核電機(jī)組啟動(dòng)階段的一回路水化學(xué)控制

核電機(jī)組啟動(dòng)階段的一回路水化學(xué)控制摘要：壓水堆核電站具有功率密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、安全控制容易、技術(shù)成熟、成本和發(fā)電成本相對較低的特點(diǎn)。它是世界上使用最廣泛的商用核電站，占輕水堆核動(dòng)力機(jī)組總數(shù)的3/4。高溫高壓輕水作為一回路冷卻劑、慢化劑和二回路工作介質(zhì)。主系統(tǒng)冷卻劑在強(qiáng)輻射條件下工作。因此，核電站的水化學(xué)問題，如放射性污染、設(shè)備和材料的腐蝕、水質(zhì)的保證和控制等變得非常復(fù)雜和嚴(yán)重。多年來，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)或?qū)＜覍穗娬舅瘜W(xué)進(jìn)行了大量的研究工作。通過對水化學(xué)的控制，減少了腐蝕和放射性污染，從而維護(hù)了反應(yīng)堆的運(yùn)行安全，提高了核電站的可用性，效果顯著。關(guān)鍵詞：核電機(jī)組；啟動(dòng)階段；一回路；水化學(xué)控制1、 前言作為包含核心的系統(tǒng)回路，系統(tǒng)設(shè)備長期處于高溫、高壓、高輻射環(huán)境中。為了保證系統(tǒng)設(shè)備在使用壽命期內(nèi)安全可靠地運(yùn)行，水化學(xué)控制是必不可少的。一次水化學(xué)主要從兩個(gè)方面影響機(jī)組的運(yùn)行安全：一是影響一次回路邊界的完整性；二是影響堆芯外的輻射劑量水平。實(shí)踐表明，為了提高一回路水化學(xué)控制水平，減少腐蝕，減少放射性污染，除加強(qiáng)正常運(yùn)行期間水質(zhì)的監(jiān)督控制外，機(jī)組啟動(dòng)階段的水質(zhì)控制也顯得尤為直接和必要，對后續(xù)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的水化學(xué)有著直接而深遠(yuǎn)的影響。2、 啟動(dòng)期間的水化學(xué)指標(biāo)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，通常只進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)或大修，所有重要設(shè)備和管道容器長期處于停（備）開狀態(tài)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量雜質(zhì)和腐蝕。應(yīng)嚴(yán)格控制含氧量及其它各項(xiàng)指標(biāo)，尤其是含氧量高的水質(zhì)指標(biāo)。

氧本身是一種活性腐蝕元素，也是其他元素腐蝕不銹鋼的催化劑。當(dāng)溫度超過120C時(shí)，會(huì)引起不銹鋼和燃料包殼的應(yīng)力腐蝕。因此，在反應(yīng)堆冷卻劑溫度升至120C之前，溶解氧含量必須控制在100〃g/kg以內(nèi)，因此在化學(xué)平臺(tái)期間加聯(lián)氨進(jìn)行除氧，確保主系統(tǒng)和穩(wěn)壓器溶氧小于100〃g/kg，否則應(yīng)停止升溫和機(jī)組上升，直到溶解氧合格為止。2.2氫水在高輻射環(huán)境中的分解反應(yīng)是可逆的。加氫可以有效地抑制水的輻射分解，從而減少氧化產(chǎn)物的生成，使一回路系統(tǒng)處于還原環(huán)境中。氫對冷卻劑輻射分解的影響如圖1所示。S.WHjS.WHj-$JO|±m(xù)ni/[-的叫沙-圖1:水輻照分解關(guān)系圖從圖中可以看出，在硼酸水溶液中引入活時(shí)，隨著心濃度的增加，水輻照分解（即輻解產(chǎn)氫）的閾值越高。當(dāng)氫濃度達(dá)到640〃mol/L時(shí)，相當(dāng)于每升水14mlH2（標(biāo)準(zhǔn)條件），基本不產(chǎn)生輻解氫，水的輻照分解可忽略不計(jì)。2.3pH值PH值是反應(yīng)堆冷卻劑化學(xué)的關(guān)鍵參數(shù)?；芈废到y(tǒng)的腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的釋放、遷移、沉積和活化與pH值有關(guān)。在機(jī)組啟動(dòng)過程中，反應(yīng)堆冷卻劑的pH值也會(huì)影響聯(lián)氨的除氧率。核電站一般根據(jù)硼鋰協(xié)調(diào)曲線進(jìn)間接判斷pH是否滿足要求如圖2,pH為300C時(shí)的pH數(shù)值。RCP?? 集直史■WRCP?? 集直史■W:㈣，圖2：B-Li協(xié)調(diào)曲線2.4其他雜質(zhì)離子對一次測系統(tǒng)設(shè)備造成嚴(yán)重危害的雜質(zhì)離子有氟離子、氯離子、鈣鎂鋁離子、二氧化硅等，其來源通常包括反應(yīng)堆冷卻劑補(bǔ)給水、現(xiàn)場使用的密封材料、焊渣等，當(dāng)鈣、鎂、鋁離子和二氧化硅濃度較高時(shí)，氯氟離子的存在會(huì)加劇不銹鋼的應(yīng)力腐蝕，特別是在高溫下。在燃料包殼上會(huì)形成硬的負(fù)溫度系數(shù)沉積物，降低傳熱效率，引起局部過熱，損壞包殼。機(jī)組啟動(dòng)初期，這些雜質(zhì)離子的含量通常比較高，應(yīng)在第一時(shí)間將其調(diào)整到一個(gè)合理的限度，如某核電要求氟化氯離子小于150ug/kg，鈣鎂鋁離子小于50ug/kg，二氧化硅含量小于100ug/kg。3、啟動(dòng)期間的水質(zhì)調(diào)控措施3.1補(bǔ)水控制從源頭上控制補(bǔ)給水，可以有效避免雜質(zhì)離子的引入。其手段主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，在機(jī)組啟動(dòng)前，應(yīng)制定合理有效的系統(tǒng)沖洗方案，對一回路系統(tǒng)進(jìn)行徹底沖洗和凈化，消除殘余雜質(zhì)，保證一回路系統(tǒng)范圍內(nèi)的管道設(shè)備足夠清潔。另一方面，定期監(jiān)督補(bǔ)給水源，如補(bǔ)給水箱、硼和補(bǔ)水水箱等，嚴(yán)格控制水源水質(zhì)指標(biāo)符合規(guī)范?；瘜W(xué)平臺(tái)是指機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，溫度在80-120度之間，壓力不大于3.0MPa.g時(shí)，在NS/RRA模式下對一次冷卻劑化學(xué)進(jìn)行集中調(diào)整的階段，它必須通過化學(xué)平臺(tái)在這個(gè)有限的時(shí)間窗口內(nèi)調(diào)節(jié)一次冷卻劑的溶解氧和化學(xué)平臺(tái)之后加氫氧化鋰調(diào)節(jié)pH值。（1） 溶解氧調(diào)節(jié)聯(lián)氨在核電站中廣泛使用。聯(lián)氨是一種非常有效的化學(xué)除氧劑，可以降低水中的溶解氧。反應(yīng)式為NH+0=N+2H0。理論上，聯(lián)氨和氧按1:1的物質(zhì)量產(chǎn)生氮24 2 2 2和水。實(shí)際上，聯(lián)氨除氧的難點(diǎn)在于聯(lián)氨的量是不確定的。如果聯(lián)氨不足，冷卻液中的溶解氧繼續(xù)不合格，從而延誤機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間；如果聯(lián)氨過多，溶解氧很快就會(huì)合格，但隨著主系統(tǒng)溫度的升高，過量的聯(lián)氨會(huì)分解成NH3、N2和H2，這將進(jìn)一步影響除鹽床的運(yùn)行，并延遲機(jī)組上行時(shí)間。在機(jī)組啟動(dòng)階段，影響聯(lián)氨除氧的因素很多。（2） PH調(diào)節(jié)世界上使用最廣泛的參考標(biāo)準(zhǔn)是Ph（300°C）=7.2,它可以降低材料的腐蝕，降低由于反應(yīng)堆冷卻劑中腐蝕產(chǎn)物遷移和活化而增加的劑量率。壓水堆的pH調(diào)節(jié)是通過硼鋰配位實(shí)現(xiàn)的。機(jī)組啟動(dòng)階段，反應(yīng)堆冷卻劑硼濃度為2100-2300mg/kg。此時(shí)要注意兩點(diǎn)：一是鋰含量不得超過規(guī)范限值；二是，LiOH的量必須以隨時(shí)調(diào)整的硼濃度為基礎(chǔ)，以便在循環(huán)期間將一回路的pH值保持在建議的水平。3.3容控箱氫氣覆蓋加氫的主要目的是抑制水的輻射分解，從而減少氧化產(chǎn)物的生成。氫含量應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。如果氫含量過低，則不足以抑制水的輻射分解。如果氫含量過高，燃料包殼中鋯合金的氫脆和蒸汽發(fā)生器傳熱管一次側(cè)應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)將大大增加。一回路在容積控制箱中用氫氣覆蓋連續(xù)加氫，使其含量保持在25-35mg/kg之間，氧濃度通常低于5ug/kg，因此不再需要定期檢測溶解氧。循環(huán)除鹽凈化是機(jī)組啟動(dòng)和功率運(yùn)行過程中的一種重要凈化方法，可有效降低冷卻劑中有害陰陽離子的含量和裂變腐蝕產(chǎn)物的數(shù)量，調(diào)節(jié)冷卻劑中硼、鋰的濃度。工藝流程是從一回路的高壓回路中抽出一定的下泄流量。冷卻減壓后，依次經(jīng)過前置過濾器和混床離子交換器。必要時(shí)通過鋰離子床，再經(jīng)后過濾器進(jìn)入容量控制箱。最后由上充泵加壓，再生換熱器加熱，然后加入主回路。循環(huán)凈化的主要貢獻(xiàn)設(shè)備是過濾器和樹脂床。對于固定式樹脂，至少要注意兩點(diǎn)：一是投運(yùn)前用樹脂體積的3-5倍水對新樹脂床進(jìn)行沖洗，直至出水電導(dǎo)率小于1^s/cm，以除去樹脂本身的雜質(zhì)；二是對樹脂出水進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)樹脂凈化能力下降或失效，更換樹脂時(shí)，吸附的雜質(zhì)離子無法分離。一般來說，百萬千瓦壓水堆的流量控制在10-20t/h，所有冷卻劑每天可以凈化一到兩次。4結(jié)論綜上所述，一回路啟動(dòng)過程水化學(xué)控制的主要措施包括控制供水水源的雜質(zhì)離子含量，有效調(diào)節(jié)化學(xué)平臺(tái)的溶解氧和之后的Ph調(diào)節(jié)，通過容積控制箱的氫氣覆蓋、RCV凈化去除雜質(zhì)離子、調(diào)整硼鋰含量等方法，使溶解氧長期保持在較低水平。通過合理的使用各種方法和手段，輔以適當(dāng)?shù)臋C(jī)組運(yùn)行方式，可將啟動(dòng)階