Поступление взвешенных металлических примесей в теплоноситель первого контура определяется действием ряда источников: коррозия и эрозия конструкционных материалов, диффузия железа, хрома сквозь защитную пассивационную пленку и их последующее окисление в процессе поддержания термодинамической активности кислорода в контуре, нарушение целостности защитных пассивационных пленок, истирание трущихся элементов, проведение ремонтных работ. В связи с этим фильтрационная очистка ТЖМТ является необходимым средством технологии поддержания качества ТЖМТ.
Специалистами АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» был выполнен химический анализ ТЖМТ и проанализировано массовое распределение частиц по размерам в тяжелом теплоносителе с указанием зон работоспособности фильтра и отстойника. Из этих данных следует, что ~ 75 % по массе составляют частицы коллоидных размеров, d ~ 0,05–0,1 мкм, являющиеся шлакообразующими.
В тяжелом теплоносителе присутствуют и крупные частицы, но они не представляют большой опасности, т. к. не являются шлакообразующими и легко улавливаются не только фильтрами, но и отстойниками (буферная емкость). Данные выводы о роли частиц различного размера подтверждаются результатами расчетно-теоретического анализа накопления взвесей в различных элементах циркуляционного контура тяжелым теплоносителем (поверхности контура, фильтр, отстойники). В частности, для поверхностей активной зоны парогенератора поток частиц на стенку определяется частицами, размер которых составляет ~ от 0,01 до 0,3 мкм. Частицы такого размера могут удерживаться только фильтром.
Для обоснования фильтров в АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» были проведены сравнительные экспериментальные исследования широкого спектра фильтроматериалов для очистки ТЖМТ. Это стекло- и углеткани, иглопробивные полотна из металловолокон, гранулы из оксида алюминия Al2O3.
Наиболее высокой эффективностью очистки обладают фильтроматериалы на основе стеклоткани и иглопробивное полотно из металловолокон. Эти материалы и рекомендованы для применения в фильтрах для очистки ТЖМТ.
В АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» разработаны более 10 конструкций фильтров, применительно как для испытательных стендов, так и для контуров реакторов с ТЖМТ.
Аналогичные работы по исследованиям фильтрующих материалов, разработке конструкций и испытаниям образцов были проведены и для фильтров защитного газа.
В обоснование разрабатываемых газовых фильтров были проведены исследования по определению дисперсного состава и концентраций образующихся аэрозолей ТЖМТ при различных режимах работы установок. Эти исследования в течение нескольких лет были проведены специалистами АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» на экспериментальных исследовательских стендах, моделирующих реальные условия и режимы работы теплоносителей. Установлено, что в зависимости от температуры, состояния теплоносителя на границе раздела «газ-теплоноситель» концентрация и дисперсный состав образующихся тяжелых аэрозолей может изменяться в достаточно широких пределах: С=0,1–20,0 мг/м3, d=0,01–10,0 мкм.
На основании полученных результатов исследований предложена двухступенчатая очистка газовых контуров. Первая ступень – высокотемпературная (до 600 °С) предварительная очистка газа от крупных аэрозольных частиц (˃ 2,0 мкм). Вторая ступень – высокоэффективная очистка (99,95 %) от мелких аэрозолей (˃ 0,3 мкм). В соответствии с предложенной концепцией очистки были разработаны и успешно испытаны аэрозольные фильтры предварительной и высокоэффективной очистки с использованием фильтрующих материалов на основе металловойлока и стеклоткани.
