優(yōu)化PH控制降低流動(dòng)加速腐蝕速率的探討

黃旭 姚景文 劉曉敏

(中核核電運(yùn)行管理有限公司,浙江海鹽 314300)

優(yōu)化PH控制降低流動(dòng)加速腐蝕速率的探討

黃旭 姚景文 劉曉敏

(中核核電運(yùn)行管理有限公司,浙江海鹽 314300)

電廠由流動(dòng)加速腐蝕導(dǎo)致管道管壁減薄、腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電廠設(shè)備、人員安全等問(wèn)題已越來(lái)越受到各方關(guān)注。為了降低流動(dòng)加速腐蝕速率,在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)充分考慮,選用含少量鉻元素的材料外,在電廠投運(yùn)后還可以通過(guò)優(yōu)化二回路pH控制來(lái)降低流動(dòng)加速腐蝕。根據(jù)研究表明提高二回路pH值可以明顯降低流動(dòng)加速腐蝕速率。本文介紹了二廠針對(duì)流動(dòng)加速腐蝕采取的pH控制優(yōu)化方案,提出了目前二廠pH控制存在的問(wèn)題,及改進(jìn)措施。

流動(dòng)加速腐蝕 pH優(yōu)化 pH控制劑

1 引言

本廠在歷次大修中蒸發(fā)器泥渣量較大，經(jīng)分析泥渣的主要成分是Fe3O4，是二回路材料的腐蝕產(chǎn)物。二回路系統(tǒng)材料在流動(dòng)加速腐蝕作用下產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會(huì)隨著水流進(jìn)入蒸發(fā)器并沉積下來(lái)；同時(shí)二回路系統(tǒng)管道管壁減薄。二回路水化學(xué)控制的目的就是為了最大限度地保證包括蒸發(fā)器在內(nèi)的二回路系統(tǒng)設(shè)備的完整性，減少二回路系統(tǒng)材料的腐蝕及往蒸發(fā)器轉(zhuǎn)移的腐蝕產(chǎn)物的量。水化學(xué)控制的主要任務(wù)是優(yōu)化pH控制，限制材料腐蝕，為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。

2 流動(dòng)加速腐蝕的機(jī)理及危害

2.1 流動(dòng)加速腐蝕的機(jī)理

流動(dòng)加速腐蝕(簡(jiǎn)稱FAC)，是一種由于受液體流動(dòng)的影響而產(chǎn)生的腐蝕。其中包括了浸蝕和流速差腐蝕。包含金屬氧化、金屬陽(yáng)離子遷移、金屬陽(yáng)離子溶解的純電化學(xué)腐蝕過(guò)程，流體只是加速了這一過(guò)程。一般認(rèn)為，流動(dòng)加速腐蝕就是碳鋼的正常保護(hù)性氧化膜溶進(jìn)流動(dòng)的水或者汽水兩相流中，與流體直接接觸的材料表面氧化膜會(huì)變薄且保護(hù)性降低，同時(shí)材料的腐蝕速率變大，最終材料的腐蝕速率與氧化膜的溶解速率達(dá)到平衡。

2.2 流動(dòng)加速腐蝕的危害

在流動(dòng)加速腐蝕作用下管道會(huì)減薄，從而導(dǎo)致材料的失效。歷史上曾發(fā)生過(guò)美國(guó)薩里核電廠和日本美濱核電廠管道破裂導(dǎo)致人員傷亡的嚴(yán)重事故。因此流動(dòng)加速腐蝕嚴(yán)重威脅著電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

二回路系統(tǒng)材料在流動(dòng)加速腐蝕作用下所剝離的腐蝕產(chǎn)物會(huì)隨著水流進(jìn)入蒸發(fā)器并沉積下來(lái)。每次大修蒸發(fā)器泥渣量在110Kg左右，說(shuō)明二回路系統(tǒng)存在流動(dòng)加速腐蝕。在機(jī)組正常運(yùn)行期間，應(yīng)改善二回路水化學(xué)條件主要是流體pH值來(lái)緩解流動(dòng)加速腐蝕的腐蝕速率。大量的研究和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，提高水汽回路pH值可以有效降低流動(dòng)加速腐蝕速率。

3 提高pH降低流動(dòng)加速腐蝕的措施

3.1 提高給水pH前提條件

二廠二回路采用全揮發(fā)處理方法。主給水的pH值控制在9.6～9.7之間，此控制值可以將系統(tǒng)材料的腐蝕控制在可接受水平。正常功率運(yùn)行期間，二回路水質(zhì)良好的情況下，精處理處于備用狀態(tài)，更為二回路pH值提升提供了有利條件。

實(shí)施高pH值運(yùn)行時(shí)，二回路水汽系統(tǒng)中的氨濃度升高許多，pH值由9.6～9.7提升到9.8～10.0，對(duì)應(yīng)的氨濃度大概要升高2-3倍。根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，pH值控制在9.6～9.7時(shí)，排污除鹽床運(yùn)行周期在2個(gè)月左右，如果pH值提高，排污除鹽床運(yùn)行時(shí)間將縮短一半，因此有必要進(jìn)行排污除鹽床氨化運(yùn)行。在加強(qiáng)排污除鹽床出口水質(zhì)以及整個(gè)二回路水汽系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)督的情況下，進(jìn)行排污除鹽陽(yáng)床的氨化運(yùn)行，可以適當(dāng)延長(zhǎng)排污除鹽床的運(yùn)行時(shí)間。根據(jù)已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，排污除鹽陽(yáng)床最長(zhǎng)可以多運(yùn)行5個(gè)月時(shí)間。因此排污除鹽床氨化運(yùn)行為二回路pH值的進(jìn)一步提升提供了前提條件。

3.2 實(shí)施提高pH控制值范圍試驗(yàn)

技術(shù)規(guī)范規(guī)定蒸發(fā)器主給水pH限值為9.1～10.0，現(xiàn)在實(shí)際控制為9.6～9.7，根據(jù)國(guó)內(nèi)外電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，二回路水處理由低AVT處理轉(zhuǎn)向高AVT處理的趨勢(shì)。因此實(shí)施進(jìn)一步提高pH控制值范圍的試驗(yàn)。將給水的pH提高到9.8～10.0。

聯(lián)氨通常作為化學(xué)除氧劑，在堿性水中是一種很強(qiáng)的還原劑。給水加聯(lián)氨，就是利用它將水中溶解氧還原，減緩給水系統(tǒng)氧腐蝕。殘留的聯(lián)氨在系統(tǒng)中將分解并生成氨、氮和氫。提高二回路添加聯(lián)氨的量，可以達(dá)到提高二回路pH的目的。

1 號(hào)機(jī)108大修后進(jìn)行了使用聯(lián)氨提高二回路pH試驗(yàn)，增加了聯(lián)氨的加藥量，控制二回路主給水pH在9.8～10之間，對(duì)應(yīng)的氨濃度在4.8～8.5ppm。同時(shí)給水中Fe從2.5ppb左右下降到1.5ppb以下。

4 高pH值控制存在的問(wèn)題

在正常功率運(yùn)行期間僅加聯(lián)氨不加氨，靠聯(lián)氨分解生成的氨調(diào)節(jié)pH值。會(huì)產(chǎn)生二個(gè)問(wèn)題，①如需穩(wěn)定高pH值，給水中聯(lián)氨濃度需增加，使系統(tǒng)環(huán)境趨向還原性，增加了流動(dòng)加速腐蝕的速率。②系統(tǒng)聯(lián)氨濃度不穩(wěn)定。

提高pH值后，排污床的運(yùn)行時(shí)間縮短，即使陽(yáng)床氨化運(yùn)行，其含有氨的出水對(duì)后續(xù)的混床運(yùn)行時(shí)間及出水質(zhì)量都有影響；①氨會(huì)將混床樹脂上的雜質(zhì)淋洗下來(lái)，影響混床出水水質(zhì)。②排污床都氨化運(yùn)行期間，是否能保證出水質(zhì)量尚不明確。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著核電廠的發(fā)展，流動(dòng)加速腐蝕問(wèn)題越來(lái)越得到重視，為有效降低流動(dòng)加速腐蝕發(fā)生在電廠設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該充分考慮對(duì)易發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕的管線、部件應(yīng)盡量使用含鉻元素的低合金鋼或碳鋼制造，對(duì)管道部件的形狀應(yīng)盡量合理避免產(chǎn)生湍流；在運(yùn)行階段通過(guò)優(yōu)化二回路的水化學(xué)環(huán)境來(lái)進(jìn)一步降低流動(dòng)加速腐蝕，通過(guò)提高二回路水汽系統(tǒng)pH值，控制聯(lián)氨合適濃度，不斷優(yōu)化二回路水化學(xué)控制模式，為二回路水汽系統(tǒng)創(chuàng)造一個(gè)良好的水化學(xué)運(yùn)行環(huán)境，最大程度地抑制流動(dòng)加速腐蝕等腐蝕現(xiàn)象，維持系統(tǒng)設(shè)備的完整性，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

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黃旭(1979-),男,工程師,2000年畢業(yè)后一直從事核電廠水化學(xué)監(jiān)督管理工作。