Het primaire circuit in PWR’s

Diagram of three-circuit water-steam reactor

Drukwaterreactoren (PWR’s) zijn doorgaans ontworpen met een derde watercircuit. Dit naast de twee die ook te vinden zijn in andere thermische energiecentrales (bijvoorbeeld kokendwaterreactoren (BWR's) of kolengestookte en geothermische centrales). In dit zogenaamde primaire circuit absorbeert het water de warmte die door kernsplitsing vrijkomt en transporteert deze naar het secundaire circuit. Dit extra circuit zorgt er voor dat radioactief materiaal daar blijft en zich niet verspreidt naar het secundaire circuit en potentieel naar de omgeving.

Dit extra watercircuit brengt een aantal specifieke eisen met zich mee ten aanzien van de chemische analyse en monitoring.


Boorzuur bepalen …

Het water in het primaire circuit van PWR’s bevat opgelost boorzuur. Dit boorzuur, en de 10B isotoop in het bijzonder, dient als moderator. Het boorzuur vangt de neutronen die bij de kernsplitsing ontstaan, wat de nucleaire kettingreactie op gang houdt, en zijn zo verantwoordelijk voor de reactiviteit van de reactor. Omdat de concentratie zo'n belangrijke rol speelt, is de bepaling van boorzuur in het primaire circuit van groot belang met betrekking tot de veiligheid en efficiëntie van de reactor.

… in het lab

Omdat boorzuur met een zuurconstante van Ka1 5.75·10-10 een zwak zuur is, is het moeilijk te titreren. Om de titratie te vergemakkelijken moeten polyalcoholen, bijvoorbeeld mannitol, worden toegevoegd aan het boorzuur. Dit leidt tot de vorming van een complex met een grotere zuursterkte, dat zich gedraagt als een monovalent zuur en kan worden getitreerd met een NaOH-oplossing.

In het geval van handmatige titratie vereist de vorming van dit complex veel werk en nauwkeurige pipetteren van monster, gedestilleerd water en mannitol-oplossing om nauwkeurige resultaten te kunnen bereiken. Geautomatiseerde titratie is dus zeker een betere oplossing.

Metrohm biedt een volledig geautomatiseerd systeem voor de analyse van boorzuur. 

> Lees meer over de Robotic Acid Analyzer

… en in het proces

Online Process analyzer voor titraties, Karl Fischer tiraties en meer

De splijtstofelementen kunnen tijdens werking in de PWR’s niet worden omgewisseld. Dit maakt het noodzakelijk ter plekke een reserve brandstof te hebben bij het begin van een werkcyclus. De overmaat aan activiteit in de reactor die aan deze reserve brandstof kan worden toegerekend, kan worden geregeld door de boorzuurconcentratie in de reactor aan te passen. Aangezien brandstoffen opbranden, moet de boorzuurconcentratie worden verlaagd om de reactor in bedrijf te houden. Het instellen van de juiste boorzuurconcentratie in het primaire circuit is dus van cruciaal belang voor een veilige en efficiënte werking van een PWR.

Dit kan worden bereikt door de boorzuurconcentratie nauwgezet te monitoren. De Metrohm Process Analytics 2026 Titrolyzer en ADI 2045TI Analyzers maken het mogelijk om de boorzuurconcentratie quasi-continu te bepalen door middel van een potentiometrische titratie.

> Lees meer over de 2026 Titrolyzer

> Lees meer over de ADI 2045TI Process Analyzer

Bepaling van lithium

Chromatogram of a lithium determination

Het boorzuur dat wordt toegevoegd aan het primaire circuit van de PWR verlaagt de pH en verhoogt de kans op corrosie. Om dit effect tegen te gaan wordt een alkaliserend middel, meestal de mono-isotoop lithiumhydroxide (7Li), toegevoegd aan het primaire circuit. Dus ook de lithiumconcentratie moet worden gemeten. Dit kan met ionchromatografie in combinatie met intelligente partial loop injection (MiPT). 

> Lees meer over de bepaling van lithium met ionchromatografie

> Lees meer over ionchromatografie

Bepaling van metaalkationen in het primaire circuit

Chromatogram Ni, Zn, Ca, Mg

Ook sommige metaalkationen moeten in het primaire circuit van een PWR worden gemeten. Nikkel is een belangrijk legeringsmetaal dat de corrosieweerstand van staal versterkt. Echter, in ionische, opgeloste vorm, bevordert nikkel corrosie, zodat regelmatige metingen van de nikkelconcentratie nodig zijn.

Verarmd zink wordt vaak toegevoegd om de radioactiviteit op oppervakken van componenten te verminderen en om corrosie van metalen oppervlakken te beperken. Dit kation moet dus ook regelmatig worden gecontroleerd.

Deze kationen kunnen met ionchromatografie worden bepaald tot in het sub µg/l bereik.Vanwege de aanwezigheid van boorzuur en lithiumhydroxide vereist de bepaling van deze kationen gecombineerde inline preconcentratie en matrixeliminatie.

> Bekijk hier de applicatie

> Lees meer over Metrohm ionchromatografie

Downloads

Meer toepassingen en producten

Detail of turbine

Turbine- en smeeroliën

Turbine- en smeeroliën worden in energiecentrales blootgesteld aan extreme omstandigheden. Tal van internationale normen definiëren de eisen en testprocedures voor in-service onderhoud van de turbines.

De ASTM D 4378 norm specificeert dat het zuur- en het basegetal moeten worden bepaald met potentiometrische titratie en het watergehalte met Karl Fischer titratie.

Metrohm titratie Karl Fischer titratie

Process Analytics Applications

Wij hebben 40 jaar van onze ervaring in procesanalyse gebundeld in een handboek. U vindt hierin een overzicht van de belangrijkste applicaties die wij aan klanten hebben verkocht in verschillende industriële sectoren, zoals chemische en petrochemische, halfgeleider, energie, farmaceutische, automobiel- en luchtvaartindustrie,  etc...

Download applicatie handbook (pdf 27 MB)