陳燈

(福建福清核電有限公司 福建福清 350300)

壓水堆核電廠是我國(guó)核電事業(yè)發(fā)展中最主要的一類電站堆型，也是我國(guó)核電事業(yè)中的重要支柱。一回路水化學(xué)是壓水堆核電廠中關(guān)鍵構(gòu)成內(nèi)容之一，確保其效用良好，能夠減少工作人員所受輻射，延長(zhǎng)放射性屏障運(yùn)行時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)壓水堆核電廠安全運(yùn)行。目前核電廠一回路水化學(xué)管控質(zhì)量提升中，工作重點(diǎn)主要集中在反應(yīng)堆冷卻劑水質(zhì)控制以及溶解氧腐蝕問(wèn)題的處理上，實(shí)現(xiàn)更有針對(duì)性的質(zhì)量管控模式，以充分發(fā)揮一回路水化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。

1 核電廠一回路水化學(xué)基本概述

壓水堆核電廠中的水化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，不過(guò)具體可以從反應(yīng)堆放射現(xiàn)象及水輻射兩點(diǎn)簡(jiǎn)要討論。放射現(xiàn)象主要與反應(yīng)堆中各類放射物質(zhì)的存在有關(guān)，由其構(gòu)成反應(yīng)堆中各類射線的分布與穿透，同時(shí)這一過(guò)程中還存在著如電離作用、核轉(zhuǎn)變作用以及射線激發(fā)與衰變作用等物質(zhì)之間的相互作用，對(duì)水化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生很多間接影響；水輻射基于冷卻劑中大量氫氧自由基變換組合，因高溫或電流作用而發(fā)生不穩(wěn)定性化學(xué)變化，并在射線對(duì)水分子的轟擊中借助輻射作用造成大量輻射自由基產(chǎn)物密布在冷卻劑中，而且這些產(chǎn)物很不穩(wěn)定，也無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量反應(yīng)[1]。這些一回路水化學(xué)的系列反應(yīng)把握是實(shí)現(xiàn)其質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，據(jù)此我們看出這些反應(yīng)會(huì)造成很多問(wèn)題，如水含氧量增加造成各類結(jié)構(gòu)材料以及燃料包殼上的腐蝕或結(jié)垢問(wèn)題等，甚至可能在控制不當(dāng)下出現(xiàn)裂變產(chǎn)物的泄漏，造成嚴(yán)重危害；所以水化學(xué)反應(yīng)的控制更加重要也更加復(fù)雜，不僅要解決過(guò)氧問(wèn)題，還要注意所用冷卻劑中的高純性，減少各類等離子的干擾，才能保證核反應(yīng)的安全進(jìn)行。

2 核電廠一回路水化學(xué)優(yōu)化管控策略

2.1 水化學(xué)控制一般措施

在壓水堆核電廠一回路水化學(xué)控制的一般應(yīng)用措施中，主要以冷卻劑硼濃度調(diào)節(jié)和pH值控制為主要內(nèi)容，通過(guò)這兩種方法實(shí)現(xiàn)水化學(xué)反應(yīng)的正常展開(kāi)。冷卻劑硼濃度調(diào)節(jié)在操作上相對(duì)復(fù)雜，需要水化學(xué)系統(tǒng)中控制與補(bǔ)給兩個(gè)子系統(tǒng)的支持，從而完成在冷卻劑中的加硼（硼化）與減硼（稀釋）措施，其屬于一種反應(yīng)堆化學(xué)補(bǔ)償式的控制模式；該調(diào)節(jié)需要是基于壓水堆燃料利用中不同節(jié)點(diǎn)對(duì)冷卻劑中硼濃度有不同要求的基本點(diǎn)而提出的，在水化學(xué)反應(yīng)初期，隨著反應(yīng)堆燃耗硼濃度逐漸降低，換料或停運(yùn)檢修期間需對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行硼化，控制硼濃度在2100～2300或2300～2500mg/L（根據(jù)核燃料鈾濃度決定），而在運(yùn)行后期要結(jié)束時(shí)，需使用除硼床除硼。在pH值控制管理中，要明確其具體應(yīng)用價(jià)值，即保證結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕性，通過(guò)添加氫氧化鋰進(jìn)行硼-鋰協(xié)調(diào)，并監(jiān)測(cè)冷卻劑中鋰濃度的含量，根據(jù)硼-鋰協(xié)調(diào)曲線，確保鋰濃度處于期望值內(nèi)，當(dāng)鋰濃度超出硼-鋰協(xié)調(diào)曲線期望值時(shí)，需進(jìn)行加鋰和除鋰操作，確保反應(yīng)堆冷卻劑pH處于最優(yōu)狀態(tài)，以此確保水化學(xué)反應(yīng)中材料具備良好的耐腐蝕性，從而避免出現(xiàn)燃料包殼腐蝕狀況，其也應(yīng)作為壓水堆核電廠一回路水化學(xué)管控工作中核心要點(diǎn)之一。

2.2 溶解氧腐蝕問(wèn)題的控制

作為一種比較強(qiáng)烈的腐蝕性元素，氧能通過(guò)與金屬反應(yīng)而造成金屬腐蝕，而在核電廠反應(yīng)堆中，其不但腐蝕金屬，還能催化其他元素對(duì)金屬的腐蝕速率，而溶解氧在其中更會(huì)造成反應(yīng)堆堆芯的嚴(yán)重?fù)p害。壓水堆核電廠對(duì)于溶解氧的腐蝕問(wèn)題主要采用化學(xué)平臺(tái)除氧和輻射分解抑制法?；瘜W(xué)平臺(tái)除氧主要應(yīng)用聯(lián)氨，在反應(yīng)堆中冷卻劑溫度到達(dá)80℃時(shí)即可在其中加入適量聯(lián)氨，使之與冷卻劑中的氧反應(yīng)，形成氨氣、氧氣和水，這些反應(yīng)物對(duì)于水化學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有危害，從而避免結(jié)構(gòu)材料腐蝕問(wèn)題；不過(guò)這一方法在使用時(shí)需要注意聯(lián)氨的濃度，既要滿足溶解氧反應(yīng)需要，同時(shí)也不能使反應(yīng)后最終剩余量及氨氣反應(yīng)產(chǎn)物超過(guò)1mg/kg。輻射分解抑制法主要是在主系統(tǒng)中添加氫而降低溶解氧的輻射反應(yīng)，γ射線為主的混合射線在一回路水化學(xué)反應(yīng)中的輻照會(huì)造成反應(yīng)堆冷卻劑中的水出現(xiàn)可逆輻射分解，通過(guò)在水中加氫，能夠抑制該反應(yīng)的發(fā)生，從而逐漸消除水中的游離氧，降低冷卻劑的腐蝕性，以保證反應(yīng)堆中結(jié)構(gòu)材料的安全性[2]。

圖1 混床離子交換器

2.3 冷卻劑中的雜質(zhì)控制

反應(yīng)堆冷卻劑中雜質(zhì)，如各類懸浮顆粒物、裂變氣體產(chǎn)物以及腐蝕產(chǎn)物等都會(huì)影響水化學(xué)反應(yīng)的正常展開(kāi)，必須要采取合理措施實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的有效提升。具體可以從如下三個(gè)部分探究控制措施。其一，過(guò)濾：過(guò)濾是用于去除水中懸浮顆粒物的常見(jiàn)方法，不過(guò)這方面的處理上，一回路水本身就已經(jīng)完成如多層纖維、過(guò)濾器、交換樹(shù)脂床等多次超純過(guò)濾環(huán)節(jié)，所以主要以過(guò)濾質(zhì)量的嚴(yán)格控制為主，并在除鹽床出口處同樣安裝過(guò)濾器，以實(shí)現(xiàn)冷卻劑中水質(zhì)提升。其二，除離子：循環(huán)凈化系統(tǒng)是冷卻劑處理的必要環(huán)節(jié)，壓水堆核電廠在其中主要使用的是混床離子交換器，如圖1所以，將陽(yáng)離子與陰離子兩種離子交換樹(shù)脂充分混合在同一個(gè)離子交換器中，能夠同時(shí)進(jìn)行陽(yáng)、陰離子的交換，從而保證冷卻劑水質(zhì)更好維持，以避免燃料包殼腐蝕問(wèn)題；該交換器在具體使用中要留意核燃料不同反應(yīng)階段中的過(guò)剩反應(yīng)問(wèn)題，再加上混合離子交換器在除硼效果上并不甚好，還要在換料末期及時(shí)應(yīng)用除硼床。其三，冷卻劑除脫氣：冷卻劑脫氣也要作為水質(zhì)控制的關(guān)鍵點(diǎn)之一，主要可以從化學(xué)脫氣法和物理脫氣法兩種來(lái)看；化學(xué)脫氣法主要用于特殊氣體處理，在壓水堆一回路應(yīng)用中主要是上文所說(shuō)的加聯(lián)氨抑制氧分解；物理脫氣法以熱力和真空作為應(yīng)用思路，多適用于惰性氣體的脫氣處理，相對(duì)局限較大[3]。上述三種方法多需聯(lián)合應(yīng)用，才能有效保證反應(yīng)堆冷卻劑中雜質(zhì)的有效清除，使一回路水化學(xué)順利展開(kāi)。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，壓水堆核電廠一回路水化學(xué)輻射的優(yōu)化管控中務(wù)必要從反應(yīng)堆冷卻液雜質(zhì)處理及水化學(xué)一般控制入手，加強(qiáng)對(duì)水化學(xué)反應(yīng)整體過(guò)程的管理與控制，此外，具體應(yīng)用中還可參考一些新的控制方法，比如冷卻劑中添加氮元素等降低材料腐蝕率，也能保證pH值更穩(wěn)定控制，以減少對(duì)水化學(xué)反應(yīng)干擾等，以工藝的不斷優(yōu)化為核電廠工作提供更多助力。