核电站全挥发处理

1、压水堆核电站给水全挥发处理PWR二回路介绍二回路（如图）设备主要包括：蒸汽发生器二次侧、汽轮机、汽水分离再热器、给水加热器、除氧器、凝汽器及二回路水汽管道等；蒸汽发生器是连接一回路、二回路的枢纽(SG既属于一回路也属于二回路)，是反应堆热量传输、给水蒸发及产生高温蒸汽的关键设备；PWR二回路的问题 在SG二次侧因为蒸发浓缩及支撑板等处腐蚀产物与淤渣堆积，在滞流区、缝隙区局部存在杂质的蒸发浓缩(10-100倍)和局部过热浓缩(104-108倍）现象，诱发各种类型的腐蚀，如局部耗蚀、凹陷、点蚀、微震磨损、晶间腐蚀、应力腐蚀破裂等； SG二次侧的U形传热管，是二回路中最薄弱的部分，U形管因腐蚀而破裂

2、会使一回路水进入二回路(导致放射性扩散)； 二回路系统的设备受到腐蚀，大量的腐蚀产物将会随着给水进入到蒸汽发生器，使得蒸汽发生器内腐蚀沉积物增加，腐蚀性环境形成，加速腐蚀的发生，引起泄漏及停堆检修故障，威胁核电站安全、经济运行。压水堆二回路水化学调控目的 保证压水堆核电站二回路水汽系统中金属表面氧化物致密性与完整性，降低金属腐蚀速度，减少凝结水、给水系统中腐蚀产物向蒸汽发生器迁移量。压水堆二回路水化学控制方法 SG补给水的高品质是消除二回路材质腐蚀的基本要求; Na+、SO42-的浓缩及缝隙中高酸性条件会导致U形管传热管产生晶间腐蚀或应力腐蚀破裂; Cl-的浓缩会导致U形管和碳钢支撑板产生点蚀

3、，支撑板孔隙被腐蚀氧化物堵塞时，引发U形管产生凹陷; O2的存在加剧了点蚀和凹陷过程，同时O2也是镍基合金应力腐蚀破裂加速的原因之一; 铁、铜及其氧化会加速二回路系统的腐蚀; 因此，需要严格控制SG补给水杂质含量。压水堆二回路水化学控制方法控制水的氧化还原电位（ORP）高品质SG补给水并不能达到防止二回路金属腐蚀的目的，因为金属的腐蚀速度决定于水的氧化还原电位。氧化还原电位取决于水中的溶解氧浓度和pH。二回路全挥发处理 二回路水化学工况就是加入碱化剂和除氧剂，调节水的pH值和氧化还原电位，达到减轻或防止金属腐蚀的目的。 全挥发处理 除给水溶氧并提高给水的pH值采用向给水中投加挥发性的碱-氨、加

4、入联氨作为还原剂除氧的处理方法，称为全挥发性处理，简称为AVT。 pH:给水pH值控制在9.0-9.6之间 溶解氧：给水含氧量0.005 mg/kg，且越低越好全挥发处理原理 AV T 处理时 ,在纯水中与水接触的金属表面覆盖的铁氧化物层主要是 Fe3O4。在Fe3O4层形成过程中,由金属表面逐步向金属内部氧化生成了比较紧密而薄的内伸 Fe3O4层 , Fe3O4 层从钢的原始表面向内部深入。Fe3O4层呈微孔状 (1%15%孔隙)。沟槽将孔连接起来,从而使水瞬时进入到钢表面。同时有一部分二价铁离子从铁素体颗粒中扩散进入水相,生成多孔的,附着性较差的 Fe3O4颗粒,沉积在较紧密的 Fe3O4

5、内伸层上,形成传热性也较差的外延层。该膜在高温纯水中具有一定的溶解性。全挥发处理原理在AVT(R)处理工况反应机理及氧化层的结垢 ,如下反应,氧化膜的内伸层反应机理:3Fe+4H2O=Fe3O4+8H+8e-氧化膜的外伸层生成反应机理:Fe+2H2O=Fe2+2OH-+ 8H2(1)Fe2+2OH-=Fe(OH)2(2)3Fe(OH)2=Fe3O4+2H2O+H2(3)全挥发处理pH值控制采取还原性全挥发处理(AVT)方式.pH值除与加碱量有关外，还与挥发性碱在蒸汽发生器内水的温度下的挥发性、热稳定性有关。要保证汽侧疏水管道内水的pH值达到9.2，其氨含量要达到0.5 mg/L才符合要求。蒸汽

6、氨含量要达到5.0 mg/L，即凝汽器出口加入的氨含量要达到5.0mg/L，对应的给水pH值应为9.8。全挥发处理pH值控制加氨点的位置有以下两种情况： 机组启动初期，在凝结水精处理后的凝结水升压泵的出口以及除氧器下降管上加氨，因此时有一部分的补水从辅助给水系统加入到除氧器来。 正常运行时只在凝结水升压泵的出口加氨即可。控制加药量控制方法： 设定与进水流量成比例控制； pH值信号控制； 总电导率信号控制。其中较为可靠的方式是总电导率信号自动控制氨的加药量。全挥发处理溶解氧控制 AVT处理时，消除溶解氧可以通过机械除氧和化学除氧来实现。 机械除氧通过凝汽器和除氧器来实现，一般通过除氧器系统后可以

7、使水中的溶解氧浓度下降到0.002-0.01mg/kg。 除氧器系统后水中的残留氧，通过化学除氧的手段来实现。除氧剂一般为联氨(N2H4)。联氨的最少投加剂量为0.020mg/kg，或者是溶解氧含量的3倍，一般取二者中的较大值。 残余的联氨会在以后的回路中热降解成氨。 联氨加药的最佳位置在除氧器出口。AVT处理存在的问题 腐蚀问题： 流动加速腐蚀（FAC）：全挥发处理表面形成的多孔疏松Fe3O4。外延层附着力差、溶解度较高、不耐冲刷，在水流的冲击下撕裂、溶解，以致管道表面无法形成稳定的磁性氧化铁保护膜，导致金属材料的流失。 PWR二回路系统中，管道内水汽流量大。以大亚湾核电站为例，机组在额定负

8、荷下运行时，蒸汽总量达到1613kg/s。水流对管道的冲刷作用很强，极易发生流动加速腐蚀(FAC)。pH值控制困难氨是一种挥发性碱化剂，使用过程中不存在残留固体物，可以分布在整个水汽系统中。但是，氨的汽液分配系数比较大，如25、150、300时其分配系数分别为30、9.55、3.31，这说明氨主要分布在蒸汽中；另外，随着温度升高，水的电离常数增大，而氨的离解常数减小，高温下液相氨本来就少且电离度下降，导致SG及二回路水汽液相中pH值低。pH值控制困难 采用AVT水化学工况时，核电站二回路系统的汽水分离再热器的疏水、以及所有含有蒸汽的管线中，其凝结的水中氨量严重不足，pH值低； MSR疏水及其它

9、加热器疏水pH值基本处于相应温度下的中性点以下，出现低pH引起的腐蚀现象，尤其是流动加速腐蚀现象严重，使得水汽系统中铁含量升高，转移到SG中的铁腐蚀产物也高。 AVT水工况中出现了一种称为“凹陷腐蚀”的现象，它是腐蚀产物在支撑管板缝隙内堆积，对传热管挤压(金属腐蚀变成氧化物后体积增大)，造成了SG管子的凹陷，这种凹陷会造成支撑板的损坏，甚至使管壁的拉伸应力达到屈服强度以上，可能诱发一次侧和二次侧应力腐蚀。对凝结水精处理系统的影响 AVT水化学工况时，控制给水pH值较高时，虽然能够最大限度地减少了FAC的发生，但凝结水中氨含量高，使得按H/OH型方式运行的凝结水精处理混床运行周期缩短、再生费用增

10、加。对凝结水精处理系统的影响 由于氨对铜具有较强的腐蚀作用，若采用氨作为 pH 值控制剂，维持较高pH值时，氨蒸发进入蒸汽系统和凝结水系统，与铜发生化学反应，产生局部腐蚀，严重时会导致铜设备在较短时间内发生泄漏。对凝结水精处理系统的影响 目前法国的一些核电站的运行方式为：机组初期或凝汽器发生泄漏时。水质状况较差，此时凝结水精处理系统投运，给水加氨量减少，给水pH值控制在9.2-9.4；当机组运行稳定，水质达标后，退出凝结水精处理系统，走旁路运行，加大给水的加氨量，给水pH值提高到9.8。解决方法 寻找更合理的碱化剂替代氨 吗啉(MPH)是一种碱性强、分配系数低(如25、150、300时分别为0.12、0.78、1.28