田灣核電站二期工程蒸汽發生器濕保養時聯氨濃度的優化

蘇凱 劉陽平

摘 要：田灣核電站VVER機組停運期間蒸汽發生器濕保養的聯氨濃度規定為20-30mg/L，實際生產中發現該聯氨濃度區間定位較窄，且因聯氨具有揮發、加熱分解、參與鈍化反應等特性以及給水管線消耗等因素，導致蒸汽發生器中聯氨濃度經常不達標，影響工程進度和并破壞蒸汽發生器連續保養狀態進而影響鈍化效果，為解決以上問題，經過研究論證優化濕保養工藝，提高聯氨濃度上限為100mg/L，經過優化蒸汽發生器濕保養方案并應用到田灣核電二期工程，大幅減少了蒸汽發生器因保養液中聯氨不合格的異常情況。

關鍵詞：蒸汽發生器;濕保養;聯氨

1 引言

核電站蒸汽發生器（蒸汽發生器）管材因二回路系統腐蝕產物積累發生應力腐蝕開裂，是蒸汽發生器傳熱管破損的主要原因。蒸汽發生器傳熱管破損不僅會破壞一回路壓力邊界的完整性，而且降低了蒸汽發生器傳熱管的傳熱效率，影響核電站運行的經濟效益，甚至影響機組運行壽期內蒸汽發生器的服役壽命。據統計20%-30%的腐蝕產物來自蒸汽發生器停堆濕保養期間，因此減少蒸汽發生器停堆濕保養期間腐蝕產物的生成及積累是必要的。

田灣核電2期蒸汽發生器濕保養方案：《蒸汽發生器運維手冊》、《蒸汽發生器保養程序》A版中規定，蒸汽發生器保養液水化學標準為：N2H4：20-30mg/L、Cl-：≤100μg/L、pH25：9.5-10.0、T：≥90%。實際生產中發現，該聯氨濃度區間定位較窄：在該區間，蒸汽發生器pH值往往達不到9.5-10.0的要求（見圖1），還需添加氨水以保證pH值;且因聯氨具有揮發、加熱分解、參與鈍化反應等特性以及給水管線消耗等因素，導致蒸汽發生器中聯氨濃度經常不達標;在蒸汽發生器濕保養時，聯氨濃度下降至超出該濃度區間（見圖2），導致保養液不合格需要重新配制和充注，嚴重影響工程進度和并破壞蒸汽發生器連續保養狀態進而影響鈍化效果。

2? 蒸汽發生器濕保養工藝優化

2.1停機期間蒸汽發生器氧腐蝕及蒸汽發生器濕保養原理

機組停運期間蒸汽發生器可能發生的氧腐蝕。氧是一種去極化劑，所以當有氧存在時，加快了電化學腐蝕的速度，在潮濕的環境中產生腐蝕原電池，其反應機理如下：

但Fe（OH）2會進一步與氧反應生成疏松的Fe（OH）3沉淀物，Fe（OH）3的沉淀使陽極范圍的亞鐵離子濃度顯著降低，即氧促使陽極的Fe轉入水溶液中，加速了腐蝕的過程，生成Fe（OH）2和Fe（OH）3。

為了減少氧腐蝕，在機組停運時，必須控制蒸汽發生器內氧濃度和水分，即濕保養和干保養。 蒸汽發生器可選擇使用聯氨溶液進行濕保養。加聯氨一方面可以除氧，一方面可以將傳熱管表面最外層的Fe2O3轉換為相對致密的Fe3O4保護膜，實現鈍化效果，反應式如下：

N2H4+O2→2H20+N2

N2H4+6Fe2O3→4Fe3O4+N2+2H20

2.2 保養液聯氨濃度優化

根據聯氨與不銹鋼材料的緩蝕機理[1]，蒸汽發生器保養液中適當提高聯氨濃度，可以促進傳熱管表面鈍化膜形成以及提高保養液pH有利于蒸汽發生器的防腐。且借鑒于田灣核電站2號機水壓試驗和循環沖洗階段良好的調試經驗，在遵守pH為9.5-10.0的情況下，提高聯氨濃度區間為20-100mg/L，經俄羅斯OKB水壓機設計院同意，應用到田灣核電二期工程中，蒸汽發生器二次側濕保養要求最終修改為：聯氨20-100mg/L、pH9.5-10.0、氯離子≤100μg/L，透光率≥90%，監測頻度為2次/周。

2.3冷試過程中蒸汽發生器二次側沖洗

冷試期間，蒸汽發生器二次側沖洗前，除氧器中配制沖洗液，對蒸汽發生器二次側進行沖洗，以除去設備及管線內表面的有機類及無機類雜質;沖洗合格后充注保養液對蒸汽發生器進行濕保養，以對蒸汽發生器傳熱管及二次側表面建立致密的金屬氧化物保護膜（Fe3O4保護膜）。通過增大聯氨濃度，提升蒸汽發生器傳熱管及內表面鈍化效果，極大地縮短了冷試的調試周期，完滿了完成了冷試期間化學任務。

2.4役檢過程中對蒸汽發生器進行濕保養

役檢及停機過程中，在除氧器中配制蒸汽發生器保養液再傳輸入蒸汽發生器中進行濕保養。通過較高濃度的聯氨，對蒸汽發生器傳熱管及二次側內表面達到一個良好的防腐作用。

3? 應用效果

經過優化水化學標準，將蒸汽發生器保養液的中聯氨濃度提高，保證了保養液中聯氨濃度在一個較高水平，提搞了鈍化效果，確保蒸發器鈍化的連續進行，更有利于蒸汽發生器的防腐，蒸汽發生器傳熱管良好的防腐情況則有效的保證了蒸汽發生器的熱交換能力。在役檢期間，進入蒸汽發生器內部檢查，發現傳熱管表面及鈍化膜狀態良好（見圖3）。該優化提高蒸汽發生器機組建設期間的防腐能力，為機組的安全穩定運行提供了良好的保障，同時為后續延長機組運行壽期奠定了有力的保障基礎。

降低了蒸汽發生器保養液的配制難度，提高了配制合格率，減少了廢水排放量。蒸汽發生器液位為3.7米左右時（保養液通常液位），其水裝量為128m?左右，除氧器配藥有效體積為450m?。如果除氧器中配制保養液聯氨濃度偏離20-30mg/L的標準或蒸汽發生器中保養液聯氨濃度緩慢降至20mg/L以下時，則需講除氧器中不合格的保養液完全排掉或部分排掉后再行配水、加藥。僅從聯氨濃度考慮，除氧器配制保養液的合格率在實行新的水化學標準后合格率提高至100%。因此在執行新的聯氨濃度標準后，除氧器配藥及蒸汽發生器濕保養過程中，節省了大量的除鹽水及聯氨藥量，大幅度降低了廢水排放量以及縮短調試工期，產生了良好的經濟效益。

4? 結論

本項目通過對蒸汽發生器保養液聯氨濃度的優化，將聯氨水化學標優化至20-100mg/L，切實有效的解決了蒸汽發生器保養液聯氨濃度配制難度高，廢水排放量大等問題，達到了良好的節能減排效果;更重要的是減少了因聯氨濃度不合格而導致破壞蒸汽發生器連續保養狀態的現象，提高蒸汽發生器濕保養鈍化效果，提高了蒸汽發生器機組建設期間的防腐能力，為機組的安全穩定運行提供了良好的保障，同時為后續延長機組運行壽期奠定了有力的保障基礎。

參考文獻：

[1]張孟琴，潘慶春，于晶華等，PWR核電站蒸汽發生器停堆濕保養工況聯氨的緩蝕作用，中國原子能科學研究院年報，1990年00期，273-274

（江蘇核電有限公司 化學處，江蘇 連云港 222000）