在線鈉表在核電站二回路化學監督中的應用

孫顯海

遼寧紅沿河核電有限公司 遼寧大連 116000

核燃料在核反應堆中發生特殊形式的燃燒，進而利用該過程產生的熱能對水蒸氣進行加熱，借由能量轉換實現發電。過熱蒸汽很可能將大量含鈉化合物帶入汽輪機設備中，一旦含鈉化合物從蒸汽中析出，進而沉積在汽輪機內，將會造成一系列影響。使用在線鈉表對二回路進行化學監督，保證蒸汽品質十分重要。

1 核電站鈉監督工作的重要性及意義分析

核能發電站運用特殊的裝置將核能轉變為電能。實際上，核電站可被視為一類特殊的火電站，主要以核反應堆替代傳統火電站的鍋爐，以核燃料在核反應堆中發生特殊形式燃燒的過程替代傳統火電站中煤炭等化石能源在鍋爐中的燃燒過程，運用燃燒產生的熱量加熱水分，使其汽化為水蒸氣，進而推動汽輪機轉動（將核燃料的能量轉變為熱能，作用于水轉變為機械能，推動汽輪機帶動發電機，最終轉化為電能）。在上述過程中，作用于汽輪機的過熱水蒸氣中含有大量含鈉化合物，如硫酸鈉、氫氧化鈉、硅酸鈉等。該類雜質在過熱蒸汽中的溶解度較低，一旦蒸汽壓力下降，在原本就不高的溶解度的“作用”下，含鈉雜質會迅速從蒸汽中析出，并沉積在汽輪機內。如此一來，汽輪機的運轉效率不僅會受到影響，還可能造成安全事故。因此，在核電站正常開展發電工作期間，為避免含鈉雜質析出而導致生產事故，必須對蒸汽中的含鈉量，即蒸汽品質的惡化情況進行連續監督，發現問題時迅速采取有效措施，保證核電站整體的正常運行。

2 核電站對在線鈉表提出的特殊要求

在線鈉表是一類專用于在線工業流程式成份的化學分析儀表，作用與電測儀表及熱工儀表不同，主要用于對水汽品質進行質量監督，使各項指標處于生產要求范圍之內。核電站對在線鈉表的應用提出的特殊要求如下。

2.1 核安全方面的要求

遵照ASME壓力容器標準規范，我國多個核電站的發電運行機組均使用SG傳熱管。在核電站正常運轉期間，如果SG傳熱管受到持續性的腐蝕，進而出現爆管等事故，必然會將帶有輻射的一回路水汽泄漏至二回路，不僅影響正常發電，還會對設備及在場人員的健康造成嚴重影響。因此，基于核安全方面的考慮，在線鈉表除了應用于常規的核電站防腐防垢、熱力系統保護工作之外，還需及時檢測出SG傳染管中雜質的成分，避免出現核安全事故。

2.2 預防性維修方面的要求

在現代工業領域，維修通常分為常規的糾正性維修（即問題出現后的針對性維修，目的在于“糾正錯誤”）以及預防性維修（定期維護，防患于未然）。在線鈉表作為化學監督工作中的重要設備，在周期性的維護工作時，應該以“元器件未出現明顯損耗”為標準，實時顯示相關設備的運行情況，將維修成本控制在較小的范圍內，以期延長使用壽命。

2.3 核電站維修程序的特殊性分析

核電站設備的維修程序與傳統火電發電廠的程序相比，具備較大的特殊性，不僅相關標準及復雜程度較高，還需嚴格執行QDR設備質量缺陷報告的管理程序。一般而言，在核電站二回路的工作流程中，檢測人員如果發現質量缺陷，需按照QDR中規定的項目，完成審批、執行、驗收、歸檔、審核等多個環節。如果設備頻繁出現故障，將會導致QDR數量在短時間內驟然增加，進而使維修人員面臨較大的壓力，極大地提升維護成本[1]。因此，基于維修程序的特殊性，核電站更加注重在線鈉表的可靠性。

3 在線鈉表在核電站二回路化學監督中的具體應用

3.1 鈉表工作原理——離子選擇性電極法的原理簡析

在線鈉表的工作原理——離子選擇性電極法主要圍繞鈉離子對數相應與鈉離子濃度之間的關系而進行，常規Nernst方程式為：

公式（1）中各項的意義為：

①E：電極電位的參數；

②E0：等電勢點電極電位的參數；

③R：水汽處于理想狀態下的常數（一般為具體值，需根據核電站對水汽品質的要求而定，如山東核電一號機組適用的常數R為8.31J/mol·k）；

④T：水樣水汽的熱力學溫度；

⑤N：鈉離子價態；

⑥F：法拉第常數，一般為96485C/mol；

⑦C：水樣水汽中鈉離子的活躍程度（有效性濃度）；

⑧Ciso：鈉離子的一般濃度（單位moi/L）。

在線鈉表基于上述公式對水樣水汽中鈉離子濃度進行測量時，電極電位E與環境溫度之間不存在關聯性。

3.2 在線鈉表的測點及作用

目前，我國核電站二回路機組共用一套雜質鹽清除裝置，在線鈉表的功能配置及監督標準如下：

（1）SDA系統。主要測點為：①陽床：對設備的運行工況進行連續監督，失效時退出；②混床，作用同陽床；③除鹽水的出口母管，對水的品質進行監測。

（2）ATE系統。主要測點為：①精處理混床，作用同SDA系統中的陽床；②精處理裝置出口，作用同SDA系統除鹽水出口母管；③凝結水泵出口，對凝結水水質進行監測的同時，還需防止凝汽器發生泄漏故障。

（3）SIT系統。主要測點為：①主蒸汽機，對主蒸汽的質量進行監測，避免汽輪機高壓缸中積累大量自水蒸氣中析出的鈉鹽；②凝汽器檢漏裝置，主要監測熱井泄漏現象。

（4）REN系統：主要測點為：蒸發器，對水質進行二次監測，防止SG傳熱管受到腐蝕[2]。

3.3 與氫電導相比，在線鈉表的優勢分析

為了保證核電站二回路化學監督工作的質量，一般于在線鈉表之外，還會配備電導率表或氫電導率表。盡管氫電導的穩定性較高，測量結果的精確程度也不低，且維護工作相對簡單，但問題在于：如果陽床中鈉離子的含量較低（濃度低），則氫電導率表很可能“忽略”較少的鈉離子（敏感性較差）。相較而言，在線鈉表盡管成本比氫電導高，但綜合性能更強[3]。

4 結語

在線鈉表在核電站二回路化學監督中不可或缺，應用價值極高。