核电厂二回路给水的水化学控制方法

技术领域

本发明涉及核电厂二回路给水的水化学控制方法，具体涉及凝结水与给水系统氧的控制方法。

背景技术

蒸汽发生器是压水堆核电站连接一二回路的关键设备，蒸汽发生器的完整性对放射性的屏障至关重要，而据研究，国际上大部分蒸汽发生器的损坏都与二次侧蒸汽发生器表面的腐蚀产物沉积有关，蒸汽发生器二次侧腐蚀产物的沉积可能影响蒸汽发生器的传热效率、导致蒸汽发生器传热管的损坏以及可能造成蒸汽发生器水位波动等。

据美国电力科学研究院(EPRI)研究，压水堆核电站二回路系统进入蒸汽发生器的腐蚀产物中有90％是流动加速腐蚀(FAC)产物，10％为均匀腐蚀产物，为了控制进入蒸汽发生器腐蚀产物的量，抑制二回路系统设备部件的FAC至关重要。

对二回路系统设备部件FAC影响比较大的因素主要有材料中的含铬量、pH值、氧浓度、流速、温度等因素，其中材料的含铬量在设计时已经考虑，流速、温度等因素与系统工艺有关，是不可变更的因素，因此在生产运行中，提高pH值与氧浓度是可以优化的选择。但针对充满水的单相流，FAC发生的介质温度为100℃至160℃的碳钢材料管道中，而且在130℃至150℃之间时单相FAC腐蚀最严重，在温度低于50℃和高于250℃时单相FAC腐蚀不会出现。

考虑到蒸汽发生器采用镍基合金690TT来作为传热管，根据西华大学付正鸿的研究，在饱和氧的条件下，镍基合金690TT的裂纹扩展速率增加1.08～3.53倍，因此需保证进入蒸汽发生器给水的还原性条件。目前国内压水堆核电站二回路系统水化学工况普遍采用全挥发处理(AVT处理)来进行控制，这种方式是采用氨或有机胺进行pH控制，通过凝汽器真空除氧、除氧器热力除氧的方式进行除氧，同时在给水加入一定量的联氨来进行化学除氧，加入的量一般为普遍采用提高pH值或优化选择pH控制剂来抑制二回路系统的FAC问题，对于氧的控制大部分采用低氧控制的原则，要求凝结水系统与给水系统的氧含量越低越好，一般来说要求凝结水系统与给水系统的氧含量要小于5μg/kg，此外还在给水后加入联氨，使系统处于还原性条件。同时，水在二回路流动过程中，需要保证关键设备蒸汽发生器(连接压水堆核电厂一二次侧，如果泄漏则可能导致放射性泄漏)的安全，而蒸汽发生器中的换热管材料因科镍合金对氧是敏感的。目前还没有一种针对上述问题的水化学控制方法。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种核电厂二回路给水的水化学控制方法，以降低压水堆核电站二回路系统的腐蚀产物。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

向二回路系统中的凝汽器下游管线中加入氧，使凝汽器至除氧器之间的管线中的氧浓度为5～30μg/kg；同时，控制除氧器保持设计的除氧效率。

根据本发明的一些优选实施方面，所述加入氧为通过在凝汽器后的加药点加入100％液态氧的方式加氧。

根据本发明的一些优选实施方面，所述步骤还包括在除氧器后的下游管线中加入联氨。

根据本发明的一些优选实施方面，管线中的联氨浓度维持在除氧器后(即下游)的给水氧浓度的5～8倍以上，管线中的联氨浓度区间为30～80μg/kg。

根据本发明的一些优选实施方面，所述除氧器出口的氧浓度小于或等于5μg/kg。5μg/kg这个浓度条件可以保证较低的FAC速率。即本申请的控制方法需要使得除氧器前(上游管道)的氧浓度要高(5～30μg/kg)、除氧器之后(下游管道)的氧浓度要低(小于或等于5μg/kg)。

根据本发明的一些优选实施方面，所述二回路系统中的pH值9.5～10.0。

根据本发明的一些优选实施方面，所述二回路系统中的蒸汽发生器的排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm。

由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的核电厂二回路给水的水化学控制方法，可有效减少压水堆核电站二回路系统的腐蚀产物，达到减少进入蒸汽发生器腐蚀产物的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例中核电厂二回路系统的结构示意图；

附图中，MSR：汽水分离再热器；CPD：凝汽器；HTR1～4：低压加热器；HTR5 DA：除氧器；HTR6～7：高压加热器；FW：给水(进入蒸汽发生器)。

图2为本发明优选实施例中低压加热器至除氧器管道材料P11在不同氧浓度条件下的腐蚀速率。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的压水堆核电厂二回路系统水化学控制的新方法，针对溶解氧的控制提出了新方法，使用该方法可大幅减少材料的流动加速腐蚀，以达到减少进入蒸汽发生器腐蚀产物的目的。如图1所示，具体的，本发明的压水堆核电厂二回路系统采用分段控氧的方法，在二回路系统凝汽器后加入氧，使凝结水至除氧器管线保持一定浓度的溶解氧，但不调节除氧器开度，使除氧器仍保持设计除氧效率。使用该方法可有效减少压水堆核电站二回路系统的腐蚀产物，达到减少进入蒸汽发生器腐蚀产物的目的。

本实施例中的核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

步骤1)、向二回路系统中的凝汽器下游管线中加入氧，使凝汽器至除氧器之间的管线中的氧浓度为5～30μg/kg。

加入氧的方式为诶通过在凝汽器后的加药点加入100％液态氧的方式加氧。即从凝汽器至除氧器之间系统中氧的浓度的维持不以调节设备性能或系统中泄漏的的方式实现，而以主动加氧的方式实现。

步骤2)、控制除氧器保持设计的除氧效率。

除氧器须保证除氧效率达到设计要求，保证除氧器出口氧浓度小于或等于5μg/kg，以保证进入蒸汽发生器二次侧的溶解氧浓度较低。

步骤3)、在除氧器后的下游管线中加入联氨，使得管线中的联氨浓度维持在给水氧浓度的5～8倍以上，管线中的联氨浓度区间为30～80μg/kg。

维持二回路系统中的pH值9.5～10.0。二回路系统中的蒸汽发生器的排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm。

实施例1

本实施例中的核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

向二回路系统中凝汽器的下游管线中加入氧，使凝汽器至除氧器之间的管线中的氧浓度为20μg/kg，并控制除氧器出口氧浓度为3μg/kg，在除氧器后的下游管线中加入联氨，使管线中的联氨浓度为30μg/kg，维持进入蒸汽发生器的给水pH值为9.7，二回路系统中的蒸汽发生器排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm。实施后进入蒸汽发生器给水的腐蚀产物铁的浓度约为1.0μg/kg。

实施例2

本实施例中的核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

向二回路系统中凝汽器的下游管线中加入氧，使凝汽器至除氧器之间的管线中的氧浓度为10μg/kg，控制除氧器出口氧浓度为4μg/kg，在除氧器后的下游管线中加入联氨，使管线中的联氨浓度为40μg/kg，维持进入蒸汽发生器的给水pH值为9.8，二回路系统中的蒸汽发生器排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm。实施后进入蒸汽发生器给水的腐蚀产物铁的浓度约为1.2μg/kg。

实施例3

本实施例中的核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

向二回路系统中凝汽器的下游管线中加入氧，使凝汽器至除氧器之间的管线中的氧浓度为30μg/kg，控制除氧器出口氧浓度为3μg/kg，在除氧器后的下游管线中加入联氨，使管线中的联氨浓度为40μg/kg，维持进入蒸汽发生器的给水pH值为9.6，二回路系统中的蒸汽发生器排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm。实施后进入蒸汽发生器给水的腐蚀产物铁的浓度约为0.8μg/kg。

对比例1

本对比例中的核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

向二回路系统中凝汽器的下游管线中加入联氨，使氧浓度低于3μg/kg，控制除氧器出口氧浓度为1μg/kg，在除氧器后的下游管线中加入联氨，使管线中的联氨浓度为50μg/kg，维持进入蒸汽发生器的给水pH值为9.7，二回路系统中的蒸汽发生器排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm，实施后进入蒸汽发生器给水的腐蚀产物铁的浓度约为2.0μg/kg。

对比例2

本对比例中的核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

向二回路系统中的凝汽器下游管线中加入联氨，使氧浓度低于3μg/kg，控制除氧器出口氧浓度为1μg/kg，在除氧器后的下游管线中加入联氨，使管线中的联氨浓度为80μg/kg，维持进入蒸汽发生器的给水pH值为9.6，二回路系统中的蒸汽发生器排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm，实施后进入蒸汽发生器给水的腐蚀产物铁的浓度约为2.5μg/kg。

对比例3

本对比例中的核电厂二回路给水的水化学控制方法，包括如下步骤：

向二回路系统中的凝汽器下游管线中加入联氨，使氧浓度低于1μg/kg，控制除氧器出口氧浓度为1μg/kg，在除氧器后的下游管线中加入联氨，使管线中的联氨浓度为150μg/kg，维持进入蒸汽发生器的给水pH值为9.7，二回路系统中的蒸汽发生器排污水系统阳电导率＜0.5μS/cm，实施后进入蒸汽发生器给水的腐蚀产物铁的浓度约为2.8μg/kg。

测试例

1)对凝结水管道系统典型材料A515，由于其温度低于50℃，材料对FAC不敏感，主要考虑不同氧浓度对均匀腐蚀的影响。在0～30μg/kg溶解氧浓度范围内，用氨调节pH值9.7，实验温度35±2℃，其平均腐蚀速率见下表所示：

从上表中的数据可见，在该浓度范围内的氧浓度对凝结水管道材料A515的腐蚀速率区别不大。

2)考虑到温度区间在130℃至150℃时碳钢材料对FAC最敏感，评估了在该温度段氧对压水堆核电站二回路系统材料的腐蚀影响。0～30μg/kg溶解氧浓度范围内，PH值9.6～9.7条件下，温度150℃低压加热器至除氧器之间系统材料P11的腐蚀深度见下表与图2所示：

根据上表和图2所示，氧的浓度越高，材料的腐蚀速率越低，深度越小。

本发明的核电厂二回路给水的水化学控制方法，可有效降低压水堆核电站二回路系统材料的FAC，同时对FAC不敏感的凝结水系统管道材料的均匀腐蚀又无明显不良影响。由于对除氧器后采取了热力除氧与化学除氧，对蒸汽发生器换热管镍基合金无负面影响。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。