美國核電廠閉式冷卻水水處理的現狀

何　俊（國核電力規劃設計研究院,北京　100095）

美國核電廠閉式冷卻水水處理的現狀

何俊
（國核電力規劃設計研究院,北京100095）

從殺菌劑和緩蝕劑兩個方面介紹了在美國核電廠閉式冷卻水處理的現狀，為國內的電廠閉式冷卻水處理提供了借鑒。

核電廠；閉式冷卻水；水處理；緩蝕劑；殺菌劑

1　概述

在核電站，閉式冷卻水系統（CCW）為安全相關的和非安全相關的熱交換設備提供冷卻水。在核電廠中對冷卻水的需求并不僅限于表面式凝汽器。其他需要冷卻的設備包括設備冷卻系統、緊急柴油發電機夾套、封閉式冷卻器和潤滑油冷卻器。

在大多數電核電站中，管道一般為碳鋼或不銹鋼。熱交換器管材一般為銅合金（如海軍黃銅或鋅鎳銅合金）或不銹鋼。閉式冷卻水處理的主要目的就是最大限度的減少腐蝕、控制微生物生長、控制懸浮物沉積以及防止水垢的產生等。

在核電廠，閉式冷卻水的水源主要有除鹽水和工業水，但是通常情況下除鹽水是優先選擇的補水水源[1]。

2　CCW系統微生物及污垢控制

有效的殺菌劑應至少具備以下特點：

可有效抗固著及浮游微生物，特別是在CCW系統中可有效抗引發污垢或MIC機制的菌株；

與緩蝕劑、分散劑和系統中使用的其它化學藥品兼容；

在冷卻水的pH值時有效；

能夠滲透和分散生物質；

可持續，在系統中的同時保持其毒性。最理想的是，它應降解為不會干擾CCW系統運行的化合物；

易于降解或去活機制，便于排放；

以最大程度便于處理；

氧化型殺菌劑是其效力取決于其氧化能力的化學藥品，因而，破壞有機物質。氧化型殺菌劑不常用于CCW系統，不能用于亞硝酸鹽處理的系統。

非氧化劑是指對一種或多種微生物（和在某些情況下大生物體）有毒的非氧化性化學藥品。

2.1 氧化性殺菌劑

氧化型殺菌劑很少用于閉式冷卻水系統，常用的的氧化性殺菌劑有氯化合物（次氯酸鈉、氯氣等）、過氧化氫(H2O2)。

使用氯化合物將給CCW水添加大量的氯化物。適用濃度一般為1-3ppm。過氧化氫與所有金屬兼容，但氧化作用會增加黑色金屬和銅合金的腐蝕率。適用濃度還沒有完全確定，推薦10-100ppm。

2.2 非氧化性殺菌劑

美國核電廠常用的非氧化性殺菌劑主要有戊二醛、異噻唑啉酮、亞甲基雙（硫氰酸鹽）、DBNPA（2,2-二溴-3次氮基丙酰胺）、THPS和離子四元殺菌劑。

戊二醛與常見緩蝕劑兼容，現場可用成套測試工具測量活性濃度，但是其分解會導致pH值在CCW系統中降低，為某些有機物的生長提供了養分，進而會增加CCW系統中的TOC指標；戊二醛可通過氨或胺去除活度。一般加藥濃度控制在25和100ppm之間。

異噻唑啉酮，其最大的優點加藥劑量低，作用時間非常快，在抗硝化和反硝化細菌方面很有效，但是其會引發硫酸鹽和氯化物，也可能引發銅，且沒有現場成套測試工具。加藥濃度為1-5ppm。

亞甲基雙（硫氰酸鹽），在低劑量時有效，屬于光譜殺菌劑，易于去活和水解，生物膜穿透和不會因有其它有機物而受影響，但是重復使用會增加CCW系統的TOC含量，屬于非水基產品，會引發硫酸鹽，其溶劑可能含氯化物，與異噻唑啉酮一樣無現場成套實用測試工具。加藥濃度為1-8ppm。

DBNPA（2,2-二溴-3次氮基丙酰胺），DBNPA的特點作用非常快，需要的劑量低，且有現場成套測試工具，但是乙二醇溶劑對CCW系統增加大量的TOC，降解產生氨，會使水中增添了溴化物。加藥濃度為0.5-10ppm。

3　緩蝕劑

在核電站，緩蝕劑類型一般有陽極型、成膜劑型和還原劑三類。其中陽極型緩蝕劑主要用于碳鋼材質的CCW系統。碳鋼緩蝕劑包含鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、聯氨和硅酸鹽。

亞硝酸鹽緩蝕劑具有大量的行業成功經驗，耐氯化物影響較強，但是不能抑制微生物的生長。其加藥濃度為：500ppm-500ppm,pH：8.5-11.0。

鉬酸鹽無毒，產生的保護膜層粘性極強，但是同樣不能抑制微生物生長，且價格將昂貴，易產生衰變。其正常的加藥濃度范圍為：200-1000ppm。pH：9.0—11.0。

鉻酸鹽是極其有效的緩蝕劑，起殺菌劑或者生物抑制劑的作用，但是其可能會導致泵碳密封件性能下降，因此系統設計或制造時必需采取措施保持系統無泄漏；其正常的加藥濃度：150-300ppm，pH值：8.0—11.0。

聚硅酸鹽：硅酸鹽的毒性較低；成膜速度較慢且膜易于被破壞。聚硅酸鹽的加藥量一般根據水中的無機二氧化硅含量來確定，通常控制無機二氧化硅的含量：20-60ppm（有時高達200ppm），pH：7.5-11.0。閉式冷卻水系統中采用成膜劑也是一種非常常用的水處理方法，通過維持水中藥劑的含量使在鋼材的表面產生一種保護膜，這層保護膜可有效的防止經受流體的腐蝕，閉式水處理系統常用的預膜劑有：甲苯基三唑、苯并三唑和含氫硫基苯并噻唑，吡咯的存在減少了沉著在鋼表面的銅離子。與鉻酸鹽相比，吡咯的毒性較低；吡咯在分解時形成二硫化物和硫酸鹽，不會對系統造成腐蝕，加藥濃度：5-100ppm，推薦的濃度范圍是20-50ppm。pH值范圍8.5–11.0。

電廠中采用還原劑也是一種有效的閉式水處理方法，此種處理方法在我國電廠閉式冷卻水處理中也是非常常見的。聯氨的處理方法不會將任何溶解固體加入待處理的水，對放射性廢料離子交換的影響極小，電廠不會發生微生物問題。聯氨正常加藥濃度為5-50ppm。可以將溶氧濃度減少至1–10ppb的范圍。在某些全鐵合金系統中使用高達200ppm的濃度。必須調節pH，銅合金：8.5-9.6，全鐵合金系統：8.5-10.5。

4　結語

可以看出，美國核電廠閉式冷卻水處理的現狀和我國電廠水處理有較大的區別，本文作者希望通過相關的工程經驗和相關的美國規范資料的整理能夠起到拋磚引玉的作用，為國內閉式冷卻水處理方式提供一定的借鑒。

[1]Closed Cooling Water Chemistry Guideline, Revision 1, EPRI.

[2]陳陡.火電廠閉式循環除鹽冷卻水AVT-O處理法的探討[J].中國化工貿易，2013,12(12):285-286.

何俊（1979-），碩士，工程師。