SE500413C2 - Methods of utilizing hydrogen-water chemistry in a boiler-water reactor plant and hydrogen-water-chemistry methods for use in a boiler-water reactor plant - Google Patents
Methods of utilizing hydrogen-water chemistry in a boiler-water reactor plant and hydrogen-water-chemistry methods for use in a boiler-water reactor plantInfo
- Publication number
- SE500413C2 SE500413C2 SE8803032A SE8803032A SE500413C2 SE 500413 C2 SE500413 C2 SE 500413C2 SE 8803032 A SE8803032 A SE 8803032A SE 8803032 A SE8803032 A SE 8803032A SE 500413 C2 SE500413 C2 SE 500413C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- hydrogen
- water
- volatile
- reactor
- steam
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 3
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 title 1
- 238000000034 method Methods 0.000 title 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
- G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
- G21C19/307—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Û L) fš- få högre strålningsnivåer i huvudångledningarna och turbinernav iakttagits. Dessa högre strålningsnivåer i de mera kraftigt skärmade anläggningarna har icke medfört något betydande problem. Kraftigt skärmade turbiner, kondensatorer och ång- ledningar har förhindrat strålningen att nå betjäningsper- sonal och områden där människor befinner sig. Olyckligtvis ingår i många anläggningar kraftig skärmning av anläggningens turbin-, kondensator- och ångledningssida, som endast är tillräcklig för att begränsa dosraterna vid normal vatten- kemi. Då detta är fallet har de förhöjda stràlningsnivâerna tenderat att begränsa användningen av väte-vattenkemi för förhindrande av spänningskorrosion. Û L) fš- higher radiation levels in the main steam lines and turbine hubs have been observed. These higher radiation levels in the more heavily shielded plants have not caused any significant problems. Heavily shielded turbines, capacitors and steam lines have prevented radiation from reaching service personnel and areas where people are. Unfortunately, many plants include heavy shielding of the plant's turbine, condenser and steam line side, which is only sufficient to limit the dose rates in normal water chemistry. As this is the case, the elevated radiation levels have tended to limit the use of hydrogen-water chemistry to prevent stress corrosion.
Drift av kokarvattenreaktorer vid normal vattenkemi ger upp- hov till en liten andel N-16, som bildas av n,p-reaktionen av O-16 och föreligger i en kemisk form, som tenderar att vara flyktig. Då denna fraktion transporteras i vattenfasen i reaktorn och vattenkylmedlet omvandlas till ånga, insvepes en del av den flyktiga fraktionen i ângfasen och transporte- ras till turbinen.Operation of boiling water reactors in normal water chemistry gives rise to a small proportion of N-16, which is formed by the n, p reaction of O-16 and is in a chemical form, which tends to be volatile. When this fraction is transported in the aqueous phase in the reactor and the water coolant is converted to steam, a part of the volatile fraction is wrapped in the steam phase and transported to the turbine.
N-16 är en radioaktiv nuklid, vars halveringstid är ungefär 7 sekunder. Vid dess sönderfall utsändes högenergigamma- strålning av 6 och 7 mev. Under anläggningens normala drift kommer sålunda ett betydande strålningsfält från àngled- ningarna och turbinen. På grund av gammastrålningens inten- sitet och relativt höga energi erfordras avsevärd skärmning för begränsning av strålningsfältets intensitet. I trots av skärmningen kan inverkan av N-16-källan mätas även på bety- dande avstånd från källan.N-16 is a radioactive nuclide, whose half-life is approximately 7 seconds. At its decay, high-energy gamma radiation of 6 and 7 mev was emitted. During the normal operation of the plant, a significant radiation field thus comes from the steam lines and the turbine. Due to the intensity of gamma radiation and relatively high energy, considerable shielding is required to limit the intensity of the radiation field. Despite the shielding, the impact of the N-16 source can also be measured at a significant distance from the source.
Det har i samband med föreliggande uppfinning befunnits, att de iakttagna strålningsnivâerna åtminstone delvis för- orsakas av att N-16 omvandlas till flyktiga kväveföreningar, inklusive ammoniak, som transporteras i ângfasen.In the context of the present invention, it has been found that the observed radiation levels are at least partly caused by the conversion of N-16 to volatile nitrogen compounds, including ammonia, which are transported in the vapor phase.
Under väte-vattenkemibetingelser omvandlas-en större andel av N-16 till flyktig form. Sålunda ökar strålningsnivåerna i ångfasen avsevärt i jämförelse med nivåerna utan tillsats av väte. Beroende på reaktorn har nivåerna av oss genom mätning konstaterats öka från 1,2 till 5 gånger vid den vätekoncentration, som erfordras för förhindrande av inter- kristallin spänningskorrosionssprickning i cirkulations- systemet. För vissa anläggningar är ökningen tillräcklig för att överskrida säkerhetsdosratgränser, icke endast nära källan utan även i omgivande byggnader och mark och vid gränserna för anläggningsplatsen. Detta uppfattas som en av de menligaste aspekterna av väte-vattenkemi. Det skulle sålunda vara i hög grad önskvärt att finna ett sätt att begränsa flyktigheten av N-16, dvs. den av ångan trans- porterade mängden.Under hydrogen-water chemistry conditions, a larger proportion of N-16 is converted to volatile form. Thus, the radiation levels in the vapor phase increase considerably in comparison with the levels without the addition of hydrogen. Depending on the reactor, the levels of us have been found by measurement to increase from 1.2 to 5 times at the hydrogen concentration required to prevent intercrystalline stress corrosion cracking in the circulatory system. For some facilities, the increase is sufficient to exceed safety dose rate limits, not only near the source but also in surrounding buildings and land and at the boundaries of the site. This is perceived as one of the most detrimental aspects of hydrogen-water chemistry. Thus, it would be highly desirable to find a way to limit the volatility of N-16, i.e. the amount transported by the steam.
Föreliggande uppfinning erbjuder allmänt ett sätt att driva kokarvattenreaktorer med väte-vattenkemi under betingelser, som begränsar den nivå av utsläppt strålning, som hittills åtföljt denna kemi. Närmare bestämt kan genom förhindrande av överföringen av gasformiga kväveföreningar från vätske- fasen till ångfasen utsläppningen av radioaktivt N-16 till. mindre skärmade delar av reaktorsystemet reduceras. Olika sätt att förhindra sådan överföring tillämpas beroende del- vis-på reaktorns arbetssätt. Tre arbetssätt tillämpas, vilka ger varierande väteskyddsnivåer.The present invention generally offers a method of operating boiling water reactors with hydrogen-water chemistry under conditions which limit the level of emitted radiation which has hitherto accompanied this chemistry. More specifically, by preventing the transfer of gaseous nitrogen compounds from the liquid phase to the vapor phase, the release of radioactive N-16 can. smaller shielded parts of the reactor system are reduced. Different ways of preventing such a transfer are applied in part depending on the mode of operation of the reactor. Three working methods are applied, which provide varying hydrogen protection levels.
För det första kan kokarvattenreaktorer drivas med full- ständigt anläggningsskydd, varvid matarvattnets vätekoncen- tration är tillräcklig för förhindrande av interkristallin spänningskorrosionssprickning eller bestrålzingsbefordrad spänningskorrosionssprickning i det primära reaktorsystenets alla delar, inklusive alla komponenter av rostfritt stål i både cirkulationssystemet och i reaktortanken. För det andra kan reaktorerna drivas med selektivt skydd, varvid väte in- föres endast i vissa kritiska områden i reaktorn, vilket ger 5:1 4. io lokaliserat skydd inom dessa områden. Drift med selektivt skydd medger införandet av mindre total mängd väte, så att mindre N-16 alstras än vid fullt skydd. Exempel på de kritiska områdena för införande av väte är allmänt (a) cir- kulationssystemet, (b) härdens förbigångsomrâde, dvs. det omrâde, som icke ligger inom gränserna för bränsleaggregaten och området omedelbart ovanför bränslehärden, närmare be- stämt området för den övre bränslestyrningen, samt (c) reak- tortankens nedre fyllkammaromrâde, som innefattar tankens nedre del upp till området omedelbart ovanför bränslestöd- plattan. För det tredje kan kokarvattenreaktorn drivas med partiellt skydd, varvid vätekoncentrationen är lägre än vad som erfordras för uppnående av den lägsta elektrokemiska potentialen för fullständigt förhindrande av bestrålnings- befordrad spänningskorrosionssprickning. Ett sådant drifts- sätt hejdar delvis tillväxt av sprickor och minskar andelen flyktigt N-16. I den första kategorin antingen minskas kemiskt mängden flyktiga N-16-arter, som överföres till ång- fasen, minskas fysiskt kvantiteten flyktiga N-16-arter, som överföres till ângfasen, eller fördröjes transporten av flyktiga N-16-arter i àngfasen till huvudångledningen till turbinen under tillräcklig tid för medgivande av avsevärd avklingning av strålningen. I de andra och tredje kategorierna användes mindre väte och sålunda bildas mindre mängd flyktigt N-16.First, boiling water reactors can be operated with complete plant protection, whereby the hydrogen water concentration of the feed water is sufficient to prevent intercrystalline stress corrosion cracking or irradiated stress corrosion cracking in all parts of the primary reactor system, including all components of the primary reactor system. Secondly, the reactors can be operated with selective protection, whereby hydrogen is introduced only in certain critical areas in the reactor, which gives 5: 1 4. io localized protection within these areas. Operation with selective protection allows the introduction of a smaller total amount of hydrogen, so that less N-16 is generated than with full protection. Examples of the critical areas for the introduction of hydrogen are generally (a) the circulatory system, (b) the bypass area of the core, ie. the area not within the boundaries of the fuel assemblies and the area immediately above the fuel core, more specifically the area of the upper fuel control, and (c) the lower filling chamber area of the reactor tank, which includes the lower part of the tank up to the area immediately above the fuel support plate. Third, the boiling water reactor can be operated with partial protection, the hydrogen concentration being lower than that required to achieve the lowest electrochemical potential for completely preventing radiation-induced stress corrosion cracking. Such an approach partially stops the growth of cracks and reduces the proportion of volatile N-16. In the first category, either the amount of volatile N-16 species transferred to the vapor phase is chemically reduced, the quantity of volatile N-16 species transferred to the vapor phase is physically reduced, or the transport of volatile N-16 species in the vapor phase is delayed to the main steam to the turbine for a sufficient time to allow considerable decay of the radiation. In the second and third categories, less hydrogen is used and thus less volatile N-16 is formed.
Fullständigt skydd För det första kan bildandet av flyktiga kväveföreningar för- hindras kemiskt. Detta kan âstadkommas genom ändring av lreaktionsvägar, som leder till bildandet av flyktigt N-16. med små mängder tillsatser, särskilt rengöringsmedel med fria radikaler, och/eller genom att öka reaktormatarvattnets pH-värde till en sur nivå. Sålunda införes enligt uppfinningen spårmängder (miljarddelskoncentrationer) av en art för in- hibering, undertryckning eller förändring av den reaktions- väg för radioaktivt kväve, som leder till bildandet av en ~ i o Ovøu 'OO 1 II I? ”W flyktig art, exempelvis ammoniak, och/eller förstärkning av den reaktionsväg, som leder till en icke-flyktig art, exem- pelvis en nitrit. Exempel på möjliga tillsatser är kväve- oxidul, koldioxid, nitrit, nitrat, alkoholer av låg molekyl- vikt eller ketoner, koppar, zink eller vanadin etc., varvid andra möjligheter icke uteslutes. Alternativt minskar en liten förhöjning av pH-värdet ammoniakens flyktighet. En pH-värdesförändring kan även ändra de reaktionsvägar, som leder till bildandet av flyktiga kväveföreningar. I detta senare fall förhindras bildandet av flyktiga N-16-arter.Complete protection Firstly, the formation of volatile nitrogen compounds can be prevented chemically. This can be accomplished by altering pathways leading to the formation of volatile N-16. with small amounts of additives, in particular free radical cleaners, and / or by increasing the pH of the reactor feed water to an acidic level. Thus, according to the invention, trace amounts (billionths of concentrations) of a kind are introduced for inhibition, suppression or alteration of the reaction pathway for radioactive nitrogen, which leads to the formation of a ~ i o Ovøu 'OO 1 II I? W volatile species, such as ammonia, and / or enhancement of the reaction pathway leading to a non-volatile species, such as nitrite. Examples of possible additives are nitric oxide, carbon dioxide, nitrite, nitrate, low molecular weight alcohols or ketones, copper, zinc or vanadium, etc., whereby other possibilities are not excluded. Alternatively, a slight increase in pH reduces the volatility of ammonia. A change in pH can also change the pathways leading to the formation of volatile nitrogen compounds. In this latter case, the formation of volatile N-16 species is prevented.
Vanligen ökas kokarmatarvattnets pH-värde till området från ungefär 7,0 till 8,6, mätt vid rumstemperatur (normalt har matarvattnet ett pH-värde av från ungefär 6,1 till 8,1).Usually, the pH of the boiler feed water is increased to the range from about 7.0 to 8.6, measured at room temperature (normally the feed water has a pH of from about 6.1 to 8.1).
Detta kan åstadkommas genom lämplig balansering av det anjon- eller katjon-utbytesharts, som användes i kokarvattenbehand- lingsanläggningen.This can be accomplished by appropriately balancing the anion or cation exchange resin used in the boiling water treatment plant.
För det andra kan N-16-transporten till ângfasen begränsas medelst fysiska medel. Det är känt, att N-16 bildas i tvâ områden i härden: (1) i bränsleknippekanalens hölje, dvs. i området inuti kanalen,-och (2) i området utanför bränsle- knippeområdet, dvs. förbigångsomràdet. I huvudsak all kok- ning sker i området inuti kanalen och i huvudsak ingen i förbigångsområdet. Dessutom är strömningstakten mycket högre och därmed är uppehšllstiden mycket kortare i omrâdet inuti kanalen än i förbigângsomràdet, medan vattenvolymerna i båda områdena är jämförliga. Sålunda sker en avsevärd del av bildningen av N~16 i förbigångsområdet. Eftersom vattnets uppehâllstid i förbigângsomràdet är avsevärd i jämförelse med halveringstiden för N-16, minskar en minskning i ström- ningstakten den totala produktionen av N-16 vid härdutgângen, vilket ger ett fysiskt reglersätt.Second, the N-16 transport to the vapor phase can be limited by physical means. It is known that N-16 is formed in two areas of the core: (1) in the housing of the fuel bundle channel, i.e. in the area inside the duct, -and (2) in the area outside the fuel bundle area, ie. the bypass area. Essentially all boiling takes place in the area inside the canal and essentially none in the bypass area. In addition, the flow rate is much higher and thus the residence time is much shorter in the area inside the canal than in the bypass area, while the water volumes in both areas are comparable. Thus a considerable part of the formation of N ~ 16 takes place in the bypass area. Since the residence time of the water in the bypass area is considerable in comparison with the half-life of N-16, a decrease in the flow rate reduces the total production of N-16 at the core exit, which provides a physical control mode.
Ett andra fysiskt sätt innebär begränsning av tiden för kontakt mellan ångan och vattnet. Detta minskar nettoöver- föringen av de flyktiga N-16-arterna från vätskan till ång- , . -w,§¶,,_,,.., ß-...i-yn N......-,-.<.-v-=-..,<-,~WJM.__., v..~,,~...,...,_ , fasen och begränsar därmed ångfaskoncentrationen av N-16. iDetta sätt kan utföras genom att man fysiskt ändrar omrâdet ovanför härden.A second physical method involves limiting the time of contact between the steam and the water. This reduces the net transfer of the volatile N-16 species from the liquid to the vapor. -w, §¶ ,, _ ,, .., ß -... i-yn N ......-, -. <.- v - = - .., <-, ~ WJM .__. , v .. ~ ,, ~ ..., ..., _, phase, thereby limiting the vapor phase concentration of N-16. This method can be performed by physically changing the area above the core.
Ett tredje sätt innebär att tiden för kvarhâllningen av N-16 i ångan ökas med flera sekunder, vilket är betydande i jämförelse med halveringstiden. Detta kan åstadkommas fysiskt genom att en ökad volym för ångan anordnas så nära reaktortanken som möjligt. Denna volym skulle kunna skärmas. _Ett alternativt sätt kan innebära kemisk adsorbtion på ett matrismaterial under en tillräckligt lång tid (sekun- der) för åstadkommande av en avsevärd fördröjning i för-_ hållande till halveringstiden.A third method means that the time for the retention of N-16 in the steam is increased by several seconds, which is significant in comparison with the half-life. This can be achieved physically by arranging an increased volume of the steam as close to the reactor tank as possible. This volume could be screened. An alternative method may involve chemical adsorption on a matrix material for a sufficiently long time (seconds) to provide a significant delay relative to the half-life.
Selektivt och partiellt skydd Den vätekoncentration, som erfordras för att skydda cirkule- ringssystemets komponenter av rostfritt stål, varierar i avsevärd mån bland anläggningar. (Se fig. 2). Denna varia- tion tillskrives skillnader i det begagnade vätets förmåga att befordra väte-syrerekombination i fallspaltsområdet.å Sålunda minskar sätt, vilka kan befordra väteanvändningens verkningsgrad, den totala väteanvändningen och minskar den mängd flyktigt N-16, som alstras och transporteras till ångfasen. Reducering av den erforderliga vätekoncentrationen kan vara till gagn ifråga om att reducera N-16-ångfasaktivi- teten, beroende på den erforderliga slutliga vätekoncentra- tionen (se fig. 3). Detta kan åstadkommas med sådana sätt som katalysering av väte-syre-rekombineringsreaktionen, exempelvis genom att öka strålningen i fallspaltsområdet eller eventuellt genom ytkatalys.Selective and partial protection The hydrogen concentration required to protect the components of the stainless steel circulation system varies considerably among plants. (See Fig. 2). This variation is attributed to differences in the ability of the hydrogen used to promote hydrogen-oxygen recombination in the drop gap area. Thus, methods which can promote the efficiency of hydrogen use reduce the total hydrogen use and reduce the amount of volatile N-16 generated and transported to the vapor phase. Reduction of the required hydrogen concentration may be beneficial in reducing the N-16 vapor phase activity, depending on the required final hydrogen concentration (see Fig. 3). This can be accomplished by such methods as catalyzing the hydrogen-oxygen recombination reaction, for example by increasing the radiation in the fall gap area or possibly by surface catalysis.
Det är även känt, att väte, som insprutas i matarvattnet, det vanliga olrådet för insprutning, endast delvis är till- gängligt för fallspaltsområdet, dvs. det väte medförande vattnet delas upptill i strålpumpen, så att en del går in i strålpumpen och därifrån direkt in i härden och går förbi fallspaltsområdet. Om sålunda vätet insprutas under inloppet till strålpumparna, är hela mängden tillgänglig för fall- spaltsomrâdet. Eftersom detta kan leda till en motsvarande minskning i den totala mängden tillsatt väte (och att det går in i härdomrâdet), bildas mindre mängd flyktigt N-16.It is also known that hydrogen, which is injected into the feed water, the usual nuisance for injection, is only partially available for the fall gap area, ie. the hydrogen-carrying water is divided at the top of the jet pump, so that a part enters the jet pump and from there directly into the hearth and goes past the fall gap area. Thus, if the hydrogen is injected under the inlet to the jet pumps, the entire amount is available for the fall gap area. Since this can lead to a corresponding reduction in the total amount of hydrogen added (and that it enters the curing area), less volatile N-16 is formed.
För tillförsäkrande av tillräcklig koncentration väte i härdens förbigångsområde, medan produktionen av flyktigt N-16 begränsas, kan väte direkt insprutas i förbigângs- områdena. Denna väteinsprutning i kombination med de metoder, som beskrives för förstärkning av utnyttjandet av väte i fallspaltsområdet, minskar den totala tillsättningen av väte och minskar därmed koncentrationen av flyktigt N-16.To ensure a sufficient concentration of hydrogen in the bypass area of the core, while limiting the production of volatile N-16, hydrogen can be injected directly into the bypass areas. This hydrogen injection in combination with the methods described for enhancing the utilization of hydrogen in the trap gap area reduces the total addition of hydrogen and thereby reduces the concentration of volatile N-16.
Härvid skyddas både cirkuleringssystemet och härdens förbi- gångsområde från interkristallin spänningskorrosionssprick- ning och bestràlningsassisterad spänningskorrosionssprick- ning med endast relativt liten ökning i koncentrationen av flyktigt N-16.In this case, both the circulatory system and the bypass area of the core are protected from intercrystalline stress corrosion cracking and radiation-assisted stress corrosion cracking with only a relatively small increase in the concentration of volatile N-16.
I det nedre fyllkammarområdet kan en tillräckligt låg syre- koncentration nås genom tillsättning av väte, exempelvis via matarvattentillsättning, och katalysering av rekombi- neringsreaktionen genom antingen ökad strålning i detta omrâde eller i närheten av strålpumparna eller genom ytkata- lys eller i fallspaltsområdet såsom beskrivits ovan.In the lower filling chamber area a sufficiently low oxygen concentration can be achieved by adding hydrogen, for example via feed water addition, and catalyzing the recombination reaction by either increased radiation in this area or in the vicinity of the jet pumps or by surface catalysis or in the drop gap area as described above .
För âstadkommande av partiellt skydd är det möjligt att arbeta vid en något högre elektrokemisk potential, så att takten i spricktillväxten minskas men icke stoppas. Detta skulle kräva mindre väte och därmed minskad bildning av flyktigt N-16.To provide partial protection, it is possible to work at a slightly higher electrochemical potential, so that the rate of crack growth is reduced but not stopped. This would require less hydrogen and thus reduced formation of volatile N-16.
Under fullständig eller partiell undertryckning synes det även sannolikt, att den andel ammoniak (N-16), som över- föres till ångfasen, kan påverkas av andra förändringar i fysiska parametrar. Bland dessa kan förändringar i en ' OI sin; ,, I . . , ¿ , ,. ' ' oo 0 coon øaoo m~,. na.. 401 4 ~ -1 oo »- nu 00 "i CZ* ._ 'lb- .... I» r.¿ reaktorhärds vattennivå minska N-16-nivån i ångfasen, så att åtminstone delvis kompensation erhålles för den ökning i strålningsnivâerna, som åstadkommes genom att man arbetar under väte-vattenkemi. Av andra parametrar kan nämnas cir- kuleringsströmningstakten, axiell effektfördelning och' axiell fördelning av effektivt ångtomrum.During complete or partial suppression, it also seems probable that the proportion of ammonia (N-16) that is transferred to the vapor phase can be affected by other changes in physical parameters. Among these may be changes in an 'OI sin; ,, I. . , ¿,,. '' oo 0 coon øaoo m ~ ,. na .. 401 4 ~ -1 oo »- now 00" in CZ * ._ 'lb- .... I »r.¿ reactor core water level reduce the N-16 level in the vapor phase, so that at least partial compensation is obtained for the increase in radiation levels, which is brought about by working under hydrogen-water chemistry, Other parameters include the circulation flow rate, axial power distribution and axial distribution of efficient steam space.
I de bifogade ritningarna visar fig. 1 schematiskt en kokarvattenreaktoranläggning och be- lyser en kokarvattenreaktors primära komponenter, fig. 2 är ett diagram, som visar skillnaderna i syrekoncen- tration i återcirkuleringssystemet mellan sju anläggningar såsom en funktion av vätekoncentrationen, fig. 3 är ett diagram, som belyser verkan av insprutning av väte på förhöjda nivåer av N-16-radioaktivitet för ett antal med strâlpumpar försedda kokarvattenreaktoranläggningar, och fig; 4 visar en sannolik reaktionssekvens för N-16-arterna i en kokarvattenreaktoranläggning.In the accompanying drawings Fig. 1 schematically shows a boiling water reactor plant and illustrates the primary components of a boiling water reactor, Fig. 2 is a diagram showing the differences in oxygen concentration in the recirculation system between seven plants as a function of the hydrogen concentration, Fig. 3 is a diagram illustrating the effect of hydrogen injection on elevated levels of N-16 radioactivity for a number of jet pumped boiler water reactor plants, and fig; 4 shows a probable reaction sequence for the N-16 species in a boiling water reactor plant.
Bildningen av N-16 sker genom att en energetisk neutron reagerar med O-16 i vattnet. Reaktionens energetik är till- räcklig för att fullständigt bryta alla kemiska bindningar och leder till uppkomsten av en kväveatom med en hög posif tiv laddning omedelbart efter bildandet med en betydande kinetisk energi (ungefär 0,4 meV). Då den laddade jonen termaliseras, återinfångas elektroner, så att ett närmande sker till ett mer neutralt tillstånd. Under processen ned- brytes även det omgivande mediets (i första hand vatten) och andra arters i utspädda koncentrationer kemiska bind= ningar.The formation of N-16 takes place by an energetic neutron reacting with O-16 in the water. The energy ethics of the reaction are sufficient to completely break all chemical bonds and lead to the formation of a nitrogen atom with a high positive charge immediately after formation with a significant kinetic energy (approximately 0.4 meV). When the charged ion is thermalized, electrons are recaptured, so that an approach to a more neutral state takes place. During the process, chemical bonds of the surrounding medium (primarily water) and other species are also broken down in dilute concentrations.
Nära slutet av termaliseringsprocessen är kvävearterna och Cflñ A'!É omgivande molekylfragment i hög grad reaktiva. De efter- följande strålningskemireaktionerna kan påverkas av upp- trädandet av de närvarande arterna, exempelvis arternas affinitet för elektroner, tendensen till bildning av fria radikaler, deras kemiska reaktivitet etc. Det är under denna period av intensiva kemiska reaktioner, som de kemiska slutproduktarterna bildas. Exempelvis resulterar övergången från normal vattenkemi i reaktorvattnet med ungefär 200 ppm syre och 10 ppm väte till väte-vatten-kemi vid 15 ppm syre eller därunder och ungefär 100 ppm väte i att N-16 kemiskt ändras från den i första hand icke flyktiga formen såsom en nitrat eller nitrit till en flyktig form såsom ammoniak.Near the end of the thermalization process, the nitrogen species and Cflñ A '! É surrounding molecular fragments are highly reactive. The subsequent radiation chemistry reactions can be affected by the behavior of the species present, for example the species' affinity for electrons, the tendency to form free radicals, their chemical reactivity, etc. It is during this period of intense chemical reactions that the chemical end product species are formed. For example, the transition from normal water chemistry in the reactor water with about 200 ppm oxygen and 10 ppm hydrogen to hydrogen-water chemistry at 15 ppm oxygen or less and about 100 ppm hydrogen results in N-16 being chemically altered from the primarily non-volatile form such as a nitrate or nitrite to a volatile form such as ammonia.
Allmänt erbjudes två sätt att undertrycka bildningen av flyktiga N-16-ammoniakföreningar, som uppkommer som följd Sätten kan tillämpas obe- För fullständigt av väte-vatten-kemibetingelser. roende av varandra eller i kombination. anläggningsskydd kan kemin ändras för undertryckning eller inhibering av reaktionsvägen för bildandet av de flyktiga radioaktiva N-16-arterna eller för förstärkning av den reaktionsväg, som leder till icke-flyktiga arter, exempel- vis nitrit eller nitrat. Alternativt kan fysiska parametrar såsom reaktorkärlets inre komponenter eller anläggnings- driften manipuleras inom gränserna för normala driftsbetingel- ser för reducering av överföringen av radioaktiva flyktiga föreningar till ångfasen. Vid selektivt eller partiellt skydd kan sätt att förstärka användningen av väte för reduk- tion av syrekoncentrationerna (varigenom interkristallin spänningskorrosionssprickning i recirkuleringssystemet för- hindras) utnyttjas och innefattar antingen kemiska eller strâlningskemiska metoder eller fysiska metoder. För skydd av härdens förbigångsområde kan den fysiska metoden med kompletterande insprutning av väte direkt i området till- lämpas. För skydd av reaktorkärlets nedre fyllkammarområde kan sätt att förstärka väte-syrerekombineringsreaktionen medelst kemiska eller strålningskemiska metoder tillämpas. 10 För drift under den elektrokemiska potential, som erfordras för att helt hejda spricktillväxten, och för att endast fördröja spricktillväxten (dvs. betingelser av partiellt skydd) erfordras mindre mängd väte. Huvudsyftet med alla dessa metoder är att minska den totala väteanvändningen och därmed bildandet av flyktigt N-16.Generally, two ways are offered to suppress the formation of volatile N-16 ammonia compounds, which arise as a result. The methods can be applied independently of hydrogen-water-chemical conditions. dependent on each other or in combination. plant protection, the chemistry can be changed to suppress or inhibit the reaction pathway for the formation of the volatile radioactive N-16 species or to enhance the reaction pathway leading to non-volatile species, for example nitrite or nitrate. Alternatively, physical parameters such as the internal components of the reactor vessel or the plant operation can be manipulated within the limits of normal operating conditions to reduce the transfer of radioactive volatile compounds to the vapor phase. In selective or partial protection, methods of enhancing the use of hydrogen to reduce oxygen concentrations (thereby preventing intercrystalline stress corrosion cracking in the recirculation system) can be utilized and include either chemical or radiological or physical methods. To protect the bypass area of the hearth, the physical method of supplemental injection of hydrogen directly into the area can be applied. To protect the lower filling chamber area of the reactor vessel, methods of enhancing the hydrogen-oxygen recombination reaction by chemical or radiation chemical methods can be applied. For operation below the electrochemical potential required to completely stop the crack growth, and to only delay the crack growth (ie conditions of partial protection), less hydrogen is required. The main purpose of all these methods is to reduce the total hydrogen use and thus the formation of volatile N-16.
Under normala vattenkemibetingelser ligger syrekoncentra- tionen, mätt i en kokarvattenreaktors recirkuleringsled- ningar, i området 18G-300 ppm med en motsvarande elektro- kemisk korrosionspotential av 0 till 0,1 V. Reaktorns sensi- terade (eller uppvisande sprickbildning och/eller svårt kallbearbetade) komponenter av rostfritt stål eller nickel- baserade legeringar är benägna att utsättas för inter- kristallin spänningskorrosionssprickning. Den drivande kraften för interkristallin spänningskorrosionssprickning kan elimineras, om det rostfria stålets elektrokemiska korrosionspotential minskas till att ligga under ett kritiskt värde.Under normal water chemistry conditions, the oxygen concentration, measured in the recirculation lines of a boiling water reactor, is in the range 18G-300 ppm with a corresponding electrochemical corrosion potential of 0 to 0.1 V. The reactor's sensitized (or exhibiting cracking and / or difficult cold working ) stainless steel components or nickel-based alloys are prone to intercrystalline stress corrosion cracking. The driving force of intercrystalline stress corrosion cracking can be eliminated if the electrochemical corrosion potential of the stainless steel is reduced to below a critical value.
Det är känt att tillsättningen av väte till en kokarvatten- reaktors matarvatten kan leda till en sänkning av koncen- trationen av oxiderande radiolysprodukter (02, H2O2 etc.), vilket leder till en reaktorvattenkemi med en elektrokemisk korrosionspotential, som ligger under den potential, vid vilken interkristallin spänningskorrosionssprickning sker.It is known that the addition of hydrogen to the feed water of a boiling water reactor can lead to a decrease in the concentration of oxidizing radiolysis products (O 2, H 2 O 2, etc.), leading to a reactor water chemistry with an electrochemical corrosion potential below the potential at which intercrystalline stress corrosion cracking occurs.
Då väte tillsättes, blir reaktorvattnet mindre oxiderande, och denna kemiska förändring påverkar fördelningen av N-16 i kylmedlet. N-16 bildas genom en (n, p) reaktion i härden med kylmedlets i reaktorhärden O-16 och sönderfaller med en halveringstid av ungefär 7 sekunder. Vid sönderfallet utsändes högenergetisk gammastrålning av ungefär 6 och 7 meV.When hydrogen is added, the reactor water becomes less oxidizing, and this chemical change affects the distribution of N-16 in the refrigerant. N-16 is formed by a (n, p) reaction in the core with the refrigerant in the reactor core O-16 and decomposes with a half-life of approximately 7 seconds. Upon decay, high-energy gamma radiation of approximately 6 and 7 meV was emitted.
Under normal anläggningsdrift emanerar sålunda ett betydande strâlningsfält från ångledningarna och turbinerna.During normal plant operation, a significant radiation field thus emanates from the steam lines and turbines.
Under normala driftsbetingelser bildas de mer oxiderade 11 kemiska formerna av N-16, exempelvis nitrit och nitrat.Under normal operating conditions, the more oxidized 11 chemical forms of N-16 are formed, such as nitrite and nitrate.
Under de mer reducerande kemiska betingelserna vid väte- vattenkemi (HWC) bildar N-16 i första hand flyktiga kemiska arter, exempelvis ammoniak. Eftersom ammoniakformen är mycket mer flyktig än oxiderade arter, kan en omställ- ning till väte-vattenkemibetingelser vid en vätekoncentra- tion, som erfordras för förhindrande av interkristallin spänningskorrosionssprickning, leda till en avsevärd ökning av förekomsten av N-16 i ångfasen med en åtföljande ökning av den gammastrålning, som utsändes längs huvudångledning- arna och annorstädes på anläggningsanordningarnas ângsida.Under the more reducing chemical conditions in hydrogen-water chemistry (HWC), N-16 primarily forms volatile chemical species, such as ammonia. Since the ammonia form is much more volatile than oxidized species, a switch to hydrogen-water chemistry conditions at a hydrogen concentration required to prevent intercrystalline stress corrosion cracking can lead to a significant increase in the presence of N-16 in the vapor phase increase. of the gamma radiation emitted along the main steam lines and elsewhere on the steam side of the installation devices.
Storleken och konsekvenserna av strâlningsökningen är olika för varje kokarvattenreaktoranläggning, eftersom minskningen i syrekoncentrationen och motsvarande skyddspotential mot interkristallin spänningskorrosionssprickning för cirkula- tionen nås vid olika grader av väteinsprutning. Dessutom kan med olika byggnads- och utrustningsarrangemang konse- kvenserna och den faktiska storleken av strålningsökningen inom och utom anläggningen variera i betydande mån. Efter- som väte-vattenkemi erbjuder en så ökad marginal till inter- kristallin spänningskorrosionssprickning för både anlägg- ningens tryckinneslutande komponenter och inre delar, skulle för många kokarvattenreaktoranläggningar kunna planeras införandet av väte-vattenkemi såsom ingående i den totala planeringen för att öka anläggningens disponibi- litet och anläggningens livslängd. Emellertid saknar många kokarvattenreaktorer tillräcklig skärmning i och kring an- läggningarna för att de skall tolerera de ökade strålnings- nivåer, som blir följden av den ökade produktionen av flyk- tigt N-16. Minskning av produktionen av flyktigt N-16 skulle sålunda underlätta tillämpningen av väte-vattenkemi i kokarvattenreaktoranläggningar.The magnitude and consequences of the radiation increase are different for each boiling water reactor plant, since the reduction in the oxygen concentration and the corresponding protection potential against intercrystalline stress corrosion cracking for the circulation is achieved at different degrees of hydrogen injection. In addition, with different building and equipment arrangements, the consequences and the actual size of the radiation increase inside and outside the facility can vary considerably. Since hydrogen-water chemistry offers such an increased margin to intercrystalline stress corrosion cracking for both the plant's pressure-enclosing components and internal parts, for many boiling water reactor plants, the introduction of hydrogen-water chemistry could be planned as part of the overall planning to increase plant availability. small and the service life of the plant. However, many boiling water reactors lack sufficient shielding in and around the plants to tolerate the increased radiation levels that result from the increased production of volatile N-16. Thus, reducing the production of volatile N-16 would facilitate the application of hydrogen-water chemistry to boiling water reactor plants.
Pig. 1 visar schematiskt hårdvaran för vattenströmnings- vägarna genom reaktortanken 10. Stràlpumpar 20 drager in 12 vatten från den övre delen av fallspaltsområdet 30 och ger i kombination med drivflödesvattnet 40, 50 kylflödet till nedre delen av reaktortanken. Vattnet stiger i det nedre_ fyllkammarområdet 150 och upp genom härdens stödplatta 160 samt in i bränsleomrâdet 170. Det vatten, som icke går in i stràlpumparna, strömmar nedåt längs fallspaltsomrâdet 30 och tillför vattnet för cirkulationsslingorna. Cirkula- tionspumparna 60, 70 och strömningsreglerventilerna 80, reglerar cirkulationsströmningstakten. Vätgasen införes i reaktortanken med huvudmatarvattenflödet från vattenkonden- satet från turbinen vid 100. Ånga, som alstras av klyvnings- värmet, passerar genom àngavskiljarna 110, uppåt och förbi ångseparatorerna 120 och ut från tanken vid 130 såsom huvud- 90 ångflödet för drivning av anläggningens turbiner.Pig. 1 schematically shows the hardware for the water flow paths through the reactor tank 10. Jet pumps 20 draw in 12 water from the upper part of the trap gap area 30 and in combination with the drive flow water 40, 50 provide the cooling flow to the lower part of the reactor tank. The water rises in the lower filling chamber area 150 and up through the hearth support plate 160 and into the fuel area 170. The water which does not enter the jet pumps flows downwards along the drop gap area 30 and supplies the water for the circulation loops. The circulation pumps 60, 70 and the flow control valves 80 regulate the circulation flow rate. The hydrogen gas is introduced into the reactor tank with the main feed water flow from the water condensate from the turbine at 100. Steam generated by the fission heat passes through the steam separators 110, upwards and past the steam separators 120 and out of the tank at 130 as the main 90 steam flow to drive plant turbines .
Olika fysiska parametrar kan manipuleras för att reducera de N-16-nivåer, som när anläggningens ångsida. Överföringen av de flyktiga N-16-arterna till ångfasen sker i första hand i två områden av reaktortanken: (a) i härd- omrâdet, där i huvudsak all kokning sker inom bränslekana- len, och (b) i området ovanför härden, där vattnet från förbigångsomrâdet föres samman med vattnet och ångan från inomkanalomrâdet och i den nedre delen av ângavskiljar- området.Various physical parameters can be manipulated to reduce the N-16 levels, which reach the steam side of the plant. The transfer of the volatile N-16 species to the vapor phase takes place primarily in two areas of the reactor tank: (a) in the core area, where essentially all boiling takes place within the fuel channel, and (b) in the area above the core, where the water from the bypass area is brought together with the water and steam from the inner channel area and in the lower part of the steam separator area.
Föreliggande förslag för reglering av N-16 i ångfasen innefattar två allmänna sätt: (a) med tanke på fullständigt syreundertryckande och därmed skydd i alla delar av det primära systemet, som kräver högre vätekoncentration, kan N-16-nivåerna i ångfasen vara i be- tydande mån högre. I detta fall är två allmänna metoder möjliga. Den ena metoden är att ändra de reaktionsvägar, som leder till bildandet av flyktiga arter av N-16, så att de flyktiga arterna bildas i mindre mån och därmed mindre 13 mängd förflyktigas. Alternativet till detta är att minska koncentrationen av flyktigt N-16 i ångfasen, innan den strömmar till turbinen. (b) Med tanke på selektiv syreundertryckning, dvs. syre- undertryckning och därmed skydd i valda områden av det primära systemet eller partiell undertryckning_ varvid spricktillväxttakten hejdas men icke helt undertryckes, är syftet att minimera den totala användningen av väte och att därigenom begränsa den mängd flyktigt N-16, som bildas (i härdomrâdet).The present proposals for regulating N-16 in the vapor phase include two general methods: (a) in view of complete oxygen suppression and thus protection in all parts of the primary system, which require higher hydrogen concentration, the N-16 levels in the vapor phase may be in significantly higher. In this case, two general methods are possible. One method is to change the pathways that lead to the formation of volatile species of N-16, so that the volatile species are formed to a lesser extent and thus less 13 volatilize. The alternative to this is to reduce the concentration of volatile N-16 in the vapor phase, before it flows to the turbine. (b) With a view to selective oxygen suppression, i.e. oxygen suppression and thus protection in selected areas of the primary system or partial suppression_ whereby the rate of crack growth is stopped but not completely suppressed, the purpose is to minimize the total use of hydrogen and thereby limit the amount of volatile N-16 formed (in the core area) .
Vart och ett av dessa sätt med metoder för utförande be- skrives i de följande styckena. Även om vart och ett be- skrives för sig, kan ett eller flera tänkas användas sam-. tidigt, så att flexibilitet erhålles vid tillämpningen och så att optimering för varje anläggning tillåtes.Each of these methods of execution is described in the following paragraphs. Even if each is described separately, one or more may be used together. early, so that flexibility is obtained in the application and so that optimization for each plant is allowed.
Fullständigt skydd V Vid detta arbetssätt vidmakthàlles en tillräcklig väte- koncentration i matarvattnet och i hela det primära sys- temet för att syrekoncentrationen skall minskas till en nivå, vid vilken korrosion, exempelvis interkristallin spänningskorrosionssprickning, hejdas. Denna vätekoncentra- tion är sannolikt tillräckligt hög för att förorsaka en betydande ökning i N-16-koncentrationen i huvudângled- ningen med en motsvarande ökning i dosraten (fig. 3).Complete protection V This operation maintains a sufficient hydrogen concentration in the feed water and throughout the primary system to reduce the oxygen concentration to a level at which corrosion, such as intercrystalline stress corrosion cracking, is halted. This hydrogen concentration is probably high enough to cause a significant increase in the N-16 concentration in the main vapor with a corresponding increase in the dose rate (Fig. 3).
Detta förorsakas av att de N-16-arter, som produceras genom n,p-reaktionen på O-16, underkastas en serie reak- tioner med det omgivande mediet och leder till bildandet av en flyktig art, exempelvis ammoniak, som snabbt tvättas från vattnet genom verkan av ångan i reaktorns kokande om- råden. N-16-koncentrationen i ångfasen kan minskas genom att antingen fraktionen av bildat flyktigt N-16 bildas, överföringen av flyktigt N-16 till ångfasen begränsas eller de flyktiga N-16-arterna fördröjes i ângfasen innan de föres 14 till turbinerna.This is caused by the N-16 species produced by the n, p reaction on O-16 being subjected to a series of reactions with the surrounding medium and leading to the formation of a volatile species, for example ammonia, which is rapidly washed from the water by the action of the steam in the boiling areas of the reactor. The N-16 concentration in the vapor phase can be reduced by either forming the fraction of volatile N-16 formed, limiting the transfer of volatile N-16 to the vapor phase or delaying the volatile N-16 species in the vapor phase before being fed 14 to the turbines.
Den bildade fraktionen flyktigt N-16 kan minskas genom tillsättning av kemiska arter, särskilt rengöringsmedel med fria radikaler, så att den reaktionsväg ändras, som leder till bildandet av de flyktiga N-16-arter, som bildas genom den av n,p-reaktionen bildade "heta" N-16-atomens stràlningskemireaktion och de efterföljande reaktionerna i reaktorhärdens strålningsfält. Bildandet av flyktigt N-16 sker genom en serie reaktioner, av vilka några otvivel- aktigt innefattar fria radikaler. En sannolik reaktions- sekvens för N-16-arterna i reaktionskylmedlet visas i 'fig. 4.The fraction of volatile N-16 formed can be reduced by the addition of chemical species, especially free radical cleaners, so that the path of reaction leading to the formation of the volatile N-16 species formed by the n, p reaction is changed. formed the "hot" radiation chemistry reaction of the N-16 atom and the subsequent reactions in the radiation field of the reactor core. The formation of volatile N-16 occurs through a series of reactions, some of which undoubtedly involve free radicals. A probable reaction sequence for the N-16 species in the reaction refrigerant is shown in Figs. 4.
Om ett rengöringsmedel tillsättes för att exempelvis reagera med de fria radikalerna, kan den reaktionsväg, som leder till bildandet av ammoniak, förändras (inhiberas) och bildandet av en annan produktart förstärkas. Dessa rengöringsmedel kan vara kväveoxid, alkoholer och ketoner av låg molekylvikt, koldioxid, nitrit eller nitrat eller tillsats av metalljoner, exempelvis kopparzink eller vanadin för att nämna flera möjliga kandidater utan att utesluta andra möjligheter. Rengöringsmedelkoncentrationen behöver icke vara hög, vanligen från ungefär 5 till 100 ppm, vanligare från ungefär 20 till 30 ppm, Vidare kan en liten förändring i reaktorvattnets pH-värde ändra reaktionsvägarna för bildandet av de flyktiga arterna.If a detergent is added to react with the free radicals, for example, the reaction pathway leading to the formation of ammonia can be altered (inhibited) and the formation of another product enhanced. These detergents can be nitric oxide, low molecular weight alcohols and ketones, carbon dioxide, nitrite or nitrate or the addition of metal ions, such as copper zinc or vanadium to name several possible candidates without ruling out other possibilities. The detergent concentration need not be high, usually from about 5 to 100 ppm, more usually from about 20 to 30 ppm. Furthermore, a small change in the pH of the reactor water can change the reaction paths for the formation of the volatile species.
Reaktorvattnet har normalt ett pH-värde av från ungefär 6,1 'till 8,1, mätt vid 25°C, och genom justering av pH-värdet_ i omrâdet från ungefär 7,0 till 8,6 och vanligen mellan 6,5 och 8,0 inhiberas produktionen av flyktigt N-16. pH-värdet kan justeras genom ändring av anjonlkatjon- reaktionen i jonutbyteshartsen i matarvattenbehandlings- anläggningen. En ökning i pH-värdet synes även minska ammoniakens flyktighet. 15 Idén att begränsa överföringen av ammoniaken från vätskan till ångfasen kan realiseras medelst fysiska metoder. Dessa metoder ges såsom exempel och innefattar men är icke be- gränsade till de följande. (a) Eftersom överföringen sker i inomkanalområdet och i om- rådet ovanför härden och tar i anspråk en begränsad tid, minskar en minskning i kontakttiden mellan ångan och vätske- fasen fraktionen flyktiga N-16-arter, som överföres till _ ångan. Detta kan utföras på flera sätt, exempelvis: 1. minskning av volymen och därmed kontakttiden i bland- ningsfyllkammaromràdet ovanför härden, som innefattar om- rådet mellan härdens övre del och ångavskiljarna; 2. ökning av cirkuleringsströmningstakten, vilket minskar innehållet av effektivt ångtomrum och minskar kontakttiden mellan vätske- och ångfaserna. Detta medför även, att ammoniaken tenderar att kvarstanna i vätskefasen och att “föras under" i vattenåterflödet till fallspaltsomrâdet, varunder N-16 med sin halveringstid av 7 sekunder i bety-_ dande mån sönderfaller. (b) Vattnet i härdens förbigångsomráde erbjuder en bety- dande N-16-produktionskälla. Eftersom uppehållstiden i detta område är lång i jämförelse med halveringstiden, medför en ökning av uppehâllstiden ytterligare minskning av den totala produktionen.The reactor water normally has a pH of from about 6.1 'to 8.1, measured at 25 ° C, and by adjusting the pH in the range of from about 7.0 to 8.6 and usually between 6.5 and 8.0 inhibits the production of volatile N-16. The pH can be adjusted by changing the anion cation reaction in the ion exchange resin in the feedwater treatment plant. An increase in the pH value also seems to reduce the volatility of ammonia. The idea of limiting the transfer of ammonia from the liquid to the vapor phase can be realized by physical methods. These methods are given by way of example and include but are not limited to the following. (a) Since the transfer takes place in the inner channel area and in the area above the core and takes up a limited time, a reduction in the contact time between the steam and the liquid phase reduces the fraction of volatile N-16 species transferred to the steam. This can be done in several ways, for example: 1. reduction of the volume and thus the contact time in the mixing filling chamber area above the hearth, which includes the area between the upper part of the hearth and the steam separators; 2. increasing the circulation flow rate, which reduces the content of efficient vapor space and reduces the contact time between the liquid and vapor phases. This also means that the ammonia tends to remain in the liquid phase and to be "carried under" in the water reflux to the trap gap area, during which the N-16 with its half-life of 7 seconds decomposes to a significant extent. Since the residence time in this area is long compared to the half-life, an increase in the residence time further reduces the total production.
Ett annat sätt innebär fördröjning av de flyktiga N-16- arterna, sedan de överförts till ångfasen. Sålunda kan ångan i reaktortankens huvområde bringas att passera genom ett medium, vilket preferentiellt fördröjer de flyktiga arterna, exempelvis genom adsorption, åtminstone flera sekunder, så att N-16 tillåtes sönderfalla före transport till ångledningen och turbinen. Fördröjningen kan även (få (f) C.) x .r ~J 16 åstadkommas fysiskt genom att ångan föres in ilen expanderad volym, innan den transporteras till turbinen. Exempelvis skulle en volym av ungefärligen storleken av reaktortankens huvomrâde ge en uppehâllstid av ungefär en halveringstid, under vilken N-16-koncentrationen skulle minska tvåfaldigt.Another way involves delaying the volatile N-16 species after they have been transferred to the vapor phase. Thus, the steam in the main area of the reactor tank can be passed through a medium, which preferentially delays the volatile species, for example by adsorption, for at least several seconds, so that N-16 is allowed to decompose before transport to the steam line and turbine. The delay can also (get) (f) C.) x .r ~ J 16 be achieved physically by introducing the steam into the expanded volume, before it is transported to the turbine. For example, a volume of approximately the size of the main tank area of the reactor tank would provide a residence time of approximately one half-life, during which the N-16 concentration would decrease twice.
Manipuleringen av de fysiska parametrarna för att minska den mängd N-16, som kommer in i ångfasen, såsom beskrivits i det ovan givna exemplet begränsas med nödvändighet av reaktorns fysiska betingelser och reaktorsystemets hydraulik.The manipulation of the physical parameters to reduce the amount of N-16 entering the vapor phase, as described in the example given above, is necessarily limited by the physical conditions of the reactor and the hydraulics of the reactor system.
Kokarvattensystemet är mycket dynamiskt och begränsas av kraven att alstra tillräcklig mängd ånga för att kraft skall erhållas till den beräknade kapaciteten och för att detta skall göras så säkert som möjligt utan någon ökad risk.The boiling water system is very dynamic and is limited by the requirements to generate a sufficient amount of steam for power to be obtained to the calculated capacity and for this to be done as safely as possible without any increased risk.
Selektivt skydd i specifika områden Detta sätt är baserat på drift vid en lägre total väte- koncentration i primärsystemet, särskilt härdområdet. Pig. 3 anger, att olika anläggningar uppvisar större skillnader i syrekoncentrationen i cirkuleringssystemet vid givna matar- vattenvätekoncentrationer. Vid exempelvis en matarvatten- vätekoncentration av 0,3 ppm är cirkulationssyrekoncentra- tionen mindre än 1 ppm för anläggning 5, medan den för an- läggning 4 alltjämt är relativt hög vid ungefär 100 ppm.Selective protection in specific areas This method is based on operation at a lower total hydrogen concentration in the primary system, especially the hardening area. Pig. 3 indicates that different plants show greater differences in the oxygen concentration in the circulation system at given feed-water-hydrogen concentrations. For example, at a feedwater-hydrogen concentration of 0.3 ppm, the circulating oxygen concentration is less than 1 ppm for plant 5, while that for plant 4 is still relatively high at about 100 ppm.
Man observerar (fig. 3), att vid denna vätekoncentration huvudångledningsaktiviteten icke stigit avsevärt för någon av anläggningarna. Denna skillnad av nästan två storleks- ordningar kan förklaras på basis av den takt, i vilken syre- väterekombinationsreaktionen sker i fallspaltsområdet. För de anläggningar där syrekoncentrationen minskar snabbare såsom en funktion av tillsats av väte, katalyseras rekombi- nationen. Det har befunnits, att denna skillnad bland anläggningarna är korrelerad med den dosrat, som vattnet underkastas vid dess genomflytning i fallspaltsområdet 30 i närheten av härden, dvs, omrâdet utanför strâlpumparna. 17 Anläggningarna med en högre dosrat kan betraktas såsom utnyttjande vätet effektivare (för rekombinering), åtmin- stone i fallspalts- och cirkuleringsomrädet. Varje sätt som kan utnyttjas för att förbättra användningen av vätet, leder sålunda till användandet av mindre väte och i mindre bildning av flyktigt N-16. Detta är den premiss, på vilken denna del av patentet är baserad.It is observed (Fig. 3) that at this hydrogen concentration the main steam activity has not risen significantly for any of the plants. This difference of almost two orders of magnitude can be explained on the basis of the rate at which the hydrogen-hydrogen combination reaction takes place in the column gap area. For those plants where the oxygen concentration decreases more rapidly as a function of hydrogen addition, the recombination is catalyzed. It has been found that this difference among the plants is correlated with the dose rate to which the water is subjected when it flows through in the fall gap area 30 in the vicinity of the hearth, i.e., the area outside the jet pumps. The plants with a higher dose rate can be considered as utilizing the hydrogen more efficiently (for recombination), at least in the fall gap and circulation area. Thus, any method that can be used to improve the use of the hydrogen leads to the use of less hydrogen and in less formation of volatile N-16. This is the premise on which this part of the patent is based.
Skydd av cirkuleringssystemet kan åstadkommas mei;lst två allmänna sätt: katalys av rekombineringsreaktionen eller förändring av väteinföringspunkten. Såsom redan beskrivits kan katalys av rekombineringsreaktionen åstadkommas med ökad dosrat. En möjlighet är sålunda att öka strålnings- fältets intensitet och/eller öka energideponeringstaktenl i vattnet i fallspaltsområdet för dessa anläggningar, där en större koncentration av väte erfordras, exempelvis an- läggningen 4. En annan möjlighet är att katalysera rekom- bineringsreaktionen genom reaktion på ytan av ett tillsatt material. En sådan yta kan vara själva det rostfria stålet.Protection of the circulatory system can be achieved by two general means: catalysis of the recombination reaction or change of the hydrogen introduction point. As already described, catalysis of the recombination reaction can be accomplished with increasing dose rate. One possibility is thus to increase the intensity of the radiation field and / or to increase the rate of energy deposition in the water in the fall gap area of these plants, where a greater concentration of hydrogen is required, for example plant 4. Another possibility is to catalyze the recombination reaction by surface reaction of an added material. Such a surface may be the stainless steel itself.
Vätet har införts i matarvattnet för både anläggningen 4 och för andra anläggningar, vid vilka tester (icke ingående i fig. 3) har utförts. Efter blandning med vattnet från härdutloppet delas matarvattnet upptill vid strålpumparna.The hydrogen has been introduced into the feed water for both the plant 4 and for other plants, in which tests (not included in Fig. 3) have been performed. After mixing with the water from the hearth outlet, the feed water is divided at the top of the jet pumps.
Ungefär 2/3 kommer in i strâlpumparna och pumpas direkt till härden, så att 1/3 återstår för reaktion med syre i fallspaltsområdet. Om väteinföringspunkten förflyttas till ett ställe i fallspaltsområdet under strâlpumpsintaget, ökas den effektiva koncentrationen ungefär tre gånger. Så- lunda kan den totala koncentrationen minskas med en lik- nande faktor. Med hänvisning till fig. 3 erfordras för närvarande en trefaldig minskning i vätekoncentrationen från matarvattenkoncentrationen för åstadkommande av till- räcklig undertryckning, dvs. ungefär 1,2 ppm med ungefär- ligen en 4,6-faldig ökning i huvudångledningsstrålnings- nivån relativt normal vattenkemi till en 1,6-faldig ökning 18 vid den likvärdiga matarvattenvätekoncentrationen om 0,4 ppm.Approximately 2/3 enters the jet pumps and is pumped directly to the core, so that 1/3 remains for reaction with oxygen in the drop gap area. If the hydrogen feed point is moved to a location in the drop gap area during the jet pump intake, the effective concentration is increased approximately three times. Thus, the total concentration can be reduced by a similar factor. Referring to Fig. 3, a three-fold reduction in the hydrogen concentration from the feed water concentration is currently required to provide sufficient suppression, i.e. about 1.2 ppm with approximately a 4.6-fold increase in the main vapor radiation level relative to normal water chemistry to a 1.6-fold increase 18 at the equivalent feedwater-hydrogen concentration of 0.4 ppm.
Problemet med interkristallin spänningskorrosionssprickning hos komponenter av rostfritt stål i reaktorhärden har iden- tifierats. Dessa komponenter har befunnits i första hand vara belägna i härdens förbigângsområde, det område, där det icke förekommer någon kokning, såsom i fallspaltsomrà- det. På basis av premissen att en tillräcklig dosrat i tillräcklig mån kan katalysera rekombineringsreaktionen är .det i hög grad sannolikt, att på grund av den högre dos- raten i härdens förbigàngsområden relativt fallspaltsomrâ- det i varje reaktor jämte den längre uppehâllstiden för en än högre absorberad dos, syret kan undertryckas mycket av minimikoncentrationer av väte. Det mängd väte, som tillsättes fallspalts- effektivt i närvaro är möjligt, att den området, kan vara tillräcklig för att minska syrekoncentra- tionen till en tillräckligt låg nivå i förtigângsområdet.The problem of intercrystalline stress corrosion cracking of stainless steel components in the reactor core has been identified. These components have been found to be located primarily in the bypass area of the hearth, the area where there is no boiling, such as in the fall gap area. On the basis of the premise that a sufficient dose rate can sufficiently catalyze the recombination reaction, it is highly probable that due to the higher dose rate in the bypass areas of the core relative to the gap gap area in each reactor as well as the longer residence time of an even higher absorbed dose, the oxygen can be suppressed a lot by minimum concentrations of hydrogen. The amount of hydrogen that is added to the slurry efficiently in the presence is possible that that area may be sufficient to reduce the oxygen concentration to a sufficiently low level in the vaporization area.
Om så icke är fallet skulle väte direkt kunna tillsättas förbigångsvattnet i tillräcklig koncentration och alltjämt vara i betydande mån mindre än den ekvivalenta matarvatten- koncentrationen, där en ökning av stor faktor i huvudáng- ledningsstràlningsnivân sker. I detta fall är det i hög grad sannolikt, att skydd mot spänningskorrosionssprickning erhålles icke endast för komponenter i förbigångsområdet utan även för komponenter av rostfritt stål, exempelvis den övre bränslestyrningen, som är placerad upptill i förbi- gângsomrâdet men under det omrâde, där blandning sker med vatten från inonkanalonrådet.If this is not the case, hydrogen could be added directly to the bypass water in a sufficient concentration and still be significantly less than the equivalent feed water concentration, where an increase of a large factor in the main vapor radiation level occurs. In this case, it is highly probable that protection against stress corrosion cracking is obtained not only for components in the bypass area but also for stainless steel components, for example the upper fuel control, which is located at the top of the bypass area but below the area where mixing takes place. with water from the inon canal council.
Det andra område, där möjlighet för interkristallin _ spänningskorrosionssprickning föreligger och där undertryck- ning av syre kar lokaliseras, är i omrâdet under härden, dvs. reaktortankens nedre fyllkammare. I detta fall skulle tillsättning av väte, eventuellt via matarvattnet, erford- ras för detta onråde. Eftersom dostakten identifierats så- som en kritisk faktor, som påverkar väte-syre-:ekombineringen (fir genomflytnirgstider av från två till fem sekunder i fall- in CU CU rs -lå ml 19 spaltsomrâdet), är det möjligt, att dessa reaktorer med en tillräckligt hög dosrat för effektiv rekombinering i fall- spalten även kan uppvisa effektiv rekombinering inom vatt- nets genomflytningstid i strâlpumpen före avgivningen till den nedre fyllkammaren. Om den icke är tillräcklig kan rekombineringsreaktionen erfordra en ökning av raten med utnyttjande av de katalysmetoder, som beskrivits tidigare, dvs. ytstrålningskatalys.The second area, where there is a possibility of intercrystalline stress corrosion cracking and where the suppression of oxygen vessels is located, is in the area below the core, ie. the lower filling chamber of the reactor tank. In this case, the addition of hydrogen, possibly via the feed water, would be required for this disposal. Since the dose rate has been identified as a critical factor affecting the hydrogen-oxygen combination (throughput times of from two to five seconds in the case of the CU CU rs-low ml 19 gap range), it is possible that these reactors with a a sufficiently high dose rate for effective recombination in the downhole can also show effective recombination within the water flow time in the jet pump before delivery to the lower filling chamber. If it is not sufficient, the recombination reaction may require an increase in the rate using the catalytic methods described previously, i.e. surface radiation catalysis.
Uppfinningen har ovan beskrivits fullständigt, men beskriv- ningen och ritningsfigurerna får icke anses begränsa upp- finningen, vilken anges i de bifogade patentkraven.The invention has been fully described above, but the description and drawing figures may not be construed as limiting the invention, which is set out in the appended claims.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US9155687A | 1987-08-31 | 1987-08-31 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE8803032D0 SE8803032D0 (en) | 1988-08-30 |
| SE8803032L SE8803032L (en) | 1989-03-01 |
| SE500413C2 true SE500413C2 (en) | 1994-06-20 |
Family
ID=22228391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE8803032A SE500413C2 (en) | 1987-08-31 | 1988-08-30 | Methods of utilizing hydrogen-water chemistry in a boiler-water reactor plant and hydrogen-water-chemistry methods for use in a boiler-water reactor plant |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01127999A (en) |
| CH (1) | CH678123A5 (en) |
| IT (1) | IT1226417B (en) |
| SE (1) | SE500413C2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0797153B2 (en) * | 1988-06-24 | 1995-10-18 | 株式会社日立製作所 | Direct cycle atomic plant |
| DE69421305T2 (en) * | 1993-02-15 | 2000-07-20 | Babcock-Hitachi K.K., Tokio/Tokyo | Method and device for preventive maintenance of system components |
| JP5470099B2 (en) | 2010-03-05 | 2014-04-16 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Boiling water nuclear plant and steam dryer |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183595A (en) * | 1984-03-01 | 1985-09-19 | 株式会社日立製作所 | Method of operating boiling-water type nuclear power plant |
| US4842811A (en) * | 1985-02-05 | 1989-06-27 | Westinghouse Electric Corp. | Method for preventing oxygen corrosion in a boiling water nuclear reactor and improved boiling water reactor system |
| JPH0833489B2 (en) * | 1986-12-17 | 1996-03-29 | 株式会社東芝 | Boiling water reactor hydrogen injector |
-
1988
- 1988-08-25 CH CH3157/88A patent/CH678123A5/en not_active IP Right Cessation
- 1988-08-29 JP JP63212637A patent/JPH01127999A/en active Pending
- 1988-08-29 IT IT8821775A patent/IT1226417B/en active
- 1988-08-30 SE SE8803032A patent/SE500413C2/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT8821775A0 (en) | 1988-08-29 |
| SE8803032D0 (en) | 1988-08-30 |
| JPH01127999A (en) | 1989-05-19 |
| CH678123A5 (en) | 1991-07-31 |
| SE8803032L (en) | 1989-03-01 |
| IT1226417B (en) | 1991-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6724854B1 (en) | Process to mitigate stress corrosion cracking of structural materials in high temperature water | |
| JP3002129B2 (en) | Radiation-induced palladium doping of metals to prevent stress corrosion cracking | |
| Ishigure et al. | Hydrogen injection in BWR and related radiation chemistry | |
| RU2521591C2 (en) | Burnable absorbing materials and installations for nuclear reactors and methods of their application | |
| US4992232A (en) | Method to control N-16 radiation levels in steam phase BWRs | |
| Ahn et al. | Estimation of fission product source terms for the SGTR accident of a reference PWR plant using MELCOR and MAAP5 | |
| Cook et al. | Chemistry in CANDU process systems | |
| SE500413C2 (en) | Methods of utilizing hydrogen-water chemistry in a boiler-water reactor plant and hydrogen-water-chemistry methods for use in a boiler-water reactor plant | |
| CN113823427B (en) | Pressurized water reactor core fuel management method with flexibly-adjusted cycle length | |
| JP2005003565A (en) | Method for reducing corrosion of reactor structural materials | |
| Lin | Hydrogen water chemistry technology in boiling water reactors | |
| Ramshesh | Safety aspect concerning radiolytic gas generation in reactors | |
| US5084235A (en) | Direct cycle-type atomic power plant with means for suppressing transfer from a liquid phase to a vapor phase of radioactive nitrogen oxides | |
| Yeh et al. | Predictions of enhancing hydrogen water chemistry for boiling water reactors by general catalysis and general inhibition | |
| Yeh et al. | Water chemistry in the primary coolant circuit of a boiling water reactor during startup operations | |
| Davies et al. | A comparison of east/west steels for pressurized water reactors | |
| Ishida et al. | Hydrazine and hydrogen co-injection to mitigate stress corrosion cracking of structural materials in boiling water reactors,(II) Reactivity of hydrazine with oxidant in high temperature water under gamma-irradiation | |
| CN1284138A (en) | Method for controlling the amount of metal applied to a metal oxide surface by temperature | |
| Yurmanov et al. | Chemistry and corrosion issues in supercritical water reactors | |
| Wang et al. | The Effectiveness of Hydrogen Water Chemistry on Corrosion Mitigation in an Advanced Boiling Water Reactor | |
| Yeh et al. | The Effectiveness of Hydrogen Water Chemistry in a Boiling Water Reactor during Power Coastdown Operations | |
| Yeh et al. | The impact of power uprate on the corrosion mitigation effectiveness of hydrogen water chemistry in boiling water reactors | |
| Link et al. | The Mighty Mouse Research Reactor Preliminary Design Study | |
| Wang et al. | Impact of power uprate on the water chemistry in the primary coolant circuit of a boiling water reactor operating under a fixed core flow rate | |
| Cantrel et al. | On the progress made in source terms evaluation and possible open issues relative to advanced technologies |