蒸汽发生器泥渣在压水堆核电机组的控制实践

蒸汽发生器泥渣在压水堆核电机组的控制实践

许兆洋  黄金龙  李田田

中核辽宁核电有限公司，辽宁省 125100

摘要：蒸汽发生器是核电厂的核心设备，在其传热管与管板、传热管与支撑板的缝隙处会累积大量的泥渣，其中的杂质浓度可以达到给水中104～106倍，易引起传热管发生沿晶应力腐蚀开裂和晶间侵蚀，造成蒸汽发生器传热管的破裂，极大地威胁着核电厂的安全稳定运行。蒸汽发生器内泥渣的主要来源为二回路系统管道的流动加速腐蚀（FAC），论文介绍了国内某核电厂为降低二回路管道FAC腐蚀的措施，有效提高了MSR疏水PH值，大幅降低了MSR疏水和主给水中铁浓度，对二回路系统的FAC腐蚀控制效果非常明显。

关键词：蒸汽发生器 泥渣 流动加速腐蚀 水化学控制

核电厂二回路水化学监督管理的目标是保障蒸汽发生器的完整性，泥渣沉积在一些缝隙处如传热管与支撑板、传热管与管板，其内部杂质浓度可以达到给水中104～106倍，易引起传热管发生沿晶应力腐蚀开裂和晶间侵蚀，最终造成蒸汽发生器传热管的破裂。

1. 蒸汽发生器泥渣成分、来源

1.1蒸汽发生器内泥渣成分分析

以国内某核电站为例，该核电厂共有四台650MWe压水堆核电机组，属M310堆型，1/2号机组先后于2002年和2004年投入商业运行，3/4号机组是1/2号机组的翻版加改进，分别于2010年和2012年投入商业运行。

在历次大修期间对蒸汽发生器（SG）管板、泥渣收集器、凝汽器热阱地面、除氧水箱等位置的泥渣进行收集、称重。1、2#机组SG的泥渣总量整体上呈下降趋势，但依旧很大。

从几次大修泥渣样品分析结果看，泥渣样品的含水量约30％左右，烘干后的样品中Fe含量约占样品干重的60～65％，换算成铁的氧化物（以Fe3O4计）约占样品总量的90％以上，泥渣中主要成份为Fe3O4。

1.2蒸汽发生器内泥渣来源分析

理论上，根据平衡原理SG内泥渣铁含量计算公式如下。

SGFe=AHPFe x AHP流量—APGFex APG流量　　      （1）

以2#机组第2～5燃料循环（以U2C2～U2C5）二回路系统铁平均浓度计算：

AHPFe=2.95 ppb      AHP流量：3978t/h

APGFe=2.09 ppb      APG流量：40 t/h

把以上参数及分析数据带入（1）式，可计算出每小时进入蒸发器Fe总量：

SGFe=AHPFe x AHP流量—APGFex APG流量　 

　  ＝2.95x3978–2.09x40

    = 11651.5mg≈11.65g

按平均循环316天计算，每个燃料循环迁移到SG总的Fe量为：

SGFe总=11.65x24x316=88354g=88.354kg

换算成Fe的氧化物（以Fe3O4计），每个燃料循环迁移沉积到SG总的铁的氧化物约为：SGFe3O4＝88.354x232/168=122.01kg

2#机组第2～5燃料循环（以U2C2～U2C5）每次换料大修两台蒸发器冲洗出的平均泥渣量湿重为96.7kg，含水量约30％,换算为干重约为67.7kg。

由以上理论计算值和大修SG 冲洗的实际泥渣量分析,SG内泥渣主要来自二回路热力系统腐蚀产物向其内部的迁移沉积。

2. 国内某M310核电机组降低蒸汽发生器泥渣控制实践

从该核电厂二回路系统Fe含量的分布及1/2#机组近几年二回路系统发生的多起沙眼、漏水、漏气等缺陷，以及对汽水管道的测厚证明,FAC是二回路系统的一个重要腐蚀，也是蒸发器泥渣量高的主要因素。

MSR系统Fe含量很高，表明FAC情况比较严重。根据FAC的腐蚀机理，要降低电厂二回路系统FAC，减少腐蚀产物向SG迁移，可以从材料替换和优化二回路水化学控制两方面考虑。

2.1二回路管道材料替换

二回路管道主要由20、20G、ST45.8、TU48C、Q235A、A335P11等材料组成，一般认为，铬含量达到1%能有效防止FAC腐蚀，上述材料大部分为不含铬的碳钢或含铬量很低的合金钢，这对抑制FAC腐蚀十分不利。

该核电厂二回路凝结水管道、再热器疏水箱出水管道、汽机抽汽管道、除氧再循环管道等材料主要为20号碳钢和Q235钢，其铬含量很低，在机组运行过程中，与流体接触的管线就不可避免地发生腐蚀。

2.2优化二回路水化学控制实践

从上文的分析可知，蒸汽发生器内泥渣的主要来源为二回路系统的FAC腐蚀，在管道材料已确定的情况下，优化二回路水化学控制，尽可能地降低FAC腐蚀的敏感因素，是降低FAC腐蚀减少蒸汽发生器内泥渣累积量的重要手段。

2.2.1控制二回路系统溶解氧和联胺添加量

根据经验，加3倍溶解氧浓度或最少20ppb浓度的联氨，可以有效地控制凝结水中溶解氧小于10ppb，多余的联氨分解成氨气和氮气，控制合适的溶解氧和联氨浓度，对降低FAC具有积极作用。

2.2.2 蒸汽发生器排污系统（APG）树脂氨化运行

氨化运行可有效提高给水PH并可延长排污阳床运行周期一倍以上（约150天），对SG排污水质的影响也在可接受范围内，不会影响到WANO化学指标，APG系统树脂氨化运行为二回路系统高PH值运行奠定了基础。

2.2.3 二回路PH控制方案优化

为全面提高二回路系统的PH值，该电厂将单纯NH3改为ETA+NH3的PH控制策略。

经过近一年时间的运行，ETA+NH3的PH控制带来的良好效果：

（1）减少PH控制剂使用量

PH控制剂的加药量受凝结水精处理是否运行的影响较大。从三种药品的总用量上看，将PH值控制在相同的范围时，ETA+NH3较单纯氨控制方案用药少。

（2）有效降低MSR疏水中铁浓度

由于氨的汽液分配系数很高，使MSR疏水PH值很低，一般仅为9.2左右，铁浓度很高，均值能达到约10ppb，更改为ETA+NH3后MSR疏水PH值达到9.7～10.0,铁浓度仅为1ppb左右，下降幅度非常大，对疏水系统的腐蚀控制效果非常明显。

（3）有效降低主给水中铁浓度

对比ETA+NH3方案实施前后主给水中铁浓度，50天均值由实施前的1.96ppb下降到实施后的1.46ppb，降幅达25%，有效减少了二回路系统腐蚀产物向蒸汽发生器的转移。

2.2.4 使用磁栅过滤器对凝结水进行磁过滤

该核电厂在103、201大修期间，在凝汽器热阱加装磁栅过滤器。

根据历次大修情况，磁栅过滤器吸附的腐蚀产物总量很大，209大修中甚至收集到近80公斤的腐蚀产物，说明磁栅过滤器对凝结水中磁性腐蚀产物的吸附是有效的。

2.2.5 大修期间蒸汽发生器保养

蒸汽发生器保养分为干保养和湿保养，两种保养方式的选择条件和所需遵守的化学指标详见表1。该核电厂每次蒸汽发生器湿保养需要35%水合联胺约75kg，为调节保养液PH值需要加入氨20kg，最终保养液中联胺浓度约120ppm、PH值9.5左右。

表 1 蒸汽发生器保养指标限值

3. 总结与建议

蒸汽发生器是核电厂的核心设备，功率运行期间不断累积的泥渣是蒸汽发生器传热管破损的重要原因之一。国内某核电厂通过联合使用控制二回路系统溶解氧和联胺添加量、APG树脂氨化运行、PH控制剂由单纯NH3改为ETA+NH3控制、使用磁栅过滤器对凝结水进行磁过滤、大修期间蒸汽发生器保养等措施，使MSR疏水和主给水系统铁浓度大幅下降，降幅分别达到90%和25%，有效地控制了二回路系统的FAC腐蚀，对减少蒸汽发生器内泥渣累积量，降低传热管破损概率非常有益。

参考文献：

[1]潘向烽，碱化剂对核电厂二回路管道材料流动加速腐蚀的影响研究[D].上海：上海交通大学机械与动力工程学院,2014：11-17.

Pan xiangfeng, Basifier accelerated effect of corrosion on the flow of nuclear power plant two loop pipe materials[D].shanghai：School of mechanical and power engineering, Shanghai Jiao Tong University，2014：11-17.

[2]Bindi Chexal,et al.EPRI TR-106611-R1 flow-acceler-ated corrosion in power plants[R].United States Elec-tric Power Research Institute,1998.

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