Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ТЕПЛОНОСИТЕЛИ СВИНЕЦ-ВИСМУТ И СВИНЕЦ





Выбор сплава свинца с висмутом в качестве теплоносителя для ядерных реакторов определён рядом его положительных теплофизических и физико-химических свойств/10/.

Низкая химическая активность свинца и висмута при взаимодействии сплава с воздухом, водой, паром исключают возможность взрыва и пожара. Высокая температура кипения теплоносителя(1943К) исключает возможность его вскипания в энергонапряженных участках установки. Низкое рабочее давление в контуре теплоносителя повышает надёжность, безопасность, упрощает конструкцию и изготовление оборудования, существенно облегчает условия работы оборудования I контура.

Отличительной особенностью теплоносителя свинец - висмут является образование в нём в результате взаимодействия нейтронов с ядрами висмута альфа - радиоактивного полония (Po210) с периодом полураспада Т1/2 = 138.4 сут. Его активность в насыщении может составлять (4 ¸ 40)×1010 Бк/кг.

В нормальных условиях работы, когда первый контур герметичен, полоний опасности не представляет. Опасность возникает при разгерметизации первого контура, возможной во время плановых ремонтов оборудования первого контура, перегрузках ядерного топлива или при аварийных проливах радиоактивного теплоносителя в обслуживаемое помещение.

Для исключения недопустимого полониевого загрязнения обращение с радиоактивным свинцово - висмутовым теплоносителем требует достаточно высокой технологической культуры и принятия специальных мер обеспечения радиационной безопасности.

Имеется многолетний опыт работы со свинцово - висмутовым теплоносителем в ядерных реакторах атомных подводных лодок и наземных стендов - прототипов, в том числе в условиях полониевого загрязнения. Разработаны методы и средства обеспечения радиационной безопасности при этих работах, позволившие исключить носительство инкорпорированного полония персоналом и его облучения сверх допустимых норм.

Однако теплоноситель Pb-Bi сравнительно агрессивен по отношению к конструкционным материалам; он может загрязняться в процессе эксплуатации установок твёрдыми примесями при взаимодействии его с конструкционными материалами и кислородом.

Примеси, содержащиеся в контуре, можно подразделить на следующие основные группы:

- растворённые в теплоносителе;

- твёрдые мелкодисперсные примеси, состоящие в основном из оксидов компонентов теплоносителя и конструкционных материалов.

Примеси могут находиться во взвешенном состоянии в объёме теплоносителя, локализоваться на поверхностях оборудования контура, в застойных зонах, на границе раздела теплоносителя и защитного газа, на поверхностях конструкционных материалов газовой системы в виде "пыли".

Практически все эти примеси взаимодействуют между собой, с теплоносителем и поверхностями контура. Поэтому в контуре постоянно протекают процессы массопереноса.

Коррозионная стойкость конструкционных материалов обеспечивается формированием на сталях оксидных защитных покрытий за счёт кислорода, растворенного в теплоносителе.

При эксплуатации установок возможно снижение концентрации растворённого кислорода в сплаве до значений, равных или меньших равновесным с Fe3O4. С другой стороны, присутствие в контуре значительного количества кислорода нежелательно, так как это может привести к накоплению недопустимого количества оксидов теплоносителя. Поэтому в процессе эксплуатации установок необходимо контролировать качество теплоносителя, поддерживая содержание растворённого кислорода на определённом уровне.

Для контроля качества теплоносителя разработаны и используются различные методы и устройства. Это пробоотборники теплоносителя и защитного газа, непрерывно или постоянно действующие анализаторы примесей в защитном газе и ряд других устройств. Отбор проб происходит периодически с последующим их анализом различными методами в лабораторных условиях. Контроль концентрации растворённого кислорода в сплаве осуществляется датчиком термодинамической активности кислорода, использующим принцип гальванической концентрационной ячейки с твёрдым электролитом.

Основным назначением системы очистки является обеспечение необходимой чистоты как самого теплоносителя, так и внутренних поверхностей оборудования контура.

В настоящее время разработаны различные способы очистки. Их можно разбить на две группы.

Первая группа - это способы, позволяющие преобразовать примесь с возвратом продукта преобразования в теплоноситель. Таким образом, происходит очистка контура от примесей на основе оксидов компонентов теплоносителя PbO и Bi2O3.

Вторая группа содержит способы, удаляющие примеси из контура со сбором их в специальных устройствах, которые могут быть извлекаемыми и заменяемыми или находиться в контуре в течение всего срока службы установки.

Наиболее распространённым способом первой группы является водородное восстановление металла, основанное на реакции восстановления низших оксидов

При правильном выборе состава восстановительной газовой смеси происходит очистка теплоносителя от оксидов компонентов свинец-висмутового теплоносителя с возвратом в теплоноситель чистых Pb и Bi. При этом одновременно создаются условия для формирования фазы Fe3O4 - основы защитных оксидных покрытий.

Для очистки теплоносителя от взвешенных невосстанавливаемых примесей разработаны фильтры очистки теплоносителя.

Фильтрование жидких металлов является сложным гидродинамическим процессом, представляющим собой движение двухфазной системы, суспензии, через пористую перегородку. Разделение суспензии производится при помощи фильтра, который в простейшем виде является сосудом, разделенным на две части фильтровальной перегородкой.

Разработаны и исследованы фильтрующие тканые материалы, изготовленные из стеклянных, металлических или углеродных волокон, имеющие невысокое гидравлическое сопротивление, высокую пористость, относительно высокую ёмкость по примесям и достаточную механическую прочность и термостойкость.

Для обеспечения нормальной эксплуатации первого контура в теплоносителе необходимо поддерживать оптимальную концентрацию растворенного кислорода.

Особенностью свинец-висмутовых герметичных контуров является то, что в процессе эксплуатации происходит уменьшение концентрации растворенного в сплаве кислорода за счет выхода в теплоноситель компонентов конструкционных материалов (Cr, Fe и т.д.), а также элементов, образующихся под действием нейтронов и протонов и обладающих большим, чем сплав свинец-висмут, сродством к кислороду. Они взаимодействуют с растворенным кислородом с образованием соответствующих оксидов.

При увеличении или уменьшении концентрации растворенного кислорода для соответствующих температурных режимов происходит усиление процессов массопереноса, приводящее к закупориванию холодных участков или диссоциации защитных покрытий на конструкционных материалах в горячих участках.

Для регулирования концентрации растворенного кислорода в теплоносителе разработаны различные системы и устройства, использующие следующие процессы:

- подача в контур газообразного кислорода;

- подача в контур смесей водяного пара и водорода;

- растворение твердых оксидов Pb или Bi.

При использовании разработанной технологии не было ни одного отказа в работе промышленных установок по причине теплоносителя в течении всего периода их эксплуатации.

В последние годы ведутся исследования свинца как теплоносителя для быстрых реакторов.

Наряду с основными положительными свойствами сплава Pb-Bi (относительно малая химическая активность и высокая температура кипения 2018К) свинец привлекателен следующими характеристиками:

1. Полониевая активность свинца ~ на 3 порядка меньше, чем сплава Pb-Bi.

2. Свинец является недефицитным материалом, он сравнительно недорогой, производство его хорошо налажено.

Основной недостаток свинца – высокая температура плавления (600К), что вызывает ряд проблем и трудностей при его использовании в качестве теплоносителя в ядерных энергетических установках:

1. Возрастает количество примесей и интенсивность физико-химических процессов и массопереноса, что должно сказываться на методах поддержания качества теплоносителя и его очистки.

2. При использовании существующих конструкционных материалов уменьшается рабочий диапазон температур(перепад на входе и выходе активной зоны).

3.Существенно возрастают технологические трудности при пуске, эксплуатации и ремонтных работах установок.

Исследования показали близость основных физико-химических процессов, протекающих в неизотермических контурах с теплоносителями свинец и свинец-висмут/10/. Это подтверждает возможность использования при разработке реакторов со свинцовым теплоносителем опыта, приобретённого при обосновании свинец-висмутового теплоносителя.

В настоящее время наблюдается значительный интерес к ускорительно-управляемым системам, где в качестве мишени и теплоносителя рассматриваются свинец и эвтектический сплав свинца с висмутом.

Новые элементы, генерируемые пучком протонов в теплоносителе, могут принять участие в различных химических реакциях, нарушающих химическое равновесие в контуре. Наиболее важными являются окислительно-восстановительные реакции, которые могут протекать с образованием нерастворимых оксидов с восстановлением Fe3O4, являющимися основой защитной пленки на конструкционных материалах.

Элементы, имеющие сродство к кислороду меньшее, чем свинец, будут растворяться без образования оксидов (Au, Ag, Pt, Hg, 0s, Cu, Tl, Pb, Bi) (DG ³ -160 kj/g-atom at 300OC).

Элементы, имеющие сродство к кислороду между значениями для свинца и железа будут растворяться или окисляться в зависимости от термодинамической активности кислорода (Re, As, Te, Sb, Co, Ni, Mo, Sn, Fe) (-160kj/g- atom > DG > -230 kj/g-atom at 300OC).

Элементы, (лантониды, галогены, щелочные элементы, Be, Y, Sc, Al, Ge, Ti, Hf) имеющие сродство к кислороду выше, чем железо (DG < -230 kj/g-atom at 300OC) будут способны восстановить Fe3O4 и разрушить защитную пленку при некоторых условиях.

В целом, анализ показал, что для мишеней мощностью > 5 MW влияние примесей, произведенных пучком протонов в контуре, на процессы массопереноса может быть значительным и требует специального внимания.

 







ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.