EDN: JFVGNC
Авторы
Харитонова Н.Л.
Организация
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва, Россия
Харитонова Н.Л. – ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук. Контакты: 115409, Москва, Каширское ш., д. 31. Тел.: (499) 324-77-77; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Аннотация
Статья посвящена расчету высокотемпературного водородного показателя рНТ в водных растворах гидроксида лития в условиях сверхкритических параметров по давлению и температуре. Концепция ведения водно-химического режима теплоносителя первого контура «классических» энергоблоков ВВЭР/PWR предполагает работу в щелочных условиях за счет дозирования гидроксида калия/лития в зависимости от изменения концентрации борной кислоты, чтобы минимизировать коррозию и перенос продуктов коррозии. В статье на примере гидроксида лития (LiOH) рассматривается возможность надлежащего регулирования кислотно-щелочных свойств теплоносителя путем дозирования щелочи в около- и сверхкритических областях для ядерных энергетических установок ВВЭР-СКД. Значения pHТ разбавленных водных растворов LiOHгидр рассчитаны при давлении 25 МПа в зависимости от плотности Н2О в диапазоне изменения температур от 100 до 600 °С, и концентраций LiOHгидр от 10–6 до 10–3 моль/кг. Для этих условий рассчитана также степень диссоциации LiOHгидр в зависимости от плотности Н2О. Значения константы диссоциации LiOHгидр при повышенных температурах и давлениях приняты на основе анализа опубликованных экспериментальных и оцененных расчетных данных. Получено, что при плотностях Н2О ниже 80 кг/м3 (температурах выше 540 °С при 25 МПа) для концентраций LiOHгидр от 10–6 до 10–3 моль/кг значения pHТ в системе LiOH–Н2О и в чистой H2O практически совпадают, а LiOHгидр находится практически полностью в ассоциированном состоянии. Поэтому при этих условиях вследствие слабой диссоциации LiOHгидр корректировка рНТ практически не осуществима. Дозирование LiOH в теплоноситель позволит обеспечить регулирование pHТ при температурах ниже ≈400 °С для 25 МПа. Полученные результаты хорошо согласуются с выводами опубликованных ранее работ.
Ключевые слова
ядерные энергетические установки сверхкритических параметров, безопасность, водный теплоноситель, ВВЭР-СКД, высокотемпературный водородный показатель pHТ, константа диссоциации, гидроксид лития, ионное произведение воды, водно-химический режим, концентрация, экспериментальные данные, электролитическая диссоциация, физико-химические свойства водного теплоносителя
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Асмолов В.Г. Перспективы развития технологии ВВЭР в двухкомпонентной ЯЭС России. В сб.: Сборник докладов VI Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики». Москва, 14–17 ноября 2023. Доступно на: https://istc-2023.nikiet.ru/file/dis-ru/1/П-2.pdf (дата обращения 28.04.2024).
- High Temperature On-line Monitoring of Water Chemistry and Corrosion Control in Water Cooled Power Reactor. IAEA-TECDOC-1303, IAEA, Vienna, 2002.
- Pressurized Water Reactor Primary Water Chemistry Guidelines, Volumes 1 and 2, Revision 7. EPRI, Palo Alto, CA: 2014. 3002000505.
- Fruzzetti K., Marks C., Reinders J., McElrath J., Wells D.M. Evaluation of Potassium Hydroxide for Reactor Coolant pHT Control in Western PWRs. Proc. of the 20th NPC International Conference. Brighton, United Kingdom, 2016, October 2–7, Paper Number 06.
- СТО 1.1.1.02.005.0004-2012. Водно-химический режим первого контура энергоблоков атомных электростанций с реакторами ВВЭР-1000. Нормы качества теплоносителя и средства их обеспечения. М.: Росэнергоатом, 2012.
- Шарафутдинов Р.Б., Харитонова Н.Л. Проблема оптимизации водно-химического режима I контура АЭС с ВВЭР в условиях увеличения длительности кампаний топливного цикла и повышения единичной мощности энергоблоков. Теплоэнергетика, 2011, № 5, с. 21–27. DOI: 10.1134/S0040601511050120.
- Martynova O.I., Kharitonova N.L. Behavior of Lithium Metaborates in Solution in Steam Generators under Conditions of Intensive Evaporation. Thermal Engineering, 1990, vol. 37, no. 10, рр. 536–540.
- Helgeson H. C., Kirkham D. H., Flowers G. C. Theoretical prediction of the thermodynamic behavior of aqueous electrolytes by high pressures and temperatures; IV, calculation of activity coefficients, osmotic coefficients, and apparent molal and standard and relative partial molal properties to 600 degrees C and 5 kb. American Journal of Science, 1981, vol. 281, no. 10, pp. 1249–1516.
- International Association for the Properties of Water and Steam. IAPWS R11-07(2019). Revised Release on the Ionization Constant of H2O. 2019. Доступно на: http://www.iapws.org/relguide/Ionization.pdf (дата обращения 24.07.2024).
- Arcis H., Ferguson J.P., Cox J.S., Tremaine P.R. The Ionization Constant of Water at Elevated Temperatures and Pressures: New Data from Direct Conductivity Measurements and Revised Formulations from T = 273 K to 674 K and p = 0.1 MPa to 31 MPa. J. Phys. Chem. Ref. Data, 2020, vol. 49, pр. 03310–31―03310–37. DOI: 10.1063/1.5127662.
- Yoshida N., Matsugami M., Harano Y., Nishikawa K., Hirata F. Structure and Properties of Supercritical Water: Experimental and Theoretical Characterizations. 2021, vol. 4, pp. 698–726. DOI: https://doi.org/10.3390/j4040049.
- Харитонова Н.Л., Гурбанова Ш.А. Термодинамические данные для расчета высокотемпературного водородного показателя рНт водного теплоносителя реакторных установок сверхкритических параметров. Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 4, c. 201–213. Доступно на: https://vant.ippe.ru/images/pdf/2022/issue2022-4-201-213.pdf (дата обращения 28.03.2024).
- Helgeson H.C., Kirkham D.H. Theoretical prediction of the thermodynamic properties of aqueous electrolytes at high pressures and temperatures. III. Equation of state for aqueous species at infinite dilution. American Journal of Science, 1976, vol. 276, no. 2, pp. 97–240.
- Helgeson C., Kirkham D.H. Theoretical prediction of the thermodynamic behavior of aqueous electrolytes at high pressures and temperatures; II, Debye-Huckel parameters for activity coefficients and relative partial molal properties. American Journal of Science, 1974, vol. 274, no. 10, pp. 1199–1261.
- Corti H., Crovetto R., Fernández-Prini R. Aqueous Solutions of Lithium Hydroxide at Various Temperatures: Conductivity and Activity Coefficients. Journal of Solution Chemistry, 1979, vol. 8, no. 12, pp. 897–908. DOI: 10.1007/bf00644886.
- Ho P.C., Palmer D.A. Determination of ion association in dilute aqueous lithium chloride and lithium hydroxide solutions to 600 °C and 300 MPa by electrical conductance measurements. Journal of Chemical and Engineering Data. 1998, vol. 43, no.2, pp. 162–170.
- Ho P.C., Palmer D.A., Wood R.H. Conductivity measurements of dilute aqueous LiOH, NaOH and KOH solutions to high temperatures and pressures using a flow-through cell. Journal of Physical Chemistry B, 2000, vol. 104, no. 50, pp. 12084–12089.
- Ho P.C., Bianchi H., Palmer D.A., Wood R.H. Conductivity of dilute aqueous electrolyte solutions at high temperatures and pressures using a flow cell. Journal of Solution Chemistry, 2000, vol. 29, no. 2, pp. 217–235.
- Щербаков В.Н., Лукашов Ю.Ю., Лукашов Ю.М. Электролитические свойства растворов гидроксида лития при высоких температурах и давлениях. Теплоэнергетика, 2013, № 4, с. 54–58.
- Akinfiev N. Thermodynamic description of alkali metal hydroxides over a wide range of temperatures, pressures and densities of aqueous. Proc. of the 16th International Symposium on Water-Rock Interaction (WRI-16) and 13th International Symposium on Applied Isotope Geochemistry (1st IAGC International Conference). E3S Web Conf. Volume 98, 2019.DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199805001.
- Plugatyr A., Carvajal-Ortiz R.A., Svishchev I.M. Ion-pair association constant for LiOH in supercritical water. J. Chem. Eng. Data, 2011, vol. 56(9), pp. 3637–3642. DOI: 10.1021/je2004808.
- Carvajal-Ortiz R.A., Plugatyr A., Svishchev I.M. On the pH Control at the Supercritical Water-cooled Reactor Operating Conditions. Nuclear Eng. and Design, 2012, vol. 248, pp. 340–342. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2012.03.038.
- Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. International Association for the Properties of Water and Steam. s.l.: IAPWS, 2007. Доступно на: http://www.iapws.org/relguide/IAPWS-95.html (дата обращения 30.03.2024).
- Svishchev I.M., Carvajal-Ortiz R.A., Choudhry K.I. Supercritical water, hydrogen production and ion association in nuclear power cycles. Proc. of the 16th International Conference on the Properties of Water and Steam. London, United Kingdom, 2013, September 1–5. Доступно на: https://www.researchgate.net/profile/Kashif-Choudhry-2/publication/259912260_Supercritical_water_hydrogen_production_and_ion_association_in_nuclear_power_cycles/links/0a85e52e8344da6b48000000/Supercritical-water-hydrogen-production-and-ion-association-in-nuclear-power-cycles.pdf (дата обращения 27.07.2024).
- Svishchev I.M., Carvajal-Ortiz R.A., Choudhry K.I., Guzonas D.A. Corrosion behavior of stainless steel 316 in sub- and supercritical aqueous environments: effect of LiOH additions. Corrosion Science, 2013, vol. 72, pp. 20–25.
- Guzonas D.A., Tremaine P., Brosseau F., Meesungnoen J., Jay-Gerin J.-P. Key water chemistry issues in a supercritical-water-cooled pressure-tube reactor. Nuclear Technology, 2012, vol. 179, p. 205.
УДК 621.039.58
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2024, № 3, c. 188–199
