Введение к работе
Актуальность проблемы обусловлена опытом эксплуатации АЭС во всем мире, который свидетельствует о повреждениях элементов оборудования вследствии протекания различных видов коррозии:- общей, с выносом продуктов коррозии в активную зону реактора; - локальной, приводящей к внезапным отказам элементов оборудования. Возникновение и развитие коррозии в большинстве случаев является следствием ведения неоптимального водно-химического режима (ВХР).
Контроль за величиной общей коррозии конструкционных материалов в контурах АЭС с водным теплоносителем имеет большое значение не столько для прогнозирования продолжительности безопасной работы оборудования, сколько для оценки радиационной обстановки и величины отложений продуктов коррозии на твэлах, влияющих на экономичность и безопасность работы энергоблоков. Кроме того, величина скорости коррозии является наиболее комплексной величиной, характеризующей состояние ВХР в целом. Существуют различные прямые и косвенные способы определения скорости коррозии, а также способы оценки коррозионной агрессивности водной среды. До сих пор основной объем данных по контролю состояния технологических сред АЭС получается с помощью лабораторных методов. По уровню автоматизации химический контроль является наиболее узким местом в общей системе-диагностики состояния АЭС. Полностью отсутствуют приборы и системы автоматического измерения скорости коррозии.
Для решения проблем эксплуатационной надежности, снижения дозовых нагрузок на персонал, оперативного управления качеством ВХР в пределах заданных норм,
необходимо знать закономерности процессов коррозии сталей в контурах АЭС, особенности применения электрохимических методов измерения коррозии, разработать модели, описывающие связь коррозионных процессов с электрохимическими характеристиками, разработать практически пригодные в условиях АЭС устройства и методы измерения скорости коррозии.
Указанные выше задачи определили выбор объекта и цели работы - решение ряда конкретных, практически важных и взаимосвязанных задач, позволяющих создать основу систем АХК и мониторинга коррозии на АЭС - разработка устройства и метода оперативного измерения скорости коррозии конструкционных материалов в контурах АЭС. Основные задачи выполненного комплекса исследований:
-
Исследование закономерностей активно-пассивных переходов железа, особенности коррозии сталей в воде в интервалах рНт от 5 до 9 и Т=298-623 К.
-
Исследование особенностей коррозии конструкционных материалов и разработка моделей адекватно описывающей скорость коррозии сталей на основе данных измерений коррозии методами электрохимического импеданса и поляризационного сопротивления (ПС).
-
Разработка метода и аппаратуры для оперативного измерения коррозии в контурах АЭС.
Научная новизна работы;
1. Получен набор эмпирических констант пропорциональности между скоростью коррозии и поляризационным сопротивлением для углеродистой стали в обессоленной воде в диапазоне температур 298-523 К и содержании растворенного кислорода -
до 40 мг/кг Н20. Для ряда систем константы получены впервые. Корректировка основного уравнения метода ПС с учетом потенциала диффузной части двойного слоя позволила определить границы и условия применения метода ПС для оперативного контроля скорости коррозии в условиях водных сред ТЭЦ и АЭС.
-
Рассчитаны диаграммы Е-рН, с использованием новых термодинамических данных для железа в средах указанных параметров, позволили использовав имеющиеся экспериментальные данные по потенциалам коррозии углеродистых сталей, сопоставив их с процессами, протекающими на их поверхности, делать вывод о смене механизма коррозии и корректировать константу "В" в методе ПС.
-
Предложенные модели процессов начального окисления железа, полученные на основе использования метода электрохимического импеданса в совокупности с выявленными закономерностями активно-пассивных переходов железа, позволили объяснять причины отклонения констант "В" от расчетных по принятым ранее моделям при измерениях в воде указанных параметров.
-
Разработан и использован датчик и прибор для измерения поляризационного сопротивления в средах АЭС и ТЭЦ. Исследования в условиях ТЭЦ и АЭС показали что колебания качества ВХР в пределах норм приводят к двух- пяти кратному изменению скорости коррозии, что позволит персоналу ТЭЦ и АЭС по данным измерения ПС оптимизировать показатели качества ВХР с целью повышения надежности оборудования АЭС и ТЭЦ и снижения лозовых нагрузок на персонал.
Практическая ценность работы:
-
Разработанные способы непрерывного контроля скорости коррозии впервые позволяют автоматизировать процесс измерений общей и локальной коррозии сталей в воде на ТЭЦ и АЭС.
-
Полученные результаты по потенциалам активно -пассивных переходов могут быть использованы для корректировки ВХР и поддержании оптимального потенциала коррозии в различных контурах АЭС.
-
Впервые в практике проектирования АЭС датчик и измерительный прибор для измерения поляризационного сопротивления включены в проект системы АХК и коррозионного мониторинга I контура АЭС НП-500.
-
Константы, позволяющие рассчитать скорость коррозии на основе измеренного ПС служат в качестве справочных данных при использовании измерителя скорости коррозии на трубопроводах АЭС и ТЭЦ.
Автор защищает;
-
Способ определения поляризационного сопротивления сталей в водном теплоносителе с высоким удельным сопротивлением. Способ определения скорости коррозии методом поляризационного сопротивления в условиях контуров ТЭЦ и АЭС.
-
Модели процессов начального окисления железа в обессоленной воде при температурах 298 - 503 К, на основе изучения электрохимического импеданса указанных систем.
-
диаграммы потенциал-рН в диапазоне температур 298 -623 К, рНт от 5 до 9 и полученные с их помощью выводы о характерных реакциях активно - пассивных переходов железа в полифосфатных нейтральных буферах в диапазоне температур 298 - 473 К, рНт от 5.8 до 9.
4. Результаты экспериментальных исследований и набор констант пропорциональности между скоростью коррозии и поляризационным сопротивлением для обессоленной воды в диапазоне температур 298 - 523 К (при давлении насыщенного пара чистой воды), при различном содержании растворенного кислорода - (до 40 мг/кг Н2О).
Апробация работы: Семинар в ЛПИ, (Ленинград 1987). Конкурс научных работ ВХО им. Д.И. Менделеева (Ленинград, 1988). КНТС при НИКИЭТ (Москва 1990). Акт внедрения на ЧАЭС (Чернобыль 1989). Акт использования в проекте НП-500 (АЭП 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей, получено 2 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав ( содержащих 12 таблиц и 46 рисунков), списка цитированной литературы ( 86 ссылок) и приложения (34 страницы). Общий объем работы 169 страниц.
