Способ организации водно-химического режима теплоносителя на энергетических установках Российский патент 2022 года по МПК G21C17/22 

Изобретение относится к ядерным реакторам с водным теплоносителем, а именно: к способам организации водно-химического режима на действующих и проектируемых ядерных энергетических установках различного типа.

Одним из перспективных способов коррекционной обработки водных теплоносителей ядерных реакторов, в том числе на АЭС с реакторами ВВЭР, BWR, PWR, АСММ, РБМК, является микродозирование цинка, с целью повышения их эксплуатационной и экологической безопасности за счет подавления процессов коррозии и трещинообразования, улучшения радиационной обстановки при обслуживании реакторного оборудования, сокращения отходов и вредных выбросов в окружающую среду.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ организации водно-химического режима теплоносителя на энергетических установках, предусматривающий введение оксида цинка в водный теплоноситель в виде агрегативно-устойчивого коллоидного раствора (патент РФ №2490733, кл. G21C 7/022, опублик. 20.08.2013).

Согласно вышеуказанному способу концентрация оксида цинка в коллоидном растворе, предназначенном для дозирования в водный теплоноситель, должна достигать величины не более 0,5 мг/дм³. Недостатками данного изобретения являются очень низкая концентрация оксида цинка в коллоидном растворе, обусловленная, в первую очередь, недостаточно высокой чистотой исходной воды и наличием в водной суспензии частиц оксида цинка большого размера (со средним диаметром 267 нм), а также низкой удельной поверхностью частиц (4 м²/г), что приводит к необходимости приготовления и дозирования большого количества коллоидного раствора для получения нужной концентрации цинка в водном теплоносителе. Это обуславливает повышение габаритных размеров и металлоемкости оборудования (баков для подготовки и хранения коллоидного раствора), дополнительных площадях технологических помещений на АЭС для размещения этого оборудования, что, в свою очередь, ведет к росту капитальных затрат на строительство и эксплуатацию АЭС, а также - к снижению рентабельности АЭС,

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности и радиационной безопасности АЭС с ядерными реакторами с водным теплоносителем.

Техническим результатом, который будет получен при использовании настоящего изобретения, является формирование на поверхностях первых контуров ядерных реакторов с водным теплоносителем сплошной и устойчивой в условиях эксплуатации защитной пленки цинк-содержащей шпинели, благодаря которой снижаются процессы сплошной коррозии и коррозионного растрескивания трубопроводов контура циркуляции теплоносителя, а также уменьшается образование радиоактивных продуктов коррозии в водном теплоносителе, и, соответственно, - накопление радиоактивных отходов.

Технический результат достигается тем, что в способе организации водно-химического режима теплоносителя на энергетических установках, предусматривающем введение оксида цинка в водный теплоноситель в виде агрегативно-устойчивого коллоидного раствора, сначала для получения водной суспензии приготавливают химически обессоленную воду с удельной электрической проводимостью не более 1 мкСм/см, водородным показателем рН в диапазоне 6-8, которая проходит механическую фильтрацию, затем ее смешивают с мелкодисперсным порошком оксида цинка с удельной поверхностью более 15 м²/г, полученную суспензию затем подвергают ультразвуковой обработке и последующей очистке от крупных частиц до получения агрегативно-устойчивого коллоидного раствора с частицами оксида цинка размером не более 0,35 мкм и концентрацией оксида цинка в диапазоне от 0,1 г/дм³ до 2,5 г/дм³.

Также технический результат достигается благодаря тому, что приготавливаемую на обессоливающей установке воду подвергают механической очистке от частиц размером более 1 мкм.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в химически обессоленную воду засыпают мкм мелкодисперсный порошок оксида цинка с размером частиц не более 40 мкм, приготовленный по технологии, обеспечивающей достаточно высокую растворимость его в воде, а очистку водной суспензии от крупных частиц оксида цинка производят путем центрифугирования.

Заявленный способ поясняется на следующем примере.

Агрегативно-устойчивый раствор оксида цинка приготавливается по следующей технологии.

Сначала, например, на обессолевающей установке, приготавливают химически обессоленную воду с удельной электрической проводимостью не более 1 мкСм/см и водородным показателем рН в диапазоне 6-8 и пропускают ее через механический фильтр. При механической очистке из приготовляемой воды желательно удалить все взвешенные частицы крупнее 1 мкм. В результате этого исключается образование активных центров возможной коагуляции коллоидных частиц и получают обессоленную воду высокой чистоты, содержащую минимальное количество загрязнений, что способствует повышению агрегативной устойчивости получаемого коллоидного раствора. Затем в приготовленную воду для получения водной суспензии насыпают мелкодисперный порошок оксида цинка, предпочтительно, с размером частиц не более 40 мкм и с удельной поверхностью дисперсных частиц не менее 15 м²/г, при которой обеспечивается растворимость оксида цинка в воде и становится возможным получить высокую концентрацию агрегативно-устойчивого раствора. После этого водную суспензию подвергают ультразвуковой обработке и последующей очистке от крупных частиц оксида цинка более 0,35 мкм, например, путем центрифунгирования. По окончанию этой процедуры коллоидный раствор с концентрацией оксида цинка в диапазоне от 0,1 г/дм³ до 2,5 г/дм³ дозируют в водный теплоноситель, что приводит к уменьшению скорости коррозионных процессов и загрязнения теплоносителя радиоактивными продуктами коррозии. Выбор граничных значений концентрации оксида цинка в коллоидном растворе обусловлен тем, что при значении концентрации оксида цинка более 2, 5 г/дм³ коллоидный раствор становится агрегативно неустойчивым, а при значениях концентрации оксида цинка в коллоидном растворе менее 0, 1 г/дм³ в десятки раз возрастают затраты на создание коллоидного раствора, увеличиваются габариты и металлоемкость оборудования для его получения, хранения и дозирования, соответственно, увеличиваются площади под это оборудование на АЭС, что делает нерентабельным применение заявленного способа.

Таким образом, данное изобретение позволяет повысить экономичность и радиационную безопасность АЭС с ядерными реакторами с водным теплоносителем.

Изобретение относится к ядерным реакторам с водным теплоносителем, а именно: к способам организации водно-химического режима на действующих и проектируемых ядерных энергетических установках различного типа. Готовят химически обессоленную воду с удельной электрической проводимостью не более 1 мкСм/см, водородным показателем рН в диапазоне 6-8, которая проходит механическую фильтрацию. Затем ее смешивают с мелкодисперсным порошком оксида цинка с удельной поверхностью более 15 м²/г для получения водной суспензии, которую затем подвергают ультразвуковой обработке и последующей очистке от крупных частиц до получения агрегативно-устойчивого коллоидного раствора с частицами оксида цинка размером не более 0,35 мкм и концентрацией оксида цинка в диапазоне от 0,1 до 2,5 г/дм³. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и радиационной безопасности АЭС с ядерными реакторами с водным теплоносителем за счет формирования на поверхностях первых контуров ядерных реакторов с водным теплоносителем сплошной и устойчивой в условиях эксплуатации защитной пленки цинксодержащей шпинели. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ организации водно-химического режима теплоносителя на энергетических установках, предусматривающий введение оксида цинка в водный теплоноситель в виде агрегативно-устойчивого коллоидного раствора, отличающийся тем, что сначала приготавливают химически обессоленную воду с удельной электрической проводимостью не более 1 мкСм/см, водородным показателем рН в диапазоне 6-8, которая проходит механическую фильтрацию, затем ее смешивают с мелкодисперсным порошком оксида цинка с удельной поверхностью более 15 м²/г для получения водной суспензии, которую затем подвергают ультразвуковой обработке и последующей очистке от крупных частиц до получения агрегативно-устойчивого коллоидного раствора с частицами оксида цинка размером не более 0,35 мкм и концентрацией оксида цинка в диапазоне от 0,1 до 2,5 г/дм³.

2. Способ организации водно-химического режима по п. 1, отличающийся тем, что приготавливаемую на обессоливающей установке воду подвергают механической очистке от частиц размером более 1 мкм.

3. Способ организации водно-химического режима по п. 1, отличающийся тем, что в химически обессоленную воду засыпают мелкодисперсный порошок оксида цинка с размером частиц не более 40 мкм.

4. Способ организации водно-химического режима по п. 1, отличающийся тем, что очистку водной суспензии от крупных частиц оксида цинка производят путем центрифугирования.