秦山核電站二回路系統(tǒng)水化學(xué)控制模式的分析和優(yōu)化

田民順

（核電運(yùn)行研究（上海）有限公司，上海 200126）

秦山是我國(guó)大陸最早的核電基地，目前運(yùn)行著秦山一期350 MW（秦一廠）、秦山二期650 MW（秦二廠）、秦山三期728 MW（秦三廠）和方家山1 089 MW 等4個(gè)廠共9臺(tái)機(jī)組，包括壓水堆和重水堆兩種堆型。

秦山各廠二回路系統(tǒng)水化學(xué)控制模式如表1所示，聯(lián)氨作為除氧劑，維持蒸汽發(fā)生器（SG）服役環(huán)境的還原性，氨、ETA（乙醇胺）和嗎啉作為堿化劑，控制二回路系統(tǒng)的p H。

表1 秦山核電站二回路系統(tǒng)水化學(xué)控制模式Tab.1 Control modes of secondary system water chemistry in Qinshan nuclear power plant

經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行實(shí)踐，秦山核電站二回路水化學(xué)控制逐漸暴露一些問(wèn)題，各核電機(jī)組二回路水化學(xué)的運(yùn)行情況也存在差別。

本工作從目前秦山核電站各廠二回路水化學(xué)控制模式特點(diǎn)和運(yùn)行情況出發(fā)，結(jié)合國(guó)外核電站二回路水化學(xué)控制技術(shù)，提出改進(jìn)二回路水化學(xué)控制水平的建議，為秦山核電站二回路水化學(xué)技術(shù)的優(yōu)化及未來(lái)核電站二回路水化學(xué)控制模式的設(shè)計(jì)提供參考。

1 二回路水化學(xué)控制基本要求

核電站二回路水化學(xué)控制最終目的是降低二回路設(shè)備的腐蝕和減少腐蝕產(chǎn)物向SG 遷移，減少SG積污，避免其垢下雜質(zhì)濃縮發(fā)生腐蝕，最終確保SG的傳熱性能和使用壽命。優(yōu)異的二回路水化學(xué)控制模式還可以降低SG 檢查、水力沖洗和化學(xué)清洗的頻率，從而減少核電站的大修時(shí)間和檢修費(fèi)用，為核電站創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可延長(zhǎng)核電站運(yùn)行壽命。為了達(dá)到上述目標(biāo)，應(yīng)滿足以下要求：

（1）保證給水系統(tǒng)聯(lián)氨的質(zhì)量濃度合適，確保SG 處于還原性環(huán)境。

（2）二回路系統(tǒng)p H 均衡控制，即使用堿化劑確保二回路系統(tǒng)的p H 都維持在較高的水平，特別是疏水系統(tǒng)的p H。這樣既能降低二回路凝結(jié)水、給水等系統(tǒng)的均勻腐蝕，也能抑制疏水等系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕（FAC）。

1.1 SG 處于還原性環(huán)境

核電站SG 傳熱管使用的材料包括600、690或800合金（成分見(jiàn)表2），應(yīng)保證SG 處于還原性環(huán)境以避免SG 發(fā)生晶間應(yīng)力腐蝕。聯(lián)氨是目前國(guó)際上核電站通用的除氧劑，控制SG 最終給水中聯(lián)氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到100μg／kg，就可以確保SG 處于還原性環(huán)境，如圖1所示。

表2 SG 傳熱管材料的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Tab.2 Main chemical composition of SG heat transfer tube materials（mass fraction）%

圖1 800合金SG 傳熱管中聯(lián)氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)與腐蝕電位的關(guān)系［1］Fig.1 Relationship between hydrazine mass fraction concentration and corrosion potential of 800 alloy SG heat transfer tube

1.2 降低二回路系統(tǒng)均勻腐蝕

二回路系統(tǒng)材料以碳鋼為主，隨著給水系統(tǒng)p H 的升高，碳鋼的腐蝕速率明顯降低。由圖2 可以看出，核電站實(shí)際運(yùn)行溫度下的p H （25 ℃）達(dá)10.00時(shí)，鐵含量較低，說(shuō)明碳鋼的腐蝕速率可以達(dá)到比較低的水平。由于核電站選擇的堿化劑氣液分配比和其運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)部分的溫度均不同，二回路系統(tǒng)p H （25 ℃）難以達(dá)到圖2要求的理想值。

圖2 不同溫度下鐵含量與p H （25 ℃）的關(guān)系［2］Fig.2 Relationship between uniform corrosion of iron content and p H （25 ℃）at different temperatures

1.3 抑制二回路系統(tǒng)的流動(dòng)加速腐蝕（FAC）

影響核電站二回路系統(tǒng)FAC 的因素包括：材料、流速、溫度和p H 等。對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的核電站，最可行的方法是通過(guò)控制p H 抑制FAC。經(jīng)研究和試驗(yàn)，運(yùn)行溫度下的p H 大于6.60（下文用p H（t）表示）時(shí)，可以抑制FAC，p H （25 ℃）約為9.60。

FAC受溫度影響，對(duì)于單相流，溫度為130～150 ℃時(shí)，碳鋼管道中FAC最嚴(yán)重；對(duì)于雙相流，溫度在170～220℃時(shí)，碳鋼管道中FAC最嚴(yán)重，F(xiàn)AC速率與溫度關(guān)系見(jiàn)圖3［2］。上述的FAC 敏感溫度區(qū)間在核電站均存在，特別是疏水系統(tǒng)。另外，由于這些部位存在氣液兩相，堿化劑會(huì)將氣液兩相重新分配，如果堿化劑氣液分配比高，會(huì)造成液相中堿化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，p H（t）低于抑制FAC 要求值。國(guó)內(nèi)某壓水堆核電站采用氨作為堿化劑，但因氨的氣液分配比高，導(dǎo)致二回路疏水系統(tǒng)p H 偏低，在運(yùn)行周期內(nèi)管道發(fā)生嚴(yán)重的FAC，給核電站運(yùn)行帶來(lái)很大的安全隱患［3］。

圖3 FAC速率與溫度的關(guān)系Fig.3 Relationship between FAC rate and temperature：（a）single-phase flow；（b）two-phase flow

如圖4所示，在180 ℃溫度下，使用氨調(diào)節(jié)p H（25℃）從9.40上升到9.60，因FAC引起的管壁減薄下降為原來(lái)的十分之一［1］。美國(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）的水化學(xué)導(dǎo)則中也指出，在180 ℃溫度下p H（t）從6.70上升至7.00時(shí)，F(xiàn)AC 下降因子可達(dá)9；核電站實(shí)際運(yùn)行時(shí)，p H（t）提高0.30后，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降2～3個(gè)單位，說(shuō)明提高p H 可以顯著降低FAC速率［4］。

圖4 p H （25 ℃）對(duì)碳鋼FAC速率的影響Fig.4 The influence of p H （25 ℃）on FAC rate of carbon steel

2 二回路水化學(xué)控制模式

2.1 聯(lián)氨-氨

聯(lián)氨-氨是國(guó)內(nèi)核電站采用最多的二回路水化學(xué)控制模式。氨的缺點(diǎn)是氣液分配比高，使二回路系統(tǒng)p H 控制不均衡，導(dǎo)致二回路疏水系統(tǒng)特別是氣水分離再熱器的分離器（MS）疏水系統(tǒng)中氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低。圖5是氨在不同溫度下的氣液分配系數(shù)（氣液分配比，Kd）［5］，圖6 是當(dāng)給水中氨、嗎啉和ETA 為1時(shí)，三種堿化劑在二回路系統(tǒng)中的氣液分配系數(shù)［6］。另外，氨在高溫下的堿性較弱，導(dǎo)致這部分疏水的p H（t）偏低。氨、嗎啉與ETA 的氣液分配比和堿性見(jiàn)表3和表4［7］。Kd是氣液分配比，其值越大，對(duì)應(yīng)溫度下氣相堿化劑分布越多；堿性值越小，對(duì)應(yīng)溫度下三種堿化劑的堿性越強(qiáng)。

圖5 不同氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)下氨的氣液分配系數(shù)與溫度的關(guān)系Fig.5 The relationship between the gas-liquid distribution coefficient of ammonia and temperature at different ammonia mass fractions

圖6 二回路系統(tǒng)中氨、ETA 和嗎啉的氣液分配系數(shù)Fig.6 Vapor-liquid distribution coefficient of ammonia，ETA and morpholine in secondary system

表3 不同溫度下氨、嗎啉和ETA 的氣液分配比Tab.3 Vapor-liquid distribution ratio of ammonia，morpholine and ETA at different temperatures

使用聯(lián)氨-氨控制模式時(shí)，給水系統(tǒng)的氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)期望值為1.5～4.0 mg／kg，此時(shí)MS疏水系統(tǒng)的氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1 mg／kg，p H（25℃）小于9.40，遠(yuǎn)低于抑制FAC的要求（9.60）。圖7是方家山在聯(lián)氨-氨控制模式下二回路系統(tǒng)氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)和p H（25 ℃）的分布。

圖7 方家山在聯(lián)氨-氨控制模式下二回路系統(tǒng)氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)和p H （25 ℃）的分布Fig.7 Distribution of ammonia mass fraction and p H（25 ℃）in secondary system in Fangjiashan under the control mode of hydrazine-ammonia

日本Tomari 3號(hào)機(jī)組在聯(lián)氨-氨模式下通過(guò)調(diào)節(jié)氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了p H，降低了給水系統(tǒng)的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但MS疏水系統(tǒng)鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍然是二回路系統(tǒng)中最高的［8］，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。二回路水化學(xué)控制模式采用聯(lián)氨-氨，凝結(jié)水、給水等系統(tǒng)的均勻腐蝕得到很好的控制，但MS等疏水管道設(shè)備的FAC非常嚴(yán)重。

表5 日本Tomari 3號(hào)機(jī)組提高溶液p H 后二回路系統(tǒng)的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.5 The iron mass fraction of secondary system after increasing the p H in Japan′s Tomari Unit 3

2.2 聯(lián)氨-ETA

ETA 的氣液分配比低，可以提高疏水系統(tǒng)的p H，抑制疏水管道的FAC。因ETA 固有氣液分配比低，易分配在SG 液相中，造成SG 的p H 升高。為了控制SG排污系統(tǒng)的p H（25 ℃）在限值（10.00）內(nèi)，電站技術(shù)規(guī)格書(shū)中明確要求控制凝結(jié)水系統(tǒng)的p H （25 ℃）不超過(guò)9.40，這使得凝結(jié)水和給水系統(tǒng)的ETA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。

在聯(lián)氨-ETA 控制模式下，給水系統(tǒng)ETA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5 mg／kg時(shí)，SG 排污和二回路MS 疏水系統(tǒng)的p H（25℃）均達(dá)到10.00，可以很好地抑制疏水系統(tǒng)的FAC。而凝結(jié)水和給水系統(tǒng)的p H （25 ℃）只有約9.40，無(wú)法達(dá)到圖2中的最佳范圍，所以凝結(jié)水、給水等系統(tǒng)的均勻腐蝕得不到很好的抑制。南非Koeberg核電站使用ETA 時(shí)，需要同時(shí)添加氨水才能使給水系統(tǒng)的p H （25 ℃）達(dá)到指標(biāo)要求（9.60），或者將給水系統(tǒng)的ETA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到4 mg／kg以上［9］，才能達(dá)到指標(biāo)要求。

如圖8所示，秦一廠MS疏水系統(tǒng)的p H（25℃）達(dá)9.9，但凝結(jié)水系統(tǒng)的p H（25℃）卻低于9.4。

圖8 秦一廠在聯(lián)氨-ETA 控制模式下二回路系統(tǒng)的ETA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和p H （25 ℃）Fig.8 ETA mass fraction and p H （25 ℃）of secondary system in Qin No.1 plant under the control mode of hydrazine-ETA

ETA 在高溫下分解會(huì)產(chǎn)生甲酸、乙酸和乙醇酸，根據(jù)以往使用有機(jī)堿化劑的核電站運(yùn)行情況，沒(méi)有直接或明顯的證據(jù)表明這些有機(jī)酸對(duì)系統(tǒng)的腐蝕有負(fù)面影響［4］。另外有機(jī)酸會(huì)隨著蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，隨著威爾遜線的出現(xiàn)，有機(jī)酸最先凝結(jié)到汽輪機(jī)葉片上的水滴中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，根據(jù)MULTEQ 和PWR Chemistry Simulator計(jì)算分析，這會(huì)影響早期蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)的p H，但目前還無(wú)實(shí)例證明有機(jī)酸會(huì)直接影響汽輪機(jī)葉片的腐蝕［4］。圖9是控制給水系統(tǒng)的ETA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5 mg／kg時(shí)，ETA 分解產(chǎn)生的甲酸、乙酸和乙醇酸在二回路系統(tǒng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布。

圖9 給水系統(tǒng)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5 mg／kg的ETA 分解產(chǎn)生的甲酸、乙酸和乙醇酸在二回路系統(tǒng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.9 The mass fraction of formic acid（a），acetic acid（b）and glycolic acid（c）produced by the decomposition of ETA with 3.5 mg／kg mass fraction in the feed water system of the secondary system

2.3 聯(lián)氨-氨-ETA

為避免單獨(dú)使用氨或ETA 時(shí)存在的弊端，越來(lái)越多的核電站選擇氨-ETA 協(xié)同控制模式。如圖10所示，MS疏水系統(tǒng)的p H（25℃）得到有效提高，凝結(jié)水和給水系統(tǒng)的p H（25℃）也達(dá)到9.60以上。

圖10 秦二廠在聯(lián)氨-氨-ETA 控制模式下二回路系統(tǒng)ETA 和氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及p H （25 ℃）Fig.10 ETA，ammonia mass fraction and p H（25 ℃）in secondary system under the control mode of hydrazine-ammonia-ETA in Qin No.2 plant

2.4 聯(lián)氨-氨-嗎啉

聯(lián)氨-嗎啉模式在法國(guó)核電站中使用較多。在二回路系統(tǒng)運(yùn)行溫度下嗎啉的氣液分配比約為1，確保其在二回路系統(tǒng)中分布均衡，實(shí)現(xiàn)二回路系統(tǒng)p H 的均衡控制。

從圖11中可以看出，嗎啉在二回路系統(tǒng)中分布均衡，各部分的p H （25 ℃）均達(dá)到9.70。但嗎啉是一種堿性較弱的有機(jī)堿，給水系統(tǒng)的p H （25 ℃）為9.70時(shí)，嗎啉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為150 mg／kg，對(duì)于采用凝結(jié)水全流量處理的核電站，如此高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的嗎啉使凝結(jié)水精處理床無(wú)法運(yùn)行。另外，對(duì)于SG排污采用樹(shù)脂凈化回收的核電站，嗎啉是SG 排污水回收凈化床的最大負(fù)擔(dān)。

圖11 秦三廠在聯(lián)氨-嗎啉控制模式下二回路系統(tǒng)的嗎啉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和p H （25 ℃）Fig.11 Morpholine mass fraction and p H（25 ℃）in secondary system under the control mode of hydrazine-morpholine in Qin No.3 plant

對(duì)于凝汽器泄漏頻率低和SG 排污不采用樹(shù)脂床凈化回收的核電站，二回路系統(tǒng)采用聯(lián)氨-嗎啉模式是可行的。

與ETA 相比，嗎啉的熱穩(wěn)定性較差，在二回路系統(tǒng)溫度下嗎啉每小時(shí)的熱分解率約為2.0%［10］，嗎啉熱分解會(huì)產(chǎn)生甲酸、乙酸和乙醇酸等。雖然有機(jī)酸對(duì)汽輪機(jī)和SG 的腐蝕沒(méi)有影響，但會(huì)影響陽(yáng)極電導(dǎo)率對(duì)氯離子、硫酸根離子的響應(yīng)，從而影響陽(yáng)極電導(dǎo)率的監(jiān)測(cè)，如圖12所示。

圖12 給水系統(tǒng)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為150 mg／kg的嗎啉分解產(chǎn)生的甲酸、乙酸和乙醇酸在二回路系統(tǒng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布Fig.12 The mass fraction distribution of formic acid，acetic acid and glycolic acid produced by the decomposition of morpholine with 150 mg／kg mass fraction in the feed water system of the secondary system

由于上述原因，對(duì)于凝汽器泄漏頻繁需要連續(xù)投入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的核電站，二回路無(wú)法采用聯(lián)氨-嗎啉控制模式，需考慮增加新堿化劑和嗎啉協(xié)同作用的控制模式。

聯(lián)氨在二回路系統(tǒng)中分解會(huì)產(chǎn)生氨，所以聯(lián)氨-氨-嗎啉模式并未引入新的堿化劑。嗎啉和氨的協(xié)同使用，解決了單獨(dú)使用嗎啉時(shí)其高質(zhì)量分?jǐn)?shù)導(dǎo)致精處理系統(tǒng)無(wú)法連續(xù)運(yùn)行的問(wèn)題，也避免了單獨(dú)使用氨時(shí)疏水系統(tǒng)的p H 低對(duì)疏水系統(tǒng)FAC 的影響［1］。氨保證凝結(jié)水和給水系統(tǒng)的p H，嗎啉保證疏水系統(tǒng)的p H。

在聯(lián)氨-氨-嗎啉控制模式下，凝結(jié)水和給水系統(tǒng)的p H （25 ℃）達(dá)到9.80，MS 疏水系統(tǒng)的p H（25 ℃）大于9.60，達(dá)到了抑制FAC 腐蝕所要求的p H （25 ℃）為9.60，如圖13所示。

圖13 秦山核電站在使用聯(lián)氨-氨-嗎啉控制模式下二回路系統(tǒng)中氨和嗎啉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及p H （25 ℃）的分布Fig.13 Distribution of morpholine，ammonia mass fraction and p H （25 ℃）in secondary system under the control mode of hydrazine-ammonia-morpholine in Qinshan nuclear power plant

3 秦山核電站二回路水化學(xué)控制模式分析

3.1 二回路系統(tǒng)的p H（25 ℃）

如圖14 所示，秦一廠在使用聯(lián)氨-ETA 模式下，SG 排污系統(tǒng)的p H （25 ℃）小于10.00，MS 疏水系統(tǒng)的p H （25 ℃）達(dá)到10.02，但凝結(jié)水、給水和主蒸汽系統(tǒng)的p H （25 ℃）低于9.60，凝結(jié)水系統(tǒng)的p H （25 ℃）只有9.24，這對(duì)抑制凝結(jié)水和給水系統(tǒng)的均勻腐蝕不利。秦二廠、秦三廠在分別使用聯(lián)氨-氨-ETA 和聯(lián)氨-氨-嗎啉模式下，給水系統(tǒng)的p H（25 ℃）達(dá)到9.70，凝結(jié)水系統(tǒng)、SG 排污系統(tǒng)和MS疏水系統(tǒng)的p H （25 ℃）都高于9.60，可有效抑制二回路系統(tǒng)的均勻腐蝕和FAC。方家山在使用聯(lián)氨-氨控制模式下，凝結(jié)水和給水系統(tǒng)的p H （25 ℃）達(dá)到9.65，但氨的氣液分配比較高，導(dǎo)致MS 疏水系統(tǒng)的p H （25 ℃）只有9.25，這不利于抑制MS疏水管道的FAC。

圖14 秦山核電站正常運(yùn)行時(shí)二回路系統(tǒng)p H （25 ℃）的分布Fig.14 Distribution of p H （25 ℃）in secondary system during normal operation of Qinshan nuclear power plant

3.2 二回路各系統(tǒng)鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布

如表6所示，秦一廠在聯(lián)氨-ETA 模式下，由于凝結(jié)水系統(tǒng)的p H （25 ℃）較低，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于二回路其他系統(tǒng)的。秦二廠在聯(lián)氨-氨-ETA 模式下，由于ETA 的氣液分配比低，使MS疏水系統(tǒng)的p H（25 ℃）較高導(dǎo)致其鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于二回路其他系統(tǒng)的。秦三廠在聯(lián)氨-氨-嗎啉模式下，由于二回路系統(tǒng)的p H （25 ℃）分布均衡，所以凝結(jié)水、給水和MS疏水系統(tǒng)的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本一致，均保持在較低的水平。方家山在聯(lián)氨-氨模式下，由于MS疏水系統(tǒng)的p H （25 ℃）較低，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于二回路其他系統(tǒng)的。

表6 秦山核電廠正常運(yùn)行時(shí)二回路系統(tǒng)鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的典型值Tab.6 Typical values of iron mass fraction in secondary system during normal operation of Qinshan nuclear power plantμg／kg

3.3 蒸汽發(fā)生器積污指數(shù)

聯(lián)氨在沒(méi)有輻照和催化劑的150～300 ℃環(huán)境中幾乎不會(huì)分解［11］。核電站SG 溫度一般不超過(guò)300 ℃，所以SG 內(nèi)聯(lián)氨分解成氨的速率與溫度無(wú)關(guān)，僅與γ輻照和SG 內(nèi)催化劑（以金屬氧化物存在的腐蝕產(chǎn)物）相關(guān)。γ輻照維持不變，聯(lián)氨分解速率只與SG 腐蝕產(chǎn)物相關(guān)。隨著SG 腐蝕產(chǎn)物的增加，聯(lián)氨的分解速率加快，可以用SG 排污系統(tǒng)聯(lián)氨濃度（c聯(lián)氨，SGBD）與給水系統(tǒng)聯(lián)氨濃度（c聯(lián)氨，F(xiàn)W）的比值來(lái)表征SG 腐蝕產(chǎn)物的積累（即積污指數(shù)Rh）。當(dāng)Rh接近2時(shí)，表明SG 積污少；當(dāng)Rh接近0.5時(shí)，表明SG 積污嚴(yán)重［1］。

從表7可以看出，秦山核電站9臺(tái)機(jī)組的Rh都維持在0.5以上，表明SG 積污還未到嚴(yán)重的程度，SG 換熱效率仍能保證機(jī)組以正常的功率發(fā)電；秦一廠1號(hào)機(jī)組與秦二廠1號(hào)機(jī)組的Rh比其他機(jī)組的要低，說(shuō)明這兩臺(tái)機(jī)組SG 積污趨于嚴(yán)重；秦三廠兩臺(tái)機(jī)組雖然運(yùn)行年數(shù)較長(zhǎng)，但SG 的Rh維持在1.3以上，說(shuō)明秦三廠SG積污控制良好；方家山兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間短，SG 腐蝕產(chǎn)物積累較少，所以Rh較高。

表7 秦山核電站9臺(tái)機(jī)組大修前的積污指數(shù)和運(yùn)行時(shí)間Tab.7 Fouling index and operating time of 9 units of Qinshan nuclear power plant before overhaul

3.4 SG 沖洗泥渣量的對(duì)比

核電站機(jī)組大修期間對(duì)SG 進(jìn)行機(jī)械水力沖洗，沖洗出的干泥渣質(zhì)量表明二回路系統(tǒng)設(shè)備腐蝕速率的控制及SG 積污情況。秦三廠在聯(lián)氨-氨-嗎啉控制模式下，實(shí)現(xiàn)了二回路系統(tǒng)p H 的均衡控制，p H （25 ℃）都達(dá)到9.60 以上，SG 排污率只有0.6%，遠(yuǎn)低于秦一廠、秦二廠和方家山的。從圖15中可以看出，在12個(gè)月運(yùn)行周期內(nèi)，秦三廠SG 沖洗的干泥渣質(zhì)量?jī)H約1 kg，低于秦一廠、秦二廠和方家山的。另外，該干泥渣質(zhì)量不僅在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平，與國(guó)外核電站（如圖16所示法國(guó)核電站［12］）相比也很優(yōu)異。這說(shuō)明聯(lián)氨-氨-嗎啉控制模式降低了二回路系統(tǒng)的腐蝕速率以及減少腐蝕產(chǎn)物向SG遷移，進(jìn)而減少SG 積污和避免SG 垢下腐蝕，最終確保SG 的性能和使用壽命。

圖15 在12個(gè)月運(yùn)行周期內(nèi)秦山各核電站廠SG 沖洗出的干泥渣質(zhì)量Fig.15 The mass of dry sludge flushed from SG of Qinshan nuclear power plant during the 12-month operation period

圖16 在不同水化學(xué)控制模式下法國(guó)PWR 核電站二回路系統(tǒng)SG 干泥渣質(zhì)量比較Fig.16 Comparison of SG dry sludge mass in the secondary system SG of French PWR nuclear power plants under different water chemistry control modes

4 秦山核電站二回路水化學(xué)控制模式優(yōu)化

4.1 秦一廠

秦一廠二回路水化學(xué)控制模式最初采用聯(lián)氨-氨，在運(yùn)行過(guò)程中存在疏水系統(tǒng)的p H 偏低、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的問(wèn)題，經(jīng)分析后將二回路水化學(xué)控制模式更改為聯(lián)氨-ETA，給水系統(tǒng)的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，特別是MS疏水系統(tǒng)的下降明顯［3］，但凝結(jié)水、給水系統(tǒng)的p H 偏低不利于控制這部分系統(tǒng)設(shè)備的均勻腐蝕。每次機(jī)組大修期間SG 沖洗的干泥渣質(zhì)量與國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平之間的差距也說(shuō)明，目前二回路水化學(xué)控制模式仍存在弊端。另外，美國(guó)的SONGS核電站，從2005年4月開(kāi)始添加ETA，控制給水系統(tǒng)的ETA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4 mg／kg（與秦一廠的相同）。對(duì)二回路系統(tǒng)進(jìn)行鐵取樣分析，表明與氨相比，使用ETA 可以顯著降低疏水系統(tǒng)的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但也存在凝結(jié)水系統(tǒng)的p H （25 ℃）下降、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的問(wèn)題［4］。

所以需對(duì)秦一廠二回路水化學(xué)控制模式進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)添加氨水建立聯(lián)氨-氨-ETA 控制模式，提高凝結(jié)水、給水系統(tǒng)的p H。

圖17是在給水系統(tǒng)的p H （25 ℃）為9.98 時(shí)計(jì)算得出的。另外，根據(jù)EDF 的試驗(yàn)，要控制二回路系統(tǒng)的均勻腐蝕（特別是凝結(jié)水系統(tǒng)的），氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須大于1.5 mg／kg［6］。

圖17 在聯(lián)氨-氨-ETA 控制模式下二回路系統(tǒng)中ETA和氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及p H （25 ℃）［1］Fig.17 The morpholine，ammonia mass fraction and p H （25 ℃）of secondary system under the control mode of hydrazine-ammonia-ETA

由于秦一廠凝結(jié)水精處理混床一直保持在線運(yùn)行，所以圖17中氨和ETA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)需要結(jié)合凝結(jié)水精處理的運(yùn)行周期進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。在實(shí)現(xiàn)二回路系統(tǒng)的p H（25 ℃）達(dá)到9.60的基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化氨和ETA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減輕精處理混床的負(fù)擔(dān)。

4.2 秦二廠

秦二廠二回路水化學(xué)控制模式采用聯(lián)氨-氨-ETA，是目前國(guó)際主流的二回路水化學(xué)控制模式，不需要對(duì)其進(jìn)行改變，但該模式的應(yīng)用還需進(jìn)行以下兩項(xiàng)優(yōu)化：

（1）優(yōu)化堿化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)現(xiàn)二回路系統(tǒng)p H的均衡控制

根據(jù)EPRI推薦，應(yīng)維持二回路系統(tǒng)在運(yùn)行溫度下的p H 比純水的大1［13］，其差值用Δp H（t）表示。如圖18所示，給水系統(tǒng)的Δp H（t）小于1，因此有必要優(yōu)化氨和ETA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而更好地控制二回路系統(tǒng)腐蝕。

圖18 秦二廠二回路系統(tǒng)的Δp H（t）Fig.18 TheΔp H（t）of the secondary system in the Qin No.2 plant

（2）改進(jìn)二回路加藥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)堿化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的穩(wěn)定控制

由于原設(shè)計(jì)中未考慮向二回路系統(tǒng)中添加ETA，所以二回路加藥系統(tǒng)也未設(shè)置ETA 的加藥設(shè)備。在二回路控制模式變更后，將ETA 與氨混合在一個(gè)藥箱中用同一臺(tái)泵進(jìn)行添加，這種配置不利于ETA 和氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制。從圖19 中可以看出，ETA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動(dòng)明顯，需考慮二回路加藥系統(tǒng)的配置，變更堿化劑配制方式或加藥系統(tǒng)。

圖19 秦二廠某機(jī)組運(yùn)行期間二回路給水系統(tǒng)的ETA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.19 The ETA mass fraction of the secondary feed water system during the operation of a unit in the Qin No.2 plant

4.3 秦三廠

秦三廠采用聯(lián)氨-氨-嗎啉水化學(xué)控制模式，如圖20所示，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的p H（t）比純水的大1，二回路系統(tǒng)的腐蝕控制、SG 積污指數(shù)和SG 沖洗泥渣均控制良好，因此可保持當(dāng)前所使用的水化學(xué)控制模式。

圖20 秦三廠二回路系統(tǒng)的Δp H（t）Fig.20 TheΔp H（t）of the secondary system in Qin No.3 plant

4.4 方家山

方家山二回路水化學(xué)控制模式采用聯(lián)氨-氨，存在MS疏水等系統(tǒng)的p H 偏低、系統(tǒng)設(shè)備FAC 控制不利等問(wèn)題，需考慮建立二回路混合堿化劑控制模式。在目前聯(lián)氨-氨的模式下，增加氣液分配比低的有機(jī)堿化劑（如ETA、嗎啉等），提高M(jìn)S疏水等系統(tǒng)的p H。韓國(guó)Uljin電站2號(hào)機(jī)組二回路水化學(xué)控制模式由聯(lián)氨-氨改為聯(lián)氨-氨-ETA 后，控制二回路系統(tǒng)的p H （25 ℃）達(dá)到9.50的情況下，SG 給水系統(tǒng)的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了61.5%，如圖21所示［13］。

圖21 Uljin核電站二回路水化學(xué)控制模式優(yōu)化后各系統(tǒng)的p H （25 ℃）和鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)［13］Fig.21 The p H （25 ℃）and iron mass fraction of each system after secondary water chemistry control model optimization in Uljin nuclear power plant

5 總結(jié)

為降低二回路系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕速率以及減少其腐蝕產(chǎn)物遷移到SG，最大程度減小SG 傳熱管的換熱效率下降和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，秦山核電站結(jié)合四種二回路水化學(xué)控制模式的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及效果，持續(xù)進(jìn)行二回路水化學(xué)控制的優(yōu)化，減少腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入SG，為核電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行做出貢獻(xiàn)，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)也可供核電站二回路化學(xué)控制設(shè)計(jì)參考借鑒。