Основними стратегічними компонентами сучасної світової енергетичної політики є техногенна безпека, енергоефективність, енерго- і ресурсозбереження, які разом з іншими складовими являють собою обов’язкові умови екологічної гармонізації соціально-економічного розвитку людства [1].

На сьогодні серед ключових проблем атомної енергетики слід виділити:

–  безпеку експлуатації функціонуючих атомних електростанцій;

–  переважання реакторів ІІ покоління на АЕС більшості країн;

– наближення завершення планових строків експлуатації більшості реакторів;

– утилізацію відпрацьованого ядерного палива; пріоритетний розвиток відновлюваної енергетики.

Серед досягнень атомної енергетики варто виділити:

–  будівництво інноваційних АЕС з розробкою модифікованих реакторів ВВЕР-1200 та ВВЕР-1300;

–  розробку малих модульних реакторів (ММР);

– удосконалення палива та оболонки для палива [2].

При експлуатації АЕС завжди залишається актуальною проблема створення та підтримки таких фізико-хімічних властивостей теплоносіїв, які б запобігали корозійним ушкодженням конструкційних матеріалів обладнання та утворення відкладень на його поверхнях [3, 4].

Найбільш радикальним із наявних на сьогодні методів запобігання корозійному зношуванню трубок парогенераторів є проведення періодичних хімічних промивок з боку другого контуру. Однак хімічні промивки призводять до утворення значних об’ємів рідких відходів, що важко перероблюються [5]. Корозійні пошкодження металу з боку робочого середовища призводять до потоншення трубок, що передають тепло, та їх розриву [6].

Для запобігання корозійного розтріскування конструкційних матеріалів парогенераторів та корозійно-ерозійного зношування обладнання другого контуру з погляду технології ведення водно-хімічного режиму має бути забезпечено:  зниження загального солевмісту котлової води в парогенераторі та особливо вмісту хлоридів та сульфатів; еквівалентність концентрацій катіонів та аніонів для стабільної підтримки величини рН продувної води у слаболужній області у всіх режимах роботи парогенератора; низький вміст кисню в конденсаті та поживній воді; стабільне підтримання величини рН поживної води [7].

Удосконалення хімічної корекції робочих середовищ другого контуру неможливе без заміни обладнання, що містить мідь, та підвищення щільності конденсаторів. Істотне зниження швидкості корозії конструкційних матеріалів конденсатно-живильного тракту може бути досягнуто підвищенням рН до                         9,8–10,1 од., що можна досягти тільки в разі повної заміни обладнання, що містить мідь, другого контуру [8].

Мета роботи –  оцінка впливу застосування корегувальних добавок, що використовуються для корекції рН другого контуру на енергоблоках з ВВЕР-1000, на процес корозії мідно-нікелевого сплаву МНЖ-5-1.

Експериментальні дослідження процесу корозії мідно-нікелевого сплаву типу МНЖ-5-1 проводилися в лабораторних умовах. Для випробувань були взяті зразки труб (масою 3–4 г) з конденсаторів, що працюють в умовах другого контуру  ВП ЗАЕС. Попередньо проводили механічне (зачищали за допомогою наждакового паперу) та хімічну (поміщали в концентровану сірчану кислоту (H₂SO₄)  і витримували протягом 10–30 хв.) очищення зразків для зняття відкладень і зважували на аналітичних вагах.

Як корегувальну добавку використовували 1 % розчин морфоліну  (C₄H₉NO), 0,1 % розчин етаноламіну  (моноетиламіну) (C₂H₇NO) та  0,24 % розчин аміаку (NH₃).  Значення рН доводили до 9,2–9,3 од. шляхом додавання по краплях лужної добавки у дистильовану воду, величину рН вимірювали за допомогою лабораторного іономіру И-160М.

Лабораторні дослідження процесу корозії  сплаву МНЖ-5-1 проводили за  наступних умов:  режим №1 – кімнатна температура (22 ^оС), наявність кисню, без підтримки величини рН; режим №2 – відсутність кисню, що досягається введенням триразового надлишку гідразину (N₂H₄), підтримка температури розчину в межах 80–90 ^оС та  підтримка величини рН.

Аналіз зміни  рН розчину корегувальних добавок в залежності від часу  витримки у розчині за умов режиму  №1 показав, що при протіканні корозії сплаву МНЖ-5-1 спостерігається зниження величини рН в усіх досліджуваних розчинах (рис. 1).  Причому в розчині морфоліну цей процес протікає меншою мірою: за п’ять годин рН розчину морфоліну зменшилося  з 9,28 до 8,84 од. (рис. 1, крива 1).

1 – витримка у морфоліні; 2 – витримка в етаноламіні; 3 –  витримка в аміаку

Рис. 1. Зміна  рН розчину корегувальних добавок в залежності від часу  витримки у розчині

Найбільш інтенсивне зниження рН розчинів спостерігається у розчині етаноламіну, де значення рН зменшилося з 9,3 до 8,4 од. (рис. 1, крива 2).

Аналіз розрахункових даних  швидкості корозії сплаву МНЖ-5-1 при витримці в корегувальних добавках показав, що найбільш агресивною коригувальною добавкою по відношенню до сплаву є аміак. При чому швидкість корозії за умов режиму №2 в 1,34–2,72 рази більше, ніж за умов режиму №1 (табл. 1).

Таблиця 1 – Загальна швидкість корозії  сплаву МНЖ-5-1 в розчинах  коригувальних добавок

а–в –  зразки сплаву МНЖ-5-1 до початку проведення експерименту; г – зразок сплаву МНЖ-5-1 після витримки у морфоліні; д – зразок сплаву МНЖ-5-1 після витримки в етаноламіні; е –  зразок сплаву МНЖ-5-1 після витримки в аміаку

Рис. 2. Зовнішній вигляд зразків, отриманих за умов відсутності кисню, підтримці температури розчину в межах 80–90 ^оС та підтримці величини рН

Дослідження макроструктури зразків сплаву МНЖ-5-1, отриманих з використанням режиму №1, показало, що найбільш помітні відкладення у вигляді  оксидів міді  спостерігаються при витримці в розчині аміаку, а зразків, отриманих з використанням режиму №2, що відкладення  представлені металевою міддю, що зумовлено наявністю гідразину (рис. 2).

Однією з причин зростання концентрації міді в поживній воді та у відкладеннях з парогенераторів (ПГ) є вимивання міді розчином морфоліну з відкладень з деаераторів. Крім того можна говорити про те, що розчин морфоліну більшою мірою впливає на раніше утворені відкладення на поверхнях обладнання конденсатно-поживного тракту другого контуру ВП ЗАЕС, вимиваючи з них оксиди міді та переносячи їх у парогенератор. Дане припущення підтверджується тим, що при зниженні концентрації міді у поживній воді спостерігається одночасне зниження концентрації міді у відкладеннях з деаераторних баків.

Таким чином, проаналізовано  вплив застосування корегувальних добавок (морфоліну, етаноламіну, аміаку), що використовуються для корекції рН другого контуру на енергоблоках з ВВЕР-1000, на процес корозії мідно-нікелевого сплаву МНЖ-5-1.  Встановлено, що найбільш агресивною корегувальною добавкою по відношенню до мідьвмісних сплавів є аміак, а найменшою – морфолін, що зумовлює доцільність застосовувати морфоліновий режим в умовах ВП ЗАЕС  з великою кількістю обладнання з мідьвмісними сплавами у другому контурі.

Література:

1. Реактори і парогенератори енергоблоків АЕС: схеми, процеси,  матеріали, конструкції, моделі / О. В. Єфімов, М. М. Пилипенко, Т. В. Потаніна та ін.; за ред. О.В. Єфімова.  Харків: ТОВ «В справі», 2017.  – 420 с.

2. Копішинська К. О.,  Широкова І. С. Сучасниий стан та перспективи інноваційного розвитку атомної енергетики України.  Економічний вісник НТУУ «Київський політехнічний інститут». 2019. № 16.

3. ГНД 95.1.06.02.001-2002. Теплоносій першого контуру ядерних енергетичних реакторів типу ВВЕР-1000. Технічні вимоги до якості. Засоби забезпечення. Київ: Мінтопенерго України, 2002.  – 26 с.

4. ГНД 95.1.06.02.002-2004. Водно-химический режим второго контура атомных электростанций с реакторами типа ВВЭР. Технические  требования  к  качеству рабочей  среды. Коррекционная  обработка гидразин-гидратом, морфолином, гидроокисью лития. ГОСАТОМ Украины. 2004.  – 22  с.

5. Медведєв Р. Б., Мердух Р. Б. Водно-хімічний режим і математичне моделювання другого контуру АЕС із реактором типу ВВЕР-1000. Наукові вісті НТУУ «КПІ»: науково-технічний журнал.  2013.  №3(89).  – С. 132–139.

6. Хоршева М. И. Водоподготовка, спецхимочистка и химический контроль на АЭС.  Севастополь: СИЯЭиП, 2000.  – 336 с.

7. Тяпков В. Ф. Состояние, основные проблемы и направления совершенствования водно-химического режима АЭС. Журнал «Водоочистка». 2006.  №11.  – С. 33–41.

8. Мальцева Т. В., Зинченко Ю. А., Добровольская И. Ю., Архипенко  А. В.  Влияние коррекционной химической обработки теплоносителя первого контура и рабочих сред второго контура АЭС с ВВЭР, PWR на радиационную безопасность. Ядерна та радіаційна безпека.  2012.  №4(56).  – С. 37–43.