Boros Ildikó Az előadás alapja Dr. Ősz János korábbi (Atomerőművek 2010, 2011) hasonló című előadása(i)

Átírás

1 Boros Ildikó Az előadás alapja Dr. Ősz János korábbi (Atomerőművek 2010, 2011) hasonló című előadása(i)

2 Az előző részek tartalmából: Vízüzem Konstrukció, szerkezeti anyagok és vízkémia harmóniája Cél a korrózió minimalizálása (hermetikusság, aktivitás követelményei) Korróziós folyamatok Általános és lokális Kémiai, elektrokémiai, áramlás által támogatott Eróziós-korrózió, nedvesgőz korrózió, kavitációs korrózió 2

3 Az előző részek tartalmából: Vízkémia, vízüzem Atomerőműben felhasznált anyagok (berendezések, hűtőközeg, szennyeződések, vegyszerek) Primer kör: cirkónium ötvözetek, gyengén / erősen ötvözött szénacél, króm-nikkel ötvözet Szekunder kör: rézötvözetek, ötvözetlen / gyengén / erősen ötvözött acél, titán, króm-nikkel ötvözet Paks: primerköri F 77%-a 08H18N10T ausztenites acél (vegyes spinell magnetit (Fe 2-x Cr x Fe 1-y Ni y O 4 )), maradék Zr-Nb ötvözet Ötvözetek hatása különböző típusú korróziós folyamatokra C Ni Cr Fe Co 08H18N10T összetétel tömeg%-ban 0, egyensúlyi - 3

4 Az előző részek tartalmából: Primer kör vízüzeme Alapvető folyamat a magnetit képződés (topotaktikus védőréteg) Oldhatóság minimumát keressük -> ph 300 =7,1-nél Lúgos vízkémia A víz ph o -értéke alapján enyhén lúgos (ph o =7,5-8,5), lúgos (ph o =9,1-9,3), magas ph-jú (ph o =9,6-10) vízkémia különböztethető meg. 4

5 Az előző részek tartalmából: A bórsav koncentráció változása kampány üzem alatt 2. blokk, 15. kampány Primer kör vízüzeme Lúgos vízkémia Adott bórsav-koncentráció Víz radiolíziséből oxigén Oxigén hatása korrózióra: A fűtőelem-burkolaton (Zr) bórsav koncentráció [g/kg] 10 dátum 120 oc felett lokális korróziót okoz. GF hőátadó csövek feszültségkorróziójának fő elősegítője (másik a Clionok) O2 megkötésére, radiolízis visszaszorítására: hidrazin (vagy ammónia) Lúgosító kationok: megoszlási tényezőjük alapján illékony (δi>1), pl.: NH3, morfolin, nem illékony (δi<<1), pl. NaOH (LiOH, KOH). Konzerváló anyag: ODA PA: Nagy tisztaságú pótvízrendszer, 1. VT

6 PA VVER-440: N 2 H 4 -NH 3 -H 2 Fővízkör aktív zóna radiolitikus bomlás 2NH 3 3H 2 +N 2 2H 2 +O 2 =2H 2 O fővízkör termikus bomlás 2N 2 H 4 2NH 3 +N 2 FKSZ záróvíz N 2 H 4- adagolás TV20/2 Részáramú víztisztító 1VTKI ±NH 4 + N 2 H 4 +O 2 =2H 2 O+N 2 termikus bomlás 2NH 3 3H 2 +N 2 TV61/3 TV75 hűtővíz elvétel tiszta kondenzátum beadás PG H 2 O H 2 O+NH 3 páragőz Pótvíz rendszer H 2 O mentesítés (NH 3 ) Hidrogénégető 2H 2 +O 2 =2H 2 O 6

7 Kondicionáló vegyszerek Ammónia Az illékony NH 3 megoszlási tényezője változik a gőzkörfolyamatban, a hőmérséklet növekedésével csökken: f T[ p ], ph, c ) ( s 3 NH3 NH kondenzátorban δ 20, gőzfejlesztőben δ 5-2. Használata VVER-ben üzemviteli problémákat eredményezett Jelentős járulék a hulladékban Hidrazin 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, főleg 200 oc felett: N 2H4 NH 3 N2 A hidrazin, mint erős redukálószer az oldott oxigénnel reakcióba lép: N2H O 2H O N Mivel 65 oc-nál kisebb hőmérsékleten a reakció igen lassú, a hidrazinhoz katalizátort szokás adagolni. Katalizátorként redoxi folyamatokat gyorsító szerves vegyületeket, pl. hidrokinont alkalmaznak. 7

8 A bór-10 izotópból keletkező lítium számított koncentrációja a hűtővízben az üzemidő függvényében 1,4 1,2 Kondicionáló vegyszerek Lúgosító kationok A PWR atomreaktorok primerköri hűtővizébe adagolt lúgosító vegyszer LiOH, míg a VVER reaktoroknál KOH. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a KOH jobb oldhatósággal rendelkezik, és kevésbé agresszív a cirkónium-ötvözetekkel szemben, mint a LiOH. A hűtővíz LiOH koncentrációját a PWR-eknben 2,2 mg/kg Li-ion értéken korlátozzák a Zircalloy-4 ötvözettel szembeni korróziója miatt, mert a fűtőelemeken keletkezett lerakódásokban és oxidokban betöményedő lítium növeli a cirkónium oxidációjának sebességét. A Li a hűtővízben oldott bórból (B-10 izotóp 19,61 %) keletkezik, a nátrium-ion koncentrációja elhanyagolható, így a KOH adagolásával szabályozzák a lúgosító kationok koncentrációját. A hűtővíz lítium koncentrációja a kampány során az idővel változik, és maximális koncentrációját a kampány közepén éri el: orosz reaktorok: 0,2-0,3 mg/kg (0,03-0,04 mmol/kg), DU, LO: 0,6-0,7 mg/kg (0,85-1 mmol/kg) PA: 1-1,2 mg/kg (0,14-0,17 mmol/kg). A K-41 izotóp (a természetben található kálium 6,90 %) felaktiválódhat: 41 K n 42 K A viszonylag rövid felezési idő és a kationcserélő gyantán való kötődés miatt a K-42 izotóp radiológiai problémát sem üzem közben, sem állás alatt nem okoz. Li koncentráció [mg/kg] 1 0,8 0,6 0,4 0,2 üzemidő [h] Li 8

9 Atomerőmű vegyészeti üzemállapotai 9

10 Vízkémia Teljesítményüzemi ( óra), lúgos-reduktív hűtővíz; Állás ( óra), savas-oxidatív hűtővíz; Átmenet (leállás (50-60 óra), indulás ( óra). Eltérő vízüzemi feladatok a különböző periódusokban (csak a kilencvenes évek közepétől). 10

11 leállás P=f(t) A blokk teljesítménye P [MW] 300 indulás teljesítmény üzem 0 állás t [h] h h 11

12 leállás p=f(t) A hűtővíz nyomása p [bar] indulás 25 teljesítmény üzem 0 állás t [h] h h 12

13 leállás T=f(t) A hűtővíz hőmérséklete ,1-299,8 C ,8 C t [ C] indulás 100 max 55 C 50 teljesítmény üzem állás t [h] h h 13

14 H 3 BO 3 =f(t) Bórsav koncentráció c H 3 BO 3 [g/dm 3 ] indulás üzem állás h h t [h] 14

15 Teljesítményüzem A hűtővíz p és T a fővízkörben nagy (125 bar, 299/266 o C (VVER-440), a mellékvízkörben p üzemi, T kicsi (max. 55 o C 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: bórsav, szennyezőanyag-mentesség (O 2, Cl-ion) hidrogén, lúgosító vegyszer. 15

16 A vízkémia szabályozása Üzem közben a nyomottvizes atomerőművek primerkörében két vízkémiai paramétert lehet szabályozni: PWR: lítium és hidrogén koncentrációját, VVER: kálium és lítium együttes (lúgosító kationok) koncentrációját valamint a hidrogén (ammónia) koncentrációját (hidrazin adagolással). 16

17 A vízkémia szabályozása Szabályozásukra a szerkezeti anyagok korróziótermék kibocsátásának minimalizálása, valamint a lokális korrózió minden fajtájának elkerülése érdekében van szükség. 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). A hidrogén a redukáló viszonyokat biztosítja a hűtővízben, amire a víz radiolitikus bomlástermékeinek rekombinációja miatt van szükség. 17

18 A vízkémia szabályozása A reaktor üzeme során a primerköri hűtővíz lúgosító kation-bórsav összetartozó, a szerkezeti anyagok minimális korróziójához biztosító koncentrációinak tartományát, a hűtővíz átlaghőmérsékletére számított ph T intervallumával rögzítik. Ezt a nagy hőmérsékletű ph-át nevezik optimális (a védő oxidréteg minimális oldhatóságához tartozó) ph T átlag tartománynak. Ebben a ph T átlag tartományban biztosítható a fűtőelemek és a primerköri berendezések integritása és az aktivitáshordozók kis koncentrációja. 18

19 Korróziótermékek forrása a fémfelületek oldódása: optimális ph T 19

20 PWR vízkémia A PWR reaktorok nikkel-króm ötvözetű gőzfejlesztő csöveinek felületén a meghatározó oxid a nikkel-ferrit, melynek minimális oldhatósága ph 300 =7,4 körül van. A PWR atomerőművek primerkörében jelenleg három optimális ph T átlag szabályozás van: koordinált Li-B vízkémia (ph 300 =6,9+0,1), módosított Li-B vízkémia (2,2 ppm (0,314 mmol/kg) maximális lítium koncentráció és ph 300 =6,9-7,2), emelt szintű Li-B vízkémia (3,5 ppm (0,5 mmol/kg) ) maximális lítium koncentráció és ph 300 =6,9-7,4). 20

21 PWR szabályozási diagram 21

22 VVER-440 szabályozási diagram A lúgosító kationok moláris koncentrációja: c ( mg / kg) c ( mg / kg) c ( mg / kg) K Li Na L ( mmol/ kg) 39,1 7,0 23,0 A lúgosító kation-bórsav koncentráció szabályozás sávja: L min 2,139 H3BO3 0,051( mmol/ kg) L 2,139 H BO 0,153 ( mmol/ kg) max

23 VVER-440 szabályozási diagram Névleges lúgosító kation-bórsav koordináció Névleges ekvivalens kálium-ion-bórsav koordináció lúgosító kation koncentráció [mmol/dm3] 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, bórsav koncentráció [g/kg] Lmin Lmax Kekv koncentráció [mg/dm3] bórsav koncentráció [g/kg] Kekvmin Kekvmax 23

24 Magnetit oldhatósága Névleges lúgosító kation-bórsav koordináció: a magnetit Sw eeton-baes modellel számított oldhatósága 0,25 oldott vas koncentráció [mmol/kg] 0,2 0,15 0,1 0, bórsav koncentráció [g/kg] Lmin[299,8oC] Lmax[299,8oC] Lmin[266oC] Lmax[266oC] 24

25 VVER-440 szabályozási diagram A VVER reaktorok 08H18N10T ausztenites acél gőzfejlesztő csöveinél és primerköri berendezéseinél a felületen kialakuló, meghatározó oxid, a magnetit oldhatóságának minimuma ph 300 =6,9-7,0 körül van. A VVER atomerőművek primerkörében jelenleg egy optimális ph Tátlag szabályozás van: koordinált lúgosító kation (K+Li)-bór vízkémia, mely javításokkal (PA, LO) megmaradt, ill. módosult: ph 300 =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 ph 300 =7,1-7,3). 25

26 PA javaslat Teljesítményüzem: bórsav-lúgosító kation koordináció javasolt tartománya az üzemidő függvényében 18,00 16,00 14,00 Kekv [mg/dm3] 12,00 10,00 8,00 6,00 Kekvmin Kekvmax 4,00 2,00 0, üzemidő [h] 26

27 Bórsav-lúgosító kation koordináció szabályozása a PAben aktív zóna: Fővízkö r 10 B+n 7 Li + 4 He KOH adagolás (indulás) TV20/2 Pótvíz rendszer TV75 Részáramú víztisztító 1VTKI ± K + /NH 4 + TV61/3 hűtővíz elvétel tiszta kondenzátum beadás PG H 2 O+NH 3 páragőz H 2 O mentesítés (NH 3 ) 2VT K (H + ) 27

28 Korróziótermékek keletkezése 08H18N10T korróziósebessége (mgm 2 /h) 28/104

29 Korróziótermékek keletkezése Magnetit oldhatósági koncentrációja üzemi hőmérsékleten 0,1-0,15 μmol/kg. Üzem alatt 10(-30) kg korróziótermék keletkezik. A keletkező korróziótermék %-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!). 29

30 Korróziótermékek átalakulása Ha T nő, oldott (<1 nm) kolloid (1-450 nm) diszperz (>0,45 µm) átalakulások a hűtővízben az oldhatóság változás miatt, ill. ha t csökken, akkor ellentétes. Az oldhatósági határ feletti koncentrációnak megfelelő mennyiség kiválik a felületeken. Forrás a fémek oldhatósága, de 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: üzemi: µg/kg, Indulás: 1-10 mg/kg. 30

31 Üzemen kívüli periódus vízüzeme Üzem közben a fővízkör felületeinek korróziója az üzemi hőmérsékletre optimalizált vízkémia (minimális oldhatóságot biztosító ph T ) miatt minimális. Az üzemen kívüli periódusban az üzemi periódushoz képest - megváltozik a hűtővíz hőmérséklete és ph T -értéke a nagy bórsav koncentráció (a reaktor szubkritikussága) miatt, és az álló hűtővíz (keringtetés hiánya) nem teszi lehetővé a vízkémia szabályozását. A vízkémia beavatkozási lehetősége az üzemen kívüli periódusban, az átmeneti állapotokban (leállás, indulás), a hűtővíz keringtetésének idejére korlátozódik. 31

32 Állás +20,9 m 1.akna Átrakó medence +14,37 m Pihentető medence TG02 YA00P109 RT GF +7,3 m 4VT USZ MSZ H + BO

33 Állás vízkémiája Üzemállapotok: állás nyitott reaktortartálynál, állás kirakott reaktortartálynál (négyévente), üzemanyag-átrakás (a reaktortartály (fővízkör), az átrakó és pihentető medence együtt üzemel. Savas-oxidatív, hideg (40-50 o C) hűtővíz H 3 BO 3 : >14 g/kg, O 2 : 5-7 mg/kg (telített), (t<120 o C nem korrozív a Zr-ötvözetre és az ausztenites acélra) H 2, NH 3, K, Li 0 A magnetit oldhatósága 4-5 nagyságrenddel nagyobb, mint üzem közben. Nincs lehetőség a beavatkozásra! 33

34 Állás vízkémiája Állás alatt számos felület nem a hűtővízzel, hanem a levegővel érintkezik az oxidréteg átalakulása. Számos karbantartási művelet idegen anyagok bekerülése, felületi oxidréteg sérülése. A következő kampány indulása előtt nagy mennyiségű, a felülethez lazán vagy nem kötődő anyag, mely a hűtővíz áramlásának megindulásakor bekerül a hűtővízbe, az aktív zónába. 34

35 Az indulás vízüzeme Állás alatt az üzemihez képest 1-2 nagyságrenddel nagyobb a primerköri felületek korróziója, és a keletkezett korróziótermékek az indulás során bekerülhetnek a primerköri hűtővízbe. a hűtővízbe kerülő korróziótermékek + az elvégzett dekontaminálások után maradó korróziótermékek és a karbantartások után maradó idegen anyagok mennyisége Ezért a primerkörben levő korróziótermékek mennyisége az indulásnál valószínűleg nagyobb, mint a megelőző kampány leállásának végén. Tehát az indulás vízüzemének az a feladata, hogy a következő kampány üzeme előtt, minél alacsonyabb hőmérsékleten távolítsa el ezt a viszonylag nagy mennyiségű korrózióterméket a primerkörből, biztosítva ezzel, hogy az üzem megkezdésekor minél kevesebb legyen a korróziótermékek mennyisége a primerkörben -> korróziótermékszűrés Az indulás alatt eltávolított korróziótermékek a következő kampány elejének korróziótermék transzportját csökkentik. 35

36 p=f(t) 180 A primerköri hőhordozó nyomása (blokk visszaindulás 164 bar-os nyomáspróbával;+ 24 h szűréssel) Nyomás, bar p [bar] Feltöltés, 5 bar-os tömörségellenőrzés bar-os tömörségellenőrzés 8.3. Fővízkör tömörségvizsgálata, nyomás növelése 123 bar-ig +24 h bar-os tömörségvizsgálat Nyomás csökkentése 20 bar-ig bar-os tömörségvizsgálat Térfogatkompenzátor biztonsági szelepek 36 bar-os próbája Nyomás növelése 123 bar-ig t [h] 36

37 T=f(t) 350 A primerköri hőhordozó hőmérséklete (blokk visszaindulás 164 bar-os nyomáspróbával, +24 h szűréssel) Hőmérséklet, C t [ C] Pótvíz gáztalanító felfűtése Felfűtés GF tömörségvizsgálatához Felfűtés C-ra Nyomás csökkentése 20 bar-ig, lehűtés 60 C-ra 8.4. Felfűtés 190 C-ra Gőzpárna létrehozása 8.5. Reaktor indítása 8.7. A blokk energetikai indítása +24 h t [h] 37

38 m=f(t) 50 A primerköri hőhordozó térfogatárama, VT-k tömegárama (blokk visszaindulás 164 bar-os nyomáspróbával, +24 h szűréssel) 100 V [10 3 m3/h] FKSZ indítás - 5 FKSZ-es keringetés 40 Vpr, ezer m3/h mpr, t/h m1.vt, t/h 30 musz, t/h m PR m PR 20 m KI m K+A m KI m K+A m USZ m USZ m 1.VT m KI h m PR 0 m USZ =m k+a VT, PR, 2 VT és USZ üzembevétel Nyomás csökkentése 20 bar-ig, lehűtés 60 C-ra t [h] FKSZ indítás - 5 FKSZ-es keringetés FKSZ-es keringetés m [t/h] 38

39 c i =f(t) c B [g/dm 3 ]; K +,NH 3,O 2 [mg/dm 3 ]; H 2 [Nml/dm 3 ] A primerköri hőhordozó vízüzemi praméterei (blokk visszaindulás 164 bar-os nyomáspróbával, + 24 h szűréssel) Pótvíz gáztalanító felfűtése N2H4 - adagolás kezdete (O2<0,02 mg/kg) Bórkivonás KOH - adagolás KOH - adagolás kezdete +24 h N 2 H 4 - adagolás cb, g/dm3 K+, mg/dm3 NH3, mg/dm3 O2, mg/dm3 H2, Nml/dm t [h] 39

40 Az indulás vízüzeme A kampány üzem szempontjából meghatározó periódus. Feladat a megmozduló korróziótermékek kivonása a hűtővízből (2-4 kg): o C-on (savas-oxidatív állapot) minél nagyobb oldott és hűtővízből kivonható magnetit, maximális tömegáram (korlátos) szűrés: 1VT TE01 és TE03 ág (2x35 t/h) + 2VT (45 t/h) + USZ (20 t/h). Teljesítményüzemi vízkémia beállítása: termikus (PG) és kémiai (N 2 H 4 ) gáztalanítás (120 o C-ig), lúgosítás: induló NH 3 =13 mg/dm 3 (N 2 H 4 ) és K + =16,3 mg/dm 3 (KOH) koncentráció beállítása (MET-re), H 2 =25-50 Nml/dm 3 (NH 3 =13-26 mg/dm 3 ) (100 %-os teljesítményen). 40

41 A leállás vízüzeme Üzem közben a fővízköri felületek korróziója minimális, de mivel a keletkezett korróziótermékeknek csak igen kis része kerül ki üzem közben a primerkörből, a korróziótermékek felhalmozódnak a primerkörben, nagyobb részük a primerköri felület ún. tranziens crud rétegében. A leállás vízkémiai körülményei között a tranziens crud réteg megmozdul, egy része visszakerül a keringő hűtővízbe. A korróziótermékek visszaoldódási folyamatát felhasználva, a leállás vízüzemének feladata, hogy támogassa a tranziens crud réteg minél nagyobb mennyiségének visszakerülését a hűtővízbe, és tegye lehetővé a hűtővízbe visszakerült korróziótermékek eltávolítását. A leállás alatt eltávolított korróziótermékek az állás alatti karbantartások személyi dózisát csökkentik. 41

42 p=f(t) 140 A primerköri hőhordozó nyomása (blokk leállása átrakásra, + 12 h szűréssel) Nyomás, bar p [bar] A fővízkör lehűtése A lehűtés folytatása; Térfogatkompenzátor biztonsági szelepek 36 bar-os ellenőrzése Átállás a TK-ban gőzpárnáról N2 párnára A fővízkör lehűtése, 5 FKSZ leállítása 4.5. A primerkör nyomásmentesítése A fővízkör ürítésének előkészítése 4.6. A primerkör ürítése +12 h t [h] 42

43 T=f(t) 300 A primerköri hőhordozó hőmérséklete (blokk leállítása átrakásra, + 12 h szűréssel) Hőmérséklet, C 250 t [ C] 4.1. A blokk leállás előkészítése 4.2. A blokk leterhelése 4.3. A reaktor szubkritikus állapotba hozása 4.4. A fővízkör lehűtése h Átállás TK-ban gőzpárnáról N2-re Lehűtés 140 C-ig Átállás víz-víz hűtésre t [h] Lehűtés 50 C-ig Átállás természetes cirkulációra 43

44 m=f(t) A primerköri hőhordozó térfogatárama, VT-k tömegárama (blokk leállítása átrakásra, + 12 h szűréssel) Vpr, ezer m3/h m1.vt, t/h musz, t/h Átállás 5 FKSZ-es keringetésre V [10 3 m 3 /h] A fővízkör lehűtés alatti finom dekontaminációja m TE01 m TE03 m TK52 m TK54 0 m USZ t [h] +12 h FKSZ leállítása A fővízkör segédrendszereinek leállítása - Finom dekontamináció leállítása m [t/h] 44

45 c i =f(t) c B [g/dm 3 ]; K +,NH 3,O 2 [mg/dm 3 ]; H 2 [Nml/dm 3 ] A primerkör felbórozása a leállási bórsav koncentrációig 4.4. A fővízkör lehűtése A primerköri hőhordozó vízüzemi praméterei (blokk leállítása átrakásra, + 12 h szűréssel) cb, g/dm3 K+, mg/dm3 NH3, mg/dm3 O2, mg/dm3 H2, Nml/dm3 +12 h 4.5. A fővízkör nyomásmentesítése t [h] 45

46 A leállás vízüzeme PWR nikkel-ferritek oldott állapotba vitele a hűtővíz minél korábbi ( o C) savas-oxidatív állapotba vitelével, s kivonásuk ioncserével és mikroszűrővel. VVER nem tudjuk, hogy a vegyes spinell magnetit hogyan viselkedne lehűlő savas-oxidatív hűtővízben (tulajdonságai kevésbé ismertek). Állás vízkémiájának megteremtése: teljesítmény utolsó napján K + 0, H 2 =15 Nml/dm 3 (NH 3 =5 mg/dm 3 ), NH 3 (NH 4+ )-kivonás, H 2 -eltávolítás. A felületek lehűlése során lepattogzó, diszperz korróziótermékek kivonása (1-2 kg) a hűtővízből maximális szűrési tömegárammal (lásd indulás), de savas-reduktív hűtővíz (maradt H 2 és kevés O 2 ), kisebb magnetit oldódás korróziótermék szűrés. 46

47 Aktivitástranszport A hűtővízben levő szennyezőanyagok felaktiválódhatnak aktivitástranszport gáznemű (pillanatnyi) PG folyamatos üzemének indokoltsága pótvízzel bekerülő teljesen sótalanított vagy nagy tisztaságú pótvíz, de vegyszerek és ioncserélő gyanta, korróziótermék (hosszú távú, Co-60) üzemi, leállás, indulás vízüzem, fűtőelemből kikerülő az előző három minimalizálja a kockázatát. 47

48 Gáznemű aktivitáshordozók Izotóp Forrás Reakció Felezési idő Sugárzás Energia [MeV] N-13 O-16 (99,759 %) 16 O(p, ) 13 N 10,1 perc + 1,185 C-14 O-17 (0,0374 %) 17 O(n, ) 14 C 55,7 év N-16 O-16 (99,759 %) 16 O(n,p) 16 N 7,4 s - N-17 O-17 (0,0374 %) 17 O(n,p) 17 N 4,14 s - n 10,3 (20 %) 4,3 (40 %) 3,8 (40 %) 6,13; 7,0 3,7 0,9 F-18 O-17 (0,0374 %) 17 O(p,n) 18 F 1,87 óra + 0,649 O-19 O-18 (0,2033 %) 18 O(n, ) 19 O 29,4 s - 4,5 (30 %) 2,9 (70 %) 1,37; 1,6 H-3(T) H-2 (0,014 %) Li-6 (7,3 %) 2 H(n, ) 3 H 6 Li(n, ) 3 H 12,26 év - 0,018 Ar-41 Ar-40 (99,6 %) 40 Ar(n, ) 41 Ar 1,8 óra - 0,199 (99,1 %) 2,48 (0,88 %) 1,298 48/104

49 Pótvízzel bekerülő aktivitáshordozók Izotóp Forrás Reakció Felezési idő Sugárzás Energia [MeV] Na-24 Na-23 (100 %) Mg-24 (78,98 %) Al-27 (100 %) 23 Na(n, ) 24 Na 24 Mg(n,p) 24 Na 27 Al(n, ) 24 Na 15 óra - 1,39 4,14 Mg-27 Mg-26 (10,97 %) 26 Mg(n, ) 27 Mg 9,5 perc - 1,59 (42 %) 1,75 (58 %) 0,95; 1,015 Ca-45 Ca-44 (2,13 %) 44 Ca(n, ) 45 Ca 152 nap - 0,254 Ca-47 Ca-46 (0,003 %) 46 Ca(n, ) 47 Ca 4,8 nap - Ca-49 Ca-48 (0,178 %) 48 Ca(n, ) 49 Ca 8,8 perc - Si-31 Si-30 (3,12 %) 30 Si(n, ) 31 Si 2,62 óra - 0,66 (83 %) 1,94 (17 %) 1,31 1,95 (88 %) 0,89 (12 %) 3,1; 4,68 1,471 0,17; 0,99 P-32 P-31 (100 %) 31 P(n, ) 32 P 14,3 nap - 1,712 S-35 S-34 (4,215 %) Cl-35 (75,4 %) S-37 S-36 (0,017 %) Cl-37 (24,6 %) 34 S(n, ) 35 S 35 Cl(n,p) 35 S 36 S(n, ) 37 S 37 Cl(n,p) 37 S 87,1 nap - 0,167 5,04 perc - 4,3 (10 %) 1,6 (90 %) 2,7 Cl-36 Cl-35 (75,4 %) 35 Cl(n, ) 36 Cl 3, év - 0,714 Cl-38 Cl-37 (24,6 %) 37 Cl(n, ) 38 Cl 37,8 perc - K-42 K-41 (6,9081 %) 41 K(n, ) 42 K 12,36 óra - 4,81 (53 %) 2,77 (16 %) 1,11 (31 %) 2,15; 3,75 3,55 (82 %) 1,99 (18 %) 1,51; 0,309 49/104

50 Korróziótermék aktivitáshordozók Izotóp Forrás Reakció Felezési idő Sugárzás Energia [MeV] Cr-51 Cr-50 (? %) 50 Cr(n, ) 51 Cr 27,8 nap 0,32 Mn-54 Fe-54 (5,81 %) 54 Fe(n,p) 54 Mn 291 nap 0,84 Co-58 Ni-58 (67,88 %) 58 Ni(n,p) 58 Co 72 nap + 0,472 (14,5 %) 0,805 Fe-59 Fe-58 (0,33 %) 58 Fe(n, ) 59 Fe 45,1 nap + 0,271 (46 %) 0,462 (54 %) 1,1; 1,29 Co-60 Co-59 (100 %) Ni-60 (26,23 %) 59 Co(n, ) 60 Co 60 Ni(n,p) 60 Co 5,27 év - 0,39 1,33; 2,51 Cu-64 Cu-63 (68,94 %) 63 Cu(n, ) 64 Cu 12,9 óra + Zn-65 Zn-64 (48,89 %) 64 Zn(n, ) 65 Zn 245 nap + - 0,656 0,573 1,34 0,325 1,11 Zn-69 Zn-68 (18,61 %) 68 Zn(n, ) 69 Zn 13,8 óra 0,437 Zr-93 Nb-93 (? %) 93 Nb(n,p) 93 Zr 9, év - 0,063 Zr-95 Zr-94 (17,4 %) 94 Zr(n, ) 93 Zr 65 nap - 0,364 (54 %) 0,396 (43 %) 0,883 (3 %) 1,772; 0,754 50/104

51 Fűtőelemből kikerülő aktivitáshordozó (az összes izotóp ß - sugárzó) Izotóp Energia [MeV] Izotóp Energia [MeV] Mo-99 1,23 (80 %); 0,45 (20 %); 0,921; 0,514; 0,142 Sr-95 0,363 (54 %); 0,396 (43 %); 0,833 (3 %) 0,722; 0,754 Sr-89 1,463 Sr-90 0,535 0,345 Zr-97 1,91 0,754; 0,722; 0,235 Ce-141 0,574 (25 %); 0,442 (75 %) 0,145 Xe-133 0,081 I-131 0,608 (87,2 %); 0,335 (9,3 %); 0,25 (2,8 %) 0,722; 0,637 Ce-144 0,3 (70 %); 0,17 (30 %) 0,175; 0,134; 0,081 I-135 0,5 (35 %); 1,0 (40 %); 1,4 (25 %) 0,634 Kr-85 0,15 (5 %); 0,672 (95 %) 0,513 Br-83 0,91 (20 %); 0,96 (80 %); 0,087; 0,41 Cs-137 0,435 0,081 51/104

52 Aktivitás mérések Aktivitás koncentrációk mérése hűtővízben (Bq/kg) és felületen (kbq/cm 2 ). 52/104

53 Primerköri eltérés: melegági hurkok Co-60 felületi aktivitás (anyagminőség?) Felületi aktivitás melegági hurok: átlag Co-60 izotóp [kbq/cm2] YA( )M1-M2 10YA( )M1-M2 20YA( )M1-M2 20YA( )M1-M2 30YA( )M1-M2 30YA( )M1-M2 40YA( )M1-M2 40YA( )M1-M

54 Aktivitás mérések Összes jód a hűtővízben < 7,4 MBq/dm 3 és I-131 < 0,37 MBq/dm 3 tömör fűtőelemek, > 37 MBq/dm 3 és I-131 >3,7 MBq/dm 3 blokkleállás. Felületi aktivitások aszimptotikus jelleg ingadozásokkal dózisteljesítmények. Üzemelő TE01 ág (folyamatos víztisztítás hatása, lásd Co-60 ábra). 54

55 A felületi aktivitás koncentrációk időbeli változása aszimptotikus érték a [kbq/cm2] Kampány 55

56 Dekontaminálás 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: külső oxidréteg eltávolítása (tisztítás) belső oxidréteg egy részének eltávolítása (deko). 56

57 A=f(üzemidő) 57

58 58

59 Szekunder kör vízüzeme Konstrukció, szerkezeti anyag és vízkémia harmóniája Primer körtől jelentősen eltérő anyaghasználat, hűtőközeg paraméterek (forrás!) 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 59

60 Szekunder köri szerkezeti anyagok Ausztenites acél (08H18N10T) Ötvözött / ötvözetlen acél (utóbbi csak a túlhevítők cső- és köpenytéri felületén) Réz kondenzátorcsövek lecserélve (magas ph bevezetésekor) 60

61 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. 61

62 GF-ek vízüzeme Gf-ek felépítése, szerkezeti anyagok, áramlás: ld. 3. ea! Követelmények: 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. 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) 62

63 Feszültségkorrózió A feszültségkorróziós repedés kialakulásának négy feltétele van: A szerkezeti anyag feszültségkorróziós hajlama A feszültségkorróziós aktivátorok (egyes ionok Cl -, SO 4 2-, OH - stb.) jelenléte a közegben megfelelő koncentrációban. A kritikusnál nagyobb húzófeszültség. Elegendő inkubációs idő (10-15 év) a korrózió kialakulására. 63

64 Cső anyagminőségek érzékenysége a feszültségkorrózióra [Riess] 64

65 Cső anyagminőségek érzékenysége feszültségkorrózióra [Speidel] 65

66 Feszültségkorrózió elmélete A feszültségkorróziónak nincsen egységes elmélete. Mechanizmusára vonatkozóan két különböző elképzelés ismeretes. Anódos, vagy aktív utas (active-path) mechanizmus Eszerint a repedések terjedése a csúcsuknál bekövetkező anódos fémoldódásnak tulajdonítható, tehát elektrokémiai okokkal magyarázható. A korróziós közeg a repedés csúcsában aktivitást, oldalfalai mentén pedig passzivitást hoz létre. A helyi anódos oldódás mellett a katódfolyamatban kisebb-nagyobb védelmet nyújtó passzív réteg képződik a fémfelület többi részén. A repedés hegye tehát egy korróziós galvánelem anódja, a katódos reakció (az oxigén redukciója) pedig a felület többi részén játszódik le. Adszorpciós, vagy feszültség-szorpciós mechanizmus A korróziót okozó anyag kemiszorpciója fellazítja a fématomok közötti kötéseket, ami húzó igénybevételkor a repedés mechanikai úton történő terjedését eredményezi. Ezt az elképzelést látszik igazolni a károsodás specifikus volta, mivel a kemiszorpció is csak adott fém/károsító anyag kombinációk mellett jön létre. A repedések mindig a felületi inhomogenitásokból indulnak ki, vagyis a fémfelület azon pontjaiból, ahol diszlokációk és egyéb rácshibák találhatók, mivel ezek a velük szomszédos helyekhez képest anódosan viselkednek. 66

67 Feszültségkorróziós repedések A repedések jellege a repedések morfológiai vizsgálatával állapítható meg. A repedések többnyire interkrisztallin (intergranuláris) jellegűek, azaz a repedés a fém szemcséinek határfelülete mentén hatol be az anyagba. Ennek egyrészt az a magyarázata, hogy a rácshibák leggyakrabban itt fordulnak elő, másrészt a különböző szennyező anyagok is elsősorban a szemcsehatárok mentén dúsulnak fel, ahol ezért az ötvözet többi részéhez képest anódos zónák találhatók. A transzkrisztallin (transzgranuláris) repedés esetén a szemcsehatároknak nincsen kitüntetett szerepük a korrózió szempontjából, a repedés a kristályokon keresztül terjed tovább. Források:

68 Feszültségkorrózió inkubációs idő: A repedések keletkezését rendszerint indukciós periódus előzi meg, melynek során a repedések mikroszkópos szintű nukleációja játszódik le. A repedések terjedése gyakran magától is leáll, látszólag a mechanikai feszültségek lokális csillapodása miatt. klorid-ionok hatása: A 18-8-as ausztenites acélok fokozott hajlama a feszültségkorrózióra, különösen klorid-ionok jelenlétében nyilvánul meg. Kitüntetett szerepet játszanak a folyamatban azok a helyek, ahol a klorid-ionok betöményedhetnek. Ilyen helyek képződhetnek például a résekben. A különböző lerakódások (vízkő, vas-oxidok) szintén betöményedési folyamatokhoz vezethetnek. A klorid-ionok hatására bekövetkező feszültségkorróziós repedés tehát oxidatív környezet jelenlétét feltételezi. A természetes vizek klorid tartalmának hatására fellépő feszültségkorróziós repedés rendszerint transzkrisztallin jellegű. 68

69 Feszültségkorrózió Hőmérséklet A közeg hőmérséklete növeli a fém feszültségkorróziós hajlamát, csökkenti az inkubációs időt, valamint a küszöbfeszültség értékét, és meggyorsítja a repedés terjedésének sebességét. A folyamat azonban egy bizonyos minimális hőmérséklet alatt nem lép fel. Kloridot és oxigént tartalmazó vizes oldatokban 18/8-as acélokra ez az érték o C. A klorid tartalmú hűtővizekkel érintkező rozsdamentes hőcserélő csöveknél, ha a falhőmérséklet a 60 o C-ot meghaladja, mindig számolni kell a feszültségkorróziós repedés veszélyével. Más szerzők szerint azonban az ausztenites saválló acéloknál a korrózió e fajtájának fellépéséhez nincs okvetlenül szükség nagyobb hőmérsékletre. Nagy húzófeszültségek mellett, a feszültségkorrózió szobahőmérsékleten is előfordulhat. Húzófeszültség A repedések kialakulásához bizonyos küszöbfeszültség meglétére van szükség, ami egyes szerzők szerint 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. 69

70 Feszültségkorrózió 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. Az Inconel-600 csöves GF-ket cserélni kell. A 10GN2MFA kollektorú VVER-1000 GF-ket cserélni kell [Titov], ma már nem tartják szükségesnek [Trunov]. 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). 70

71 Cső anyagminőségek érzékenysége a feszültségkorrózióra [Riess] 71

72 Cső anyagminőségek érzékenysége feszültségkorrózióra [Speidel] 72

73 Szerkezeti anyagok Anyagminőség VVER PWR Hőátadó csövek 08H18N10T 08H18N12T Inconel-600, -690, Incolloy-800 Csőfal-kollektor Feszültségkorróziós hajlam Jellemző feszültségkorróziós helyek 08H18N10T 10GN2MFA (gyengén ötvözött acél -1000) transzkrisztallin csőmegfogások alatt kollektor-cső megfogás környezete (-1000) gyengén ötvözött acél mindkét oldalról csőanyagminőséggel plattírozva interkrisztallin (Inconel- 600) minimális (Incolloy-800) csőfal-cső közti rés csőmegfogások környezete 73

74 Vízkémia A feszültségkorrózió mindkét mechanizmusában meghatározó a szennyezőanyagok jelenléte vízkémia. A GF csövek feszültségkorrózióját kiváltó szennyezőanyagok: diszperz vas korróziótermékek, feszültségkorróziós aktivátorok (Cl és SO 4 -ionok), oxidáló anyagok (oldott oxigén és réz korróziótermékek). Korróziós kockázat Korróziótermék lerakódás Szennyezôanyagok Oxidációs környezet 74

75 Szekunderkör vízüzeme 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. 75

76 A szekunderkör szerkezeti anyagai Berendezés Kondenzátor csövek U-csöves kisnyomású előmelegítők U- és spirálcsöves nagynyomású előmelegítők Gőzfejlesztő csövek Anyagminőség rézötvözet, ausztenites acél, titán rézötvözet, ötvözetlen, ausztenites acél ötvözetlen, ötvözött, ausztenites acél ausztenites acél Szeparátor-túlhevítő Ötvözetlen, ötvözött acél 76

77 Felületek korróziója Alacsony gőz kezdő jellemzők, ezért a fosszilis erőműveknél 2-2,5-ször nagyobb munkaközeg tömegáramok megnőttek a vízoldali áramlási sebességek (w>wkr), ezért a felületek elektrokémiai korróziója helyett áramlás által támogatott (eróziós-) korróziója vált meghatározóvá. Vízoldali rendezetlen áramlások a felületek lokális eróziója (kavitációs-korróziója). Nedvesgőz áramlása (ω=0,25-12 %, megcsapolási gőzvezetékekben (8-12 %) az érintkező felületek eróziója. 77

78 Az áramlás által támogatott korrózió következménye A munkaközeg nagy (általában nem mért) diszperz vas korróziótermék koncentrációja. A 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, s kialakítja a pangó lokális környezetet, ahol az aktivátorok és az oxidáló anyagok koncentrálódnak. 78

79 VVER-1000 GF vas korróziótermék felhalmozódás 79

80 Az áramlás által támogatott korrózió csökkentése Az ötvözetlen acél csövekkel nem lehet biztosítani a tápvíz-oldal minimális eróziós-korrózióját, ezért e 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). 80

81 A módosítások következménye A gőzfejlesztőkbe lépő tápvíz diszperz korróziótermék koncentrációja 5-10 µg/kg (2,25-4,5 g/h/gf), NE-k cseréjével 3-5 µg/kg (1,5-2,5 g/h/gf), Ez a korróziótermék-áram hatékony leiszapolással még eltávolítható. 81

82 PA vízüzem módosítás után (46GF melegoldal) 82

83 Feszültségkorróziós aktivátorok Pótvíz teljesen sótalanított víz ( <0,1 S/cm, Cl -, Na + <1-2 g/kg SiO 2 <5-10 g/kg), 2004-től nagy tisztaságú pótvíz ( 0,05 S/cm, Cl -, Na + 0,1-0,2 g/kg SiO 2 <3-5 g/kg); Rézcsöves kondenzátorok nem tömörek (hűtővíz ( = S/cm) szivárgás m hv /m mk <10-4, VVER kg/h, max =0,1 S/cm ); Egyéb források (pl. nyersvíz, fűtési forróvíz, oldalági csapadékvizek). 83

84 Lokális koncentrálódás A gőzfejlesztő víz maximális aktivátor koncentrációját a mikrokörnyezetekben 1 cgfviáramlásimag ( i c gfvilokális ) c gfviáramlásimag alapvetően az oldott anyag megoszlási tényezője határozza meg. A nem illékony anyagok koncentrálódása mindaddig tart, amíg nem érkezik a pórusba, résbe a gőzfejlesztő víz főtömegéből újabb adag, c li (leiszapolás) koncentrációjú víz. A koncentrátumok változatosak, általában lúgos (Na-felesleg), vagy savas (Cl, SO 4 - felesleg). A paksi gőzfejlesztőkben a koncentrátumok egyértelműen savas kémhatásúak voltak. A leállás alatt, a mikrokörnyezetekben elbújt ionok visszaoldódása (hide-out mérések) során mért 1-10 mg/kg klorid-ion, mg/kg szulfát-ion koncentráció bizonyította, hogy a feszültségkorrózió veszélye fennállt. 84

85 Mérések A gőzfejlesztők szennyezőanyag koncentrációit üzem közben a leiszapolásban mérik. A mért ionkoncentrációk a gőzfejlesztő víz áramlási magjának koncentrációit jellemzik. A speciális mérések alátámasztották az ionok egyenlőtlen eloszlását: általában néhányszor nagyobb koncentráció mérhető a hidegebb felületek környezetében. A diszperz korróziótermékek koncentrációja általában hibás értéket ad. A hide-out (lehűlő GF vízbe) visszaoldódás mérések alkalmasak a lokális ionkoncentrációk meghatározására: A víz hőmérsékletének csökkenésével az ionok oldhatósága megnő. A visszaoldódó ionok: Ca, Mg, Na; Cl, F, SO4, NO3, SiO2; Ha a koncentrációjuk a hideg vízben (50 oc) 1-10 mg/kg vagy nagyobb, akkor a feszültségkorróziós kockázat az üzemi periódusban fennállt. (A módosítások után 0,1 mg/kg nagyságrendet mérünk). 85

86 Gőzfejlesztő VVER-440 Atomerőművek főberendezései 86

87 GF-k leiszapolása (5VT) Leiszapolt víz tisztítása Állandó és szakaszos leiszapolás Mechanikus szűrő, H+ kation, OHanioncserélő 87

88 Kondenzátum-tisztítás A KT kevertágyas ioncserélője csökkenti a hűtővíz bekerülés hatását (az ionok nagyobb részét kivonja). DE de meghatározza a munkaközeg (gőzfejlesztő víz) ionkoncentrációját, és c gfv [KT]>>c s, 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. 88

89 Az aktivátorok koncentrációjának csökkentése Hűtővíz-tömör kondenzátor (ausztenites acél, titán), KT KI leállítása, 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. 89

90 Oxidáló anyagok Oxigén a vákuumos rendszerben kerül be (m l /m gőzk <10-4, VVER-440) 75 kg/h) beoldódás a főkondenzátumba termikus gáztalanítás a kondenzátorban és a GTT-ban, majd kémiai gáztalanítás N 2 H 4 -al. Réz korróziótermékek felhalmozódás a GF-ben: cementálódott fémréz és felszabaduló oxigén. Csökkentése: Légtömörebb vákuumos rendszer (főcsapadékvíz O2 koncentrációja a kondenzátor után <15 µg/kg, nem szükséges a GTT termikus gáztalanító funkciója). Rézmentes szekunderkör. 90

91 A gőzfejlesztők kémiai tisztítása A kémiai tisztítás vas vagy réz korróziótermékekre történik: A vas korróziótermékek előírt mennyisége: átlagos >150 g/m 2, lokális >400 g/m 2 ; A kémiai technológia: a vas (vagy réz) korróziótermékek feloldása vegyszeres oldattal az oldat leeresztése, a felület mosása. A pórusokba bezárt ionok (Ca, Mg, Na, Cl, SO 4, NO 3 ) szintén távoznak az oldattal, ezért leeresztés előtti koncentrációjukat meg kell mérni. A vas korróziótermék iszap nem oldható fel hatékonyan (valószínűleg korábban is visszamaradt), ezért az iszap szippantással távolítható el. A PA-ben eddig minden GF-ben két magnetit eltávolítás és egy réztelenítés történt. Általános nézetté kezd válni, hogy a kémiai tisztítás károsítja a csöveket (valószínűleg az ismerethiány miatt elkövetett hibák miatt, pl. PA első magnetit eltávolítás után a csövek felületére vittük a visszamaradt réz korróziótermékeket, melyre ismételten lerakódott a magnetit). 91

92 A gőzfejlesztő csövek integritása Primerköri hűtővíz szivárgás < 5 l/h. A csövek falvastagságának (ekvivalens) csökkenése különböző: 50, 60 and 80 % (regisztrált, dugózott kategória). Különböző, eltérő érzékenységű vizsgálati technikák 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 92

93 Vízkémiai kockázati tényezők élettartam-hosszabbítás, teljesítménynövelés Kockázati tényezők Elvárás Szükséges intézkedések Hőátadó felület állapota lerakódásmentes (<50 μm) Gőzfejlesztőkbe lépő tápvíz diszperz vas korróziótermék koncentrációja [μg/dm 3 ] Feszültségkorróziós aktivátorok koncentrációja a gőzfejlesztő vízben <3-5 A gőzfejlesztők hatékonyabb leiszapolása a diszperz vas korróziótermékekre. A gőzfejlesztők hatékonyabb leiszapolása az oldott anyagokra. Klorid-ion koncentrációja [μg/dm 3 ] <1-5 (max 10) Az 5. víztisztító átalakítása. Maximális klorid-ion koncentráció a hide-out visszaoldódás alatt [mg/dm 3 ] Szulfát-ion koncentrációja [μg/dm 3 ] <1-5 (max 15) Maximális szulfát-ion koncentráció a hide-out visszaoldódás alatt [mg/dm 3 ] <0,1 A szekunderkör zártabbá tétele, a pótvíznél (tisztított leiszapolásnál) kisebb ionkoncentrációjú oldalági csapadékvizek visszavezetésével a gőzkörfolyamatba. <0,15 Oxidáló anyagok kizárása a gőzfejlesztő vízből Gőzfejlesztőkbe lépő tápvíz diszperz réz korróziótermék koncentrációja [μg/dm 3 ] Kondenzátorból kilépő főcsapadékvíz oxigén koncentrációja [μg/dm 3 ] 0 <5-10 A szekunderkör teljes rézmentesítése. A konstrukciós résekből a réz eltávolítása. 93

94 PA szekunderkör (K gőzturbina) kapcsolása 94

95 Gőzturbinák vízüzeme 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: lapátfelületek (profil) épsége, a lokális korróziós meghibásodások elkerülése. 95

96 Típusok A belépő gőz nyomása szerint: szuperkritikus (p 1 >p kr =221,2 bar), szubkritikus (p 1 <p kr =221,2 bar). A belépő gőz nedvesség-tartalma szerint: Túlhevített-gőzös (gőz ω=(1-x)=0 a legtöbb fokozatban, az utolsó fokozatokban ω max =0,08-0,1), Telített-gőzös (gőz a belépő ω max =0,005-től fokozatosan nő ω max =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. 96

97 K gőzturbina 97

98 Üzemviszonyok 98

99 Üzemviszonyok-lerakódás A gőz nyomása 320(240)-0,04 bar, és hőmérséklete 600(540)-30 o C tág határok között változik. A vízben jól oldódó sók (NaCl, NaOH) és a gőzben jól oldódó 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. 99

100 Finom hálós ernyő a gőzturbinába való belépés előtt: túlhevítő csövekről levált vas korróziótermékek [NALCO Boiler] 100

101 Lerakódás gőzturbina állólapáton (7,5-szeres nagyítás) [NALCO Boiler] 101

102 Károsodások Ma a gőzturbinák szerkezeti anyagának károsodását 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: c ikk c ( p) i ig mert beoldódnak az első vízcseppekbe, agresszív lúgos (Na+ionok) vagy savas (Cl-, SO42--ionok) lokális környezetet létrehozva. 102

103 Erősen korrodált turbina forgólapát nagynyomású kondenzációs gőzturbinában [NALCO Boiler] 103

104 Nedvesgőz eróziós hatása A nagy sebességgel (100 m/s nagyságrend) 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 nedvesség-tartalma nagyobb, mint ami az expanzióból adódik. 104

105 0,2 mm átmérőjű vízcsepp ütközése acéllemezzel (B-0,4 g/kg ODA) [Povarov] 105

106 K gőzturbina (PA) jellemző eróziós helyei 106

107 Vízcsepp kiváltotta erózió az utolsó fokozat lapátjain [NALCO Boiler] 107

108 Erózió mérséklése Nagyobb nedvességtartalomnál ausztenites acél csővezeték. Cseppleválasztók (pl. könyökszeparátor) beépítése a nagy nedvesség-tartalmú csővezetékbe. 108

109 Kondenzátor A kondenzátorban történik a gőzturbinában expandált, termikus-mechanikai energiaátalakításra már alkalmatlan gőz cseppfolyósítása (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), (felületi (levegő-kondenzálódó gőz)). 109

110 Kondenzátor 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). 110

111 Csőkiosztások Cső-csőfal kapcsolatok [Cohen] 111

112 Fekvő csőkötegen lecsurgó vízcseppek 112

113 Kondenzátor Vízüzemi problémák: hűtővíz vagy levegő bekerülés Következmény: munkaközeg elszennyeződés lerakódás és korrózió kockázatának növekedése a gőzkörfolyamat többi részén. Hűtővíz bekerülés Nagyszámú ( db) cső lyukadása, vagy cső-csőfal kapcsolat tömörtelensége miatt hűtővíz bekerülés a munkaközegbe (p hv >>p gőz ) a munkaközeg elszennyeződése. Hűtővíz-tömör kondenzátor: Rézcsöves kondenzátoroknál tömörség kritériuma: 10 4 rozsdamentes acéllal és titánnal gyakorlatilag tömör kondenzátor hozható létre + a szerkezeti anyag mellett a köpenytér szekciókra osztása, a tömörtelen rész kizárása, a gőzturbina részterhelésen való üzemelése. Hűtővíz-tömörtelenség esetén a blokk leállítása, a tömörtelen cső megtalálása és dugózása. Következmény: nagy tisztaságú munkaközeg, kondenzátum-tisztítás nem szükséges. m m hv fk 113

114 Kondenzátor Vízüzemi problémák: hűtővíz vagy levegő bekerülés Levegő bekerülés A gőzkörfolyamatba a vákuum nyomású részeken levegő kerül be. Légtömörnek azt a rendszert tekintik, amelyben: m 10 A bekerült levegő (nem kondenzálódó gázok) veszélyeztetik a gőzhűtővíz hőátvitelt: 1-2 % inertgáz-tartalomnál a kondenzációs αgőz 0. A bekerült levegő (O2), ha a csapadékvíz aláhűlt (a kondenzációnál lokálisan mindig aláhűl), akkor beoldódhat a csapadékba. A kondenzátorból kilépő főcsapadékvíz O2 koncentrációját előírják: korábban: μg/kg, ma: max. 15 (5-10) μg/kg. Megoldások: jó áramlású levegőhűtő zóna, jó légelszívás, kondenzátorzsomba beépített termikus gáztalanító. m l gk

115 Késői gőz A magas ph-jú tápvíz-üzemnél az illékony NH 3 feldúsul a gőzben, és a későn kondenzálódó gőzben a koncentrációja: c nagy, s ezzel az utolsó vízcseppekben a ph (levegőhűtő zóna). c NH 3 kg NH 3 NH g 3 115

116 Tápvíz-előmelegítők A tápvíz-előmelegítők feladata a tápvíz felmelegítése a gőzturbina megcsapolásaiból kivett gőzzel a kondenzátor hőmérsékletéről a gőzfejlesztőbe való belépés hőmérsékletére. A tápvíz nyomása szerint: kisnyomású (kondenzátor és GTT között), nagynyomású (GTT és gőzfejlesztő között). A hőátadó csövek szerint: egyenes (két csőfalas), U- vagy Π-csöves (egy csőfalas), Spirálcsöves (csőfal nélküli vagy kollektoros). 116

117 Spirálcsöves nagynyomású előmelegítő U-csöves nagynyomású előmelegítő 117

118 Tápvíz-előmelegítők Szerkezeti anyagok: A hőátadó csövek: rézötvözetek (KE), szén- vagy ötvözetlen acél ((Cr+Mo)-tartalom <0,3 %), ötvözött acél ((Cr+Mo)-tartalom >2-5 %), ausztenites acél. A tápvíz-rendszer vízüzemének alapvető feladata a gőzfejlesztőbe lépő minimális korróziótermék transzport, ill. ne szennyeződjön el a tápvíz külső forrásból. Korábban ötvözetlen acél csövek, mert feltételezték, hogy optimális vízkémiával biztosítható a minimális korróziótermék transzport Ma a hőátadó csövek nagy krómtartalmú vagy ausztenites acélból készülnek, ezen anyagok korróziósebessége nagyságrenddel kisebb 118

119 TE Üzemviszonyok t a., t g1 t b., t s t g2 t ki t g2 t s t ki t be CSH IK GH A t be LH IK A Q t FH ln m c f s p ( t ki tki t ts t ln t t be be ki t be ) m g ( h g [ p g, t g ] h'[ p g ]) kf t ln 119

120 TE Üzemviszonyok Elvileg három szakasz: Gőzhűtő, Kondenzációs, Csapadékhűtő. A gőzhűtő erősen túlhevített gőznél, a csapadékhűtő a TE-be beépítve (NE) vagy külön (KE-nél). A TE-ben viszonylag kis hőmérsékletkülönbségek, a tömegáramok növekedésével egyre nagyobb felület és áramlási sebesség, azaz a korróziótermék áram (w k F) nő. 120

121 Vízüzemi folyamatok Spirálcsövekben a tápvíz belépő szakaszán áramlási rendezetlenség lokális erózióskorrózió. Csapadékvezetékekben, -szivattyúkban a közel telítési hőmérsékletű víz kigőzölgése, majd kondenzációja a hidegebb felületen lokális kavitációs erózió. Telített-gőzös gőzturbinánál a TE-k köpenyterében a nedvesgőz eróziós hatása gőzütköző lemezek ausztenites acélból. Telített-gőzös gőzturbináknál cseppleválasztóújrahevítő berendezések. 121

122 Áramlási rendezetlenség a víz spirálcsőbe való belépésénél 122

123 Lokális eróziós-korrózió tápvízcsőben 123

124 Gőzütköző-lemez eróziója 124

125 K gőzturbina cseppleválasztó-túlhevítő és eróziós károsodási helyei 125

126 Víztisztítás A munkaközeg szennyezőanyag koncentrációját a gőzkörfolyamatban csökkentik: Hűtővízzel bekerülő ionok mennyiségét a kondenzátum-tisztító (KT) kevertágyas ioncserélőjével (általában a kondenzátor után, tgyanta max=40-50 o C), A légkörből bekerülő gázok mennyiségét termikus gáztalanítással (a kondenzátorzsompban és a gáztalanítós táptartályban), A belső felületekről bekerülő korróziótermékeket szűréssel. 126

127 Kondenzátum-tisztítás Mivel nem tudták biztosítani a kondenzátorok hűtővíz-tömörségét, számoltak a hűtővíz bekerülés okozta többlet ionmennyiséggel. Először csak tengervíz hűtésnél (NaCl), később folyóvíz és nedves hűtőtoronynál is. Hűtővíz-tömör kondenzátor új helyzet: a kevertágyas ioncserélők gyantája szennyezőforrás! A gyanta (szennyező) ion koncentrációja nagyobb, mint a pótvízé, ezért a gyanta-víz közti egyensúly a póttápvíz nagyobb ionkoncentrációja mellett alakul ki. 127

128 PA kondenzátum-tisztító Meleg ág Póttápvíz Hideg ág NX15/1 NX15/2 NX01 EMF KI1 KI2 NX02 Kisnyomású elõmelegítõkhöz 128

129 Gáztalanítós táptartály Termikus gáztalanítás a GTT-ben (lúgos vízkémia!). Ha a kilépő O 2 koncentráció < 10 μg/kg, akkor kétfokozatú: torony (víz oszlik el a gőzben), forraló-buborékoltató (gőz oszlik el a vízben). A termikus gáztalanítás után oxigén-megkötés hidrazinnal. A táptartály biztosítja a gőzfejlesztő meghatározott mennyiségű vízzel való ellátását, ezért tárolt víztömeg (20-60 percre elegendő). Az utóbbi időben gyakran a termikus gáztalanító elmarad, csak táptartály, mert a kondenzátorból kilépő főcsapadékvízben az O 2 tartalom < 10 μg/kg. 129

130 Korróziótermék szűrők Az oldott korróziótermékeket a kevertágyas ioncserélő gyantája köti meg. Gőzerőművekben egyre jelentősebb a diszperz korróziótermék, ezért általában elektromágneses szűrők. Hatékony helye a gőzfejlesztő előtt lenne, de biztonság miatt egyelőre nem (meghibásodás esetén a kiszűrt korróziótermék egyszerre a gőzfejlesztőbe kerülne). Ezért kondenzátor után (PA), vagy GTT után, esetleg a nagy korróziótermék koncentrációjú csapadékvíz szűrése. 130

131 EPR vízüzeme Igen magas primer/szekunder köri paraméterek Primer köri vízüzem: 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 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 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 131

132 132