Разработка способов снижения коррозии оболочечного циркониевого сплава и повышение надежности ТВС РБМК-1000 при их эксплуатации и хранении ОЯТ

• Автор: Березина, Ирина Григорьевна
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 187 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ АЭС НА КОРРОЗИЮ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛ
1.1. Цикл топлива и условия его использования на АЭС с РБМК-1000
1.2. Факторы, влияющие на коррозию сплавов циркония
1.2.1. Кинетика коррозии циркония. Виды коррозии
1.2.2. Влияние температуры и теплового потока
1.2.3. Внутриреакторное облучение
1.2.4. Паросодержание теплоносителя
1.2.5. Влияние химии теплоносителя
а) Влияние окислителей
б) Влияние водорода
в) Примеси
г) Добавки ингибиторов
1.2.7. Факторы, влияющие на коррозию циркония в условиях хранения
1.3. Модели, описывающие коррозию сплавов циркония
1.3.1. Физико-химические теории твердофазного окисления
1.3.2. Моделирование внутриреакторной коррозии сплавов циркония
Выводы по главе
2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ КОРРОЗИИ ОБОЛОЧЕЧНОГО ЦИРКОНИЕВОГО СПЛАВА (Zr+l%Nb) В УСЛОВИЯХ АЭС
2.1. Физико-химическое обоснование модели
2.2. Модель равномерной коррозии
2.3. Модель нодулярной коррозии
2.4. Оценка применимости разработанной модели
Выводы по главе
3. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТВС РБМК-1 ООО ПРИ РАБОТЕ В РЕАКТОРЕ
3.1. Влияние коррозии на надежность твэл в условиях РБМК-1000
3.2. Способы снижения коррозии циркония в активной зоне
кипящего реактора
3.2.1. Снижение концентрации железа в теплоносителе
3.2.2. Дозирование меди, как способ снижения концентрации радиолитической перекиси водорода
3.3. Опытно-промышленная проверка влияния меди на радиолиз воды
3.3.1. Условия проведения испытаний
3.3.2. Результаты и их обсуждение
3.4. Разработка способа повышения надежности ТВС
Выводы по главе
4. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРОМЕЖУТОЧНОГО ХРАНЕНИЯ ОЯТ РБМК-1000
4.1. Коррозионное поведение ОТВС РБМК при промежуточном
хранении ОЯТ
4.1.1. Оценка коррозионного состояния конструкционных материалов
ОТВС и пеналов при хранении ОЯТ
4.1.2. Оценка факторов, влияющих на низкотемпературную коррозию конструкционных материалов в условиях промежуточного хранения
4.2. Разработка способа оптимизации условий хранения ОТВС
в пеналах ХОЯТ
4.2.1. Теоретическое и экспериментальное обоснование применения ингибиторов на основе смеси СаО+СаСОЗ
4.2.2. Опытно-промышленная проверка способа оптимизации режима хранения ОЯТ
Выводы по главе
ВЫВОДЫ
Список использованной литературы
Список условных сокращений
Приложение 1 Данные ВНИИНМ по коррозии оболочек твэлов
после эксплуатации в условиях РБМК и ВВЭР
Приложение 2 Результаты опытно-промышленных испытаний
на4блокеЛАЭС
Приложение 3 Программа промышленных испытаний
Приложение 4 Результаты опытно-промышленных испытаний в ХОЯТ
Приложение 5 Акт по результатам испытаний по отработке технологии
хранения ОТВС в пеналах с кальцийсодержащей добавкой

ВВЕДЕНИЕ
Одной из проблем эксплуатации АЭС является преждевременный выход из строя тепловыделяющих сборок (ТВС), от надежности которых в значительной степени зависят работоспособность реактора, многие технико-экономические характеристики всей АЭС, а также поведение реактора в аварийных условиях.
Наиболее сильное влияние на вероятность нарушения герметичности циркониевых оболочек твэлов оказывает следующая группа факторов: воздействие теплоносителя (общая и локальная коррозия оболочки твэла); процессы, происходящие внутри твэла (взаимодействие оболочки твэла с топливом и продуктами деления); потеря механической прочности за счет наводороживания материала оболочки твэла; дефекты изготовления; механическое повреждение сборок.
В целом надежность эксплуатации ТВС определяется исходными механическими свойствами материала оболочки твэлов, физическими параметрами эксплуатации и химическим фактором - составом теплоносителя.
С увеличением длительности кампании роль химического фактора становится ведущей в определении индивидуального для каждого блока количества разгерметизированных ТВС сверх некоего минимума, обусловленного одинаковым для всех блоков числом дефектов конструкционного материала и изготовления. При этом усиливается равномерная и появляется нодулярная коррозия, особенно в месте контакта с дистанционирующими решетками. Величина нодулей достигает в отдельных случаях 290 мкм. (По правилам ядерной безопасности глубина локальной коррозии не должна превышать 18% от исходной толщины оболочки - 162 мкм).
Выгруженное с такими повреждениями отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) поступает на хранение в пристанционное хранилище (ХОЯТ), где по проекту должно храниться до 10 лет. Из-за остаточного энерговыделения в воде пеналов продолжают протекать процессы коррозии, приводящие к существенному ухудшению пластических

Анализ исследований влияния водорода на коррозионную стойкость циркониевых сплавов показывает, что поглощение водорода этими сплавами в современных реакторах PWR находится в пределах допустимых норм, а в реакторах BWR - значительно ниже. Из исследованных сплавов наиболее стойкими к поглощению водорода являются сплавы циркалой-4 и Zr+2,5%Nb.
в) Примеси
На АЭС с реакторами типа РБМК принят бескоррекционный нейтральный водно-химический режим. Основное требование к качеству теплоносителя кипящих реакторов - низкая электропроводимость (< 0,5 мкСм/см). Качество теплоносителя определяется наличием в нем различных примесей и добавок, содержание которых контролируется с целью предотвращения нежелательного влияния на коррозионную стойкость конструкционных материалов. В табл. 1.6 приведены нормы и фактические значения показателей качества теплоносителя [50]. Влияние анионных примесей, таких как хлориды, фториды, сульфаты, хроматы, нитраты на коррозию сплавов циркония приведено на рис.1.13 [51]. Наибольший эффект наблюдается для фторидов. Значительное усиление коррозии было обнаружено при сравнительно высоких концентрациях фторидов (10 мг/л). Установлено, что фториды ускоряют коррозию циркалоя-4 в интервале концентраций 10‘3 - 10'2 моль/л (19-190 мг/л) при 360 °С и pH
10,5. Хлориды и хроматы оказывают умеренное воздействие; сульфаты и нитраты слабо влияют на скорость коррозии. Но все они, кроме нитратов, уменьшают время до перелома на кинетической кривой коррозии.