Výzva na ukladanie boritanov
Tlakovodné reaktory používajú kyselinu boritú v primárnom chladiacom médiu na kontrolu reaktivity. Koncentrácia bóru sa pohybuje od 2 000 ppm na začiatku palivového cyklu po takmer nulu na konci. Výmenníky tepla v chemickom systéme a systéme regulácie objemu spracovávajú borovanú vodu pri teplotách 50-150 stupňov. Keď sa bórovaná voda ohrieva alebo koncentruje, kyselina boritá môže kryštalizovať ako boritanové usadeniny na povrchu výmeny tepla.
Boritanový kameň nie je len problém prenosu tepla-je to problém chémie reaktora. Bór je absorbér neutrónov. Usadeniny boritanu na povrchu výmenníka tepla posúvajú lokálnu neutrónovú rovnováhu, čo potenciálne ovplyvňuje distribúciu výkonu reaktora. Vodný kameň sa musí odstrániť rozpustením horúcej vody, čo preruší činnosť reaktora.
Kovové výmenníky tepla-nehrdzavejúca oceľ, inconel{1}}akumulujú na povrchu vodný kameň boritanu. Vodný kameň sa viaže na oxid kovu prostredníctvom interakcií hydroxylových skupín. Horúci kovový povrch poháňa lokálny nárast koncentrácie, ktorý spúšťa kryštalizáciu.
Výmenníky tepla z PTFE odolávajú boritanovému usadzovaniu vďaka povrchovej inertnosti. Fluórpolymér nemá žiadne hydroxylové skupiny na borátovú väzbu. Nižšia teplota steny znižuje lokálny koncentračný efekt. Vodný kameň sa netvorí.
Mechanizmus kryštalizácie kyseliny boritej
Kyselina boritá (H3BO3) je rozpustná vo vode pri približne 50 g/l pri 25 stupňoch a 100 g/l pri 100 stupňoch. Rozpustnosť sa zvyšuje s teplotou. Keď sa bórovaná voda ohrieva na povrchu výmenníka tepla, kyselina boritá sa stáva rozpustnejšou -nie menej. Kryštalizácia nenastáva zo zvýšenia teploty, ale zo zvýšenia koncentrácie, keď sa voda vyparí na horúcom povrchu. Hraničná vrstva sa obohatí o kyselinu boritú nad hranicu rozpustnosti. Na povrchu sa vyzrážajú kryštály kyseliny boritej.
Na kovovom povrchu sa kryštály kyseliny boritej viažu vodíkovou väzbou: skupiny B-OH na kyseline boritej interagujú so skupinami M-OH na oxide kovu. Spojenie je silné. Škála rastie pokračujúcim ukladaním.
PTFE nemá žiadne M-OH skupiny. Kyselina boritá nenachádza žiadnych spojovacích partnerov. Kryštály, ktoré sa tvoria v hraničnej vrstve, zostávajú ako častice vo vode a sú unášané prúdom.
| Parameter boritanovej stupnice | Nerezová oceľ | Inconel 600 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Povrchové -skupiny OH pre boritanovú väzbu | Áno (oxid) | Áno (oxid) | žiadne |
| Adhézia kyseliny boritej (relatívna) | 1,0 (základná hodnota) | 0.8-1.0 | 0.05-0.1 |
| Metóda odstraňovania vodného kameňa | Rozpúšťanie horúcou vodou | Horúca voda | Splachovanie prietoku |
| Vplyv váhy neutrónovej rovnováhy | Áno (bór v mierke) | áno | Žiadne (bez mierky) |
Úvaha o radiačnom prostredí
Primárne chladivo je rádioaktívne-obsahuje aktivované korózne produkty a trícium. Výmenník tepla v systéme riadenia chemikálií a objemu pracuje v poli žiarenia 10²-10⁴ Gray/rok. Tolerancia žiarenia PTFE je obmedzená-značná mechanická degradácia pri kumulatívnych dávkach nad 10⁴-10⁵ Gray. Pre sekcie CVCS s nižšou dávkou poskytuje PTFE primeranú životnosť. Pre sekcie s vyššou dávkou v blízkosti nádoby reaktora môžu byť potrebné kovové výmenníky napriek problémom s mierkou.
Úvaha o radiácii sa musí posudzovať od prípadu-k{1}}prípadu. V nižších-oblastiach dávkovania CVCS-spúšťacieho tepelného výmenníka poskytuje prídavný ohrev kyseliny boritej-PTFE odolnosť voči usadzovaniu a dostatočnú toleranciu žiarenia. Výber materiálu je určený špecifickým dávkovým príkonom v mieste inštalácie.
Zachovanie chemickej čistoty
Chémia jadrového chladiva je prísne kontrolovaná. Kovové výmenníky tepla uvoľňujú do chladiacej kvapaliny stopové kovové ióny-železa, chrómu, niklu-. Tieto kovy sa aktivujú v toku neutrónov a stávajú sa rádioaktívnymi produktmi korózie. Ukladajú sa v jadre reaktora a vytvárajú radiačné horúce miesta. PTFE neuvoľňuje žiadne kovové ióny. Chladiaca kvapalina zostáva bez aktivovaných produktov korózie odvodených z-výmenníka-. Dávkový príkon v zariadení je zodpovedajúcim spôsobom nižší.
Zhrnutie
Výmenníky tepla z PTFE odolávajú boritanovým vodným kameňom pri ohreve primárneho jadrového chladiva prostredníctvom nepriľnavého{0}} povrchu, ktorý zabraňuje priľnavosti kryštálov kyseliny boritej. Neprítomnosť uvoľňovania kovových iónov znižuje tvorbu aktivovaného korózneho produktu-, čo je významná výhoda pre riadenie radiácie v jadrových elektrárňach. Tolerancia žiarenia obmedzuje PTFE na spodné-dávkové sekcie chladiaceho systému, kde poskytuje odolnosť proti vodnému kameňu a prijateľnú životnosť. Pre aplikácie CVCS v príslušnom rozsahu dávok ponúka PTFE prevádzkové a rádiologické výhody.
Technická podpora pre špecifikáciu jadrového PTFE výmenníka tepla je k dispozícii po predložení koncentrácie bóru, chémie chladiva, dávkového príkonu žiarenia a súčasných postupov riadenia stupnice.
