【優(yōu)選】三代壓水堆一回路冷卻劑pH調(diào)節(jié)PPT文檔

0電站背景介紹1電站材料的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的活化2電站冷卻劑pHT體系的確定0背景簡介機組基本系統(tǒng)機組基本流程圖0背景簡介（續(xù)）機組一回路用材料設備壓力容器燃料包殼主管道蒸汽發(fā)生器傳熱管穩(wěn)壓器成分錳-鎳-鉬低合金鋼（容器內(nèi)壁堆焊一層304不銹鋼）M5鋯合金奧氏體不銹鋼因科鎳690合金低合金鋼1材料的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的活化材料的腐蝕均勻腐蝕：輻射源項的重要來源。包括全面成膜腐蝕和無膜的全面腐蝕（機組選材已考慮耐蝕材料，但均可能腐蝕；且一回路表面積大，即使輕微的均勻腐蝕都會產(chǎn)生大量的腐蝕產(chǎn)物，特別是在高溫情況下。局部腐蝕：對系統(tǒng)完整性危害較大、且不易發(fā)現(xiàn)。鋯基合金在高溫水中的腐蝕，形成ZrO2層，引起包殼減?。ㄊ芩疁亍⒗鋮s劑流速、中子注量率、熱通量、冷卻劑鋰含量/氟含量/溶氧含量影響）；鋯合金吸氫（因腐蝕產(chǎn)生原子氫）使包殼脆化：Zr+2H2O→ZrO2+2H2鋯合金燃料污染物沉積：阻礙熱傳遞，引起局部過熱，導致CIPS，促進局部腐蝕。鎳基合金PWSCC：軋制退火的因科涅600合金常有發(fā)生，溶液電化學電位在NiO/Ni相變值時，鈍化膜表現(xiàn)得很脆弱，穩(wěn)定性很差，會誘發(fā)裂紋，裂紋生長速率達到最大值（冷卻劑溫度、材料加工過程的殘余應力、微觀結(jié)構(gòu)、制造工藝、熱處理工藝、溶氫含量等對其有影響；因科涅690TT合金極耐PWSCC）。1材料的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的活化（續(xù)）材料的腐蝕（續(xù)）局部腐蝕：對系統(tǒng)完整性危害較大、不易發(fā)現(xiàn)。SCC不銹鋼（三要素：鹵素/氧、殘余應力、材料）a一回路管道異種金屬焊接SCCbCRDM上部密封焊部位SCC1材料的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的活化（續(xù)）腐蝕產(chǎn)物的活化：材料腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物釋放、遷移，并在堆芯沉積，被照射后活化。當其重新釋放、遷移并沉積在堆芯外表面，將會導致堆芯外輻照水平上升，增加工作人員的受照劑量，尤其在機組大修中。材料腐蝕-遷移-沉積-活化過程2冷卻劑pHT體系的確定冷卻劑pHT值是指在機組功率運行期間，在一回路冷卻劑溫度（通常指300℃，有時也指反應堆進出口冷卻劑的平均溫度，本文指300℃）下溶液pH值。該值與冷卻劑中含有的酸、堿物質(zhì)及濃度有關(guān)。調(diào)節(jié)一回路pHT值在合適范圍內(nèi)，可降低材料的腐蝕。調(diào)節(jié)一回路pHT值在合適范圍內(nèi)，對腐蝕產(chǎn)物的溶解度和穩(wěn)定性產(chǎn)生作用，從而減少腐蝕產(chǎn)物的釋放以及其在系統(tǒng)表面的再沉積，進而降低腐蝕產(chǎn)物在堆芯的活化和后續(xù)的輻照場的形成。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對材料腐蝕的影響均勻腐蝕實驗數(shù)據(jù)和電站運行經(jīng)驗表明，冷卻劑pHT值處于微堿性區(qū)域時各種材料的腐蝕速率均較低（見下圖）。pHT

時，因科鎳合金、不銹鋼的均勻腐蝕速率和釋放速率最低。pHT由升至，因科鎳合金、不銹鋼的腐蝕速率和釋放速率不斷降低，雖然在pHT接近時降低效應減弱。碳鋼腐蝕速率與pHT關(guān)系2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對材料腐蝕的影響（續(xù)）局部腐蝕鋯合金腐蝕：LiOH含量對鋯合金腐蝕有影響，而LiOH含量影響pHT。鎳基合金PWSCC實驗表明，pH310℃~時對誘發(fā)鎳基材料出現(xiàn)PWSCC的影響非常?。╬H310℃時誘發(fā)PWSCC時間最短）。pH310℃~時，PWSCC裂紋生長速率基本不受影響（溶氫對600合金PWSCC有影響）。~7ppmLi或60~3200ppmB亦對PWSCC裂紋生長速率無影響。不銹鋼SCC：主要受鹵素、溶氧含量影響，pHT對其影響可忽略。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響當材料腐蝕后，冷卻劑pHT值將會影響腐蝕產(chǎn)物的溶解度和穩(wěn)定性，進而影響其釋放、遷移、沉積、活化等過程。pHT的調(diào)節(jié)原則是盡量降低腐蝕產(chǎn)物在堆芯外的溶解度，從而減少其向堆芯遷移；同時在堆芯內(nèi)盡量維持腐蝕產(chǎn)物的溶解度與堆芯溫度正相關(guān)，從而使堆芯沉積的腐蝕產(chǎn)物向外遷移，減少腐蝕產(chǎn)物在堆芯的沉積，從而降低活化腐蝕產(chǎn)物量。實驗結(jié)果、理論計算、電站經(jīng)驗反饋結(jié)果表明，在整個循環(huán)過程中維持冷卻劑高pHT體系有利于材料腐蝕控制和腐蝕產(chǎn)物釋放，從而對于輻照場控制、停堆水化學有利。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物溶解度影響實驗室數(shù)據(jù)：pHT值在中性到微堿性范圍（），鎳氧化物、磁性氧化鐵、鎳鐵酸鹽等的溶解度較低。金屬氧化物溶解度隨不同pHT值的變化關(guān)系2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物溶解度影響（續(xù)）熱力學計算結(jié)果：結(jié)果較分散，但當pHT區(qū)域，鎳氧化物和鎳金屬溶解度最?。欢攑HT區(qū)域，磁性氧化鐵和鎳鐵酸鹽的鐵溶解度最小。在役PWR一回路冷卻劑取樣結(jié)果反饋：pH對腐蝕產(chǎn)物含量有重要影響，某電站當冷卻劑pHT從升至時，可溶的腐蝕產(chǎn)物濃度下降2個數(shù)量級,這樣從設備上釋放的腐蝕產(chǎn)物減少，對降低腐蝕產(chǎn)物向堆芯遷移有利。上述結(jié)果確認大多腐蝕產(chǎn)物在pHT范圍內(nèi)溶解度最低，但仍難以確定pHT的最優(yōu)值，需要結(jié)合在役機組的實際運行情況確定。機組一回路冷卻劑采取高且恒定pHT策略，通過冷卻劑加入氫氧化鋰的方式調(diào)節(jié)pHT，降低材料腐蝕，控制輻照場。對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）若某指標超規(guī)范，應按照規(guī)范要求及時采取措施。~7ppmLi或60~3200ppmB亦對PWSCC裂紋生長速率無影響。前述實驗結(jié)果、理論計算、電站反饋結(jié)果表明，在整個循環(huán)過程中冷卻劑采用高pHT體系有利于材料腐蝕控制和腐蝕產(chǎn)物釋放，從而對于輻照場控制、停堆水化學有利。pHT調(diào)節(jié)體系不同，分別為高且恒定pHT體系和修正pHT體系。pHT時，因科鎳合金、不銹鋼的均勻腐蝕速率和釋放速率最低。均勻腐蝕：輻射源項的重要來源。PWR機組一回路冷卻劑pHT調(diào)節(jié)方法包括：不論哪種方式，均包括恒定鋰含量和恒定pHT調(diào)節(jié)。不銹鋼SCC：主要受鹵素、溶氧含量影響，pHT對其影響可忽略。若某指標超規(guī)范，應按照規(guī)范要求及時采取措施。還有另外方式，如在循環(huán)中段維持恒定鋰含量，在循環(huán)之初和循環(huán)后期維持恒定pHT。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）實驗表明，pH310℃~時對誘發(fā)鎳基材料出現(xiàn)PWSCC的影響非常?。╬H310℃時誘發(fā)PWSCC時間最短）。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）pHT對放射性活度和輻照場的影響一回路冷卻劑高溫pH無法直接測量，只能通過冷卻劑硼含量和鋰含量計算而來。PWR機組一回路冷卻劑pHT調(diào)節(jié)方法包括：恒定pHT體系，也稱硼-鋰協(xié)調(diào)處理，在整個燃料循環(huán)內(nèi)盡量維持冷卻劑pHT恒定。目標pHT范圍。修正pHT體系，將燃料循環(huán)按硼含量分為幾段，分別維持鋰含量在不同恒定值，這樣隨機組運行硼含量的降低，pHT逐步增加。這種體系通常包括兩段連續(xù)部分，即循環(huán)之初維持恒定鋰含量，pHT隨之上升，然后通過硼-鋰協(xié)調(diào)維持恒定pHT。還有另外方式，如在循環(huán)中段維持恒定鋰含量，在循環(huán)之初和循環(huán)后期維持恒定pHT。不論哪種方式，均包括恒定鋰含量和恒定pHT調(diào)節(jié)。修正pHT體系作為平衡高鋰含量（增加燃料包殼腐蝕風險）和低pHT值（增加污染物在堆芯沉積并引起堆芯外高輻照場的風險）的手段。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）pHT對放射性活度和輻照場的影響（續(xù)）PWR機組一回路冷卻劑pHT調(diào)節(jié)方法包括（續(xù)）：高pHT體系，通過提高鋰含量維持整個燃料循環(huán)pHT≥。高鋰并非僅指pHT體系，而是綜合應用上述兩種控制體系，即高恒定pHT體系和高修正pHT體系。高恒定pHT體系即指整個循環(huán)pHT恒定且≥；而高修正pHT體系指整個循環(huán)pHT≥，但并非恒定。一回路典型的pHT體示意圖2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）pHT對放射性活度和輻照場的影響（續(xù)）各國電站實際運行實踐表明：Sizewell電站：運行在修正pHT體系（初期pHT，目標pHT）較運行在修正pHT體系（初期pHT，目標pHT）冷卻劑比活度、劑量率均降低。某電站：運行在高恒定pHT較運行在修正pHT體系（初期pHT，目標pHT）冷卻劑比活度降低30%、停堆時Co-58釋放量降低、劑量率降低28%。Beznau電站：pHT由升至，可溶性腐蝕活化產(chǎn)物比活度降低10倍，Co-58、Co-60比活度分別降低2倍、3倍。法國電站：采用修正pHT體系（目標pHT由升至），未見明顯利弊，故1997年全部PWR均采用修正pHT體系（目標pHT）。德國電站：采用修正pHT體系較恒定pHT體系，冷卻劑比活度、劑量率明顯降低。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）機組冷卻劑pHT體系的確定前述實驗結(jié)果、理論計算、電站反饋結(jié)果表明，在整個循環(huán)過程中冷卻劑采用高pHT體系有利于材料腐蝕控制和腐蝕產(chǎn)物釋放，從而對于輻照場控制、停堆水化學有利。機組采用富集硼酸進行反應性化學補償控制，循環(huán)初期總硼含量相對較低，pH調(diào)節(jié)手段更加靈活。綜合各因素，機組確定采用高且恒定pHT體系，目標pHT，而且盡量在循環(huán)初期甚至更早的熱停階段即達到目標pHT。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）機組pHT的調(diào)節(jié)富集硼酸（EBA）的使用機組采用高富集因子燃料，根據(jù)燃料管理要求，采用B-10富集度不小于37%的EBA進行反應性補償控制。這主要來自德國電站反饋，具體原因：高富集因子燃料或MOX燃料的使用要求大修停堆硼含量增加。德國法規(guī)要求機組的任何長大修停堆必須僅利用硼酸，而不能借助控制棒插入即可實現(xiàn)機組達到次臨界狀態(tài)。冷卻劑高pHT對于材料腐蝕及劑量控制有利，但這要求鋰含量更高，應平衡考慮鋰對燃料包殼的潛在影響。已有硼酸儲存箱容量無法滿足要求，從節(jié)約成本角度考慮。機組正常功率運行期間，一回路總硼濃度不超過1200mg/kg（EBA）。2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）機組pHT的調(diào)節(jié)（續(xù)）氫氧化鋰含量的控制機組一回路冷卻劑采取高且恒定pHT策略，通過冷卻劑加入氫氧化鋰的方式調(diào)節(jié)pHT，降低材料腐蝕，控制輻照場。由于采用高富集因子的燃料，循環(huán)初期，硼含量較高，為了維持恒定pHT，鋰含量勢必也會較高，因此需要評估鋰對燃料包殼和冷卻劑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料造成的可能影響。鋰對燃料包殼的影響：實驗室和實驗堆研究表明，鋯合金雖對鋰敏感，但分別在4mg/L、10mg/L鋰含量（總硼分別為600、1000mg/L），運行時間超過600天的情況下，均未出現(xiàn)M5合金腐蝕加速現(xiàn)象。目前國際上大多PWR在最大鋰含量下運行，包殼狀態(tài)良好；少數(shù)幾個PWR則在最大鋰含量6mg/L下運行，包殼未見異常。~7ppmLi或60~3200ppmB亦對PWSCC裂紋生長速率無影響。局部腐蝕：對系統(tǒng)完整性危害較大、且不易發(fā)現(xiàn)。~7ppmLi或60~3200ppmB亦對PWSCC裂紋生長速率無影響。PWSCC：軋制退火的因科涅600合金常有發(fā)生，溶液電化學電位在NiO/Ni相變值時，鈍化膜表現(xiàn)得很脆弱，穩(wěn)定性很差，會誘發(fā)裂紋，裂紋生長速率達到最大值（冷卻劑溫度、材料加工過程的殘余應力、微觀結(jié)構(gòu)、制造工藝、熱處理工藝、溶氫含量等對其有影響；高鋰含量可能會引起因科鎳600合金PWSCC，而690TT合金及其焊接金屬無此風險。機組采用高富集因子燃料，根據(jù)燃料管理要求，采用B-10富集度不小于37%的EBA進行反應性補償控制。pHT對放射性活度和輻照場的影響（續(xù)）機組pHT的調(diào)節(jié)（續(xù)）三代機組、二代機組分別采用富集硼酸（B-10富集度不小于37%）、天然硼酸。一回路典型的pHT體示意圖對腐蝕產(chǎn)物行為的影響（續(xù)）若某指標超規(guī)范，應按照規(guī)范要求及時采取措施。高pHT體系，通過提高鋰含量維持整個燃料循環(huán)pHT≥。高鋰并非僅指pHT體系，而是綜合應用上述兩種控制體系，即高恒定pHT體系和高修正pHT體系。不論哪種方式，均包括恒定鋰含量和恒定pHT調(diào)節(jié)。pHT的調(diào)節(jié)原則是盡量降低腐蝕產(chǎn)物在堆芯外的溶解度，從而減少其向堆芯遷移；pHT對放射性活度和輻照場的影響（續(xù)）1材料的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的活化（續(xù)）2冷卻劑pHT體系的確定（續(xù)）機組pHT的調(diào)節(jié)（續(xù)）氫氧化鋰含量的控制（續(xù)）鋰對一回路結(jié)構(gòu)材料敏感性的影響運行反饋表明，如維持冷卻劑水化學工況在規(guī)范要求內(nèi)，鋰含量不會引起一回路奧氏體不銹鋼、鎳基690TT合金及與其焊接金屬的SCC。不銹鋼出現(xiàn)裂紋大多由于過冷加工和局部的化學污染，如富氧且有鹵素或硫酸根離子存在時。雖如此，仍應防止不銹鋼設備縫隙區(qū)域鹽類隱藏而引起的苛性腐蝕。ANP實驗表明，如果在循環(huán)壽期末硼含量限值得到遵守，則氫氧化鋰在縫隙環(huán)境的濃縮不足以引起苛性腐蝕。高鋰含量可能會引起因科鎳600合金PWSCC，而