李潛蛟

（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司化學(xué)環(huán)保部，廣東 深圳 518124）

1 引言

目前，國(guó)內(nèi)核電站均采用還原性全揮發(fā)處理（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“AVT（R）”），控制二回路水質(zhì)，以緩解二回路系統(tǒng)設(shè)備材料的腐蝕程度，減少二回路腐蝕產(chǎn)物向蒸汽發(fā)生器遷移，從而提高電廠安全運(yùn)行性能，確保核電機(jī)組在設(shè)計(jì)壽期內(nèi)，能夠穩(wěn)定高效地運(yùn)行。而國(guó)內(nèi)在現(xiàn)階段主要利用世界核營(yíng)運(yùn)者協(xié)會(huì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“WANO”）制定的壓水堆核電機(jī)組化學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)二回路水質(zhì)控制的優(yōu)劣，即選取幾個(gè)影響蒸汽發(fā)生器性能的關(guān)鍵指標(biāo)，利用公式，計(jì)算出WANO值，WANO值越接近1：0，表明電廠在運(yùn)行過(guò)程中，二回水質(zhì)控制得越好，二回路系統(tǒng)發(fā)生影響設(shè)備部件安全性能腐蝕機(jī)理的可能性就越小[1]。本文則根據(jù)水化學(xué)控制與二回路系統(tǒng)設(shè)備腐蝕之間的關(guān)系，通過(guò)大修檢查獲得的二回路腐蝕產(chǎn)物數(shù)據(jù)，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中二回路水化學(xué)處理控制效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 二回路系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)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(cè)的水經(jīng)蒸器發(fā)生器加熱，變成飽和水蒸汽，經(jīng)高壓缸和低壓缸做功后，由凝汽器冷凝成液態(tài)水，通過(guò)凝結(jié)水泵進(jìn)入低壓加熱器進(jìn)行預(yù)熱，再由除氧器除氧加熱后，通過(guò)給水泵進(jìn)入高壓加熱器加熱，最后進(jìn)入蒸器發(fā)生器內(nèi)，重新接受一回路的熱量加熱變成水蒸汽，重復(fù)上述過(guò)程。

為確定各主要設(shè)備的腐蝕產(chǎn)物分布情況，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行了目視檢查，如圖2所示。凝汽器熱阱至除氧器設(shè)備的內(nèi)部形貌為紅色，且腐蝕產(chǎn)物較多，容易收集，如圖2（左）（中）所示。而高壓加熱器腐蝕產(chǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)物為黑色。經(jīng)檢測(cè)，二回路凝汽器至蒸汽發(fā)生器的主要腐蝕產(chǎn)物為赤鐵礦（Fe2O3）和磁鐵礦（Fe3O4）。

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

圖2 凝汽器熱阱內(nèi)部形貌（左）、除氧器內(nèi)部形貌（中）和高壓加熱器（右）

而二回路腐蝕產(chǎn)物多少與水化學(xué)工況控制情況有關(guān)。根據(jù)鐵的電位-pH圖可知，當(dāng)水的pH越高，或電位足夠低（即氧含量很小時(shí)），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(yùn)行過(guò)程中，二回路水化學(xué)工況控制得越好，則二回路腐蝕產(chǎn)物的量則越小，設(shè)備表面的產(chǎn)物附著量則越少。因此，評(píng)價(jià)核電站在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中AVT（R）是否控制得當(dāng)，可通過(guò)大修時(shí)，設(shè)備表面附著的腐蝕產(chǎn)物量來(lái)進(jìn)行判斷。

根據(jù)相關(guān)報(bào)道，并結(jié)合核電站二回路腐蝕產(chǎn)物的分布規(guī)律，可以用凝汽器中的磁性過(guò)濾器、除氧器筒體內(nèi)部及蒸汽發(fā)生器泥渣沉積量作為水質(zhì)控制優(yōu)劣的評(píng)價(jià)依據(jù)[4]。現(xiàn)以某核電站為例，對(duì)凝汽器磁性過(guò)濾器、除氧器筒體及蒸汽發(fā)生器的沉積物進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

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(zhì)，給水末端控制的氧含量小于1μg/L，pH=9.6～9.9。停機(jī)前，通過(guò)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(jī)后及時(shí)向二回路各主要開(kāi)孔設(shè)備通壓縮空氣保證濕度小于40%，對(duì)整個(gè)二回路設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，以防止回路發(fā)生停用腐蝕。為掌握整個(gè)二回路的腐蝕狀況，該核電站還編制有指導(dǎo)大修腐蝕檢查的規(guī)程，規(guī)程中規(guī)定了凝汽器-磁性過(guò)濾器、除氧器等設(shè)備沉積物的取樣方法。

3 腐蝕產(chǎn)物分析

3.1 凝汽器—磁性過(guò)濾器

圖4 凝汽器磁性過(guò)濾器吸附量與燃料周期關(guān)系曲線

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

將當(dāng)前大修凝汽器磁性過(guò)濾器沉積物的重量與歷次進(jìn)行比對(duì)，如圖4所示。圖4中橫坐標(biāo)為機(jī)組大修周期，縱坐標(biāo)為磁性過(guò)濾器吸附總量和日均吸附量。圖4表明，隨著機(jī)組的不斷運(yùn)行，磁性過(guò)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(shì)，經(jīng)計(jì)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(shí)吸附量的0.35倍和0.26倍，這表明在現(xiàn)行的水化學(xué)工況下，二回路腐蝕產(chǎn)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(duì)給水進(jìn)行除氧，同時(shí)加熱給水。根據(jù)電廠腐蝕檢查規(guī)程規(guī)定，對(duì)除氧器筒體進(jìn)行取樣，樣品經(jīng)過(guò)烘干處理，利用公式，換算成單位面積沉積率，計(jì)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(guān)鍵設(shè)備，其性能好壞直接關(guān)系到電廠的安全運(yùn)行，而蒸汽發(fā)生器中泥渣沉積會(huì)濃縮二次側(cè)水中的離子濃度，有的甚至達(dá)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(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕的概率，從而影響蒸汽發(fā)生器的使用壽命[4-5]。因此，國(guó)內(nèi)電廠普遍采取水力沖洗的辦法，在大修期間，對(duì)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)泥渣進(jìn)行沖洗，以避免泥渣大量堆積，危及蒸汽發(fā)生器安全運(yùn)行的情況。

利用蒸汽發(fā)生器沖洗下來(lái)的泥渣，進(jìn)行烘干處理，得到對(duì)應(yīng)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(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。圖5表明，單個(gè)蒸汽發(fā)生器泥渣沖洗量及殘?jiān)偭康哪嘣?，變化趨?shì)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(shì)。

4 水質(zhì)控制效果評(píng)價(jià)

通過(guò)綜合凝汽器-磁性過(guò)濾器、除氧器沉積物及蒸汽發(fā)生器泥渣量腐蝕產(chǎn)物的分析，認(rèn)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(jié)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(yùn)行過(guò)程中的控制效果良好，滿足現(xiàn)狀態(tài)下，該核電站的水質(zhì)運(yùn)行要求。

圖5 某核電站歷次大修SG沖洗殘?jiān)厔?shì)圖

5 結(jié)論

在停機(jī)大修過(guò)程中，利用二回路幾個(gè)腐蝕產(chǎn)物主要分布的設(shè)備，對(duì)核電站二回路系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中腐蝕程度的評(píng)估，以此評(píng)定電站在運(yùn)行過(guò)程中，采用AVT（R）控制二回路水質(zhì)效果的方法，很好地結(jié)合了大修腐蝕檢查數(shù)據(jù)，更進(jìn)一步反映了電廠控制水質(zhì)的實(shí)際效果。且大修產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物評(píng)價(jià)參數(shù)，可為電廠的老化管理評(píng)估，提供十分重要的參數(shù)，對(duì)核電站安全運(yùn)行具有十分重要的意義。