СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ КОНТУРА МНОГОКРАТНОЙ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДОГРАФИТОВЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ Российский патент 1998 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к технике эксплуатации атомных станций с водографитовыми ядерными реакторами типа РБMК и может быть использовано при дезактивации контура многократной принудительной циркуляции атомной электростанции (АЭС) с реакторами РБМК с учетом особенностей конкретных энергоблоков и фактического состояния оборудования.

На энергоблоках АЭС с реакторами РБМК радиационная обстановка в помещениях реакторного оборудования определяется присутствием долгоживущих радионуклидов коррозионного происхождения, накапливаемых в процессах коррозии и массопереноса по основному технологическому контуру. Применяющийся на одноконтурных АЭС водно-химический режим основного технологического контура не исключает сравнительно высокий уровень дозовых нагрузок персонала, что обусловлено интенсивным накоплением активированных продуктов коррозии на внутренних поверхностях реакторного контура циркуляции теплоносителя. Расчетное годовое поступление продуктов коррозии в контур циркуляции энергоблока РБМК составляет около 50-150 кг по железу и 20-30 кг по меди, причем при отсутствии ежегодных эффективных кислотных промывок контура продукты коррозии накапливаются в реакторном контуре.

Для подавления роста дозозатрат и улучшения радиационной обстановки при ремонтных стоянках на АЭС с реакторами РБМК необходимо своевременное проведение дезактиваций контура многократной принудительной циркуляции при условии минимизации количества образующихся вторичных радиоактивных отходов.

Известен способ дезактивации контура многократной принудительной циркуляции водографитовых ядерных реакторов, выполняемый во время планово-предупредительных ремонтов после останова и расхолаживания блоков, включающий ввод в контурную воду химреагентов и циркуляцию по контуру дезактивирующего раствора, последующее расхолаживание контура, вытеснение дезактивирующего раствора питательной водой и дальнейшую доочистку воды [1].

Однако циркуляцию дезактивирующего раствора осуществляют через грязную активную зону реактора, в которой находится 50-70% всех радиоактивных отложений.

Основная доля находящихся в отложениях на поверхностях контура циркуляции активной зоны продуктов коррозии образуется за счет активации циркониевых сплавов технологических каналов и оболочек тепловыделяющих элементов, причем в процессе эксплуатации реактора окислы циркония поступают в теплоноситель и переносятся с ним по контуру циркуляции с осаждением и поверхностях внезонного оборудования. По окончании дезактивации дисперсная фракция продуктов коррозии в теплоносителе в основном состоит из циркониевой мелкой пудры. Скопление этой пудры образует "горячие" точки, которые легко исчезает при гидродинамических возмущениях и вновь появляются при прекращении движения теплоносителя.

Указанным недостатком объясняется сравнительно невысокий средний коэффициент дезактивации контура.

Целью изобретения является уменьшение выноса радиоактивных продуктов коррозии из активной зоны в контур, повышение среднего коэффициента дезактивации контура циркуляции.

Цель достигается тем, что в способе дезактивации контура многократной принудительной циркуляции водографитовых ядерных реакторов, содержащем ввод в контурную воду химреагентов и циркуляцию по контуру дезактивирующего раствора, последующее расхолаживание контура, вытеснение дезактивирующего раствора питательной водой и дальнейшую доочистку воды, перед вводом в контурную воду реагентов понижают уровень воды с сепараторах до отметки ниже врезки пароводяных труб, изолируют каждый технологический канал от контура, создают в его полости кислую среду, последовательно подвергают электрохимической дезактивации и гидродинамической промывке с последующим выводом отработанных электролита и промывочной воды, герметизируют каналы, заполняют контурной водой и доводят уровень воды в сепараторах до отметки выше врезки пароводяных труб.

При этом целесообразно отработанные электролит и промывочную воду выводить из каналов их забором из основания калача.

При поиске аналогов и прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "новизна".

На фиг. 1 показана принципиальная схема контура многократной принудительной циркуляции реактора; на фиг. 2 - схема дезактивации технологического канала; на фиг. 3 - схема гидродинамической промывки технологического канала; на фиг. 4 - схема удаления отработанных электролита и промывочной воды.

Контур многократной принудительной циркуляции водографитового ядерного реактора состоит из активной зоны реактора 1, в которой вертикально расположены технологические каналы 2. Верхней частью каналы 2 соединены пароводяными трубами 3 с сепараторами 4 пара, в свою очередь соединенными опускными трубопроводами 5 с всасывающим коллектором 6. Всасывающий коллектор вместе с главными циркуляционными насосами 7, напорным коллектором 8 и байпасной линией 9 образуют автономный или малый контур. Напорный коллектор 8 соединен с групповым раздаточным коллектором 10, обеспечивающим через запорно-регулирующий клапан 11 подачу контурной воды в калач 12 технологического канала 2.

Предлагаемый способ дезактивации контура многократной принудительной циркуляции водографитовых ядерных реакторов, например реакторов РБМК, может быть реализован следующим образом. Из каналов 2 реактора извлечены тепловыделяющие элементы, пробки с обойм сняты, реактор заглушен и расхолажен. Понижают уровень воды в сепараторах 4 до отметки ниже врезки пароводяных труб 3. На одном или группе технологических каналов 2 закрывают запорно-регулирующий клапан 11 для изоляции канала 2 от контура циркуляции. Воду из канала дренируют, забирая ее из основания калача 12, поскольку именно в этом месте собирается большая часть радиоактивного шлама и продуктов разрушения циркониевой части канала. Затем в полость каждого канала помещают электрод 13 с кольцевыми изоляторами, обеспечивающими соосное расположение электрода 13 относительно канала 2. Электрод соединяют с источником 14 постоянного тока по схеме катода, а канал, соответственно, соединяют с тем же источником по схеме анода. Создают в полости канала кислую среду, например 4-7% раствора щавелевой кислоты. Включают источник 14 постоянного тока, создают напряжение на его выводах порядка 12 В и плотность тока 0,8-1,1 А/дм². За счет электрохимической диссоциации в растворе кислоты происходит частично анодное растворение, разрыхление, отслоение и ослабление связей поверхностно-активных коррозионных отложений со стенок канала. При этом для усреднения концентрации кислотного раствора в канале, облегчения вывода водорода и разбавления его концентрации над открытым каналом через электрод 13 в канал подают сжатый воздух. Процесс электрохимической дезактивации в зависимости от степени радиоактивного загрязнения канала и силы тока длится от 20 до 30 мин. После этого отключают источник 14 постоянного тока, сбрасывают отработанный электролит в хранилище жидких радиоактивных отходов, извлекают из осушенного канала электрод 13 и помещают его в соседний канал, подлежащий дезактивации по описанной схеме, и в этот канал вводят гидродинамическую головку 15, соединенную гибким рукавам 16 с высоконапорной установкой подачи промывочной воды (не показано). Гидродинамическая головка 15 имеет группу радиально расположенных сопловых отверстий малого диаметра, через которые под давлением порядка 100 кг/см²на стенки канала подают промывочную воду. При вертикальном перемещении по высоте канала в сочетании с радиально направленными высоконапорными струями воды происходит смыв оставшихся радиоактивных отложений с ослабленными связями со стенок канала и их накопление в основании калача 12. После этого в канал 2 вводят до основания калача дренажное устройство 17 и выводят промывочную воду вместе с механической взвесью собранного в основании калача радиоактивного шлама в хранилище жидких радиоактивных отходов. В результате проведенных операций мощность дозы γ излучения по каналу уменьшается с 400 млр/ч до 0,1 млр/ч (на нержавеющих частых), уровень поверхностного загрязнения, полученный методом "мокрого мазка" с внутренней поверхности канала, уменьшается со 100000 β - част./см² мин до 2000 β - част./см² мин, мощность дозы γ излучения мазковых проб уменьшается с 60 млр/ч до 2 млр/ч. Удельная активность отработанного электролита составляет 1 Ки/л, т.е. вывод активности из активной зоны реактора составляет порядка 170000 Ки.

При этом с каждого канала выводится до 1 кг по сухому остатку радиоактивных продуктов коррозии с радионуклидным составом: Zr⁹⁵, Nb⁹⁴, Co⁵⁸, Mn⁵⁴, Fe⁵⁹, Co⁶⁰. При этом радиоактивных изотопов Co⁶⁰ и Nb⁹⁴ в этом килограмме 90%.

После дезактивации всех каналов и вывода промывочной воды каждый канал герметизируют установкой на верхнем торце обоймы канала штатной пробки, открывают запорно-регулирующий клапан 11, чем сообщают полость канала с раздаточным групповым коллектором 10 и заполняют его контурной водой. Затем доводят уровень воды в сепараторах 4 до отметки выше врезки пароводяных труб 3 и вводят в контур многократной принудительной циркуляции химические реагенты, образующие с контурной водой дезактивирующий раствор.

Дезактивирующий раствор состоит из растворов нитрата калия и щавелевой кислоты, предварительно подогретой до 70-80^oC. Введением указанных реагентов добиваются массовых концентраций в воде контура циркуляции нитрата калия 2-3 г/л (по нитрат-ионам) и щавелевой кислоты 5-10 г/л. Щавелевая кислота является эффективным растворяющим и комплексообразующим агентом и обеспечивает снятие как рыхлых (аморфных), так и плотных отложений радиоактивных продуктов коррозии. Нитрат калия является буферным раствором. Поочередным включением в работу всех главных циркуляционных насосов осуществляют перемешивание дезактивирующего раствора в контуре с поддержанием температуры 85-95^oC и продолжительную его циркуляцию с периодическим переходом с работающих циркуляционных насосов на резервные. Циркуляцию раствора осуществляют до стабилизации в дезактивирующем растворе значений pH (водородный показатель), массовой концентрации железа и удельный активности радионуклидов коррозионного происхождения. При этом циркуляцию дезактивирующего раствора ведут через чистую активную зону реактора и выноса продуктов коррозии во внезонное оборудование не происходит. Одновременно имеет место интенсивный вынос гидропотоками радиоактивного шлама из сепараторов 4 и др. и его вывод на фильтры спецводоочистки 18. После этого осуществляют расхолаживание контура со скоростью не более 10^oC в час до температуры дезактивирующего раствора в контуре 80-85^oC. При достижении указанной температуры отключают работающие главные циркуляционные насосы 7 и производят водообмен в контуре вытеснением дезактивирующего раствора в баки хранилища жидких отходов по трубопроводу 19 питательной водой, вводимой, как пример, через сепараторы 4 пара через активную зону реактора до достижения массовой концентрации щавелевой кислоты в растворе контура циркуляции 0,8-1,0 г/л и температуры раствора на выше 70^oC. После этого при работающих главных циркуляционных насосах в контур циркуляции вводят раствор перекиси водорода до расчетной массовой концентрации ее в дезактивирующем растворе 0,2-0,3 г/л. Перекись водорода, являясь сильным окислителем, способствует переходу гелеобразных отложений с внутренних поверхностей оборудования и трубопроводов в воду контура циркуляции и исключает выпадение из раствора нерастворимых соединений двухвалентного железа. При этом обеспечивают непрерывные вакуумирование и одновременную подачу сжатого воздуха в паровое пространство сепараторов 4 для исключения накопления водорода и образования гремучей смеси. Производят дальнейшее вытеснение дезактивирующего раствора питательной водой до снижения массовой концентрации щавелевой кислоты в растворе контура циркуляции менее 0,1 г/л и в дальнейшем доводят качество воды контура циркуляции до проектных значений очисткой ее на механическом и ионитных фильтрах 18 спецводоочистки.

Таким образом, дезактивацию контура принудительной циркуляции ведут через чистую активную зону реактора и вынос радиоактивных продуктов коррозии из активной зоны в естественные ловушки, каковыми являются сепараторы, всасывающие и напорные коллекторы контура, исключен.

В результате дезактивации из контура циркуляции дополнительно выводится 5000-8500 Ки активности коррозионного происхождения и порядка 1500 кг железа. При этом интегральный объем вторичных активных отходов при дезактивации контура циркуляции составляет 3-6 тысяч м³, а при глубокой дезактивации только лишь активной зоны не более 170 м³.

Таким образом, введение в известную совокупность признаков способа новых операций и изменение порядка проведения операций позволяет получить коэффициент дезактивации в среднем по контуру не ниже 5 - 7.

Источники информации
1. Внучков. Романчук. Дезактивация оборудования КМПЦ на АЭС с РБМК. Руководящие указания. Смоленскатомтехэнерго, 1994, с. 17-20.0

Изобретение относится к обработке загрязненных радионуклидами материалов. Способ дезактивации включает понижение в сепараторах уровня воды до отметки ниже врезки паровыводящих труб и последовательную электрохимическую дезактивацию каналов при закрытых запорно-регулирующих клапанах каналов. После электрохимической обработки проводят гидродинамическую промывку каналов с выводом отработанного электролита и промывочной воды и устанавливают на обойму каждого канала пробку. Открывают запорно-регулирующие клапаны и доводят уровень воды в сепараторах до отметки выше врезки пароводяных труб. Затем в воду вводят реагенты для создания дезактивирующего раствора и проводят химическую дезактивацию в режиме циркуляции. 4 ил.

Способ дезактивации контура многократной принудительной циркуляции водографитовых ядерных реакторов, содержащий ввод в контурную воду реагентов, циркуляцию по контуру дезактивирующего раствора и последующее вытеснение его питательной водой, отличающийся тем, что перед вводом в контур реагентов понижают уровень воды в сепараторах до отметки ниже врезки пароводяных труб, закрывают запорно-регулирующий клапан каждого канала, последовательно подвергают каналы электрохимической дезактивации и гидродинамической промывке с последующим выводом отработанных электролита и промывочной воды, устанавливают на обойму каждого канала пробку, открывают запорно-регулирующие клапаны и доводят уровень воды в сепараторах до отметки выше врезки пароводяных труб.