國內壓水堆核電站二回路全揮發(fā)處理效果的評價方法

李潛蛟

（大亞灣核電運營管理有限責任公司化學環(huán)保部，廣東 深圳 518124）

1 引言

目前，國內核電站均采用還原性全揮發(fā)處理（以下簡稱“AVT（R）”），控制二回路水質，以緩解二回路系統(tǒng)設備材料的腐蝕程度，減少二回路腐蝕產物向蒸汽發(fā)生器遷移，從而提高電廠安全運行性能，確保核電機組在設計壽期內，能夠穩(wěn)定高效地運行。而國內在現(xiàn)階段主要利用世界核營運者協(xié)會（以下簡稱“WANO”）制定的壓水堆核電機組化學指標評價二回路水質控制的優(yōu)劣，即選取幾個影響蒸汽發(fā)生器性能的關鍵指標，利用公式，計算出WANO值，WANO值越接近1：0，表明電廠在運行過程中，二回水質控制得越好，二回路系統(tǒng)發(fā)生影響設備部件安全性能腐蝕機理的可能性就越小[1]。本文則根據(jù)水化學控制與二回路系統(tǒng)設備腐蝕之間的關系，通過大修檢查獲得的二回路腐蝕產物數(shù)據(jù)，對運行過程中二回路水化學處理控制效果進行評價。

2 二回路系統(tǒng)腐蝕產物分布

圖1 二回路系統(tǒng)流程圖

圖1為核電站二回路主要系統(tǒng)流程圖，二次側的水經蒸器發(fā)生器加熱，變成飽和水蒸汽，經高壓缸和低壓缸做功后，由凝汽器冷凝成液態(tài)水，通過凝結水泵進入低壓加熱器進行預熱，再由除氧器除氧加熱后，通過給水泵進入高壓加熱器加熱，最后進入蒸器發(fā)生器內，重新接受一回路的熱量加熱變成水蒸汽，重復上述過程。

為確定各主要設備的腐蝕產物分布情況，對各設備進行了目視檢查，如圖2所示。凝汽器熱阱至除氧器設備的內部形貌為紅色，且腐蝕產物較多，容易收集，如圖2（左）（中）所示。而高壓加熱器腐蝕產物附著較少，不易收集，且顏色呈淺紅色或黑色如圖2（右）所示。高壓缸至低壓缸的轉子葉片沉積物均較少，其中汽水分離再熱器筒體表面附著的產物為黑色。經檢測，二回路凝汽器至蒸汽發(fā)生器的主要腐蝕產物為赤鐵礦（Fe2O3）和磁鐵礦（Fe3O4）。

造成腐蝕產物如此分布的原因，是由于機組運行過程中，水中絕大多數(shù)的溶解氧經凝汽器至除氧器之間的設備管線時，被消耗完，而生成金屬腐蝕產物，運行數(shù)據(jù)顯示，在機組正常運行情況下，電廠給水末端監(jiān)測到的氧含量小于7μg/L。另從蒸汽發(fā)生器出來的蒸汽攜帶能力不強，蒸汽所攜帶鹽類及金屬腐蝕產物相對較少[2-3]。因此，在凝汽器至除氧器之間設備管道附著的腐蝕產物較多，蒸汽發(fā)生器也由于蒸汽攜帶鹽類的能力較少，而出現(xiàn)泥渣沉積現(xiàn)象。

圖2 凝汽器熱阱內部形貌（左）、除氧器內部形貌（中）和高壓加熱器（右）

而二回路腐蝕產物多少與水化學工況控制情況有關。根據(jù)鐵的電位-pH圖可知，當水的pH越高，或電位足夠低（即氧含量很小時），金屬處于免蝕區(qū)，即不發(fā)生明顯的腐蝕，如圖3所示。因此，運行過程中，二回路水化學工況控制得越好，則二回路腐蝕產物的量則越小，設備表面的產物附著量則越少。因此，評價核電站在機組運行過程中AVT（R）是否控制得當，可通過大修時，設備表面附著的腐蝕產物量來進行判斷。

根據(jù)相關報道，并結合核電站二回路腐蝕產物的分布規(guī)律，可以用凝汽器中的磁性過濾器、除氧器筒體內部及蒸汽發(fā)生器泥渣沉積量作為水質控制優(yōu)劣的評價依據(jù)[4]?，F(xiàn)以某核電站為例，對凝汽器磁性過濾器、除氧器筒體及蒸汽發(fā)生器的沉積物進行分析評價。

圖3 鐵的電位-pH平衡圖

該核電站采用氨+聯(lián)氨的AVT（R）控制二回路水質，給水末端控制的氧含量小于1μg/L，pH=9.6～9.9。停機前，通過向二回路加入大量的氨和聯(lián)氨，以保證二回路pH盡可能接近11.0，停機后及時向二回路各主要開孔設備通壓縮空氣保證濕度小于40%，對整個二回路設備進行保養(yǎng)，以防止回路發(fā)生停用腐蝕。為掌握整個二回路的腐蝕狀況，該核電站還編制有指導大修腐蝕檢查的規(guī)程，規(guī)程中規(guī)定了凝汽器-磁性過濾器、除氧器等設備沉積物的取樣方法。

3 腐蝕產物分析

3.1 凝汽器—磁性過濾器

圖4 凝汽器磁性過濾器吸附量與燃料周期關系曲線

凝汽器磁性過濾器位于凝汽器鈦管下方，是凝汽器汽側的重要組成部分，其主要作用是吸附水汽中的鐵磁物質。在大修期間，按電廠腐蝕檢查規(guī)程，對凝汽器磁性過濾器進行取樣，并對所取樣品進行烘干稱重處理。

將當前大修凝汽器磁性過濾器沉積物的重量與歷次進行比對，如圖4所示。圖4中橫坐標為機組大修周期，縱坐標為磁性過濾器吸附總量和日均吸附量。圖4表明，隨著機組的不斷運行，磁性過濾器吸附量總量和日均吸附量在整體上呈現(xiàn)不斷減少的趨勢，經計算，第11次大修的吸附量總量和日均吸附量分別為第2次大修時吸附量的0.35倍和0.26倍，這表明在現(xiàn)行的水化學工況下，二回路腐蝕產物不斷減小。

3.2 除氧器沉積物

熱力除氧器的主要功能是利用物理方法（道爾頓分壓定律和享利定律）對給水進行除氧，同時加熱給水。根據(jù)電廠腐蝕檢查規(guī)程規(guī)定，對除氧器筒體進行取樣，樣品經過烘干處理，利用公式，換算成單位面積沉積率，計算出電廠在本次燃料循環(huán)周期的單位面積沉積率為3.17g/（m2.y）,根據(jù)電廠檢查規(guī)程規(guī)定，輕微沉積＜30g/（m2.y），而本次單位面積沉積率3.17g/（m2.y）＜30 g/（m2.y），因此除氧器在本次燃料周期的沉積程度較輕。

3.3 蒸汽發(fā)生器沉積物

蒸汽發(fā)生器是核電站的關鍵設備，其性能好壞直接關系到電廠的安全運行，而蒸汽發(fā)生器中泥渣沉積會濃縮二次側水中的離子濃度，有的甚至達到104倍以上，如氯離子，能增加傳熱管和其他管段上發(fā)生晶間應力腐蝕、點蝕的概率，從而影響蒸汽發(fā)生器的使用壽命[4-5]。因此，國內電廠普遍采取水力沖洗的辦法，在大修期間，對蒸汽發(fā)生器二次側泥渣進行沖洗，以避免泥渣大量堆積，危及蒸汽發(fā)生器安全運行的情況。

利用蒸汽發(fā)生器沖洗下來的泥渣，進行烘干處理，得到對應燃料周期的泥渣量，并將該泥渣量與歷次大修泥渣沖洗量進行對比，如圖5所示。圖5表明，單個蒸汽發(fā)生器泥渣沖洗量及殘渣總量的泥渣量，變化趨勢整體平穩(wěn)，未出現(xiàn)較大的沉積物變化。且日均沉積量也表明，泥渣沉積量較平穩(wěn)，且有一定的減少趨勢。

4 水質控制效果評價

通過綜合凝汽器-磁性過濾器、除氧器沉積物及蒸汽發(fā)生器泥渣量腐蝕產物的分析，認為該核電站現(xiàn)有狀態(tài)下二回路腐蝕程度較輕，腐蝕狀態(tài)控制良好。分析結果表明，核電站目前采用氨+聯(lián)氨的AVT（R）參數(shù)控制范圍及運行過程中的控制效果良好，滿足現(xiàn)狀態(tài)下，該核電站的水質運行要求。

圖5 某核電站歷次大修SG沖洗殘渣趨勢圖

5 結論

在停機大修過程中，利用二回路幾個腐蝕產物主要分布的設備，對核電站二回路系統(tǒng)運行過程中腐蝕程度的評估，以此評定電站在運行過程中，采用AVT（R）控制二回路水質效果的方法，很好地結合了大修腐蝕檢查數(shù)據(jù)，更進一步反映了電廠控制水質的實際效果。且大修產生的腐蝕產物評價參數(shù)，可為電廠的老化管理評估，提供十分重要的參數(shù)，對核電站安全運行具有十分重要的意義。