核電廠二回路系統(tǒng)水化學(xué)控制優(yōu)化

昌 桐 劉慧宇 鄭文君

0 引言

核電廠二回路良好的水化學(xué)工況取決于系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)、設(shè)備材料等，在電廠設(shè)計完成投運(yùn)后水化學(xué)管理就成了水質(zhì)控制的關(guān)鍵手段。近幾年，隨著對二回路系統(tǒng)水化學(xué)控制的不斷改進(jìn)，二回路系統(tǒng)水質(zhì)已得到明顯改善，減少了二回路系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕，保障著核電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 二回路水化學(xué)控制優(yōu)化

1.1 水化學(xué)管理理念提升

二回路系統(tǒng)化學(xué)控制的目的是降低系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕，減少腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到蒸汽發(fā)生器內(nèi)，降低蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的雜質(zhì)離子濃度，改善傳熱管的縫隙化學(xué)環(huán)境，從而避免蒸汽發(fā)生器傳熱管的晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂。目前，核電廠水化學(xué)管理的關(guān)鍵已經(jīng)從控制水質(zhì)的不超標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)楸M量降低系統(tǒng)雜質(zhì)離子的含量。因為只有在系統(tǒng)使雜質(zhì)離子控制在盡量低的水平，才能有效地降低二回路系統(tǒng)的腐蝕，防止蒸汽發(fā)生器傳熱管的腐蝕開裂。[1]

核電廠化學(xué)人員對重要系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)建立了趨勢跟蹤，全面了解電廠的化學(xué)狀態(tài)，當(dāng)實驗室檢測的化學(xué)參數(shù)與前幾次數(shù)據(jù)結(jié)果和化學(xué)控制規(guī)范指標(biāo)比較時，發(fā)現(xiàn)化學(xué)數(shù)據(jù)超出期望值/控制值或者對比近幾次分析數(shù)據(jù)有明顯異?；蛘哂辛踊厔?，則立即確認(rèn)取樣的代表性和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，比較在線儀表與化學(xué)離線分析數(shù)據(jù)，以判斷超值數(shù)據(jù)的正確性，再結(jié)合系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況變化，判斷是否為化學(xué)偏離或異常，如判斷為化學(xué)偏離或異常則根據(jù)化學(xué)異常管理流程，立即匯報處理并分析出現(xiàn)異常的原因，根據(jù)糾正行動的等級采取相應(yīng)的糾正措施，在規(guī)定的糾正時間內(nèi)將化學(xué)參數(shù)恢復(fù)到正常的化學(xué)控制值范圍內(nèi)。對于長期存在的異常情況，化學(xué)人員聯(lián)合運(yùn)行、維修人、設(shè)備管理人員成立了專項工作小組，共同商討對策，研究解決，分析化學(xué)異常的原因，并決策下一步的糾正行動，直至異?；瘜W(xué)參數(shù)恢復(fù)到正常控制值范圍內(nèi)。

1.2 嚴(yán)格的pH值和雜質(zhì)含量控制

二回路系統(tǒng)主要由碳鋼、低合金鋼材料構(gòu)成，因此容易發(fā)生流動加速腐蝕（FAC），導(dǎo)致系統(tǒng)材料腐蝕，產(chǎn)生管壁減薄現(xiàn)象，同時腐蝕產(chǎn)物會隨著給水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，在SG傳熱管和管板上沉積。研究結(jié)果和運(yùn)行經(jīng)驗證明，堿性水質(zhì)會使結(jié)構(gòu)材料表面生成一層具有良好保護(hù)作用的氧化膜，提高pH值可以促進(jìn)氧化膜迅速形成；另外，金屬表面對OH—離子有一定的吸附作用，OH—濃度越高，吸附量越大。當(dāng)pH值達(dá)到一定數(shù)值時，吸附的OH—就能阻止其他物質(zhì)同金屬表面發(fā)生作用。

研究表明，pH值大于9.6時，鐵素體合金的腐蝕速率降至很小，而低于9.2時，系統(tǒng)材料受到流體加速腐蝕的侵蝕，腐蝕速率加快，時間長會出現(xiàn)管壁減薄。因此二回路系統(tǒng)pH控制對降低二回路設(shè)備的腐蝕很重要，適當(dāng)提高pH可以提高氧化物保護(hù)膜的穩(wěn)定性，從而降低整個二回路系統(tǒng)的碳鋼腐蝕速率，這對于電站長期穩(wěn)定運(yùn)行和SG的壽命是很有好處的，無論是碳鋼還是低合金鋼，其FAC速率都隨著pH值的上升而迅速下降，特別是當(dāng)pH值達(dá)到9.5以后腐蝕速率小得多。[2]為了減少二回路系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕，目前國內(nèi)外核電廠二回路水汽回路都提高了pH值，AVT處理方式也逐步從低AVT逐漸轉(zhuǎn)向高AVT處理。

二回路雜質(zhì)來源主要有補(bǔ)給水污染、海水泄漏、空氣漏入真空系統(tǒng)、冷卻水進(jìn)入二回路水汽系統(tǒng)、樹脂再生劑、破碎樹脂、二回路系統(tǒng)添加劑等，這些雜質(zhì)隨著給水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，發(fā)生雜質(zhì)濃縮沉積現(xiàn)象并沉積在蒸汽發(fā)生器內(nèi)對蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。核電廠通過對補(bǔ)水水質(zhì)控制、樹脂及再生劑、二回路添加劑品質(zhì)控制，監(jiān)督和處理泄漏等方法控制可能引入的雜質(zhì)。對蒸汽發(fā)生器水質(zhì)包括鈉離子、氯離子、硫酸根離子、陽離子電導(dǎo)率等參數(shù)設(shè)置相應(yīng)的規(guī)范，當(dāng)參數(shù)超出期望值時即采取相應(yīng)的糾正行動以恢復(fù)水質(zhì)。

1.3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)（ATE）是二回路主要的凈化系統(tǒng)，用以除去凝結(jié)水中的雜質(zhì)離子和懸浮顆粒，減少雜質(zhì)離子和懸浮顆粒向給水和蒸汽發(fā)生器的轉(zhuǎn)移。待處理的凝結(jié)水從凝結(jié)水泵出口母管接出先經(jīng)過前置陽床處理，除去凝結(jié)水中絕大部分的氨，然后再經(jīng)過深層混床處理，徹底除去凝結(jié)水中的雜質(zhì)。ATE系統(tǒng)下游不再有其他給水水質(zhì)凈化設(shè)備，因此保證ATE出水水質(zhì)是二回路水質(zhì)控制的重要工作任務(wù)。

二回路通過加氨控制pH，電廠化學(xué)技術(shù)規(guī)范中給水pH限值為9.5-10.0，實際pH通?？刂圃?.6-9.7之間，氨含量隨pH呈指數(shù)增加，pH為9.7時氨為3 300ppb，凝泵出口氨含量約4 000ppb。ATE系統(tǒng)進(jìn)水氨濃度高會嚴(yán)重增加陽床負(fù)擔(dān)，直接導(dǎo)致陽床失效時間過短，需要頻繁切換再生，再生后的樹脂床殘留再生劑沒有時間釋放，大量硫酸根進(jìn)入混床，增加混床負(fù)擔(dān)，甚至導(dǎo)致漏硫酸根。因此需要在啟機(jī)后ATE高流量凈化時將pH控制在9.50-9.55，既滿足技術(shù)規(guī)范的要求也可以減輕陽床的再生壓力。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在投運(yùn)初期由于再生劑殘留問題會向二回路系統(tǒng)引入雜質(zhì)，使蒸發(fā)器水質(zhì)變差，因此樹脂床再生后應(yīng)進(jìn)行充分的沖洗、靜置，使樹脂吸附的再生劑充分釋放，再通過增加沖洗時間和次數(shù)，保證樹脂再生后沖洗水電導(dǎo)率降至0.1μS/cm，對于即將投運(yùn)的樹脂床再進(jìn)行1-2次沖洗，直至混床出水電導(dǎo)率小于0.1μS/cm后才可投入運(yùn)行。

1.4 大修啟動階段水化學(xué)控制

大修啟動過程中二回路的沖洗凈化回路帶進(jìn)蒸發(fā)器，對WANO化學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生重要影響?；瘜W(xué)應(yīng)聯(lián)合運(yùn)行人員，根據(jù)二回路系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，充分利用現(xiàn)有的水處理設(shè)備盡可能將水質(zhì)控制好。凝汽器熱阱進(jìn)水后啟動凝結(jié)水泵進(jìn)行小循環(huán)，利用充排水和磁鐵過濾器使鐵含量小于400ppb，然后投運(yùn)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，加速凈化，同時啟動化學(xué)加藥系統(tǒng)加氨泵維持pH值。當(dāng)凝結(jié)水鐵小于400ppb、高加給水鐵小于100ppb時允許啟動主給水泵建立大循環(huán)，通過凝結(jié)水精處理系統(tǒng)使水質(zhì)進(jìn)一步凈化。同時，盡可能地進(jìn)行備用泵切換以使相應(yīng)管線的余水進(jìn)行置換凈化。除氧器開始加熱除氧后及時添加氨和聯(lián)氨，當(dāng)高加給水滿足水質(zhì)要求后允許進(jìn)行主給水和輔助給水的切換。主給水供水初期蒸汽發(fā)生器水質(zhì)較差，此時可以將蒸汽發(fā)生器排污除鹽床旁路。在汽側(cè)啟動之前將汽水分離再熱器和高加疏水回路在線到凝結(jié)水系統(tǒng)通過ATE系統(tǒng)全流量處理保證水質(zhì)，功率升到50%～75%后再將疏水切換回除氧器。[3]

機(jī)組并網(wǎng)后提升功率過程中要注意關(guān)注ATE系統(tǒng)除鹽床工作情況，調(diào)節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)流量，保持ATE系統(tǒng)流量高于凝結(jié)水流量到200 t/h并確保樹脂未失效；保持蒸發(fā)器排污流量最大，隨著功率的上升，根據(jù)蒸發(fā)器水質(zhì)情況及時進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。如果在升功率過程中出現(xiàn)蒸汽發(fā)生器水質(zhì)惡化時，則必須降低升功率速率，甚至?xí)和Ｉβ?，查找水質(zhì)惡化原因，等候水質(zhì)改善后方可繼續(xù)提升功率。

2 總結(jié)

核電廠二回路對水質(zhì)控制的高標(biāo)準(zhǔn)要求，使得核電廠必須對二回路系統(tǒng)運(yùn)行的各個環(huán)節(jié)加以優(yōu)化，提升管理理念、嚴(yán)格控制pH和雜質(zhì)含量、優(yōu)化凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運(yùn)行、有效的大修啟動階段水化學(xué)控制，能夠有效減少二回路系統(tǒng)腐蝕問題的發(fā)生、保證關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性，進(jìn)而提高核電廠各項化學(xué)性能指標(biāo)，保障電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。