核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)控制研究

金益強(qiáng)+段曉亮

摘 要：核電廠是我國(guó)主要的發(fā)電方式之一，冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)對(duì)其發(fā)電效果具有一定的影響。在核電工程中，冷卻水系統(tǒng)負(fù)責(zé)為發(fā)熱裝置提供冷卻水。由于核電工程龐大而復(fù)雜，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)大量的污垢，甚至出現(xiàn)腐蝕，處理不及時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備換熱能力降低，影響設(shè)備的運(yùn)行壽命?；诤藣u發(fā)電的重要性，對(duì)核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)控制過(guò)程進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：核島設(shè)備；冷卻水系統(tǒng)；水質(zhì)控制

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.16.103

核電站是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，冷卻水形系統(tǒng)則是促進(jìn)設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵?；谶@一點(diǎn)，企業(yè)應(yīng)重視核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)控制，尤其是針對(duì)腐蝕和結(jié)垢。核島設(shè)備運(yùn)行復(fù)雜，冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)問(wèn)題始終是我們重點(diǎn)探討的問(wèn)題，文章從這一角度出發(fā)，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的分析。

1 核島冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)問(wèn)題分析

核島冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)由于熱量交換能力降低，出現(xiàn)水質(zhì)污染嚴(yán)重的問(wèn)題。設(shè)備結(jié)垢和腐蝕是常見(jiàn)現(xiàn)象，為進(jìn)一步了解決這一問(wèn)題，我們對(duì)設(shè)備結(jié)垢的原因進(jìn)行分析。

1.1 結(jié)垢

結(jié)垢的主要因素是循環(huán)水在長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)的水變質(zhì)而導(dǎo)致的過(guò)飽和，水中會(huì)有大量的晶核析出。當(dāng)晶核足夠大時(shí)就會(huì)吸附于換熱器的表面，其中主要影響因素包括水溫、水流速、水質(zhì)和換熱的溫差。具體過(guò)程為：循環(huán)水運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)吸收一定的熱量而出現(xiàn)揮發(fā)，使微生物的濃度提高，這樣其吸附能力和結(jié)垢可能性提高。另外，在補(bǔ)充水時(shí)，水質(zhì)鹽堿度、硬度以及pH值，都對(duì)循環(huán)水的飽和狀態(tài)具有一定的影響，并且pH值越高，系統(tǒng)循環(huán)水就越容易飽和，越容易結(jié)垢。組成核島設(shè)備冷卻水水垢的主要成分是由碳酸鈣、碳酸鎂等微溶解度鹽組成，這是由于這部分鹽的溶解度會(huì)隨著水溫的升高而降低。水垢的附著率與循環(huán)水的流速呈反向相關(guān)，通常水流速越慢，越容易沉淀和結(jié)垢。水流速度足夠快時(shí)，對(duì)污垢具有一定的沖擊力，減緩其附著能力。

1.2 腐蝕

核島設(shè)備冷卻水腐蝕主要分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。判斷其是否發(fā)生腐蝕可以通過(guò)測(cè)試水的監(jiān)督、硬度或者濁度來(lái)完成，腐蝕主要分為點(diǎn)蝕、溶解氧腐蝕和微生物腐蝕等。點(diǎn)蝕是由于天然水中所含的氯離子，該離子為陰性并且具體較高的極性，能夠介質(zhì)穿透金屬表明的預(yù)制膜，從而造成點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕嚴(yán)重的地區(qū)通常都為死角或者通道具有較大的變化的情況，溫度對(duì)氯離子具體較大的誘惑作用，溫度是化學(xué)反應(yīng)的重要因素，當(dāng)水中含有氯離子，則溫度將影響腐蝕，并且呈正相關(guān)。也就是溫度越低，腐蝕的程度越低，高溫則會(huì)增加設(shè)備被腐蝕的概率。

溶解度腐蝕是源于冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在核島設(shè)備設(shè)計(jì)上，水系統(tǒng)多設(shè)計(jì)為敞開式結(jié)構(gòu)，水在冷卻塔內(nèi)出現(xiàn)噴灑，溶解度將受到影響而提高，進(jìn)而加大對(duì)設(shè)備的腐蝕程度。溶解度腐蝕在劃分上屬于電化學(xué)腐蝕，這是由于金屬的電極電位為低氧的電位，電化學(xué)腐蝕在檢測(cè)時(shí)往往會(huì)在熱交換器上出現(xiàn)褐色或者紅褐色的鼓包，腐蝕產(chǎn)物不斷的增加導(dǎo)致設(shè)備的性能下降，這也是除去溶解度腐蝕后出現(xiàn)坑陷的主要原因。金屬鐵腐蝕后，會(huì)產(chǎn)生大量的亞鐵離子，屬于不穩(wěn)定化學(xué)物質(zhì)，并且能夠與其余的游離物質(zhì)結(jié)合，造成再次的腐蝕。微生物腐蝕則是一種類似顛覆式的局部腐蝕現(xiàn)象，微生物是在長(zhǎng)期的水垢、水溫升高滋養(yǎng)出來(lái)的。微生物中包含大量的細(xì)菌、藻類等原發(fā)性生物，對(duì)設(shè)備造成影響。此外，冷卻水系統(tǒng)還容易出現(xiàn)菌藻污泥，使微生物快速繁殖，并且由于設(shè)備為敞開式結(jié)構(gòu)，因此光合作用促進(jìn)了腐蝕過(guò)程。藻類死亡產(chǎn)生微生物和腐爛物質(zhì)，加速腐蝕過(guò)程。粘泥影響熱傳遞，導(dǎo)致設(shè)備性能下降。

2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)控制方法

根據(jù)冷卻系統(tǒng)的具體運(yùn)行，確定水質(zhì)的控制目標(biāo)，并制定具體的控制方法。其中主要控制項(xiàng)目包括冷卻循環(huán)系統(tǒng)中水的pH值、鹽度、咸度、濁度、亞鐵離子濃度以及氯離子濃度等。針對(duì)結(jié)垢和腐蝕采取不同的控制方法，具體分析如下。

2.1 結(jié)垢的控制方式

對(duì)結(jié)垢的控制主要是降低其濁度，并嚴(yán)格控制補(bǔ)給水的鹽度等基本參數(shù)，使其水質(zhì)滿足基本要求。增設(shè)旁濾裝置，對(duì)水中的雜質(zhì)進(jìn)行控制，旁流量通常為循環(huán)水量的3%左右。通過(guò)控制提高水流速度，降低水流溫度，一般要求水流速要在0.8～1.2m/s。控制水中的pH值，可以通過(guò)加酸或者輸入二氧化碳的方式來(lái)降低pH值，防止水的堿性過(guò)高?？梢葬槍?duì)性的使用除垢劑，正確選擇濃縮倍數(shù)，設(shè)計(jì)工藝流程，有效的進(jìn)行循環(huán)水冷卻水結(jié)垢處理。

我公司根據(jù)目前的冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)情況，安裝了自動(dòng)加酸裝置，向循環(huán)冷卻水中投入硫酸，降低水的pH值，當(dāng)然要控制酸的加入量，以防止檢測(cè)過(guò)敏，同樣造成腐蝕?？梢酝ㄟ^(guò)在硫酸儲(chǔ)罐中加入一日量加酸罐作為過(guò)渡，這樣就可以正確的控制加入酸的量。為了監(jiān)測(cè)腐蝕狀況，我公司還將循環(huán)水掛片作為抗腐蝕的方法，取得了不錯(cuò)的效果，將碳鋼掛片腐蝕率控制在要求之內(nèi)，并且遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 腐蝕的控制方法

根據(jù)我公司腐蝕的特點(diǎn)，筆者提出四種控制腐蝕方案，其中包括pH值控制，氯離子控制、微生物控制和含氧量控制等。將根本上進(jìn)行水質(zhì)控制，制定控制標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行，將pH值控制在合理的范圍內(nèi)，對(duì)于腐蝕而言，適當(dāng)增加pH值則可以降低腐蝕速率，使水質(zhì)自然升高，但是過(guò)高則會(huì)增加結(jié)垢的幾率。以此，同樣需要加入濃硫酸來(lái)控制水的pH值。由于水在冷卻塔內(nèi)噴灑曝氣，導(dǎo)致其氧溶解度極大的提高，在溫度和壓力下，氧的飽和濃度過(guò)高，進(jìn)而對(duì)設(shè)備造成腐蝕。我公司在工藝裝置區(qū)間進(jìn)行冷卻水系統(tǒng)腐蝕測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該部分設(shè)備的腐蝕程度較高，因此有必要降低曝氣，控制氧的含油量?？梢钥刂蒲h(huán)水越過(guò)冷卻塔而使用旁通管道的方式，使溶解度得到控制。

腐蝕是常見(jiàn)現(xiàn)象，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒刂?，但是無(wú)法完全消除，此時(shí)需要適量的藥劑來(lái)進(jìn)行腐蝕控制，我公司所采用的腐蝕劑主要為鋅鹽和聚磷鹽酸，具有效果好，成本低等特點(diǎn)。兩種方法同時(shí)使用具有除垢和抗腐蝕兩大作用，單獨(dú)使用鋅鹽效果不是十分理想。磷酸離子對(duì)微生物的滋長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，而常用的鋅鹽就是由硫酸鋅和氧化鋅兩種，實(shí)踐證明，鋅鹽的防腐蝕性并不高，因此常常需要與其他有效的緩蝕劑聯(lián)合使用。并且新金屬具體一定的毒性，對(duì)于生物的生長(zhǎng)具有影響，可造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此對(duì)于使用后的排污要進(jìn)行必要的處理，或盡量減少鋅金屬的使用。

2.3 生物菌藻類污泥控制方法

在生產(chǎn)過(guò)程中，我們可以使用氧化殺菌劑和非氧化殺菌劑進(jìn)行生物殺菌，交替使用則可以降低微生物的抗藥性、在生產(chǎn)過(guò)程中，非氧化殺菌劑是由另種藥物交替使用來(lái)控制生物菌藻，夏季溫度高，光照條件較好，可以將其暴露于空氣中，降低腐蝕，進(jìn)而提高質(zhì)量。冬季則適當(dāng)?shù)慕档皖l率。氧化劑為主，需要每天加一次，而非氧化劑每月加一次即可。當(dāng)然還可以根據(jù)季節(jié)或者溫度的不同進(jìn)行分配和調(diào)整，上文已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。氧化性殺菌劑的使用，主要目的是在于防止微生物過(guò)多而產(chǎn)生粘泥或者形成污垢、腐蝕。

3 總結(jié)

核電廠是我國(guó)主要的發(fā)電方式之一，冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)對(duì)其發(fā)電效果具有一定的影響。在核電工程中，冷卻水系統(tǒng)負(fù)責(zé)為發(fā)熱裝置提供冷卻水。因此，在整個(gè)過(guò)程中，保持冷卻水系統(tǒng)內(nèi)的水質(zhì)是主要任務(wù)之一，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)認(rèn)真觀察水質(zhì)，加強(qiáng)日常監(jiān)測(cè)。根據(jù)水質(zhì)的基本情況，進(jìn)行綜合處理，切忌單一的處理方式，腐蝕和結(jié)垢往往是相對(duì)的，要在完成處理任務(wù)的前提下，盡量降低成本。對(duì)后期生產(chǎn)則分析原因，調(diào)整冷卻水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，保證水質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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