核電廠二回路系統水化學控制優化

昌 桐 劉慧宇 鄭文君

0 引言

核電廠二回路良好的水化學工況取決于系統設計、結構、設備材料等，在電廠設計完成投運后水化學管理就成了水質控制的關鍵手段。近幾年，隨著對二回路系統水化學控制的不斷改進，二回路系統水質已得到明顯改善，減少了二回路系統設備的腐蝕，保障著核電廠的安全穩定運行。

1 二回路水化學控制優化

1.1 水化學管理理念提升

二回路系統化學控制的目的是降低系統設備的腐蝕，減少腐蝕產物轉移到蒸汽發生器內，降低蒸汽發生器二次側的雜質離子濃度，改善傳熱管的縫隙化學環境，從而避免蒸汽發生器傳熱管的晶間腐蝕和應力腐蝕開裂。目前，核電廠水化學管理的關鍵已經從控制水質的不超標轉變為盡量降低系統雜質離子的含量。因為只有在系統使雜質離子控制在盡量低的水平，才能有效地降低二回路系統的腐蝕，防止蒸汽發生器傳熱管的腐蝕開裂。[1]

核電廠化學人員對重要系統的關鍵參數建立了趨勢跟蹤，全面了解電廠的化學狀態，當實驗室檢測的化學參數與前幾次數據結果和化學控制規范指標比較時，發現化學數據超出期望值/控制值或者對比近幾次分析數據有明顯異常或者有劣化趨勢，則立即確認取樣的代表性和分析結果的準確性，比較在線儀表與化學離線分析數據，以判斷超值數據的正確性，再結合系統設備的運行狀況變化，判斷是否為化學偏離或異常，如判斷為化學偏離或異常則根據化學異常管理流程，立即匯報處理并分析出現異常的原因，根據糾正行動的等級采取相應的糾正措施，在規定的糾正時間內將化學參數恢復到正常的化學控制值范圍內。對于長期存在的異常情況，化學人員聯合運行、維修人、設備管理人員成立了專項工作小組，共同商討對策，研究解決，分析化學異常的原因，并決策下一步的糾正行動，直至異常化學參數恢復到正常控制值范圍內。

1.2 嚴格的pH值和雜質含量控制

二回路系統主要由碳鋼、低合金鋼材料構成，因此容易發生流動加速腐蝕（FAC），導致系統材料腐蝕，產生管壁減薄現象，同時腐蝕產物會隨著給水進入蒸汽發生器，在SG傳熱管和管板上沉積。研究結果和運行經驗證明，堿性水質會使結構材料表面生成一層具有良好保護作用的氧化膜，提高pH值可以促進氧化膜迅速形成；另外，金屬表面對OH—離子有一定的吸附作用，OH—濃度越高，吸附量越大。當pH值達到一定數值時，吸附的OH—就能阻止其他物質同金屬表面發生作用。

研究表明，pH值大于9.6時，鐵素體合金的腐蝕速率降至很小，而低于9.2時，系統材料受到流體加速腐蝕的侵蝕，腐蝕速率加快，時間長會出現管壁減薄。因此二回路系統pH控制對降低二回路設備的腐蝕很重要，適當提高pH可以提高氧化物保護膜的穩定性，從而降低整個二回路系統的碳鋼腐蝕速率，這對于電站長期穩定運行和SG的壽命是很有好處的，無論是碳鋼還是低合金鋼，其FAC速率都隨著pH值的上升而迅速下降，特別是當pH值達到9.5以后腐蝕速率小得多。[2]為了減少二回路系統設備的腐蝕，目前國內外核電廠二回路水汽回路都提高了pH值，AVT處理方式也逐步從低AVT逐漸轉向高AVT處理。

二回路雜質來源主要有補給水污染、海水泄漏、空氣漏入真空系統、冷卻水進入二回路水汽系統、樹脂再生劑、破碎樹脂、二回路系統添加劑等，這些雜質隨著給水進入蒸汽發生器，發生雜質濃縮沉積現象并沉積在蒸汽發生器內對蒸汽發生器的運行產生不利影響。核電廠通過對補水水質控制、樹脂及再生劑、二回路添加劑品質控制，監督和處理泄漏等方法控制可能引入的雜質。對蒸汽發生器水質包括鈉離子、氯離子、硫酸根離子、陽離子電導率等參數設置相應的規范，當參數超出期望值時即采取相應的糾正行動以恢復水質。

1.3 凝結水精處理系統運行優化

凝結水精處理系統（ATE）是二回路主要的凈化系統，用以除去凝結水中的雜質離子和懸浮顆粒，減少雜質離子和懸浮顆粒向給水和蒸汽發生器的轉移。待處理的凝結水從凝結水泵出口母管接出先經過前置陽床處理，除去凝結水中絕大部分的氨，然后再經過深層混床處理，徹底除去凝結水中的雜質。ATE系統下游不再有其他給水水質凈化設備，因此保證ATE出水水質是二回路水質控制的重要工作任務。

二回路通過加氨控制pH，電廠化學技術規范中給水pH限值為9.5-10.0，實際pH通常控制在9.6-9.7之間，氨含量隨pH呈指數增加，pH為9.7時氨為3 300ppb，凝泵出口氨含量約4 000ppb。ATE系統進水氨濃度高會嚴重增加陽床負擔，直接導致陽床失效時間過短，需要頻繁切換再生，再生后的樹脂床殘留再生劑沒有時間釋放，大量硫酸根進入混床，增加混床負擔，甚至導致漏硫酸根。因此需要在啟機后ATE高流量凈化時將pH控制在9.50-9.55，既滿足技術規范的要求也可以減輕陽床的再生壓力。

凝結水精處理系統在投運初期由于再生劑殘留問題會向二回路系統引入雜質，使蒸發器水質變差，因此樹脂床再生后應進行充分的沖洗、靜置，使樹脂吸附的再生劑充分釋放，再通過增加沖洗時間和次數，保證樹脂再生后沖洗水電導率降至0.1μS/cm，對于即將投運的樹脂床再進行1-2次沖洗，直至混床出水電導率小于0.1μS/cm后才可投入運行。

1.4 大修啟動階段水化學控制

大修啟動過程中二回路的沖洗凈化回路帶進蒸發器，對WANO化學指標產生重要影響。化學應聯合運行人員，根據二回路系統運行特點，充分利用現有的水處理設備盡可能將水質控制好。凝汽器熱阱進水后啟動凝結水泵進行小循環，利用充排水和磁鐵過濾器使鐵含量小于400ppb，然后投運凝結水精處理系統，加速凈化，同時啟動化學加藥系統加氨泵維持pH值。當凝結水鐵小于400ppb、高加給水鐵小于100ppb時允許啟動主給水泵建立大循環，通過凝結水精處理系統使水質進一步凈化。同時，盡可能地進行備用泵切換以使相應管線的余水進行置換凈化。除氧器開始加熱除氧后及時添加氨和聯氨，當高加給水滿足水質要求后允許進行主給水和輔助給水的切換。主給水供水初期蒸汽發生器水質較差，此時可以將蒸汽發生器排污除鹽床旁路。在汽側啟動之前將汽水分離再熱器和高加疏水回路在線到凝結水系統通過ATE系統全流量處理保證水質，功率升到50%～75%后再將疏水切換回除氧器。[3]

機組并網后提升功率過程中要注意關注ATE系統除鹽床工作情況，調節系統統流量，保持ATE系統流量高于凝結水流量到200 t/h并確保樹脂未失效；保持蒸發器排污流量最大，隨著功率的上升，根據蒸發器水質情況及時進行進一步的調整。如果在升功率過程中出現蒸汽發生器水質惡化時，則必須降低升功率速率，甚至暫停升功率，查找水質惡化原因，等候水質改善后方可繼續提升功率。

2 總結

核電廠二回路對水質控制的高標準要求，使得核電廠必須對二回路系統運行的各個環節加以優化，提升管理理念、嚴格控制pH和雜質含量、優化凝結水精處理系統運行、有效的大修啟動階段水化學控制，能夠有效減少二回路系統腐蝕問題的發生、保證關鍵設備的結構完整性，進而提高核電廠各項化學性能指標，保障電廠安全穩定運行。