Ponderea energiei nucleare in acoperirea cerintelor viitoare de energie este in continua crestere pe plan mondial si in consecinta, au fost concepute si perfectionate diferite tipuri de reactoare nucleare. Avand in vedere ca scenariul energiei globale mondiale este dinamic, el necesita o evaluare periodica [1]. Liberalizarea pietelor de electricitate din ultimii ani a condus la cresterea competitivitatii diversilor furnizori de centrale, care se ocupa atat de instalatiile aferente centralelor clasice care intra in componenta centralelor nucleare cat si de piata combustibililor nucleari si a instalatiilor de producere a apei grele. Implementarea sistemelor nucleare avansate necesita gasirea atat a materialelor nucleare adecvate care sa reziste la arderi inalte cat si a tehnologiilor capabile sa le produca (fig.1)[1].

Fig.1(a) [1] Prezentarea schematica a etapelor de producere a energiei nucleare

Fig1(b)[1] Evolutia tipurilor de materiale aferente fiecarei etape de producere a energiei nucleare

Nivelul actual de maturitate al tehnologiei materialelor nucleare implica eforturi atat pentru a obtine arderi cat mai inalte ale combustibililor nucleari, traduse in productia de energie/ unitatea de cantitate de combustibil, cat si pentru a reduce costul energiei nucleare; acestea reprezinta principalele obiective ale reactorilor nucleari avansati[1].

In centralele nuclearo-electrice CANDU, ciclul energiei incepe cu fisiunea uraniului (Fig.2)[2]). Energia eliberata prin fisiune sub forma de caldura este ulterior folosita pentru aducerea apei la fierbere. Aburul produs prin fierberea apei este trimis apoi la turbina, unde caldura este convertita mai intai in energie cinetica si apoi in electricitate in generator. Electricitatea produsa este apoi introdusa in sistemul energetic national. In orice centrala nuclearo-electrica exista un sistem de comanda si control a instalatiilor care o compun, care ajusteaza puterea generata de reactor, astfel incat sa fie generata cantitatea dorita de electricitate. Deoarece in conditii normale de operare, generatorul este sincronizat cu statia generatoare de electricitate, cantitatea de energie electrica produsa de generator este conditionata de energia aburului admis in turbina.

Fig.2[2] Traseul energiei produse in instalatiile nucleare de putere

Un sistem simplificat de control si comanda al instalatiilor dintr-o CNE, prezentat in fig.3[2], include urmatorii trei parametri de intrare: puterea reactorului, presiunea aburului si puterea generata.

Fig.3[2] Schema simplificata a sistemului centralizat de comanda si control din CNE

Principala caracteristica a centralelor nuclearo-electrice PHWR CANDU o constituie utilizarea uraniului natural ca si combustibil nuclear si a apei grele atat ca agent de racire cat si ca moderator. Principalele sisteme incluse intr-o centrala CANDU sunt prezentate in figura 4[2].

Fig.4[2] Principalele sisteme existente intr-o CNE CANDU

Materialele nucleare pot fi grupate in doua mari categorii, dupa cum sunt localizate in miez sau in afara acestuia. Componentele miezului includ materialele care intra in ansamblurile combustibile si canalele din vecinatatea acestora prin care circula agentul de racire din circuitul primar, iar materialele din afara miezului sunt utilizate la constructia sistemelor din restul centralei nuclearo-electrice(fig.5)[1].

Fig.5[1] Prezentarea schematica a principalelor componente dintr-o centrala nuclearo-electrica: componentele miezului, cele din afara acestuia si restul componentelor din instalatia nucleara

Reactoarele CANDU PHWR (CANadian Deuterium Uranium Pressurized Heavy Water Reactors) incorporeaza doua sisteme complet independente si anume cel al moderatorului si cel al agentului de racire. Sistemul de transport al caldurii la temperatura si presiune inalta (HTS - Heat Transport System) este cel care asigura circulatia D₂O prin canalele de combustibil pentru a indeparta caldura produsa de fisiunea combustibilului.

In figurile 6[3] si 7[4] sunt prezentate schematic cele doua circuite de racire susmentionate.

Fig.6[3] Diagrama circuitelor dintr-o centrala nucleara CANDU PHWR

Fig.7[4] Prezentarea schematica a celor doua circuite de racire

dintr-o CNE CANDU 600

Sistemul de racire al moderatorului, aflat la presiune coborata, este cel care asigura circulatia moderatorului D₂O in jurul canalelor de combustibil si de acolo la schimbatoarele de caldura, pentru a indeparta caldura generata in sistemul moderatorului.

Centralele nucleare PHWR CANDU prezinta urmatoarele caracteristici specifice:

campuri intense de radiatii datorate iradierii cu neutroni si cu radiatii g, care pot produce schimbari microstructurale in materiale, care, la randul lor, pot afecta rezistenta la coroziune a materialelor respective;

folosirea de materiale speciale in miezul reactorului, cum sunt, de exemplu, aliajele de Zr, care au proprietati nucleare remarcabile, o rezistenta mecanica ridicata si o susceptibilitate redusa la coroziune;

produsii de fisiune rezultati in urma fisiunii combustibilului nuclear reactioneaza cu materialul tecii, care, deobicei este Zircaloy-ul 4;

in prezenta campului de radiatii din reactor are loc radioliza agentului de racire apos, in urma careia rezulta diversi ioni, radicali si specii puternic oxidante;

costul degradarilor aparute ca urmare a coroziunii componentelor este mult mai mare (de cateva ori) decat cel al degradarilor similare aparute in centralele de putere conventionale;

ca urmare a opririi instalatiilor nucleare, se va proceda la inlocuirea componentelor deteriorate;

in prezenta campului de radiatii din reactor va avea loc activarea produsilor de coroziune eliberati in agentul de racire si transportul lor la componentele aflate in afara miezului.

In vederea optimizarii pietii de energie, specialistii energeticieni s-au oprit in ultima vreme asupra unui scenariu, denumit 'Free Scenario'. S-a apelat la acest scenariu, in special, in ultimii 3 ani, cand pretul gazelor (cu precadere cele rusesti) a crescut vertiginos.Astfel, pretul actual al gazului importat este de cca.250-380$/1000m³. Din fericire pentru Romania, la sfarsitul lunii septembrie 2007, a intrat in functiune a doua unitate de la CNE Cernavoda, putandu-se astfel trece la urmatorul scenariu "2NPP"[5]. Principalele premize care au stat la baza acestui scenariu au fost urmatoarele:

necesitatea scaderii continue si constante a emisiilor de gaze(CO₂);

cresterea progresiva a preturilor gazelor si hidrocarburilor, incluzand dublarea pretului gazelor la fiecare 5 ani;

dublarea capacitatii nucleare instalate la Cernavoda de la 655 MWe la 1310 MWe putere neta.

Rezultatele prognozate a fi obtinute conform celui de-al doilea scenariu sunt prezentate in figurile 8 si 9[5]. Deoarece in 2015 se estimeaza ca se vor epuiza rezervele de uraniu, s-a prognozat ca in perioada 2010-2015 va fi produsa o cantitate de electricitate ceva mai mica (Fig.8).

Fig. 8[5] Repartitia resurselor primare de electricitate in Romania conform Scenariului "2 NPP"

Fig. 9[5] Repartitia productiei de electricitate functie de resursele primare conform Scenariului "2 NPP"in anii 2005 si respectiv 2020

Pentru a nu se ajunge la aceasta situatie nedorita, a fost emisa conceptia celui de-al treilea scenariu "4NPP" [5].

Cel de-al treilea scenariu analizat - '4NPP' -, este bazat pe cel anterior "2 NPP", avand urmatoarele ipoteze de intrare suplimentare:

gasirea si marirea progresiva a cantitatilor de energie rezultate din noi resurse energetice (in care este inclusa energia hidro si alte tipuri noi de energie astfel incat in ultima perioada a acestei etape, aceste tehnologii sa produca cca.32% din cantitatea totala de electricitate;

cresterea progresiva, moderata a costurilor resurselor de lignit si carbuni superiori;

limitarea progresiva a emisiilor de gaze(CO₂) in urma aplicarii tehnologiilor care folosesc lignitul si carbunii superiori; se prognozeaza ca aceste emisii sa scada cu cca. 25% la fiecare 5 ani;

construirea unitatilor 3 si 4 de la Cernavoda (655MWe/ unitate).

Astfel, capacitatea centralelor nucleare de producere a energiei electrice a crescut permanent, in special dupa 1986, cand aceasta a sporit cu cca. 1,5% anual. Aceasta crestere este datorata performantelor imbunatatite si majorarii unor factori de capacitate ai centralelor existente, care au fost obtinuti, in principal, prin ameliorarea performantelor combustibililor nucleari; de aici a rezultat necesitatea imbunatatirii continue a performantelor combustibililor nucleari. Chiar daca pretul uraniului pe pietele internationale a scazut in perioada 1976-2000, iar in perioada urmatoare - pana in 2020 - se prognozeaza o dublare a lui, exista inca premize suficiente pentru mentinerea optiunii pentru energia nucleara [5].

Factorul determinant al viitorului centralelor nucleare este competitivitatea intre costul energiei nucleare si al altor tipuri de energie electrica. In cazul centralelor nucleare, exista initial un cost foarte ridicat al structurii centralei, care, pe parcursul operarii acesteia, devine ulterior tot mai mic. Deci, rezulta mari castiguri economice prin maximizarea utilizarii centralelor. Acest lucru se poate obtine prin cicluri operationale cat mai lungi, prin micsorarea numarului de opriri neplanificate si perioade de oprire cat mai scurte. Actualmente factorul de incarcare al unei centrale nuclearo-electrice moderne este de cca.95%, iar ciclul unui combustibil este de cca.2 ani. In plus, un alt factor de care trebuie sa se tina cont este minimizarea cantitatii de deseuri radioactive, datorita facilitatilor limitate de stocare a acestora in perioada initiala si costului relativ ridicat de indepartare si respectiv tratare a deseurilor.

Datorita separarii celor doua circuite: ale moderatorului si agentului de racire, rezulta unele caracteristici foarte importante, specifice centralelor CANDU si anume:

variatiile in temperatura agentului de racire nu afecteaza in mod semnificativ reactivitatea; deci, o racire rapida a sistemului de transport al caldurii sau injectarea de apa grea rece in sistemul de transport al caldurii nu va avea ca efect o excursie a reactivitatii;

sistemul de racire al moderatorului nu-si aduce nici o contributie energetica la temperatura anvelopei in timpul sau respectiv dupa producerea unui accident LOCA (Loss of Coolant Accident). In schimb, moderatorul, care este un captor eficient de caldura, poate elibera caldura preluata de la combustibil in eventualitatea improbabila a unui accident LOCA coincident cu cresterea temperaturii miezului in caz de urgenta, chiar cand nu exista agent de racire in canalele de combustibil;

dispozitivele relativ simple de control a reactivitatii faciliteaza desfasurarea unor masuratori neutronice complexe si permit ca dispozitivele de control ale reactivitatii sa fie utilizate atat in sistemele de reglare a reactivitatii reactorului cat si in cele doua sisteme de siguranta, care pot fi anclansate pentru oprirea reactorului in caz de necesitate;

deoarece ambele sisteme prin care circula apa grea - cel al moderatorului si cel de transport al caldurii - sunt astfel proiectate incat sa fie foarte etanse, in cazul centralelor nuclearo-electrice PHWR n-au loc pierderi notabile de D₂O ca agent de racire, care sa implice oprirea reactorului;

timpul de rezidenta al agentului de racire utilizat pentru transportul caldurii - apa grea - in canalele de combustibil reprezinta o mica fractie din timpul necesar pentru ca agentul de racire sa efectueze o cursa completa prin sistemul de transport a caldurii. Deci, agentul de racire din sistemul de transport a caldurii asigura doar o mica fractie din moderarea neutronilor din reactor. Nivelul oxigenului din agentul de racire este relativ usor de mentinut in limite acceptabile pentru otelul carbon, permitand astfel utilizarea acestui material la executia tevariei majoritatii sistemelor de transport a caldurii.

Asa cum s-a aratat mai sus, sistemele de transport a caldurii din centralele CANDU asigura circulatia apei grele presurizate prin canalele de combustibil in scopul eliminarii caldurii rezultate in urma fisiunii combustibilului. Aceasta apa grea furnizeaza energia preluata Generatorului de Abur (Steam Generator - SG), care o transfera ulterior apei obisnuite, care, in final, se va transforma in abur. Aburul produs in Generatorul de Abur fie pune in miscare turbinele existente in centrala nuclearo-electrica, fie este livrat altor utilizatori. Apa grea a fost aleasa ca agent de transfer termic in centralele CANDU, deoarece este caracterizata printr-o absorbtie foarte scazuta a neutronilor si o capacitate calorica mare.

La constructia tevariei sistemelor de transport a caldurii din centralele CANDU sunt folosite otelurile carbon, care sunt ductile, relativ usor de sudat si inspectat. Materialelor utilizate pentru executia sistemelor de transport a caldurii le sunt impuse unele cerinte specifice in vederea limitarii coroziunii (cum ar fi, de exemplu continutul maxim de Cr) si pentru minimizarea producerii de izotopi radioactivi si a transportului activitatii in circuite(cum ar fi, de exemplu un continut cat mai redus de Co in material).

Exista doua cerinte de baza referitoare la chimismul apei din sistemele de transport a caldurii si anume:

• prima este mentinerea unei concentratii coborate de oxigen dizolvat care sa asigure viteze coborate de coroziune ale aliajelor de Zr si otelurilor carbon si
• a doua o constituie mentinerea unei alcalinitati adecvate pentru asigurarea unor viteze coborate de coroziune ale otelurilor carbon.

Principalele caracteristici ale sistemelor de transport a caldurii si ale sistemelor auxiliare de transport ale acesteia in centralele CANDU sunt urmatoarele:

agentul de racire din reactor circula printre elementele combustibile permanent in decursul operarii reactorului, opririi si operatiilor de intretinere ale acestuia;

sistemele de transport a caldurii (HTS) sunt controlate in conditii normale de sistemul de monitorare a presiunii si respectiv prin sistemele de control ale pierderilor;

sistemele de transport ale caldurii sunt protejate de aparitia unei suprapresiuni prin existenta unor ventile de siguranta si prin sistemele de reglare si respectiv oprire ale reactorului;

sistemul de racire in caz de oprire a reactorului, care este capabil sa opereze la temperatura si presiunea maxima din reactor, poate indeparta caldura de fisiune ramasa dupa oprirea reactorului si sa micsoreze temperatura in sistemele de transport a caldurii pentru a le facilita intretinerea. Acest sistem permite, de asemenea, drenarea agentului de racire D₂O de la pompele HTS si respectiv de la Generatorul de Abur in vederea inspectiei si/ sau intretinerii, mentinand totodata, racirea adecvata a combustibilului;

pentru mentinerea chimismului si puritatii agentului de racire din sistemele de transport a caldurii se folosesc urmatoarele operatii: filtrare, schimb ionic si diverse adausuri chimice;

sistemul de racire al miezului in caz de urgenta (Emergency Core Cooling System - ECCS) alimenteaza sistemele de transport a caldurii cu apa usoara in eventualitatea ca agentul de racire al reactorului este pierdut din sistemele de transport a caldurii.

Sistemul de transport al caldurii specific reactoarelor CANDU este astfel configurat incat sa limiteze viteza insertiei pozitive de reactivitate in reactor in eventualitatea improbabila a pierderii agentului de racire din sistemul de transport a caldurii.

Aranjamentul particular al sistemului de transport al caldurii este dependent de dimensiunea reactorului. Aranjamentul caracteristic sistemului de transport al caldurii din CANDU 6, care este specific reactoarelor CANDU de dimensiuni mici si medii, cuprinde doua bucle de racire (Fig.10)[4]).

Fig.10[4]. Schema sistemului de transport a caldurii (HTS)

dintr-o centrala CANDU 6

Fiecare bucla asigura circulatia agentului de racire D₂O presurizat printre cele 190 canale de combustibil localizate de o parte a planului central vertical al reactorului. Fiecare bucla contine: doua pompe, doua Generatoare de Abur, doua capete de intrare si iesire si tevile respective la care sunt conectate, toate pozitionate sub forma cifrei "8". In acest aranjament, pompele si Generatoarele de Abur apartinand fiecarei bucle HTS sunt conectate in serie. Feederii se conecteaza la capetele de la intrarile si iesirile canalelor de combustibil.

Curgerea prin canalele de combustibil este bidirectionala (adica in directie opusa in canalele adiacente). Feederii sunt astfel dimensionati incat debitul agentului de racire prin fiecare canal sa fie proportional cu puterea canalului mediata in timp si in consecinta, cresterea entalpiei agentului de racire mediata in timp va fi aproape identica in fiecare canal de combustibil.

Fig.11[2] Schema simplificata a sistemelor dintr-o CNE CANDU,

exceptand circuitul primar

Sistemul de transport a caldurii (HTS) dintr-o centrala CANDU indeplineste, in general, urmatoarele functiuni:

asigura transferul energiei termice de la sistemul primar de transport al caldurii la cel secundar, in vederea producerii aburului (fig.11[2]);

asigura transferul aburului produs in Generatorul de Abur la turbina de inalta presiune (HP);

asigura protejarea de inalta presiune a circuitului secundar al Generatorului de Abur;

asigura apa de alimentare fiecarui Generator de Abur si mentine constant nivelul apei in circuitul secundar al Generatorului de Abur;

asigura "calmarea" sistemului de transport a caldurii (HTS) dupa producerea unui cutremur de pamant.

Rolul Generatorului de Abur consta in transferul caldurii de la agentul de racire din reactor, care curge prin interiorul tuburilor Generatorului de Abur, la apa usoara care curge prin exteriorul lor, dupa care intra in circuitul secundar pentru a produce, in final, aburul care va merge la turbina.

In figura 12[4] este prezentata schema Generatorului de Abur. Dupa cum se vede si din figura, Generatorul de Abur consta din tuburi verticale indoite in forma de U, inconjurate de o manta cilindrica; echipamentul de separare a aburului este plasat in partea superioara a instalatiei. Prevenirea degradarii tuburilor Generatorului de Abur este deosebit de importanta in toate instalatiile nucleare cu ciclu indirect. In acest context, o atentie deosebita va fi acordata mentinerii riguroase a chimismului circuitului secundar existent in Generatorul de Abur si controlului aparitiei de specii chimice nedorite in circuitul secundar al acestor instalatii, datorita scurgerilor din sistemele aburului si respectiv apei de alimentare.

In acest scop, in circuitul secundar al unei centrale nuclearo-electrice CANDU este folosit tratamentul cu amine volatile (All Volatile Treatment - AVT), apa de adaus de inalta calitate si alte precautii ca: excluderea din instalatia Generatorului de Abur a aliajelor care contin cuprul ca constituient majoritar, folosirea de condensoare din titan bine etansate si optimizarea chimismului mediului apos in vederea minimizarii transferului de produsi de coroziune in Generatorul de Abur. Procesul eliberarii si depunerii produsilor de coroziune depinde, in principal, de urmatorii doi parametri: conditiile termo-hidraulice locale si caracteristicile fizico-chimice ale agentului de racire. Cu alte cuvinte, programul referitor la reglarea chimismului mediului apos reprezinta o modalitate de management a circuitului respectiv.

Pe baza datelor referitoare la instabilitatea termodinamica a materialelor metalice in medii apoase corozive, cercetatorii au incercat sa realizeze o cunoastere mai amanuntita a rezistentei lor la coroziune pentru a putea face o selectare a acestora functie de rezistenta lor la coroziune in diferite medii si implicit siguranta in exploatare a diverselor instalatii. Acest aspect prezinta o mare importanta practica, deoarece atunci cand comportarea unui aliaj dat este predictibila, exista posibilitatea prevederii unei posibile degradari a proprietatilor lui mecanice si implicit a comportarii lui ulterioare in exploatare dupa producerea unui atac coroziv.

Fig.12[4]. Schema Generatorului de Abur

Se stie ca produsii de coroziune care se depun pe componentele si conductele din oteluri carbon aferente circuitului secundar ai unei centrale nuclearo-electrice sunt deosebit de periculosi, deoarece pe langa ingreunarea transferului termic, ei creaza conditii favorabile si pentru producerea coroziunii sub stratul de depunere. In consecinta, numerosi cercetatori au urmarit impactul pe care il au diverse tipuri de depuneri asupra comportarii ulterioare la coroziune a materialelor existente in circuitul secundar, in conditii normale si respectiv anormale de functionare ale acestuia.

Desi coroziunea materialelor metalice este privita ca un proces de natura chimica, totusi majoritatea metalelor si aliajelor expuse intr-un mediu agresiv sufera in realitate o coroziune electrochimica. Principala caracteristica a unui proces electrochimic este faptul ca din el poate rezulta un curent exterior, asa incat din punct de vedere practic reactiile catodice sa poata fi separate de cele anodice si in anumite conditii, comportarea unui sistem dat metal/electrolit poate fi determinata executand masuratori ale potentialului de coroziune al metalului in circuit deschis.

In consecinta, experienta de pana acum a aratat ca folosirea tehnicilor electrochimice este utila in evaluarea comportarii la coroziune a diferitelor materiale utilizate intr-un mediu dat si clasificarii lor in ordinea rezistentei lor la coroziune uniforma, localizata si alte tipuri.

Mai mult, este bine cunoscut faptul ca viteza de coroziune a metalelor si aliajelor in electroliti aposi poate fi monitorata folosind testele in curent continuu [6-7].

Coroziunea otelurilor carbon in mediu apos la temperatura inalta se desfasoara, in general, conform modelului Potter-Mann, care implica formarea pe suprafetele care se corodeaza a unui strat duplex de produsi de coroziune [8]. Stratul interior este un oxid compact, fin-granulat care creste in directia metalului de baza, ocupand astfel volumul metalului care se corodeaza. Fierul corodat nu poate precipita cat timp ionii de Fe²⁺ difuzeaza prin stratul interior spre interfata oxid/ agent de racire. Daca agentul de racire este deja saturat in fier dizolvat, ionii de Fe²⁺ care vor rezulta din procesul de coroziune vor tinde sa suprasatureze stratul existent la limita fluidului, provocand precipitarea unui strat de oxid exterior. Magnetita din stratul exterior este de obicei, sub forma de cristale mai grosiere, octaedrice, cu dimensiunea de cativa microni.

Din cele aratate mai sus, reiese clar faptul ca fierul existent ca element majoritar de aliere in componentele feroase, este principalul raspunzator de eliberarea ionilor in solutie. Dintre acestia, o parte vor difuza prin stratul interior, contribuind la formarea stratului exterior de depunere, iar o alta parte va strabate ambele straturi, intrand in fluidul de la interfata otel carbon/ agent caloportor. Deoarece procesul de coroziune se desfasoara lent in timp, se poate presupune ca la un moment dat, poate apare o virtuala stare stationara, in care viteza de difuzie va fi egala cu viteza de injectare a fierului in stratul-limita de fluid, inainte de a se produce precipitarea care sa conduca la ingrosarea stratului exterior.

O prezentare schematica a echilibrului dinamic de la interfata otel carbon/ solutie este prezentata in figura 13[9].

Fig.13[9] Prezentarea schematica a echilibrului dinamic stabilit

la interfata otel carbon/ solutie

Principala caracteristica a circuitelor de racire din centralele nucleare de putere care creaza abur in scopul generarii electricitatii, este faptul ca acestea sunt executate din aliaje feroase. Avand in vedere ca materialul majoritar folosit la executia circuitului secundar dintr-o centrala nuclearo-electrica CANDU il constituie aliajele feroase, pe parcursul operarii centralei, ca rezultat al proceselor de coroziune care vor avea loc, se va produce acumularea magnetitei sau a altor compusi ferosi sau ferici in aceste circuite, atat sub forma unor filme aderente pe suprafetele metalice cat si ca particule mobile. Controlul oxigenului este un factor important in monitorarea coroziunii. Continutul de oxigen este, deobicei, redus prin mijloace mecanice la nivele foarte coborate in decursul perioadelor de operare neintrerupta. Pentru a reduce si mai mult continutul de oxigen, sunt folosite suplimentar mijloace chimice, deci substante chimice consumatoare de oxigen. Primul si probabil cel mai utilizat "consumator" de oxigen a fost sulfitul, care ulterior a fost inlocuit cu hidrazina. Avantajul acesteia din urma fata de sulfit consta in faptul ca fiind un compus organic, ea nu va contribui la cresterea cantitatii de suspensii solide prezente in sisteme si nici nu va da nastere la gaze cu caracter acid.

Pe baza datelor din literatura si a experientei in operare a centralelor nuclearo-electrice, a reiesit ca hidrazina (N₂H₄) este un "slab" consumator de oxigen. Totusi, in ciuda capacitatii ei limitate de a reactiona cu oxigenul, ea contribuie la reducerea marcanta a coroziunii materialelor prezente in circuite. In acelasi timp, desi ea reactioneaza destul de greu cu oxigenul, totusi ea are o capacitate recunoscuta de a forma filme pasive de oxid, in special pe componentele din otel carbon. Pe baza acestor caracteristici, ea se incadreaza, in principal, in categoria inhibitorilor de coroziune de tip pasivant si in plan secundar, in categoria substantelor consumatoare de oxigen.

Se stie ca controlul pH-ului mediului apos din circuitul secundar joaca un rol important in micsorarea coroziunii materialelor structurale ale acestui circuit. In vederea atingerii acestui scop, cercetarile au fost axate, in principal, pe intelegerea cauzelor si mecanismelor proceselor de coroziune. In acest context, s-a ajuns la concluzia ca factorii decisivi care le pot influenta, sunt valoarea pH-ului si compozitia chimica a mediului din circuitul secundar. In vederea minimizarii cantitatii de ioni metalici eliberati de aliajele feroase prezente in diferite zone ale circuitului secundar, s-a stabilit ca valoarea maxima admisa a pH-ului apei de alimentare sa fie 9,7. In acest scop, in majoritatea centralelor nuclearo-electrice din lume, este utilizat tratamentul cu amine volatile(AVT), acestea fiind morfolina si ciclohexilamina. O tehnologie mai noua de reglare a pH-ului mediului apos din circuitul secundar al CNE-urilor din SUA, utilizeaza doar morfolina la jumatate din centralele nuclearo-electrice, la altele fiind utilizata monoetanolamina (MEA) in locul ciclohexilaminei ca agent de reglare al pH-ului [10]. Pornind de la premizele susmentionate, Costa a testat actiunea pasivanta si a altor substante, cum ar fi carbohidrazida, hidrochinona, dietilhidroxilamina si metil-etil-cetona [11].

Actiunea de imbunatatire continua a calitatii apei de alimentare a circuitului secundar a avut uneori si efecte nedorite in sensul ca o crestere minora in nivelul unei impuritati a cauzat cresteri majore ale pH-ului in crevase. De aici rezulta ca o alta modalitate de reducere a coroziunii in crevasa este controlul echilibrului cation/anion, in scopul evitarii aparitiei unor medii caustice. Aceasta concluzie, adoptata de majoritatea unitatilor CNE din SUA si Japonia, implica reducerea admisiei de sodiu si implicit diminuarea procesului de hideout-return [12].

Cum coroziunea generalizata a otelurilor carbon din circuitul secundar este actualmente destul de bine controlata si, in consecinta, nu este periculoasa, accentul s-a pus pe gasirea acelui chimism al mediului apos din circuitul secundar, care sa aiba drept rezultat reducerea probabilitatii de producere a coroziunii localizate (IGA, SCC, pitting, coroziune in crevasa, etc). In figura 14[10] sunt prezentate schematic principalele fenomene care guverneaza producerea si transferul produsilor de coroziune ca si procesele de activare ale ambelor circuite, care au stat, de altfel, la baza intocmirii codului de calcul PACTOLE.

Fig.14 [10]. Schema principalelor procese implicate in producerea si transferul produsilor de coroziune si in activarea circuitelor dintr-o centrala nuclearo-electrica

Dintre principalele procese responsabile de producerea si transferul produsilor de coroziune, care au stat la baza intocmirii codului de calcul PACTOLE, amintim:

oxidarea metalului de baza conduce la formarea unui oxid aderent concomitent cu eliberarea unor produsi de coroziune;

cand concentratia unor elemente chimice care pot precipita depaseste valoarea lor de echilibru, are loc formarea unor depuneri, numite in mod uzual "crud";

trecerea in solutie(dizolvare) a unor depuneri are loc cand concentratia lor este adusa sub valoarea de echilibru;

principalul factor care controleaza dizolvarea depunerilor rezultate in urma coroziunii si respectiv precipitarea lor, este gradientul de concentratie aparut intre concentratia lor din blocul solutiei si cea de la suprafata metalului;

precipitarea se accentueaza in urma ciocnirilor particulelor, dimensiunile precipitatelor crescand pana la o anumita limita, determinata de hidrodinamica solutiilor;

particulele de diverse dimensiuni sunt preluate de agentul de racire, fiind transportate la pereti prin procesul de transfer de masa;

forta de adeziune a particulelor unele la altele si respectiv adeziunea lor la pereti se presupune a fi de origine magnetica;

depunerile formate se vor afla uneori sub influenta stresurilor de forfecare, iar alteori vor fi supuse eroziunii;

cand ionii si crudul trec prin miez, are loc activarea lor, si in special atunci cand crudul este depus pe suprafetele expuse in flux de neutroni;

o activare suplimentara a depunerii si/ sau a straturilor superficiale ar putea avea loc si prin difuzie moleculara.

Migrarea produsilor de coroziune sub actiunea unui gradient de concentratie va avea loc pana in momentul in care se va stabili un echilibru intre valoarea momentana a concentratiei acestora si concentratia lor la echilibru. Cu alte cuvinte, concentratia la echilibru va fi stabilita atunci cand va fi atinsa o valoare minima a concentratiei lor in circuit. Localizarea acestei valori minime pe curba solubilitatii compusului respectiv depinde de domeniul de temperatura pe care a avut loc procesul si de chimia locala a mediului. Concentratia unui element sau a unui compus intr-un punct al circuitului poate fi dedusa folosind relatiile care dau vitezele de dizolvare, de precipitare si respectiv de eliberare prin coroziune.

Se stie ca un sistem complex de tevi, cum este cel aferent circuitului secundar, include componente ca: pompe, fittinguri, reductoare, valve, suduri circumferentiale, etc. Unele componente mai intens solicitate necesita inspectii mai dese, dupa intervale de timp mai mici, in vederea identificarii tendintelor lor de deteriorare si prevederii perioadei in care vor fi necesare actiuni corective. Noua tehnica AUTOCAD (Computer-Aided Design) permite combinarea rezultatelor inspectiei cu display-ul sistemului de tevi. Acest sistem grafic va permite analiza mai rapida a proceselor si va accelera intelegerea relevantei acestor date [9].

In mod curent, se folosesc cateva strategii pentru minimizarea formarii de depuneri pe suprafetele interioare ale tevilor. Prima consta in minimizarea sursei de produsi de coroziune, care se traduce prin reducerea la minim a cantitatii de produsi de coroziune formati si transportati de apa de alimentare. A doua strategie, care urmareste acelasi scop, utilizeaza mijloace chimice sau mecanice pentru indepartarea depunerilor formate pe componentele din otel carbon folosind curatirea chimica si respectiv indepartarea slamului.

O a treia strategie potentiala pentru minimizarea depunerilor de produsi de coroziune pe suprafetele interne ale acestor componente din otel carbon este folosirea on-line a dispersantilor pentru a preveni aderarea produsilor de coroziune la aceste suprafete [8]. Dispersantii pot facilita indepartarea mai usoara si eficienta a filmelor superficiale de pe suprafetele de otel carbon printr-o simpla purjare. Referitor la utilizarea unor amine pentru conditionarea chimismului agentului termic din circuitul secundar, cercetatorii de la EDF au aratat ca, comparativ cu ciclohexilamina, alte amine ca: monoetanolamina, trietanolamina, etc., pot micsora continutul de suspensii solide si implicit impactul acestora asupra aparitiei problemelor de eroziune/coroziune si implicit asupra coroziunii asistate de curgere (Flow Assisted Corrosion -FAC) [8]. Un alt avantaj al utilizarii acestor amine consta in concentratia lor coborata necesara reglarii pH-ului agentului termic din circuitul secundar. In consecinta, utilizarea lor va influenta benefic asupra urmatorilor parametri:

costul operarii;

lungimea coloanei de rasina cationica in forma H si reducerea frecventei regenerarii rasinii;

modificarea concentratiei N₂H₄ in decursul operarii concomitent cu eliminarea NH₃;

cresterea concentratiei compusilor cu N₂ eliberati in mediu.

Alchilaminele, asigurand un bun control al pH-ului, reduc implicit vitezele de coroziune si respectiv pe cele de eliberare ale produsilor de coroziune din otelurile carbon. Comparativ cu amoniacul, aminele din aceasta clasa se folosesc in concentratii mult mai mici pentru obtinerea unui pH similar, ceea ce inseamna implicit un cost mai redus.