優(yōu)化PH控制降低流動加速腐蝕速率的探討

黃旭 姚景文 劉曉敏

(中核核電運行管理有限公司,浙江海鹽 314300)

優(yōu)化PH控制降低流動加速腐蝕速率的探討

黃旭 姚景文 劉曉敏

(中核核電運行管理有限公司,浙江海鹽 314300)

電廠由流動加速腐蝕導致管道管壁減薄、腐蝕產物轉移而產生的電廠設備、人員安全等問題已越來越受到各方關注。為了降低流動加速腐蝕速率,在設計階段就應充分考慮,選用含少量鉻元素的材料外,在電廠投運后還可以通過優(yōu)化二回路pH控制來降低流動加速腐蝕。根據研究表明提高二回路pH值可以明顯降低流動加速腐蝕速率。本文介紹了二廠針對流動加速腐蝕采取的pH控制優(yōu)化方案,提出了目前二廠pH控制存在的問題,及改進措施。

流動加速腐蝕 pH優(yōu)化 pH控制劑

1 引言

本廠在歷次大修中蒸發(fā)器泥渣量較大，經分析泥渣的主要成分是Fe3O4，是二回路材料的腐蝕產物。二回路系統(tǒng)材料在流動加速腐蝕作用下產生的腐蝕產物會隨著水流進入蒸發(fā)器并沉積下來；同時二回路系統(tǒng)管道管壁減薄。二回路水化學控制的目的就是為了最大限度地保證包括蒸發(fā)器在內的二回路系統(tǒng)設備的完整性，減少二回路系統(tǒng)材料的腐蝕及往蒸發(fā)器轉移的腐蝕產物的量。水化學控制的主要任務是優(yōu)化pH控制，限制材料腐蝕，為機組穩(wěn)定運行創(chuàng)造有利條件。

2 流動加速腐蝕的機理及危害

2.1 流動加速腐蝕的機理

流動加速腐蝕(簡稱FAC)，是一種由于受液體流動的影響而產生的腐蝕。其中包括了浸蝕和流速差腐蝕。包含金屬氧化、金屬陽離子遷移、金屬陽離子溶解的純電化學腐蝕過程，流體只是加速了這一過程。一般認為，流動加速腐蝕就是碳鋼的正常保護性氧化膜溶進流動的水或者汽水兩相流中，與流體直接接觸的材料表面氧化膜會變薄且保護性降低，同時材料的腐蝕速率變大，最終材料的腐蝕速率與氧化膜的溶解速率達到平衡。

2.2 流動加速腐蝕的危害

在流動加速腐蝕作用下管道會減薄，從而導致材料的失效。歷史上曾發(fā)生過美國薩里核電廠和日本美濱核電廠管道破裂導致人員傷亡的嚴重事故。因此流動加速腐蝕嚴重威脅著電廠的安全穩(wěn)定運行。

二回路系統(tǒng)材料在流動加速腐蝕作用下所剝離的腐蝕產物會隨著水流進入蒸發(fā)器并沉積下來。每次大修蒸發(fā)器泥渣量在110Kg左右，說明二回路系統(tǒng)存在流動加速腐蝕。在機組正常運行期間，應改善二回路水化學條件主要是流體pH值來緩解流動加速腐蝕的腐蝕速率。大量的研究和運行經驗表明，提高水汽回路pH值可以有效降低流動加速腐蝕速率。

3 提高pH降低流動加速腐蝕的措施

3.1 提高給水pH前提條件

二廠二回路采用全揮發(fā)處理方法。主給水的pH值控制在9.6～9.7之間，此控制值可以將系統(tǒng)材料的腐蝕控制在可接受水平。正常功率運行期間，二回路水質良好的情況下，精處理處于備用狀態(tài)，更為二回路pH值提升提供了有利條件。

實施高pH值運行時，二回路水汽系統(tǒng)中的氨濃度升高許多，pH值由9.6～9.7提升到9.8～10.0，對應的氨濃度大概要升高2-3倍。根據以往運行經驗，pH值控制在9.6～9.7時，排污除鹽床運行周期在2個月左右，如果pH值提高，排污除鹽床運行時間將縮短一半，因此有必要進行排污除鹽床氨化運行。在加強排污除鹽床出口水質以及整個二回路水汽系統(tǒng)水質監(jiān)督的情況下，進行排污除鹽陽床的氨化運行，可以適當延長排污除鹽床的運行時間。根據已有的試驗數據，排污除鹽陽床最長可以多運行5個月時間。因此排污除鹽床氨化運行為二回路pH值的進一步提升提供了前提條件。

3.2 實施提高pH控制值范圍試驗

技術規(guī)范規(guī)定蒸發(fā)器主給水pH限值為9.1～10.0，現在實際控制為9.6～9.7，根據國內外電廠運行經驗，二回路水處理由低AVT處理轉向高AVT處理的趨勢。因此實施進一步提高pH控制值范圍的試驗。將給水的pH提高到9.8～10.0。

聯(lián)氨通常作為化學除氧劑，在堿性水中是一種很強的還原劑。給水加聯(lián)氨，就是利用它將水中溶解氧還原，減緩給水系統(tǒng)氧腐蝕。殘留的聯(lián)氨在系統(tǒng)中將分解并生成氨、氮和氫。提高二回路添加聯(lián)氨的量，可以達到提高二回路pH的目的。

1 號機108大修后進行了使用聯(lián)氨提高二回路pH試驗，增加了聯(lián)氨的加藥量，控制二回路主給水pH在9.8～10之間，對應的氨濃度在4.8～8.5ppm。同時給水中Fe從2.5ppb左右下降到1.5ppb以下。

4 高pH值控制存在的問題

在正常功率運行期間僅加聯(lián)氨不加氨，靠聯(lián)氨分解生成的氨調節(jié)pH值。會產生二個問題，①如需穩(wěn)定高pH值，給水中聯(lián)氨濃度需增加，使系統(tǒng)環(huán)境趨向還原性，增加了流動加速腐蝕的速率。②系統(tǒng)聯(lián)氨濃度不穩(wěn)定。

提高pH值后，排污床的運行時間縮短，即使陽床氨化運行，其含有氨的出水對后續(xù)的混床運行時間及出水質量都有影響；①氨會將混床樹脂上的雜質淋洗下來，影響混床出水水質。②排污床都氨化運行期間，是否能保證出水質量尚不明確。

5 結語

隨著核電廠的發(fā)展，流動加速腐蝕問題越來越得到重視，為有效降低流動加速腐蝕發(fā)生在電廠設計階段就應該充分考慮對易發(fā)生流動加速腐蝕的管線、部件應盡量使用含鉻元素的低合金鋼或碳鋼制造，對管道部件的形狀應盡量合理避免產生湍流；在運行階段通過優(yōu)化二回路的水化學環(huán)境來進一步降低流動加速腐蝕，通過提高二回路水汽系統(tǒng)pH值，控制聯(lián)氨合適濃度，不斷優(yōu)化二回路水化學控制模式，為二回路水汽系統(tǒng)創(chuàng)造一個良好的水化學運行環(huán)境，最大程度地抑制流動加速腐蝕等腐蝕現象，維持系統(tǒng)設備的完整性，確保機組穩(wěn)定運行。

[1]束國剛,薛飛,遆文新et al.核電廠管道的流動加速腐蝕及其老化管理[J].腐蝕與防護,2006,27(2):72-76.

[2]邱式斌,郝黨強,王克濤.優(yōu)化中全鐵系統(tǒng)給水含鐵量變化機理[J].華北電力技術,2003,11:29-34.

[3]李宇春,朱志平,楊道武,李敬業(yè).核電站水化學控制工況[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008:102-104.

黃旭(1979-),男,工程師,2000年畢業(yè)后一直從事核電廠水化學監(jiān)督管理工作。