國內壓水堆核電站二回路全揮發處理效果的評價方法

李潛蛟

（大亞灣核電運營管理有限責任公司化學環保部，廣東 深圳 518124）

1 引言

目前，國內核電站均采用還原性全揮發處理（以下簡稱“AVT（R）”），控制二回路水質，以緩解二回路系統設備材料的腐蝕程度，減少二回路腐蝕產物向蒸汽發生器遷移，從而提高電廠安全運行性能，確保核電機組在設計壽期內，能夠穩定高效地運行。而國內在現階段主要利用世界核營運者協會（以下簡稱“WANO”）制定的壓水堆核電機組化學指標評價二回路水質控制的優劣，即選取幾個影響蒸汽發生器性能的關鍵指標，利用公式，計算出WANO值，WANO值越接近1：0，表明電廠在運行過程中，二回水質控制得越好，二回路系統發生影響設備部件安全性能腐蝕機理的可能性就越小[1]。本文則根據水化學控制與二回路系統設備腐蝕之間的關系，通過大修檢查獲得的二回路腐蝕產物數據，對運行過程中二回路水化學處理控制效果進行評價。

2 二回路系統腐蝕產物分布

圖1 二回路系統流程圖

圖1為核電站二回路主要系統流程圖，二次側的水經蒸器發生器加熱，變成飽和水蒸汽，經高壓缸和低壓缸做功后，由凝汽器冷凝成液態水，通過凝結水泵進入低壓加熱器進行預熱，再由除氧器除氧加熱后，通過給水泵進入高壓加熱器加熱，最后進入蒸器發生器內，重新接受一回路的熱量加熱變成水蒸汽，重復上述過程。

為確定各主要設備的腐蝕產物分布情況，對各設備進行了目視檢查，如圖2所示。凝汽器熱阱至除氧器設備的內部形貌為紅色，且腐蝕產物較多，容易收集，如圖2（左）（中）所示。而高壓加熱器腐蝕產物附著較少，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物為黑色。經檢測，二回路凝汽器至蒸汽發生器的主要腐蝕產物為赤鐵礦（Fe2O3）和磁鐵礦（Fe3O4）。

造成腐蝕產物如此分布的原因，是由于機組運行過程中，水中絕大多數的溶解氧經凝汽器至除氧器之間的設備管線時，被消耗完，而生成金屬腐蝕產物，運行數據顯示，在機組正常運行情況下，電廠給水末端監測到的氧含量小于7μg/L。另從蒸汽發生器出來的蒸汽攜帶能力不強，蒸汽所攜帶鹽類及金屬腐蝕產物相對較少[2-3]。因此，在凝汽器至除氧器之間設備管道附著的腐蝕產物較多，蒸汽發生器也由于蒸汽攜帶鹽類的能力較少，而出現泥渣沉積現象。

圖2 凝汽器熱阱內部形貌（左）、除氧器內部形貌（中）和高壓加熱器（右）

而二回路腐蝕產物多少與水化學工況控制情況有關。根據鐵的電位-pH圖可知，當水的pH越高，或電位足夠低（即氧含量很小時），金屬處于免蝕區，即不發生明顯的腐蝕，如圖3所示。因此，運行過程中，二回路水化學工況控制得越好，則二回路腐蝕產物的量則越小，設備表面的產物附著量則越少。因此，評價核電站在機組運行過程中AVT（R）是否控制得當，可通過大修時，設備表面附著的腐蝕產物量來進行判斷。

根據相關報道，并結合核電站二回路腐蝕產物的分布規律，可以用凝汽器中的磁性過濾器、除氧器筒體內部及蒸汽發生器泥渣沉積量作為水質控制優劣的評價依據[4]。現以某核電站為例，對凝汽器磁性過濾器、除氧器筒體及蒸汽發生器的沉積物進行分析評價。

圖3 鐵的電位-pH平衡圖

該核電站采用氨+聯氨的AVT（R）控制二回路水質，給水末端控制的氧含量小于1μg/L，pH=9.6～9.9。停機前，通過向二回路加入大量的氨和聯氨，以保證二回路pH盡可能接近11.0，停機后及時向二回路各主要開孔設備通壓縮空氣保證濕度小于40%，對整個二回路設備進行保養，以防止回路發生停用腐蝕。為掌握整個二回路的腐蝕狀況，該核電站還編制有指導大修腐蝕檢查的規程，規程中規定了凝汽器-磁性過濾器、除氧器等設備沉積物的取樣方法。

3 腐蝕產物分析

3.1 凝汽器—磁性過濾器

圖4 凝汽器磁性過濾器吸附量與燃料周期關系曲線

凝汽器磁性過濾器位于凝汽器鈦管下方，是凝汽器汽側的重要組成部分，其主要作用是吸附水汽中的鐵磁物質。在大修期間，按電廠腐蝕檢查規程，對凝汽器磁性過濾器進行取樣，并對所取樣品進行烘干稱重處理。

將當前大修凝汽器磁性過濾器沉積物的重量與歷次進行比對，如圖4所示。圖4中橫坐標為機組大修周期，縱坐標為磁性過濾器吸附總量和日均吸附量。圖4表明，隨著機組的不斷運行，磁性過濾器吸附量總量和日均吸附量在整體上呈現不斷減少的趨勢，經計算，第11次大修的吸附量總量和日均吸附量分別為第2次大修時吸附量的0.35倍和0.26倍，這表明在現行的水化學工況下，二回路腐蝕產物不斷減小。

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）對給水進行除氧，同時加熱給水。根據電廠腐蝕檢查規程規定，對除氧器筒體進行取樣，樣品經過烘干處理，利用公式，換算成單位面積沉積率，計算出電廠在本次燃料循環周期的單位面積沉積率為3.17g/（m2.y）,根據電廠檢查規程規定，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 蒸汽發生器沉積物

蒸汽發生器是核電站的關鍵設備，其性能好壞直接關系到電廠的安全運行，而蒸汽發生器中泥渣沉積會濃縮二次側水中的離子濃度，有的甚至達到104倍以上，如氯離子，能增加傳熱管和其他管段上發生晶間應力腐蝕、點蝕的概率，從而影響蒸汽發生器的使用壽命[4-5]。因此，國內電廠普遍采取水力沖洗的辦法，在大修期間，對蒸汽發生器二次側泥渣進行沖洗，以避免泥渣大量堆積，危及蒸汽發生器安全運行的情況。

利用蒸汽發生器沖洗下來的泥渣，進行烘干處理，得到對應燃料周期的泥渣量，并將該泥渣量與歷次大修泥渣沖洗量進行對比，如圖5所示。圖5表明，單個蒸汽發生器泥渣沖洗量及殘渣總量的泥渣量，變化趨勢整體平穩，未出現較大的沉積物變化。且日均沉積量也表明，泥渣沉積量較平穩，且有一定的減少趨勢。

4 水質控制效果評價

通過綜合凝汽器-磁性過濾器、除氧器沉積物及蒸汽發生器泥渣量腐蝕產物的分析，認為該核電站現有狀態下二回路腐蝕程度較輕，腐蝕狀態控制良好。分析結果表明，核電站目前采用氨+聯氨的AVT（R）參數控制范圍及運行過程中的控制效果良好，滿足現狀態下，該核電站的水質運行要求。

圖5 某核電站歷次大修SG沖洗殘渣趨勢圖

5 結論

在停機大修過程中，利用二回路幾個腐蝕產物主要分布的設備，對核電站二回路系統運行過程中腐蝕程度的評估，以此評定電站在運行過程中，采用AVT（R）控制二回路水質效果的方法，很好地結合了大修腐蝕檢查數據，更進一步反映了電廠控制水質的實際效果。且大修產生的腐蝕產物評價參數，可為電廠的老化管理評估，提供十分重要的參數，對核電站安全運行具有十分重要的意義。