三门核电一期工程二回路pH控制方案研究.docVIP

三门核电一期工程二回路pH控制方案研究 　　摘要：文章以三门核电一期工程AP1000机组为例，分别对采用氨水和乙醇胺（ETA）为控制剂的两种常用pH控制方案进行了介绍，并给出了三门一期最终选用氨水pH控制剂的高AVT方案的原因；说明了pH控制方案应根据电厂实际配置和经济性来选择，对后续核电项目二回路pH控制方案选择有一定的借鉴作用。 　　关键词：AP1000机组；全挥发处理；pH控制方案；氨水；乙醇胺 文献标识码：A 　　中图分类号：TP274 文章编号：1009-2374（2015）13-0015-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.008 　　1 概述 　　压水堆核电站中，对二回路的水质要求比常规火电更加严格，这是因为蒸汽发生器传热管是一回路压力边界最薄弱的部位，而其腐蚀主要是二回路侧的各种腐蚀。二回路系统其他设备如受到腐蚀，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，威胁到整个核电厂的安全经济运营，因此，二回路水质需严格控制。研究发现，合理控制二回路的pH值能显著减少腐蚀产物的形成和沉积，保证二回路系统设备特别是蒸汽发生器结构材料的完整性，提高核电站的运行安全性和可利用率，因此，对二回路pH控制方案的研究有着十分重要的意义。 　　2 腐蚀发生机理 　　三门核电一期工程AP1000项目中二回路管道和设备均由碳钢等铁基材料组成。当pH值较高时，会限制铁基金属材料的氧化速率，使铁电位进入磁性Fe3O4钝化区，从而抑制腐蚀。另外，对于碳钢材料，危害最大的腐蚀形式为流动加速腐蚀（FAC）。FAC是指在流动的单相水或者两相的湿蒸汽中，由于介质的流动对材料表面的冲刷，在钢铁材料表面生成的Fe3O4氧化膜发生溶解，并被流体带走，从而使材料表面失去保护，腐蚀速度提高而发生的腐蚀。当流体的pH值较高时，其中的OH?―会限制氧化膜的分解，保护金属免于腐蚀，因此提高pH值到足够的高度，可以显著抑制FAC。不过，二回路水的pH值亦不能太高，因为在强碱性环境下，碳钢等铁基材料易发生应力腐蚀开裂，即碱脆。 　　综上，控制二回路系统设备腐蚀的首要参数是pH值。大量经验表明，给水25℃下的pH值控制在9.5～10.5之间，流体对二回路设备的腐蚀可降到最低。 　　3 核电站二回路常用PH控制剂 　　3.1 氨水（NH4） 　　氨水（NH4）为pH控制剂的全挥发处理（AVT）方案是现在仍广泛应用的一种传统二回路水质控制方案。由于氨是易挥发性的物质，且具有不会受热分解的特点，因此采用这种方案，不会增加蒸汽发生器中盐类的含量，亦不易发生局部浓缩而造成的碱腐蚀，氨进入蒸汽发生器后会随蒸汽挥发出来，并随蒸汽进入汽轮机及各级加热器。 　　在早期的核电站设计中，给水pH25℃通常控制在小于9.5的水平，为低AVT控制方案。然而，运行实践表明，采用低AVT方式的机组，给水及疏水系统存在流动加速腐蚀（FAC）现象。这是因为氨具有很高的分配系数，因此在蒸汽中含有较高浓度的氨，而在各级加热器的疏水部分氨浓度则较低，致使汽液两相区域的pH明显偏低，导致对湿蒸汽区域的保护不足，从而引起碳钢、低合金钢等材料的流动加速腐蚀（FAC），因此低AVT控制方案逐渐被淘汰，由高AVT控制或有机胺方案替代。高AVT控制即向给水中添加足够高浓度的氨，以提高疏水中的pH值。通过多年的运行实践，该方案起到了良好的控制流动加速腐蚀的作用，管线FAC现象得到很好的抑制，腐蚀产物大大减少，使得进入SG的杂质量减少，传热管及其支撑板和管板的腐蚀速率也大幅度下降，因此，目前高AVT方案在世界核电站中应用得比较广泛。 　　3.2 有机胺 　　有机胺类物质作为pH控制剂，具有较低的分配系数，能够在汽液两相均匀分布，蒸汽在换热设备中冷却时，胺类也会部分进入液相从而提高液相区域的pH值，从而起到全面保护设备材料的目的，因此，针对低AVT控制的不足，除了高AVT外，有机胺pH控制也是十分合适的替代方案。 　　乙醇胺（ETA）是有机胺试剂中最常用的pH控制剂，使用乙醇胺控制二回路水的pH值，由于其较低的挥发性，含有乙醇胺的蒸汽被冷凝时乙醇胺也凝结下来，因此，冷凝水将含有较高浓度的乙醇胺，其pH值较高，氧化层能够保持稳定状态难以溶解，从而抑制了FAC的发生，使得腐蚀产物大大减少。目前，乙醇胺处理方案得到了十分广泛的应用，美国有超过50%的核电站正在实行乙醇胺处理，世界上已有60%以上核电厂应用乙醇胺代替氨调节给水pH值。 　　4 三门核电一期工程二回路pH控制方案选择 　　三门核电一期工程两台机组核岛设计采用的是美国西屋公司开发的AP1000压水堆核电技术，为当前世界最先进的