核電廠二回路陽電導率高研究

白彬彬　黃旭

【摘 要】核電廠正常運行時一回路的水高溫高壓且含有強烈的放射性，一旦蒸汽發生器發生破損，將會釋放到二回路水中，造成放射性污染和巨大的經濟損失。因此減緩蒸發器的腐蝕，保證核電機組在壽期內的穩定運行非常重要。腐蝕主要源于二回路水中陰離子即陽電導率的超標。針對二回路陽電率高的問題，通過儀表檢查、離子分析、二回路水中的雜質離子鑒定等方法找到了根本原因，為其它電廠提供了借鑒和指導。

【關鍵詞】核電廠；二回路陽電導率；有機物APG樹脂

0 前言

2016年2月6日，秦二廠4號機組404大修后，因水質轉好停運4ATE（凝結水精處理系統）。4ATE停運后，4AHP高加給水陽電導率開始逐步上升，到2月7日已到0.20us/cm，觸發4SIT102AA（高加給水陽電導率）高報警。2月9日重啟4ATE除鹽床，4AHP高加給水陽電導率逐步下降并恢復到0.07 us/cm左右。3月2日停運4ATE后，4AHP陽電導率再次上升，并持續上漲，于3月13日再次到達0.20us/cm的主控報警值。

陽電導率反映的是二回路的陰離子含量。二回路給水中的微量雜質和腐蝕產物不易隨蒸汽一起進入汽輪機，絕大部分留在蒸汽發生器內，蒸汽發生器就像一個濃縮裝置，濃縮倍率達到90倍，若陽電導率長期超標，會導致蒸汽發生器嚴重腐蝕。蒸汽發生器是一回路壓力邊界，一旦因腐蝕破損，一回路的放射性水將通過主蒸汽釋放到二回路水汽系統，導致停機停堆，造成放射性污染和巨大的經濟損失。因此，在二回路水質出現問題時，應盡快解決，消除隱患。

1 故障診斷

正常情況下，ATE停運后二回路陽電導率有升高的現象，但不會到達主控報警值，而且會隨著運行時間的增加，自行下降。這是因為ATE的半處理流量是1200t/h，而APG的處理流量卻只有50t/h左右，因此會有個升高值，再慢慢回落，維持在一個穩定值，一般為0.13us/cm左右。此次二回路陽電導率直接升到報警值，屬于異?，F象，需要診查。

由陽電導率的測量方法可知，在被測水樣經過陽離子交換柱后，陽離子被去除，在水中的氫氧根離子與被置換出的氫離子中和，水樣中僅留下陰離子。二回路系統中能夠影響陽電導率的主要是陰離子和總有機碳（TOC）（有機物含量的重要指標）。我們分析時優先考慮陽電導率儀表測量是否有問題，在儀表準確的前提下，再進行雜質離子分析。

1.1 在線儀表檢查

3月20日在儀控人員配合下，一起對儀表的準確性進行檢驗。樣水從高壓加熱器出口母管取出，經降溫減壓后，再經過恒溫裝置，進入陽離子交換柱，最后通過測量電極后排到地溝。檢查降溫減壓和恒溫裝置，未發現問題，于是重點對陽離子交換柱和測量電極進行檢查。

1.1.1 陽離子交換柱檢查

1）將AHP陽電導率表與測量準確的AHP-6陽電導率表的陽離子交換柱進行互換，更換后兩者測量數據無明顯變化。

2）更換AHP陽電導率表的陽離子交換樹脂為重新再生好的新樹脂，陽電導率有微微上升，主要是因為新再生的交換樹脂會析出一些雜質，運行一段時間后自會下降。

3）為避免再生樹脂柱的再生質量問題，更換AHP陽離子交換柱為已使用過但未失效的便攜式陽電導率表的陽離子交換柱，陽電導率最低到0.21us/cm，下降了一些，但變化幅度不大。

4）排除水中氧氣對陽電導率表測量的影響。過多的氣泡不僅會使水樣發生偏流和短路，還會使交換柱內的陽樹脂發生亂層現象，影響陽電導率。在便攜式陽電導率表的陽離子交換柱前串入氧表，測量陽電導最低到0.206us/cm，變化不大。

經過以上的試驗，確認了陽離子交換柱沒有問題，雖有誤差，但在測量精度范圍內。

1.1.2 測量電極檢查

1）對測量電極的取樣池進行刷洗清潔后再測量，發現與原測數據變化不大。

2）將AHP與VVP的陽電導率表測量電極互換，數據與原測數據變化不大。

由此可見測量電極也沒有問題，綜合上述在線儀表測量裝置沒有問題，二回路水中陽電導率真實高（即陰離子含量高）。

1.2 雜質離子分析

4AHP高加給水陽電導率超過限值0.2us/cm，是在ATE精處理裝置停運后。正常ATE停運的條件為：蒸發器排污水陽電導率<0.3us/cm，鈉離子<0.8ppb，氯離子<1.6ppb，硫酸根<1.7ppb。此時二回路的陰離子含量已經很低，一般不會再次超標，于是對影響陽電導率的陰離子逐一進行分析。目前二廠主要監測的陰離子為CL-、SO42-，另外水中溶解過多的CO2產生CO32-也會造成陽電導率高。

1.2.1 二回路水中CL-、SO42-含量的影響

影響二回路CL-、SO42-的因素從系統內部和外部兩方面考慮。

內部因素主要考慮：

1）二回路設備檢修時引入的雜質。隨著機組的運行逐漸從系統里釋放出來，但4ATE已經運行將近2個月了，雜質釋放應基本已結束，即使有，含量也很低，應予以排除。

2）凝汽器中的冷卻盤管漏入微量的海水。凝汽器一旦漏入海水，二回路水質的Na+將會明顯變化，期間蒸發器的排污水中Na+含量很低，一般在0.5ppb附近，可見冷卻盤管未發生泄漏。

3）ATE和APG的混床樹脂失效釋放出來的。高加給水陽電導率高是在ATE停運以后出現的，此時ATE的混床是被隔離的，即使失效也不會釋放到二回路。經化學人員對APG的混床樹脂出口CL-、SO42-含量進行檢測，未發現含量超標。

外部因素主要考慮：

1）SIR加藥系統的藥劑品質不純引起。經詢問得知，化學處對每一批次聯氨都進行取樣驗收，產品全部合格，且3/4號機組所用的聯氨都是同廠家同批次產品，3號機組卻沒有出現，可見不是藥劑品質問題。

2）二回路補水水質較差。3/4號機組所用的補水水源為同一路水源，化學每周對二回路補水進行取樣分析雜質離子，期間補水水質合格，補水水質沒問題。

為了進一步驗證，對二回路水中的CL-、SO42-進行取樣分析，分析結果如下：

1.2.2 二回路水中CO32-離子含量的影響

CO32-離子主要來源于空氣中的CO2溶于水產生。影響CO32-離子含量的因素有：

1）凝汽器漏入空氣

二回路的水容積為4018m3，非常大，微量的空氣泄露不會引起陽電導率的升高。二回路除了凝汽器為負壓外，其余均為正壓，因此重點考慮凝汽器。經過氦檢漏后，沒有發現泄漏點。

2）二回路補水中的溶解CO2

目前3/4機組補水水源為同一水源，不可能出現3號機組陽電

導不高，4號機組高，應予以排除。

3）二回路補給水的CO2大于除氧器排出的CO2

正常運行時不凝氣體CO2等經除氧器加熱溢出后排到凝汽器，由凝汽器的真空泵抽到汽輪機廠房外。目前除氧器排氣到凝汽器前的手動節流閥，3號機組閥桿露出9個螺紋，4號機露出7個螺紋。把4號機組手動節流閥的開度開到和3號機組一樣，4號機組陽電導基本無變化，可見不是根本原因。

綜上可知，CO32-離子不是造成高加出口陽電導率高的因素。

1.2.3 二回路水中有機物含量的影響

有機物進入熱力系統后高溫分解為低分子有機酸，主要成分是乙酸CH3COOH，其次是甲酸HCOOH。CH3COO-、HCOO-會導致二回路陽電導率升高。有機物的來源主要有ATE和APG碎樹脂漏過樹脂捕捉器進入二回路高溫分解產生以及二回路補水中溶解的有機物。

1）ATE的碎樹脂進入二回路

4ATE系統已經停運，與二回路已經隔開，是不可能進入的。

2）4APG碎樹脂漏入二回路

查看APG樹脂后的樹脂捕捉器，其前后壓差并不高，應予以排除。

3）二回路補水中溶解的有機物

二回路補水每天平均要補水100m3左右，經化學取樣后，發現補水中的TOC不高，不會引起高加出口陽電導率高。

在線儀表檢查和雜質離子分析都無法找到根本原因后，采用對高壓加熱器、凝泵出口、主蒸汽以及汽水分離再熱器的水質進行了系統的分析。分析結果如下：

通過對比，發現4號機組的F-和CH3COO-、HCOO-含量（即有機物）含量較高。

正常情況下在機組啟動階段ATE（凝結水精處理系統）運行，用于除去二回路的雜質。正常功率運行時當二回路水質較好的情況下，ATE處于備用停運狀態，依靠APG（蒸汽發生器排污系統）的陽床樹脂和混床樹脂進行小流量凈化二回路，同時停止連續加氨。即使二回路不斷進入有機物，4APG混床的樹脂也能夠連續進行凈化去除，不應該會有很高的CH3COO-、HCOO-。在各個因素排除后，只能懷疑APG系統自身。除了APG系統本身陰離子腐蝕產物外，混床樹脂是唯一可能的污染源，因為它一直在不停地吸收陰離子。調閱4APG混床的更換記錄，發現混床4APG004DE已經連續兩年沒有進行更換。于是在3月24日將4APG004DE更換為新樹脂，4AHP陽電導逐步下降（除了4月3、4日清明節降功率引起短時擾動外），到4月13日已下降到0.12us/cm。（注：2月12日至4月1日期間，機組滿功率運行，功率穩定。）具體情況見下圖。

更換4APG004DE為混床新樹脂后，又重新對二回路水質進行了系統分析，如下圖：

通過表4可知，4號機組和3號機組的二回路水質差不多，并且還要好一些，已恢復到正常水平，至此找到了高加出口陽電導高的根本原因。正常情況下4APG混床樹脂能夠凈化所有的陰陽離子，這次二回路系統中的CH3COO-、HCOO-、F-異常升高而CL-、SO42-升高不明顯，跟混床離子交換樹脂對陰離子的吸附順序有關。強堿樹脂在稀溶液中對CL-、SO42-的吸附要遠強于CH3COO-、HCOO-、F-，但釋放順序卻正好相反，CH3COO-、HCOO-、F-比CL-、SO42-更容易從樹脂上洗脫出來重新溶于水中。在混床樹脂快失效時，CL-、SO42-不斷地置換原來已經吸附在樹脂上CH3COO-、HCOO-、F-，導致二回路高加出口陽電導升高。

此次水質檢測同時也發現了F-超標。對F-的主要來源也進行了分析，二回路設備中有較多的地方墊片、膠水等橡膠塑料材料中含F，如該類產品不合格可能在運行期間會釋放處F-；另外二回路檢修時使用的一些材料也可能帶入以及APG和ATE破損樹脂在高溫高壓下分解產生。我廠使用的材料正常情況下都是經過驗收的合格品，應不會產生大量的F-。此次F-超標主要是APG混床樹脂釋放導致的。

3 結論和建議

1）ATE停運后高加出口陽電導率高的根本原因是APG混床樹脂接近失效導致弱酸陰離子不斷釋放。

2）建議定期對APG混床出口陰導進行取樣分析，尤其是CH3COO-、HCOO-、F-，一旦超標應及時更換。

3）建議正常運行時定期對二回路補水的TOC進行測量，確保引入二回路的有機物在可控范圍內，以及APG樹脂出口樹脂捕捉器的壓差定期進行巡檢。

4）通過對此次高加出口陽電導率高的原因分析，為其它機組類似故障提供了借鑒。在分析時，應優先考慮儀表問題，其次是二回路的水凈化系統，最后再去進行雜質離子分析。這樣可以少走彎路，盡快找到根源。

【參考文獻】

[1]于淼，李娟.核電站二回路水汽系統陽電導率超標原因的研究[J].電力與能源，2015，6.

[2]秦建華.秦山第二核電廠二回路水質問題及對策研究[D].學位論文，2008，3.

[責任編輯：田吉捷]