核电厂二回路系统水化学控制优化

昌 桐 刘慧宇 郑文君

0 引言

核电厂二回路良好的水化学工况取决于系统设计、结构、设备材料等，在电厂设计完成投运后水化学管理就成了水质控制的关键手段。近几年，随着对二回路系统水化学控制的不断改进，二回路系统水质已得到明显改善，减少了二回路系统设备的腐蚀，保障着核电厂的安全稳定运行。

1 二回路水化学控制优化

1.1 水化学管理理念提升

二回路系统化学控制的目的是降低系统设备的腐蚀，减少腐蚀产物转移到蒸汽发生器内，降低蒸汽发生器二次侧的杂质离子浓度，改善传热管的缝隙化学环境，从而避免蒸汽发生器传热管的晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。目前，核电厂水化学管理的关键已经从控制水质的不超标转变为尽量降低系统杂质离子的含量。因为只有在系统使杂质离子控制在尽量低的水平，才能有效地降低二回路系统的腐蚀，防止蒸汽发生器传热管的腐蚀开裂。[1]

核电厂化学人员对重要系统的关键参数建立了趋势跟踪，全面了解电厂的化学状态，当实验室检测的化学参数与前几次数据结果和化学控制规范指标比较时，发现化学数据超出期望值/控制值或者对比近几次分析数据有明显异常或者有劣化趋势，则立即确认取样的代表性和分析结果的准确性，比较在线仪表与化学离线分析数据，以判断超值数据的正确性，再结合系统设备的运行状况变化，判断是否为化学偏离或异常，如判断为化学偏离或异常则根据化学异常管理流程，立即汇报处理并分析出现异常的原因，根据纠正行动的等级采取相应的纠正措施，在规定的纠正时间内将化学参数恢复到正常的化学控制值范围内。对于长期存在的异常情况，化学人员联合运行、维修人、设备管理人员成立了专项工作小组，共同商讨对策，研究解决，分析化学异常的原因，并决策下一步的纠正行动，直至异常化学参数恢复到正常控制值范围内。

1.2 严格的pH值和杂质含量控制

二回路系统主要由碳钢、低合金钢材料构成，因此容易发生流动加速腐蚀（FAC），导致系统材料腐蚀，产生管壁减薄现象，同时腐蚀产物会随着给水进入蒸汽发生器，在SG传热管和管板上沉积。研究结果和运行经验证明，碱性水质会使结构材料表面生成一层具有良好保护作用的氧化膜，提高pH值可以促进氧化膜迅速形成；另外，金属表面对OH—离子有一定的吸附作用，OH—浓度越高，吸附量越大。当pH值达到一定数值时，吸附的OH—就能阻止其他物质同金属表面发生作用。

研究表明，pH值大于9.6时，铁素体合金的腐蚀速率降至很小，而低于9.2时，系统材料受到流体加速腐蚀的侵蚀，腐蚀速率加快，时间长会出现管壁减薄。因此二回路系统pH控制对降低二回路设备的腐蚀很重要，适当提高pH可以提高氧化物保护膜的稳定性，从而降低整个二回路系统的碳钢腐蚀速率，这对于电站长期稳定运行和SG的寿命是很有好处的，无论是碳钢还是低合金钢，其FAC速率都随着pH值的上升而迅速下降，特别是当pH值达到9.5以后腐蚀速率小得多。[2]为了减少二回路系统设备的腐蚀，目前国内外核电厂二回路水汽回路都提高了pH值，AVT处理方式也逐步从低AVT逐渐转向高AVT处理。

二回路杂质来源主要有补给水污染、海水泄漏、空气漏入真空系统、冷却水进入二回路水汽系统、树脂再生剂、破碎树脂、二回路系统添加剂等，这些杂质随着给水进入蒸汽发生器，发生杂质浓缩沉积现象并沉积在蒸汽发生器内对蒸汽发生器的运行产生不利影响。核电厂通过对补水水质控制、树脂及再生剂、二回路添加剂品质控制，监督和处理泄漏等方法控制可能引入的杂质。对蒸汽发生器水质包括钠离子、氯离子、硫酸根离子、阳离子电导率等参数设置相应的规范，当参数超出期望值时即采取相应的纠正行动以恢复水质。

1.3 凝结水精处理系统运行优化

凝结水精处理系统（ATE）是二回路主要的净化系统，用以除去凝结水中的杂质离子和悬浮颗粒，减少杂质离子和悬浮颗粒向给水和蒸汽发生器的转移。待处理的凝结水从凝结水泵出口母管接出先经过前置阳床处理，除去凝结水中绝大部分的氨，然后再经过深层混床处理，彻底除去凝结水中的杂质。ATE系统下游不再有其他给水水质净化设备，因此保证ATE出水水质是二回路水质控制的重要工作任务。

二回路通过加氨控制pH，电厂化学技术规范中给水pH限值为9.5-10.0，实际pH通常控制在9.6-9.7之间，氨含量随pH呈指数增加，pH为9.7时氨为3 300ppb，凝泵出口氨含量约4 000ppb。ATE系统进水氨浓度高会严重增加阳床负担，直接导致阳床失效时间过短，需要频繁切换再生，再生后的树脂床残留再生剂没有时间释放，大量硫酸根进入混床，增加混床负担，甚至导致漏硫酸根。因此需要在启机后ATE高流量净化时将pH控制在9.50-9.55，既满足技术规范的要求也可以减轻阳床的再生压力。

凝结水精处理系统在投运初期由于再生剂残留问题会向二回路系统引入杂质，使蒸发器水质变差，因此树脂床再生后应进行充分的冲洗、静置，使树脂吸附的再生剂充分释放，再通过增加冲洗时间和次数，保证树脂再生后冲洗水电导率降至0.1μS/cm，对于即将投运的树脂床再进行1-2次冲洗，直至混床出水电导率小于0.1μS/cm后才可投入运行。

1.4 大修启动阶段水化学控制

大修启动过程中二回路的冲洗净化回路带进蒸发器，对WANO化学指标产生重要影响。化学应联合运行人员，根据二回路系统运行特点，充分利用现有的水处理设备尽可能将水质控制好。凝汽器热阱进水后启动凝结水泵进行小循环，利用充排水和磁铁过滤器使铁含量小于400ppb，然后投运凝结水精处理系统，加速净化，同时启动化学加药系统加氨泵维持pH值。当凝结水铁小于400ppb、高加给水铁小于100ppb时允许启动主给水泵建立大循环，通过凝结水精处理系统使水质进一步净化。同时，尽可能地进行备用泵切换以使相应管线的余水进行置换净化。除氧器开始加热除氧后及时添加氨和联氨，当高加给水满足水质要求后允许进行主给水和辅助给水的切换。主给水供水初期蒸汽发生器水质较差，此时可以将蒸汽发生器排污除盐床旁路。在汽侧启动之前将汽水分离再热器和高加疏水回路在线到凝结水系统通过ATE系统全流量处理保证水质，功率升到50%～75%后再将疏水切换回除氧器。[3]

机组并网后提升功率过程中要注意关注ATE系统除盐床工作情况，调节系统统流量，保持ATE系统流量高于凝结水流量到200 t/h并确保树脂未失效；保持蒸发器排污流量最大，随着功率的上升，根据蒸发器水质情况及时进行进一步的调整。如果在升功率过程中出现蒸汽发生器水质恶化时，则必须降低升功率速率，甚至暂停升功率，查找水质恶化原因，等候水质改善后方可继续提升功率。

2 总结

核电厂二回路对水质控制的高标准要求，使得核电厂必须对二回路系统运行的各个环节加以优化，提升管理理念、严格控制pH和杂质含量、优化凝结水精处理系统运行、有效的大修启动阶段水化学控制，能够有效减少二回路系统腐蚀问题的发生、保证关键设备的结构完整性，进而提高核电厂各项化学性能指标，保障电厂安全稳定运行。