在線鈉表在核電站二回路化學(xué)監(jiān)督中的應(yīng)用

孫顯海

遼寧紅沿河核電有限公司 遼寧大連 116000

核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的燃燒，進(jìn)而利用該過程產(chǎn)生的熱能對水蒸氣進(jìn)行加熱，借由能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)發(fā)電。過熱蒸汽很可能將大量含鈉化合物帶入汽輪機(jī)設(shè)備中，一旦含鈉化合物從蒸汽中析出，進(jìn)而沉積在汽輪機(jī)內(nèi)，將會造成一系列影響。使用在線鈉表對二回路進(jìn)行化學(xué)監(jiān)督，保證蒸汽品質(zhì)十分重要。

1 核電站鈉監(jiān)督工作的重要性及意義分析

核能發(fā)電站運(yùn)用特殊的裝置將核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?shí)際上，核電站可被視為一類特殊的火電站，主要以核反應(yīng)堆替代傳統(tǒng)火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式燃燒的過程替代傳統(tǒng)火電站中煤炭等化石能源在鍋爐中的燃燒過程，運(yùn)用燃燒產(chǎn)生的熱量加熱水分，使其汽化為水蒸氣，進(jìn)而推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動（將核燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，作用于水轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，推動汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)，最終轉(zhuǎn)化為電能）。在上述過程中，作用于汽輪機(jī)的過熱水蒸氣中含有大量含鈉化合物，如硫酸鈉、氫氧化鈉、硅酸鈉等。該類雜質(zhì)在過熱蒸汽中的溶解度較低，一旦蒸汽壓力下降，在原本就不高的溶解度的“作用”下，含鈉雜質(zhì)會迅速從蒸汽中析出，并沉積在汽輪機(jī)內(nèi)。如此一來，汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不僅會受到影響，還可能造成安全事故。因此，在核電站正常開展發(fā)電工作期間，為避免含鈉雜質(zhì)析出而導(dǎo)致生產(chǎn)事故，必須對蒸汽中的含鈉量，即蒸汽品質(zhì)的惡化情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)迅速采取有效措施，保證核電站整體的正常運(yùn)行。

2 核電站對在線鈉表提出的特殊要求

在線鈉表是一類專用于在線工業(yè)流程式成份的化學(xué)分析儀表，作用與電測儀表及熱工儀表不同，主要用于對水汽品質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，使各項(xiàng)指標(biāo)處于生產(chǎn)要求范圍之內(nèi)。核電站對在線鈉表的應(yīng)用提出的特殊要求如下。

2.1 核安全方面的要求

遵照ASME壓力容器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，我國多個(gè)核電站的發(fā)電運(yùn)行機(jī)組均使用SG傳熱管。在核電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，如果SG傳熱管受到持續(xù)性的腐蝕，進(jìn)而出現(xiàn)爆管等事故，必然會將帶有輻射的一回路水汽泄漏至二回路，不僅影響正常發(fā)電，還會對設(shè)備及在場人員的健康造成嚴(yán)重影響。因此，基于核安全方面的考慮，在線鈉表除了應(yīng)用于常規(guī)的核電站防腐防垢、熱力系統(tǒng)保護(hù)工作之外，還需及時(shí)檢測出SG傳染管中雜質(zhì)的成分，避免出現(xiàn)核安全事故。

2.2 預(yù)防性維修方面的要求

在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，維修通常分為常規(guī)的糾正性維修（即問題出現(xiàn)后的針對性維修，目的在于“糾正錯誤”）以及預(yù)防性維修（定期維護(hù)，防患于未然）。在線鈉表作為化學(xué)監(jiān)督工作中的重要設(shè)備，在周期性的維護(hù)工作時(shí)，應(yīng)該以“元器件未出現(xiàn)明顯損耗”為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)顯示相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，將維修成本控制在較小的范圍內(nèi)，以期延長使用壽命。

2.3 核電站維修程序的特殊性分析

核電站設(shè)備的維修程序與傳統(tǒng)火電發(fā)電廠的程序相比，具備較大的特殊性，不僅相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及復(fù)雜程度較高，還需嚴(yán)格執(zhí)行QDR設(shè)備質(zhì)量缺陷報(bào)告的管理程序。一般而言，在核電站二回路的工作流程中，檢測人員如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，需按照QDR中規(guī)定的項(xiàng)目，完成審批、執(zhí)行、驗(yàn)收、歸檔、審核等多個(gè)環(huán)節(jié)。如果設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致QDR數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)驟然增加，進(jìn)而使維修人員面臨較大的壓力，極大地提升維護(hù)成本[1]。因此，基于維修程序的特殊性，核電站更加注重在線鈉表的可靠性。

3 在線鈉表在核電站二回路化學(xué)監(jiān)督中的具體應(yīng)用

3.1 鈉表工作原理——離子選擇性電極法的原理簡析

在線鈉表的工作原理——離子選擇性電極法主要圍繞鈉離子對數(shù)相應(yīng)與鈉離子濃度之間的關(guān)系而進(jìn)行，常規(guī)Nernst方程式為：

公式（1）中各項(xiàng)的意義為：

①E：電極電位的參數(shù)；

②E0：等電勢點(diǎn)電極電位的參數(shù)；

③R：水汽處于理想狀態(tài)下的常數(shù)（一般為具體值，需根據(jù)核電站對水汽品質(zhì)的要求而定，如山東核電一號機(jī)組適用的常數(shù)R為8.31J/mol·k）；

④T：水樣水汽的熱力學(xué)溫度；

⑤N：鈉離子價(jià)態(tài)；

⑥F：法拉第常數(shù)，一般為96485C/mol；

⑦C：水樣水汽中鈉離子的活躍程度（有效性濃度）；

⑧Ciso：鈉離子的一般濃度（單位moi/L）。

在線鈉表基于上述公式對水樣水汽中鈉離子濃度進(jìn)行測量時(shí)，電極電位E與環(huán)境溫度之間不存在關(guān)聯(lián)性。

3.2 在線鈉表的測點(diǎn)及作用

目前，我國核電站二回路機(jī)組共用一套雜質(zhì)鹽清除裝置，在線鈉表的功能配置及監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）SDA系統(tǒng)。主要測點(diǎn)為：①陽床：對設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)督，失效時(shí)退出；②混床，作用同陽床；③除鹽水的出口母管，對水的品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。

（2）ATE系統(tǒng)。主要測點(diǎn)為：①精處理混床，作用同SDA系統(tǒng)中的陽床；②精處理裝置出口，作用同SDA系統(tǒng)除鹽水出口母管；③凝結(jié)水泵出口，對凝結(jié)水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測的同時(shí)，還需防止凝汽器發(fā)生泄漏故障。

（3）SIT系統(tǒng)。主要測點(diǎn)為：①主蒸汽機(jī)，對主蒸汽的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，避免汽輪機(jī)高壓缸中積累大量自水蒸氣中析出的鈉鹽；②凝汽器檢漏裝置，主要監(jiān)測熱井泄漏現(xiàn)象。

（4）REN系統(tǒng)：主要測點(diǎn)為：蒸發(fā)器，對水質(zhì)進(jìn)行二次監(jiān)測，防止SG傳熱管受到腐蝕[2]。

3.3 與氫電導(dǎo)相比，在線鈉表的優(yōu)勢分析

為了保證核電站二回路化學(xué)監(jiān)督工作的質(zhì)量，一般于在線鈉表之外，還會配備電導(dǎo)率表或氫電導(dǎo)率表。盡管氫電導(dǎo)的穩(wěn)定性較高，測量結(jié)果的精確程度也不低，且維護(hù)工作相對簡單，但問題在于：如果陽床中鈉離子的含量較低（濃度低），則氫電導(dǎo)率表很可能“忽略”較少的鈉離子（敏感性較差）。相較而言，在線鈉表盡管成本比氫電導(dǎo)高，但綜合性能更強(qiáng)[3]。

4 結(jié)語

在線鈉表在核電站二回路化學(xué)監(jiān)督中不可或缺，應(yīng)用價(jià)值極高。