
75
2013.05.15.
76
A hűtővíz hőm érséklete
A blokk teljesítm énye 600
297,1-299,8 °C
300 500
266-266,8 °C
250
indulás
t [°C]
indulás
200
200 150
leállás
300
T=f(t)
leállás
P=f(t)
P [MW]
400
100 max 55 °C
100
50 teljesítmény üzem
0 0
1000
2000
3000
4000
5000
teljesítmény üzem
állás 6000
7000
8000
állás
0
9000
0
1000
2000
t [h]
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
t [h]
200-300 h
800-1400 h
200-300 h
800-1400 h
A hűtővíz nyom ása
150 125
p=f(t)
H3BO3=f(t) indulás
75 50
leállás
p [bar]
100
25 teljesítmény üzem
állás
0 0
2013.05.15.
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
t [h] 200-300 h
800-1400 h
77
Teljesítményüzem
78
A vízkémia szabályozása oC
A hűtővíz p és T a fővízkörben nagy (125 bar, 299/266 (VVER-440), a mellékvízkörben p üzemi, T kicsi (max. 55 oC az ioncserélő gyanta miatt) A fővízkörben nagy és lokálisan változó hűtővíz sebességek (2-12 m/s), a mellékvízkörben kisebb (0,1-1 m/s). A fűtőelem kiégése miatt a hűtővíz kémiai összetétele az üzemi periódusban változik. A szükséges anyagok:
Üzem közben szabályozható primerköri vízkémiai paraméterek: PWR: lítium és hidrogén koncentrációja, VVER: kálium és lítium együttes (lúgosító kationok) koncentrációja, hidrogén (ammónia) koncentrációja (hidrazin adagolással).
Cél: szerkezeti anyagok korróziótermék kibocsátásának minimalizálása, és lokális korrózió minden fajtájának elkerülése A lúgosító kationok változása ezen kívül hatással van a korróziótermékek transzportjára (keletkezésük, vándorlásuk, lerakódásuk a fűtőelem burkolatokon, ezt követő felaktiválódásuk, majd újabb kibocsátásuk, és a zónán kívüli felületeken való lerakódásuk) hidrogén - redukáló viszonyok a hűtővízben, amire a víz radiolitikus bomlástermékeinek rekombinációja miatt van szükség
bórsav, szennyezőanyag-mentesség (O2, Cl-ion) hidrogén, lúgosító vegyszer.
2013.05.15.
2013.05.15.
79
2013.05.15.
80
A vízkémia szabályozása
PWR vízkémia (Nyugati) PWR-ek:
Optimális (a védő oxidréteg minimális oldhatóságához tartozó) pHTátlag tartomány
nikkel-króm ötvözetű gőzfejlesztő csövek meghatározó oxid a nikkel-ferrit minimális oldhatósága pH300=7,4 körül van
a primerköri hűtővíz lúgosító kation-bórsav összetartozó koncentráció értékei, amik a szerkezeti anyagok minimális korrózióját biztosítják A tartományt, a hűtővíz átlaghőmérsékletére számított pHT intervallumával rögzítik.
A PWR atomerőművek primerkörében jelenleg három optimális pHTátlag szabályozás van: koordinált Li-B vízkémia (pH300=6,9+0,1), módosított Li-B vízkémia (2,2 ppm (0,314 mmol/kg) maximális lítium koncentráció és pH300=6,9-7,2), „emelt szintű” Li-B vízkémia (3,5 ppm (0,5 mmol/kg) ) maximális lítium koncentráció és pH300=6,97,4).
Ebben a pHTátlag tartományban biztosítható a fűtőelemek és a primerköri berendezések integritása és az aktivitáshordozók kis koncentrációja 2013.05.15.
81
VVER-440 szabályozási diagram +
K+
A VVER reaktorok 08H18N10T ausztenites acél gőzfejlesztő csöveinél és primerköri berendezéseinél a felületen kialakuló, meghatározó oxid, a magnetit oldhatóságának minimuma pH300=6,9-7,0 körül van. A VVER atomerőművek primerkörében jelenleg egy optimális pHTátlag szabályozás van:
(mg / kg ) c Li + ( mg / kg ) c Na + ( mg / kg ) + + 39,1 7,0 23,0
A lúgosító kation-bórsav koncentráció szabályozás sávja:
[Lmin ] = 2,139[H 3 BO3 ] + 0,051 (mmol / kg ) [Lmax ] = 2,139[H 3 BO3 ] + 0,153 (mmol / kg )
Névleges lúgosító kation-bórsav koordináció
20
0,45
18
0,4 0,35 0,3 Lmin
0,25
Lmax
0,2 0,15 0,1
Kekv koncentráció [mg/dm3]
lúgosító kation koncentráció [mmol/dm3]
koordinált lúgosító kation (K+Li)-bór vízkémia, mely javításokkal (PA, LO) megmaradt, ill. módosult: pH300=7,2±0,1: cseh, szlovák orosz reaktorok a kampány kezdetén a kálium-ion koncentrációját 0,5 mmol/kg (19,5 mg/kg) értéken korlátozzák, majd pH300=7,1-7,3).
Névleges ekvivalens kálium-ion-bórsav koordináció
0,5
82
VVER-440 szabályozási diagram
A lúgosító kationok moláris koncentrációja:
[L ](mmol / kg ) = c
2013.05.15.
16 14 12 Kekvmin
10
Kekvmax
8 6 4 2
0,05
0
0 0
2013.05.15.
1
2
3
4
5
6
bórsav koncentráció [g/kg]
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
bórsav koncentráció [g/kg]
7
8
9
83
2013.05.15.
84
Bórsav-lúgosító kation koordináció szabályozása a PAben
Korróziótermékek keletkezése Magnetit oldhatósági koncentrációja üzemi hőmérsékleten 0,1-0,15 μmol/kg. Üzem alatt 10(-30) kg korróziótermék keletkezik. A keletkező korróziótermék 35-60 %-a mozdul meg. A víztisztítás max. 1-2 kg-ot távolít el. A korróziótermékek felhalmozódása törvényszerű, eltávolításuk akkor hatékony, ha nagy a koncentrációjuk a hűtővízben (leállás, indulás vízüzeme!).
Fővízkör aktív zóna: 10B+n
7Li
+4He KOH adagolás (indulás)
Pótvíz rendszer
TV20/2 TV75
H2O+NH3
Részáramú víztisztító
hűtővíz – elvétel tiszta kondenzátum beadás
1VTKI ± K+/NH4+
PG
páragőz
H2O mentesítés (NH3)
2VT K (H+)
TV61/3
2013.05.15.
08H18N10T korróziósebessége (mgm2/h)
85
86
Üzemen kívüli periódus vízüzeme
Korróziótermékek átalakulása
Üzem közben: minimális a fővízkör felületeinek korróziója
Ha T nő, korróziótermékek átalakulnak: oldott (<1 nm) → kolloid (1-450 nm) → diszperz (>0,45 µm) Ha T csökken, ellentétes változás Az oldhatósági határ feletti koncentrációnak megfelelő mennyiség kiválik a felületeken. idővel a korróziótermékek döntő része diszperzzé válik (leválások a felületről, átalakulások a hűtővízben, eltömődések a szűk áramlási keresztmetszetekben, kiülepedések a holt áramlási zónákban) Korróziótermék koncentrációk:
az üzemi hőmérsékletre optimalizált vízkémia (minimális oldhatóságot biztosító pHT) miatt.
Az üzemen kívül:
megváltozik a hűtővíz hőmérséklete és pHT-értéke a nagy bórsav koncentráció miatt az álló hűtővíz (keringtetés hiánya) nem teszi lehetővé a vízkémia szabályozását
A vízkémia beavatkozási lehetősége az üzemen kívüli periódusban és az átmeneti állapotokban (leállás, indulás) a hűtővíz keringtetésének idejére korlátozódik.
üzemi: 10-20 µg/kg, Indulás: 1-10 mg/kg.
2013.05.15.
2013.05.15.
87
2013.05.15.
Állás vízüzeme: 4. VT
88
Állás vízkémiája
Az indulás vízüzeme
Üzemállapotok:
Állás alatt – az üzemihez képest – 1-2 nagyságrenddel nagyobb a primerköri felületek korróziója a keletkezett korróziótermékek az indulás során a primer hűtővízbe kerülhetnek
állás nyitott reaktortartálynál, állás kirakott reaktortartálynál (négyévente), üzemanyag-átrakás (a reaktortartály (fővízkör), az átrakó és pihentető medence együtt üzemel.
a hűtővízbe kerülő korróziótermékek + az elvégzett dekontaminálások után maradó korróziótermékek + a karbantartások után maradó idegen anyagok mennyisége
Savas-oxidatív, „hideg” (40-50 oC) hűtővíz H3BO3: >14 g/kg, O2: 5-7 mg/kg (telített), (t<120 oC nem korrozív a Zr-ötvözetre és az ausztenites acélra) H2, NH3, K, Li ≈ 0 A magnetit oldhatósága 4-5 nagyságrenddel nagyobb, mint üzem közben. Nincs lehetőség a beavatkozásra!
Ezért a primerkörben levő korróziótermékek mennyisége az indulásnál nagyobb, mint a megelőző kampány leállásának végén. az indulás vízüzemének feladata: minél alacsonyabb hőmérsékleten távolítsa el ezt a viszonylag nagy mennyiségű korrózióterméket a primerkörből korróziótermék-szűrés
oxidréteg átalakulása (felületek a levegővel érintkeznek) karbantartási műveletek → „idegen” anyagok bekerülése, felületi oxidréteg sérülése. A kampány indulása előtt nagy mennyiségű, a felülethez lazán vagy nem kötődő anyag
Az indulás alatt eltávolított korróziótermékek a következő kampány elejének korróziótermék transzportját csökkentik. maximális tömegáram (korlátos) szűrés: 1VT TE01 és TE03 ág (2x35 t/h) + 2VT (45 t/h) + USZ (20 t/h).
Az áramlás megindulásakor bekerülnek a hűtővízbe, az aktív zónába. 89
2013.05.15.
90
180
10
0 0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
mPR
mKI≈mK+A
mUSZ
+24 h
0
t [h]
25
50
75
100
125
60
8.4.1. 6 FKSZ-es keringetés
50
mPR
40 mKI≈mK+A
30 m1.VT≈mKI
mUSZ
20
10 mPR mUSZ=mk+A≈0
150
70
175
200
225
250
275
0
300
8.5. Reaktor indítása
15
10
8.5.5. Bórkivonás
20
5
+24 h 0
KOH - adagolás kezdete
+24 h 0
25
50
75
100
KOH - adagolás
25
N 2 H 4 - adagolás kezdete (O 2<0,02 mg/kg)
8.4.4. Gőzpárna létrehozása
ci=f(t)
8.2.5. Pótvíz gáztalanító felfűtése
50
cB, g/dm3 K+, mg/dm3 NH3, mg/dm3 O2, mg/dm3 H2, Nml/dm3
30 c B [g/dm 3 ]; K + ,NH 3,O 2 [mg/dm 3]; H 2 [Nml/dm 3]
100
35
8.7. A blokk energetikai indítása
150
8.2.7. Felfűtés 110-120 °C-ra
t [°C]
8.2.5. Pótvíz gáztalanító felfűtése
200
8.2.6. Felfűtés GF tömörségvizsgálatához
250
8.4. Felfűtés 190 °C-ra
8.3.2. Nyomás csökkentése 20 bar-ig, lehűtés 60 °C-ra
t [h]
300
2013.05.15.
80 Vpr, ezer m3/h mPR, t/h m1.VT, t/h mUSZ, t/h
0
350
T=f(t)
90
8.4.1. FKSZ indítás - 5 FKSZ-es keringetés
8.2.4.11. FKSZ indítás - 5 FKSZ-es keringetés
20
8.3.2. Nyomás csökkentése 20 bar-ig, lehűtés 60 °C-ra
+24 h
30
1VT, PR, 2 VT és USZ üzembevétel
20
m=f(t)
V˙ [103 m3/h]
8.4.7. Nyomás növelése 123 bar-ig
40
8.4.5. Térfogatkompenzátor biztonsági szelepek 36 bar-os próbája
60
8.3.2. Nyomás csökkentése 20 bar-ig
80
100
40
8.3.1. 137 bar-os tömörségvizsgálat
100
8.3.2. 164 bar-os tömörségvizsgálat
p=f(t)
p [bar]
120
50
8.3. Fővízkör tömörségvizsgálata, nyomás növelése 123 bar-ig
8.2.4.4. Feltöltés, 5 bar-os tömörségellenőrzés
140
8.2.4.4. 25 bar-os tömörségellenőrzés
160
125
150
175 t [h]
200
225
250
275
N2H4 - adagolás
300
91
2013.05.15.
0 0
25
50
75
100
125
150
175 t [h]
200
225
250
275
92300
m˙ [t/h]
2013.05.15.
p [bar]
80
60
Üzem közben minimálisa fővízköri felületek korróziója A keletkezett korróziótermékeknek csak kis része kerül ki üzem közben a primerkörből -> a korróziótermékek felhalmozódnak a primerkörben (főleg tranziens crud – lerakódás – rétegben) A leállás során a tranziens crud réteg megmozdul, egy része visszakerül a keringő hűtővízbe. leállás vízüzemének feladata:
40
4.5. A primerkör nyomásmentesítése
p=f(t)
20 +12 h 0
a tranziens crud réteg minél nagyobb mennyisége kerüljön vissza a hűtővízbe hűtővízbe visszakerült korróziótermékek eltávolítása
0
5
10
15
20
25
30
35
300
2013.05.15.
93
2013.05.15.
40
45
55
60
65
Átállás természetes cirkulációra
4.4. A fővízkör lehűtése
4.4.9. Lehűtés 50 °C-ig
4.4.7. Átállás víz-víz hűtésre
50
4.4.6. Lehűtés 140 °C-ig
100
4.4.4. Átállás TK-ban gőzpárnáról N 2 -re
4.2. A blokk leterhelése
t [°C]
150
4.3. A reaktor szubkritikus állapotba hozása
200
A felületek lehűlése során lepattogzó, diszperz korróziótermékek kivonása (1-2 kg) a hűtővízből maximális szűrési tömegárammal (lásd indulás), de savas-reduktív hűtővíz (maradt H2 és kevés O2), kisebb magnetit oldódás → korróziótermék szűrés.
50
250
T=f(t)
teljesítmény utolsó napján K+≈0, H2=15 Nml/dm3 (NH3=5 mg/dm3), NH3 (NH4+)-kivonás, H2-eltávolítás.
45
t [h]
4.1. A blokk leállás előkészítése
A leállás alatt eltávolított korróziótermékek az állás alatti karbantartások személyi dózisát csökkentik. Leállás: felbórozástól a primer kör nyomásmentesítéséig Állás vízkémiájának megteremtése:
40
+12 h
0 0
5
10
15
20
25
30
35
50
55
94
60
t [h]
50
100 Vpr, ezer m3/h m1.VT, t/h mUSZ, t/h
4.4.6.5. Átállás 5 FKSZ-es keringetésre 40
4.3.6. A fővízkör lehűtés alatti finom dekontaminációja
10
mTE01≈mTE03
mTK52≈mTK54
+12 h
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
50
40
30
20
10
Aktivitástranszport A hűtővízben levő szennyezőanyagok felaktiválódhatnak → aktivitástranszport gáznemű (pillanatnyi) → PG folyamatos üzemének indokoltsága
0
mUSZ
55
60 m˙ [t/h]
V˙ [103 m 3 /h] 20
70 4.4.12. A fővízkör segédrendszereinek leállítása Finom dekontamináció leállítása
4.4.9. 5 FKSZ leállítása
80
30
m=f(t)
90
60
65
t [h]
Pl. N-13, N-16, C-14, H-3, O-18
35
20
15
10
pótvízzel bekerülő → teljesen sótalanított vagy nagy tisztaságú pótvíz, de vegyszerek és ioncserélő gyanta
4.5. A fővízkör nyomásmentesítése
25
4.4. A fővízkör lehűtése
4.3.2. A primerkör felbórozása a leállási bórsav koncentrációig
c B [g/dm 3]; K + ,NH 3 ,O 2 [mg/dm 3 ]; H 2 [Nml/dm 3 ]
30
ci=f(t)
cB, g/dm3 K+, mg/dm3 NH3, mg/dm3 O2, mg/dm3 H2, Nml/dm3
Pl. Na-24, Mg-27, Ca-45, K-42
korróziótermék) → üzemi, leállás, indulás vízüzem Pl. Cr-51, Mn-54, Co-58, Co-60, Zr-95
fűtőelemből kikerülő → az előző három minimalizálja a kockázatát Mo-99, Sr-95, Cs-141, Kr-85
+12 h
5
0 0
2013.05.15.
5
10
15
20
25
30
35 t [h]
40
45
50
55
60
65
95
2013.05.15.
96
65
4.6. A primerkör ürítése
A leállás vízüzeme
4.4.9. A fővízkör lehűtése, 5 FKSZ leállítása
100
4.5.2. A fővízkör ürítésének előkészítése
4.4. A fővízkör lehűtése
120
4.4.4. Átállás a TK-ban gőzpárnáról N2 párnára
4.4.3. A lehűtés folytatása; Térfogatkompenzátor biztonsági szelepek 36 bar-os ellenőrzése
140
Aktivitás mérések
Dekontaminálás
Aktivitás koncentrációk mérése hűtővízben (Bq/kg) és felületen (kBq/cm2).
Felületi aktivitás nagy, akkor szükséges a dekontaminálás A felületi aktivitás csökkentéséhez a belső oxidrétegben levő Co-60 és -58 aktivitást kell csökkenteni kémiai oldással. Ehhez min. két lépcső:
Összes jód a hűtővízben < 7,4 MBq/dm3 és I-131 < 0,37 MBq/dm3 → tömör fűtőelemek , > 37 MBq/dm3 és I-131 >3,7 MBq/dm3 → blokkleállás.
Felületi aktivitások aszimptotikus jelleg ingadozásokkal → dózisteljesítmények. Üzemelő TE01 ág (folyamatos víztisztítás hatása, lásd Co-60 ábra).
külső oxidréteg eltávolítása (tisztítás) belső oxidréteg egy részének eltávolítása (deko).
A=f(üzemidő)
2013.05.15.
97/104
98
2013.05.15.
Szekunder kör vízüzeme Konstrukció, szerkezeti anyag és vízkémia harmóniája Primer körtől jelentősen eltérő anyaghasználat, hűtőközeg paraméterek (forrás, bórsav hiánya) Jellemző korróziós folyamatok az eróziós korrózió, a nedvesgőz erózió és a feszültségkorrózió Üzemidő-hosszabbítás szempontjából kritikus terület Korábbi lúgos helyett magas pH-jú vízkémia (eróziós korrózió csökkentésére) GF-ek cseréje gazdaságtalanná tenné az ÜH-t Meg kell akadályozni a korlát feletti hőátadó cső dugózást, illetve GF lyukadást Szekunderköri vízüzem feladata: GF feszültségkorrózió minimalizálása 2013.05.15.
99
2013.05.15.
100
Szekunder köri szerkezeti anyagok VVER Ausztenites acél (08H18N10T) Ötvözött / ötvözetlen acél (utóbbi csak a túlhevítők cső- és köpenytéri felületén) Réz kondenzátorcsövek lecserélve (magas pH bevezetésekor)
Szekunder köri munkaközeg Magas pH-jú (9,6-9,8) tápvíz Adagolt vegyszerek: hidrazin, ammónia EDTA (etilén-diamin-tetraacetát): komplexon, mely a diszperz vas korróziótermékeket oldott állapotba viszi, s a gőzfejlesztő vízből a leiszapolással eltávolítható (Margulova). ODA: a vízcseppek méretének csökkentése, s ezzel az eróziós hatás mérséklése (Povarov).
Mindkét vegyszer negatív hatása a munkaközeg nagyobb szennyezőanyag koncentrációja volt. 2013.05.15.
101
GF-ek vízüzeme
2013.05.15.
Feszültségkorrózió
Gf-ek felépítése, szerkezeti anyagok, áramlás: ld. 3. ea! Követelmények:
GF tipikus jelensége A feszültségkorróziós repedés kialakulásának négy feltétele van:
Konstrukció: ne legyenek nagy feszültségű elemek, holt áramlási zónák, rendezetlen áramlások, egyenetlen eloszlások és nagy hőáram-sűrűségű felületek. Szerkezeti anyag: átlagos korróziósebessége minél kisebb legyen, és ne legyen érzékeny a lokális korrózióra. Vízkémia: a szennyezőanyagok koncentrációja minimális legyen, és az adagolt kondicionáló vegyszerek a választott szerkezeti anyagok minimális korrózióját eredményezzék.
A szerkezeti anyag feszültségkorróziós hajlama A feszültségkorróziós aktivátorok (egyes ionok Cl-, SO42-, OH- stb.) jelenléte a közegben megfelelő koncentrációban. A kritikusnál nagyobb húzófeszültség. Elegendő inkubációs idő (10-15 év) a korrózió kialakulására.
Konstrukciós hibák (VVER): régi tápvízelosztó Szt20 gyengén ötvözött acélból Nem hatékony leiszapolás diszperz korróziótermékre Rések a megfogó lemezeknél -> feszültségkorrózió! Nem elég hatékony zsalus cseppleválasztó (teljesítménynövelés!) 8 db GF-ben anyagminőségi többletkockázat (vagy nem)
2013.05.15.
102
103
2013.05.15.
104
Feszültségkorróziós repedések
Feszültségkorrózió
A repedések jellege
inkubációs idő: repedések mikroszkópos szintű nukleációja A repedések terjedése gyakran magától is leáll, látszólag a mechanikai feszültségek lokális csillapodása miatt.
Interkrisztallin Transzkrisztallin a repedések morfológiai vizsgálatával állapítható meg.
klorid-ionok hatása: jelentős hatás feszültségkorrózióra a 18-8-as ausztenites acélok esetén Extra szerep : azok a helyek, ahol a klorid-ionok betöményedhetnek pl. rések) Lerakódások (vízkő, vas-oxidok) szintén betöményedéshez vezethetnek.
interkrisztallin (intergranuláris) repedés: a repedés a fém szemcséinek határfelülete mentén hatol be az anyagba
Hőmérséklettel a fém feszültségkorróziós hajlama nő, csökken az inkubációs idő, valamint a küszöbfeszültség értéke, repedés terjedési sebessége minimális hőmérséklet (küszöb) -> kloridot és oxigént tartalmazó vizes oldatokban 18/8-as acélokra ez az érték 55-65 oC. Nagy húzófeszültségek mellett, a feszültségkorrózió szobahőmérsékleten is előfordulhat.
Ok: rácshibák (gyakoribbak a szemcsehatáron), szennyező anyagok is itt dúsulnak fel
transzkrisztallin (transzgranuláris) repedés: szemcsehatároknak nincsen kitüntetett szerepük a korrózió szempontjából, a repedés a kristályokon keresztül terjed tovább. 2013.05.15.
Húzófeszültség A repedések kialakulásához küszöbfeszültség szükséges ~ 50-80 MPa. A feszültségkorróziós törés olyan folyamat, amely egy képlékeny anyagban lejátszódó ridegtörésnek tekinthető. Máig sem tisztázott kérdés, hogyan lehet megmagyarázni az anyag képlékenysége (szívóssága) és a töret rideg volta közötti ellentmondást.
Források: www.corrosion-club.org, www.swri.org
105
Feszültségkorrózió - GF
2013.05.15.
106
Cső anyagminőségek érzékenysége a feszültségkorrózióra [Riess]
VVER-440 A 08H18N10T anyagminőség 9-11 % Ni-tartalommal érzékeny a transzkrisztallin feszültségkorrózióra. A csövekben ébredő lokális húzófeszültségeket nem ismerjük, lokálisan meghaladhatják a kritikus értéket. A holt áramlási zónákban, résekben a feszültségkorróziós aktivátorok koncentrációja a gőzfejlesztő vízben meghaladta a kiváltó értékeket. Az inkubációs idő (10-15 év) eltelt.
PWR-ek: Inconel-600 csöves GF-ket cserélni kell. A 08H18N10T csövek megfelelőek (egyetlenegy VVER-440 GF cseréje sem merült fel, bár több dugózás a 9,0-9,5 % Nitartalmú csöveknél, mint a 11,0-11,5 %-nál). 2013.05.15.
107
2013.05.15.
108
Szerkezeti anyagok Anyagminőség
VVER
08H18N10T 08H18N12T
Inconel-600, -690, Incolloy-800
08H18N10T 10GN2MFA (gyengén ötvözött acél –VVER-1000)
gyengén ötvözött acél mindkét oldalról csőanyagminőséggel plattírozva
Feszültségkorróziós hajlam
transzkrisztallin
interkrisztallin (Inconel600) minimális (Incolloy-800)
Jellemző feszültségkorróziós helyek
csőmegfogások alatt kollektor-cső megfogás környezete (-1000)
csőfal-cső közti rés csőmegfogások környezete
Hőátadó csövek
Csőfal / kollektor
Szekunderkör vízüzeme
PWR
2013.05.15.
A feszültségkorrózió mindkét mechanizmusában meghatározó a szennyezőanyagok jelenléte → vízkémia. A GF csövek feszültségkorrózióját kiváltó szennyezőanyagok: diszperz vas korróziótermékek, feszültségkorróziós aktivátorok (Cl és SO4-ionok), oxidáló anyagok (oldott oxigén és réz korróziótermékek).
A gőzfejlesztő víz szennyezőanyagai a tápvíz és gőz rendszerből származnak: korróziótermékek a felületekről, feszültségkorróziós aktivátorok a pótvízből, a kondenzátorban a bekerülő hűtővízből, és más nyersvíz betörésekből, oxigén a levegőből és a bekerülő vizekből.
Ezért a gőzfejlesztő vízkémiáját a szekunderkör vízüzeme határozza meg. 109
Az áramlás által támogatott korrózió Szekunder oldalon nagy vízoldali áramlási sebességek (w>wkr) -> a felületek elektrokémiai korróziója helyett áramlás által támogatott (eróziós-) korrózió a meghatározó Vízoldali rendezetlen áramlások → a felületek lokális eróziója (kavitációs-korróziója). Nedvesgőz áramlása (ω=0,25-12 %, megcsapolási gőzvezetékekben (8-12 %) → az érintkező felületek eróziója (vízcsepp-erózió).
2013.05.15.
110
Az áramlás által támogatott korrózió csökkentése ötvözetlen acél berendezések cseréje a ausztenites vagy nagy krómtartalmú acél csövesre Az acél-réz kombináció mellett nem lehet elérni mindkét felület minimális korrózióját, ezért a szekunderkört rézmentesíteni kell → homogén acél szekunderkör, és az általános eróziós-korrózió mérséklése magas pH-jú tápvízzel. Rendezetlen áramlás megszüntetése: U-csöves nagynyomású előmelegítők. Az adagolt vegyszerek alig vagy nem csökkentették a nedvesgőz eróziós hatását, ezért a nagyobb sebességű nedvesgőzzel érintkező felületeket ausztenites acélból kell készíteni. Nagyobb nedvesség-tartalmú gőzvezetékbe szeparátorok beépítése (pl. PA ABB könyökszeparátor). A gőzfejlesztőkbe lépő tápvíz diszperz korróziótermék koncentrációja 5-10 µg/kg
VVER-1000 GF vas korróziótermék felhalmozódás
Következmény: munkaközeg nagy diszperz vas korróziótermék koncentrációja munkaközeg a GF-be szállítja (a KT EMF-jének helye nem hatékony), ahol lerakódik a melegoldali hőátadó csöveken és a geometriai résekben, felhalmozódik a köpeny alján, kialakítja a pangó lokális környezetet, ahol az aktivátorok és az oxidáló anyagok koncentrálódnak.
Ez a korróziótermék-áram hatékony leiszapolással még eltávolítható. 2013.05.15.
111
2013.05.15.
PA vízüzem módosítás után (46GF melegoldal)
112
Lokális koncentrálódás
Feszültségkorróziós aktivátorok
A gőzfejlesztők szennyezőanyag koncentrációit üzem közben a leiszapolásban mérik (ez a GF víz áramlási magjának koncentrációit jellemzi)
Pótvíz:
Hide-out jelensége: nem illékony szennyezők töményedése pórusokban Leálláskor elbújt ionok visszaoldódása
teljesen sótalanított víz (κ<0,1 µS/cm, Cl-, Na+ <1-2 µg/kg SiO2<5-10 µg/kg), 2004-től nagy tisztaságú pótvíz (κ≈0,05 µS/cm, Cl-, Na+ ≈0,1-0,2 µg/kg SiO2<3-5 µg/kg);
A GF víz maximális aktivátor koncentrációját a mikrokörnyezetekben alapvetően az oldott anyag megoszlási tényezője határozza meg. A koncentrátumok változatosak, általában lúgos (Na-felesleg), vagy savas (Cl, SO4-felesleg). A paksi gőzfejlesztőkben a koncentrátumok egyértelműen savas kémhatásúak voltak.
A hide-out (lehűlő GF vízbe) visszaoldódás mérések alkalmasak a lokális ionkoncentrációk meghatározására: A víz hőmérsékletének csökkenésével az ionok oldhatósága megnő. A visszaoldódó ionok:
Rézcsöves kondenzátorok nem tömörek (hűtővíz (κ=102-103 µS/cm) szivárgás ⇒ mhv/mmk<10-4, VVER-440 75 kg/h, ∆κmax=0,1 µS/cm ); Egyéb források (pl. nyersvíz, fűtési forróvíz, oldalági csapadékvizek). 2013.05.15.
Ca, Mg, Na; Cl, F, SO4, NO3, SiO2;
Ha a koncentrációjuk a hideg vízben 1-10 mg/kg vagy nagyobb, akkor a fesz.korr. kockázat az üzemi periódusban fennállt.
113
GF-k leiszapolása (5VT)
114
Az aktivátorok koncentrációjának csökkentése Hűtővíz-tömör kondenzátor (ausztenites acél, titán), Kondenzátum tisztító KI leállítása, mert
Leiszapolt víz tisztítása Állandó és szakaszos leiszapolás Mechanikus szűrő, H+ kation, OHanioncserélő
2013.05.15.
2013.05.15.
meghatározza a gőzfejlesztő víz ionkoncentrációját mert a gyanta is tartalmaz ionokat; A kondicionáló vegyszer ionjait is eltávolítja ⇒ nagy adagolt mennyiség, ezért a tápvíz pH=7,5-8,5, vagy a KI periodikus (hűtővíz betörés alatti) üzemeltetése.
Póttápvíz ionkoncentrációjának csökkentése: Nagy tisztaságú pótvíz (Triobed ioncserélő), GF-k tisztított leiszapolása (kt-szűrő és kidobós kevertágy), Oldalági csapadékvizek (kiadott gőz) mennyiségének csökkentése, vagy visszatérő kondenzátum mennyiségének növelése.
Oxigén: a vákuumos rendszerben kerül be (ml/mgőzK<10-4, VVER-440) 75 kg/h) ⇒ beoldódás a főkondenzátumba ⇒ termikus gáztalanítás a kondenzátorban és a GTT-ban, majd kémiai gáztalanítás N2H4-al. Légtömörebb vákuumos rendszer, nem szükséges a GTT termikus gáztalanító funkciója).
Rézmentes szekunderkör.
115
2013.05.15.
116
Gőzturbinák vízüzeme
A gőzfejlesztő csövek integritása
A gőzturbinákban történik a gőz termikus (belső) energiájának mechanikai (forgási) energiája. A gőzturbinába lépő gőz nagy nyomása, nagy hőmérséklete a turbinafokozatokban fokozatosan csökken a végnyomásig, -hőmérsékletig, miközben számos elvétel van a tápvíz-előmelegítők (fűtési hőcserélők) fűtésére. A vízüzem feladatai:
Primerköri hűtővíz szivárgás < 5 l/h. A csövek falvastagságának (ekvivalens) csökkenése különböző: 50, 60 és 80 % (regisztrált, dugózott kategória). Különböző, eltérő érzékenységű vizsgálati technikák. 2004-ig dugózott csövek száma (100%-os átvizsgálás): Indikáció miatt: 1200 Egyéb ok: 157
Magas pH-jú vízüzem első 4 éve alatt: 16 db új dugózott cső
Minimális vízkémiai kockázat: Lerakódásmentes hőátadó csövek Feszültségkorróziós aktivátorok koncentrációja alacsony legyen Hide-out határértékek Oxigén és réz korróziótermékek minimalizálása 2013.05.15.
lapátfelületek (profil) épsége, a lokális korróziós meghibásodások elkerülése.
117
2013.05.15.
118
PA szekunderkör (K-220-44 gőzturbina) kapcsolása
Típusok A belépő gőz nyomása szerint: szuperkritikus (p1>pkr=221,2 bar), szubkritikus (p1
K-220-44 gőzturbina
A belépő gőz nedvesség-tartalma szerint: Túlhevített-gőzös (gőz ω=(1-x)=0 a legtöbb fokozatban, az utolsó fokozatokban ωmax=0,08-0,1), Telített-gőzös (gőz a belépő ωmax=0,005-től fokozatosan nő ωmax=0,13-0,15-ig, cseppleválasztás-újrahevítés, csak egy-két fokozatban túlhevített),
A gőz végnyomása szerint: kondenzációs, ellennyomású.
Szerkezeti anyagok: Lapátok: ausztenites acél, króm-nikkel acél.
Ház: ötvözetlen és gyengén ötvözött acél. 2013.05.15.
119
2013.05.15.
120
Finom hálós ernyő a gőzturbinába való belépés előtt: túlhevítő csövekről levált vas korróziótermékek [NALCO Boiler]
Üzemviszonyok p= 320(240)-0,04 bar, t= 600(540)-30 oC A jól oldódó sóknak (NaCl, NaOH) szilikát vegyületeknek lehet olyan p és t tartománya, ahol az oldhatósági tényező változása negatív, azaz lerakódhatnak a lapátokon. A turbinalapátok lerakódása, elsózódása csökkenti a fokozat hatásfokát. Ma már – teljesen sótalanított póttápvíznél – nem jellemző.
Lerakódás gőzturbina állólapáton (7,5-szeres nagyítás) [NALCO Boiler] 2013.05.15.
121
Károsodások a feszültségkorrózió és a nedvesgőz eróziós hatása okozza.
A feszültségkorrózióhoz szükséges lokális vízkémiai környezetet az ún. korai kondenzátum biztosítja. Az első vízcseppekben a nem illékony feszültségkorróziós aktivátorok (Na+,Cl-, SO42--ionok) igen nagy koncentrációban vannak jelen:
cig
δ i ( p)
mert beoldódnak az első vízcseppekbe, agresszív lúgos (Na+-ionok) vagy savas (Cl-, SO42--ionok) lokális környezetet létrehozva.
2013.05.15.
122
Nedvesgőz eróziós hatása
Ma a gőzturbinák szerkezeti anyagának károsodását
cikk =
2013.05.15.
Erősen korrodált turbina forgólapát nagynyomású kondenzációs gőzturbinában [NALCO Boiler] 123
A nagy sebességgel (100 m/s) áramló gőzben levő vízcseppek okozzák nekiütődve a fémfelületnek. Telített-gőzös (atomerőművi) gőzturbinákban jellemző, de túlhevített-gőzös gőzturbinák utolsó fokozataiban is előfordul. A megcsapolások belső nedvesség-leválasztása miatt a megcsapolások nedvességtartalma nagyobb, mint ami az expanzióból adódik. 2013.05.15.
K-220-44 gőzturbina (PA) jellemző eróziós helyei
124
Vízcsepp kiváltotta erózió az utolsó fokozat lapátjain [NALCO Boiler]
Erózió mérséklése Nagyobb nedvességtartalomnál ausztenites acél csővezeték. Cseppleválasztók (pl. könyökszeparátor) beépítése a nagy nedvesség-tartalmú csővezetékbe. Cseppméret csökkentése (ODA)
2013.05.15.
125
Kondenzátor
0,2 mm átmérőjű vízcsepp ütközése acéllemezzel (B-0,4 g/kg ODA) [Povarov]
2013.05.15.
126
Kondenzátor
Feladata: expandált, termikus-mechanikai energiaátalakításra már alkalmatlan gőz kondenzációja, a gőz kondenzációs hőjének elvonása a környezetbe (általában hűtővízzel). A kondenzátorok konstrukciója alapján felületi (csőköteges, hűtővíz-kondenzálódó gőz felületen keresztül érintkezik), keverő (hűtővíz-kondenzálódó gőz közvetlenül érintkezik)
Szerkezeti anyagok: nincs mód a nagy tömegáramú, kis felmelegedésű hűtővíz agresszivitásának csökkentésére -> a csövek korrózióálló anyagból készültek: rézötvözetek (CuZn28Sn, Cu(5-10%)Ni), ausztenites acél (folyóvíz), titán (torkolat- és tengervíz).
Üzemviszonyok: A kondenzátor felület két szakaszra osztható: Intenzív kondenzációs zóna (gőz kondenzációja) Levegőhűtő zóna (a nem kondenzálódó gázok hatása a hőátadásra már jelentős, gőzlevegő keverék, páragőz elszívás).
Különböző csőkiosztások, fejlődésük αgőz növelése érdekében. Hűtővíz a csőtérben felmelegszik, miközben a gőz kondenzálódik a köpenytérben. Károsodási folyamatok: A kondenzátorba lépő gőz mindig nedvesgőz → eróziós hatás, különösen a szélső csősorokban (nagyobb falvastagságú csövek). A hűtővíz-oldali károsodások (lásd hűtővíz rendszer). 2013.05.15.
Fekvő csőkötegen lecsurgó vízcseppek
127
2013.05.15.
128
Kondenzátor
Késői gőz
Vízüzemi problémák: hűtővíz vagy levegő bekerülés -> munkaközeg elszennyeződés Hűtővíz bekerülés
A magas pH-jú tápvíz-üzemnél az illékony NH3 feldúsul a gőzben, és a későn kondenzálódó c NH g gőzben a koncentrációja:
Nagyszámú cső lyukadása, vagy cső-csőfal kapcsolat tömörtelensége miatt hűtővíz bekerülés a munkaközegbe (phv>>pgőz)
Hűtővíz-tömör kondenzátor:
m& hv
≤ 10 −4
& fk Rézcsöves kondenzátoroknál tömörség kritériuma: m rozsdamentes acél, titán: gyakorlatilag tömör kondenzátor hozható létre + köpenytér szekciókra osztása, tömörtelen rész kizárása.
c NH 3kg =
Hűtővíz-tömörtelenség esetén a blokk leállítása, a tömörtelen cső megtalálása és dugózása. Következmény: nagy tisztaságú munkaközeg, kondenzátum-tisztítás nem szükséges. m&
l ≤ 10 −4 − 10 −6 Levegő bekerülés: a vákuum nyomású részeken & levegő kerül be. Légtömörnek azt a rendszert tekintik, amelyben: mgK A bekerült levegő (nem kondenzálódó gázok) veszélyeztetik a gőz-hűtővíz hőátvitelt: 1-2 % inertgáz-tartalomnál a kondenzációs αgőz→0. A bekerült levegő (O2) beoldódhat a csapadékba. A kondenzátorból kilépő főcsapadékvíz O2 koncentrációját előírják: ma: max. 15 (5-10) μg/kg. Megoldások:
3
δ NH
3
nagy, s ezzel az utolsó vízcseppekben a pH≈11-12 (levegőhűtő zóna).
jó áramlású levegőhűtő zóna, jó légelszívás, kondenzátorzsompba beépített termikus gáztalanító. 2013.05.15.
129
Víztisztítás
2013.05.15.
130
Kondenzátum-tisztítás
A munkaközeg szennyezőanyag koncentrációját a gőzkörfolyamatban csökkentik:
Korábban: kondenzátorok hűtővíztömörsége nem biztosított -> hűtővíz bekerülés okozta többlet ionmennyiséggel tervezve.
Hűtővízzel bekerülő ionok mennyiségét a kondenzátum-tisztító (KT) kevertágyas ioncserélőjével (általában a kondenzátor után, tgyanta max=40-50 oC), A légkörből bekerülő gázok mennyiségét termikus gáztalanítással (a kondenzátorzsompban és a gáztalanítós táptartályban), A belső felületekről bekerülő korróziótermékeket szűréssel.
Először csak tengervíz hűtésnél (NaCl), később folyóvíz és nedves hűtőtoronynál is.
Meleg ág Póttápvíz
Hideg ág
NX15/1
NX01
Hűtővíz-tömör kondenzátor új helyzet: a kevertágyas ioncserélők gyantája szennyezőforrás! A gyanta (szennyező) ion koncentrációja nagyobb, mint a pótvízé -> a gyanta-víz közti egyensúly a póttápvíz nagyobb ionkoncentrációja mellett alakul ki.
NX15/2
EMF
KI1
KI2
NX02 Kisnyomású elõmelegítõkhöz
2013.05.15.
131
2013.05.15.
132
EPR vízüzeme
GTT, korróziótermék-szűrők
Igen magas primer/szekunder köri paraméterek Primer köri vízüzem:
Gáztalanítós táptartály Termikus gáztalanítás a GTT-ben (lúgos vízkémia!). Ha a kilépő O2 koncentráció < 10 μg/kg, akkor kétfokozatú:
Dúsított bórsav (Enriched Boric Acid, 37%) a hosszú kampány és a magas U-dúsítás miatt Veszélyes gázok kezelése: N2 a kapcsolódó rendszerekben H2/O2 rekombinátor Hidrazin alkalmazása
torony (víz oszlik el a gőzben), forraló-buborékoltató (gőz oszlik el a vízben).
A termikus gáztalanítás után oxigén-megkötés hidrazinnal. gyakran a termikus gáztalanító elmarad, mert a kondenzátorból kilépő főcsapadékvízben az O2 tartalom < 10 μg/kg.
Lerakódások ellen Optimális pH (pH300=7,2) Koordinált lítiumos-bóros vízüzem Lítium és bór koncentráció limitálva Cink juttatás primer körbe Limitek: Ca, Mg, Al, Ni, SiO2, szilárd szennyezőkre
Korróziótermék-szűrők Az oldott korróziótermékeket a kevertágyas ioncserélő gyantája köti meg. diszperz korróziótermékre elektromágneses szűrők.
Új, Zirkaloy-M5 ötvözet pálcaburkolatnak (Zr-Nb 1%...)
Szekunder vízüzem Eróziós korrózió és GF lerakódások minimalizálása Szennyezők limitálása lokális korrózió ellen Anyag: Alloy 690TT – GF csövek Kondicionálás: hidrazin
Hatékony helye a gőzfejlesztő előtt lenne, de biztonság miatt nem így (meghibásodás esetén a kiszűrt korróziótermék egyszerre a GFbe kerülne). Ezért kondenzátor után (PA), vagy GTT után 2013.05.15.
133
2013.05.15.
135
2013.05.15.
134
