核電站二回路水化學監督與控制分析

岳萬鳳 李桂浩

（中國核電工程有限公司，北京 100080）

核電站二回路水化學監督與控制分析

岳萬鳳 李桂浩

（中國核電工程有限公司，北京 100080）

核電站在調試、正常運行期間，二回路熱力系統總是有各種各樣的水汽損失，因此需不定期向凝汽器補水。大量的傳熱管和支撐板，內部水存在沸騰狀態，如果補水水質不良則會使水中雜質附著在管板和和傳熱管上，發生濃縮結垢腐蝕，破壞傳熱管破裂，引起泄漏，由此可見補水水質的凈化至關重要，嚴格控制補給水的品質可以使二回路水質質量提高，使系統運行更安全更可靠。

蒸汽發生器；二回路；補水水質

1 引言

在調試和運行期間，制造、存放或安裝以及補給水時可能進入蒸汽發生器的任何污染物，都會影響蒸汽發生器污染，使蒸汽發生器傳熱管破裂、汽機通流級結垢，所以二回路水質在核電站調試、運行有重要意義。

2 二回路水質規范和監督要求

2.1 水質規范制定原則

入到蒸汽發生器的雜質應在實際可行的最小值；雜質濃度最大值應與蒸汽發生器管材和二回路系統耐腐蝕性能一致；規定的雜質濃度可以用現有的分析方法和儀器來測定。

依據這樣一個原則，制定了給水、凝結水和二次測的水質指標。控制給水的水質指標是為了控制整個系統的堿度范圍，低的溶解氧含量和很低的雜質濃度，來減少腐蝕和腐蝕產物。而控制凝結水的水質指標是為了使整個蒸汽和水系統的腐蝕減至最小，并防止氧的進入。控制蒸汽發生器排污水的水質指標是為了控制傳熱管和其他結構材料的非腐蝕環境：PH堿性大于8.9，雜質濃度很低，特別是鈉離子和氯離子。另外，硅是水垢的主要來源，也應保持在較低的濃度水平。給水PH值的控制范圍取決于給水系統的材料。限值大于9.1，期望值大于9.6。通常用氨、嗎啉和環乙胺來調節PH值，聯氨熱力分解產生氨也會影響PH。在水質指標內運行，可以保持給水系統的完整性，使腐蝕產物減至最小。在沒有雜質進入和泄漏的情況下，二回路水的PH有給水的聯氨和氨控制。

（1）陽離子電導率：該指標用于檢測進入系統的所有可溶性陰離子雜質，當凝汽器有少量泄漏和補水中少量雜質離子進入后，會因起二次測陽離子電導率上升，當超出正常功率運行階段排污水中鈉－陽離子電導率方框圖時，要及時的采取糾正行動。

（2）鈉：鈉離子指標是根據核電站運行經驗得出的，當SG水中的鈉離子含量超過100ppb時，表示有產生苛性應力腐蝕的可能性。鈉離子含量可以有效指示雜質離子進入的情況。

（3）氯離子：氯離子對鐵材料有腐蝕作用，很容易在縫隙中存在，形成鹽酸，促使非保護性氧化鐵的生產，產生點蝕。強酸性離子硫酸根也有腐蝕性。

（4）硅：硅會形成硅酸鹽沉積在蒸汽發生器內和汽輪機葉片上，降低傳熱效率。根據運行經驗，SG內水的硅含量應小于200ppb。

（5）溶解氧：加入過量的聯氨來除氧，要監督給水（小于5ppb）和凝結水（小于10ppb）中的溶解氧含量。超過規定值要進行查漏處理。

（6）鐵：監督給水系統中的腐蝕情況。要監測給水中的鐵含量，控制指標為小于10ppb。

（7）聯氨：聯氨是二回路微量氧的除氧劑，將減少材料的均勻腐蝕和腐蝕產物，聯氨還可以分解成氨，隨著蒸汽轉移并溶解在凝結水中，有助于PH的控制。

2.2 二回路水質規范

給水：PH：9.1—9.6，O2＜5ppb，Fe＜10ppb。

凝結水:陽電導＜0.3μs/cm，O2＜10ppb(功率＞40%RP時)，O2＜20ppb(功率＜40%RP時)，Na＜5ppb。

蒸汽發生器排污水:PH：＞8.9，陽電導＜1.0μs/cm,CL＜20ppb，SO4＜20ppb，Na＜20ppb，SiO2＜1000ppb。

2 二回路水質控制方法

目前核電站在調試及正常運行期間，二回路熱力系統總是有各種各樣的水汽損失，比如一些設備冷卻用水、SG水質差時不回收直接排放掉、向ASG001BA補水、在線儀表用水、化學取樣排放掉以及系統或設備本身漏水汽損失等，因此需不定期向凝汽器補水。控制補水水質主要是從淡水廠預處理和YA除鹽水處理著手。通過化學藥品添加進行防腐的主要方法為添加氨水控制PH及添加聯胺進行化學除O2。（熱力除氧、真空除氧）。

二回路水質凈化主要處理系統有凝結水精處理系統（ATE）及蒸汽發生器排污系統（APG）。

凝結水精處理系統（ATE）：為了進一步保證水質和縮短機組啟動的時間，設置了凝結水精處理系統。當凝汽器發生海水泄漏和機組啟動過程中，在凈化二回路水質時，凝結水精處理系統發揮了重要的作用。

表1 水處理系統設備運行對水質的影響

蒸汽發生器排污系統（APG）：由于蒸發器是一回路向二回路泄漏的壓力邊界，結構又復雜，有大量的傳熱管和支撐板，內部水存在沸騰狀態，雜質很容易附著在管板和傳熱管上，發生濃縮結垢腐蝕，破壞傳熱管破裂，引起泄漏，因此需要及時地將SG內的鹽類雜質和腐蝕產物排除去。在正常運行期間，通過連續排污降低SG內腐蝕產物的沉淀和累積。當機組啟動和凝汽器發生海水泄漏時，通過加大排污量和保持ATE全處理流量使水質快速恢復到允許運行范圍內。

目前，水處理系統設備運行對水質影響有互相沖突之處（見表1）。在正常運行期間，較為容易調整的主要是ATE系統和APG系統，應尋找較為合適的運行方式使水質達到相對較好水平。

3 目前二回路存在的水化學問題及其糾正行動

針對目前二回路存在水化學的問題進行了以下糾正。

3.1 CEX補水水質差

主要原因：1）由于河水的污染程度日趨嚴重，還有季節性影響（如冬季枯水等），導致河水水質越來越差。2）由于淡水廠依然采用傳統的混凝、沉淀和過慮處理工藝，對COD的處理效果不是很好。3）一般電廠除鹽水生產系統運行多年，活性炭、樹脂均有不同程度的沾污，特別是活性炭，其除有機物效率只有15～40%，一般在25%左右，例如：秦山二期從目前的運行質量看，活性炭床的效率大概在55%左右。4）由于陰樹脂也已遭受狠大程度的污染，導致最終出水(SED/SER)水中有機物含量還是不很滿意，由此引起凝汽器補水時各系統水質的波動。

由于系統原因，二回路目前的補水量較大，每天的補水量約有100t，當補水中的有機物進入系統后，在高溫下發生分解產生酸性陰離子，使二回路水陽電導增加。記錄數據表明，大量補水后，給水和凝結水中的陽電導增加1倍左右，SG陽電導增加2～3倍。

針對這一情況，目前在YA除鹽水系統前增加反滲透裝置，這一計劃目前正在實施。秦山一、三期的運行經驗表明，該反滲透系統可以提高補水水質，特別是在降低有機物方面很有效。而反滲透是一種膜分離技術，利用半透膜只能透過溶劑分子和不能透過溶質分子的特性，通過外加壓克服清液和濃液間的滲透壓使濃溶液中溶劑分子向清液中滲透，將處理水分成清液和濃液，清液進行回收，濃液排放，這樣達到凈化水的目的。反滲透工藝中水回收率一般為75%，利用反滲透技術基本能除去水中全部的有機物、細菌、病毒和大部分離子

3.2 ATE除鹽系統性能差

產生這種現象的原因有：1）ATE投運后會引起SG鈉離子升高，這主要原因是ATE混床在再生時，陰陽樹脂分離不徹底造成的。在分離塔中，陰陽離子依靠自身密度的差異進行分層。分層后，陽樹脂轉移到陽樹脂再生塔進行再生時，由于其中攜帶有陰樹脂，當用硫酸再生對陽樹脂再生時，硫酸根離子也與陰樹脂上進行交換；對陰樹脂用氫氧化鈉進行再生時，鈉離子同時夾雜的陽樹脂進行交換，這樣當ATE投入運行后，鈉離子和硫酸根離子就被釋放到二回路系統中，使二回路中的硫酸根和鈉離子濃度升高。2）樹脂分層問題涉及到樹脂的型號和再生設備的工藝問題，這種情況一時難以解決。在目前狀況下，只有通過進行試驗找到能提高分層效果的方法，提高陰陽樹脂的分層效果，減少雜質離子的析出。

針對上面所述提出的解決方案（1）：氫氧化鈉浸泡，即將失效的混床樹脂在分離塔中用氫氧化鈉浸泡，使陰陽樹脂初步再生，利用再生后的樹脂的密度差異大進行有效分層。這涉及到浸泡時間，浸泡濃度，需要通過試驗來確定。解決方案（2）氨浸泡，即將陰塔中再生好的陰樹脂用一定濃度的氨水浸泡，將陰樹脂攜帶來的陽樹脂轉變成氨型，減少鈉離子的析出。

[1]俞忠德.秦山核電二期工程建設經驗匯編[M].原子能出版社，2004年.

[2]錢世鈞.凝結水精處理系統調試[M].原子能出版社，2004.

[3]錢達中.核電站水質工程[M].中國電力出版社，2008.

[4]吳忠良.調試期間的水化學監督與管理[M].2004.

岳萬鳳，女，碩士學位，重慶大學，熱能與動力工程專業，助理工程師。

TM623

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1003-5168(2014)04-0100-02