核電廠換料大修期間二回路水化學控制

高明華　李婭璇　李安榮　姚景文

【摘 要】核電廠停堆換料大修期間二回路水化學控制是系統設備管理和維護的重要內容之一，大修期間的水化學控制質量直接關系到功率運行期間二回路的水化學指標。文章結合核電廠停堆換料大修期間二回路水化學控制的特點，對大修期間的水化學控制措施及影響因素進行探討，以進一步提升二回路水化學管理整體水平，為機組正常功率運行創造良好的水化學運行環境。

【關鍵詞】換料大修;二回路;水化學控制;腐蝕

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）05-0069-003

0 前言

核電站二回路水化學控制的主要目標一是減少二回路系統設備的均勻腐蝕速率和在蒸汽發生器管板和支撐板上的泥渣沉積量，二是盡可能地減少二回路系統設備特別是蒸汽發生器傳熱管的局部腐蝕開裂，以提高核電廠的運行安全性和可利用率[1]。為了達到這一目的，必須最大程度地降低二回路系統設備的腐蝕以及腐蝕產物往蒸汽發生器二次側的轉移。核電廠停堆換料大修期間，二回路水化學控制是系統設備管理和維護的重要內容之一，水化學控制質量直接與系統設備管理和維護有關。根據大修期間二回路系統設備實際狀況，采取并加強這一期間的水化學控制措施對于改善后續功率運行期間的水質相當重要，從某種意義上說，做好停堆大修期間的化學控制比正常功率運行期間更有價值。文章就核電廠停堆換料大修期間二回路水化學控制措施作一些探討，以進一步提升二回路水化學管理整體水平，降低二回路系統設備腐蝕。

1 大修期間二回路水化學控制的特殊性

停堆換料大修期間二回路水化學控制與正常功率運行期間相比有很大差異，具有其特殊性，如表1所示。大修期間，二回路系統處于停運狀態，整個系統設備檢修面廣，且許多系統設備需開口，涉及人員多，水化學控制受到檢修工況變化的影響大，且化學控制效果又不能馬上體現，只能在后續機組啟動和并網升功率后逐漸反映出來，這對化學控制增加了難度和不確定性。因此需根據大修期間水化學控制的特殊性，采取有針對性的水化學控制措施。

2 大修期間二回路水化學控制措施

2.1 管理理念更新

早期的二回路水化學控制重點放在功率運行期間，保證關鍵指標參數不超規范，不太關注停堆大修期間的水化學控制。隨著電廠水化學管理水平的提高以及運行經驗的積累，對水化學的認識也不斷加深，逐步形成了核電廠各運行階段的全過程二回路水化學控制策略，僅僅關注功率運行期間二回路水化學參數或指標是遠遠不夠的，必須重視大修期間的二回路水化學控制。

——制定并嚴格執行化學管理制度

制定換料大修期間電廠化學管理制度，對大修期間化學品及輔助材料使用、系統設備檢查和保養要求、二回路各系統水質控制和處理措施等進行規定，明確各相關人員的職責和行為要求，嚴格執行水化學管理制度，使化學控制管理有章可循。

——人員化學知識培訓

大修前對參與大修的人員（包括承包商人員）進行化學基礎知識培訓，讓每位大修人員了解基本的化學知識以及使用化學（品）原材料的要求與危害等方面知識，提高大修人員化學品使用、風險防護以及水化學控制意識，使全體大修人員知道他們的工作不僅是檢修、維護設備，同時也是把好水化學控制的第一道關口。

另外，需重視經驗反饋工作，對以往大修期間發生的影響后續功率運行期間二回路水質的事例以及良好的水化學控制實踐進行學習總結，進一步提高二回路水化學的整體管理水平。

2.2 系統設備保養

二回路系統設備停（備）用期間，系統的水汽側不可避免殘留有水份，如一些管道彎頭死角，這些水份在金屬表面形成水膜，再加上許多系統設備需開口檢修，空氣中的氧溶解在這些水和水膜中，引起系統設備水汽側的氧腐蝕。停用系統設備水汽側金屬表面發生的腐蝕，其本質屬于電化學腐蝕的氧腐蝕[2]。碳鋼的氧腐蝕表現為短時間內大面積的“浮銹”，其下是腐蝕坑和蝕孔。系統設備停用時產生的腐蝕在機組功率運行期間有可能成為腐蝕的源點而繼續腐蝕，因此，停用期間防銹蝕保養對減少設備腐蝕、延長設備使用壽命，減少腐蝕產物遷移到蒸汽發生器具有重要意義。

大修期間，二回路水汽系統長時間暴露于潮濕的空氣中，碳鋼材料很容易受到腐蝕，設備內部的氧化物保護膜也會受到破壞。對于停用的熱力設備，金屬表面的濕度對腐蝕速度影響很大，一般來說，金屬受大氣腐蝕的臨界濕度為45%～75%左右。圖1為碳鋼腐蝕速率與空氣相對濕度的關系，當空氣相對濕度高于臨界值60%，碳鋼的腐蝕速度急劇增大，高相對濕度（60%～100%），碳鋼的腐蝕速度是低相對濕度（30%～55%）下的100～1000倍[3]。

因此大修期間應做好二回路系統設備的保養工作。設備停用后盡快清理干凈設備和管道內積水，采用通干燥空氣等方式降低系統設備內部的相對濕度，密閉的容器可以考慮氮氣保養。系統設備檢修完成以后，相關系統設備要及時進行干保養或濕保養。濕保養就是對系統充入含高濃度聯氨和氨的保養液，而干保養就是對系統設備充入氮氣，壓力保持在0.13MPa以上，或者用熱的干燥空氣吹干內部表面，然后隔離。一般來說，對于需保養時間較長且條件許可，盡可能采用濕保養;而對于不可能進行濕保養（如條件不允許、濕保養液不能達到等）或保養時間較短時可采用干保養。

2.3 系統設備狀態檢查

二回路系統設備停用期間，對開口系統設備狀況檢查是對機組運行期間二回路水化學控制以及停用期間系統設備保養效果的綜合檢驗。通過二回路系統設備的腐蝕狀態檢查，了解一個燃料運行周期后設備的腐蝕、結垢及沉積等狀況，并依據歷史數據對發生腐蝕、結垢或沉積的設備部件進行監督和原因分析，建立相關設備的腐蝕狀況歷史檔案，為設備和系統運行的安全性和可靠性評估以及采取積極的預防性措施提供依據;并結合本燃料運行周期內二回路水化學運行數據進行分析，為下個燃料運行周期二回路水化學控制和優化提供依據。同時，大修期間需重點做好凝汽器傳熱管以及蒸汽發生器傳熱管的檢查工作。

——凝汽器利用海水通過傳熱管將蒸汽冷卻成凝結水，如傳熱管有缺陷或磨損破裂，將增大海水漏入二回路系統水中的可能性，影響到二回路水汽品質。通過大修期間傳熱管探傷檢查工作，跟蹤以往缺陷管狀況變化，了解新增減薄管的減薄量和堵管情況，保證凝汽器傳熱管的完整性，確保功率運行階段良好的二回路水質。

——蒸汽發生器傳熱管是核電廠一回路壓力邊界的重要組成部分，一旦傳熱管泄漏將造成一回路的放射性物質外泄。通過蒸汽發生器傳熱管在役檢查，與役前檢查的數據作對比，監督蒸汽發生器傳熱管缺陷在運行中的擴展，通過檢查也可發現可預見性缺陷，提前采取相應的措施，避免運行中蒸汽發生器傳熱管破裂事故的發生[4]。

2.4 蒸汽發生器二次側沖洗

一個燃料周期運行下來，蒸汽發生器傳熱管、管板、縫隙等處聚集了不少殘渣，這些物質會沉積，影響傳熱管的傳熱，并且濃集在這些沉積物中的有害雜質離子會對蒸汽發生器傳熱管造成很大危害。換料大修期間，對蒸汽發生器二次側實施水力沖洗，不僅除去了一個運行周期以來沉積在蒸發器傳熱管、管板及縫隙等處的殘渣，提高了蒸汽發生器傳熱管的熱交換性能，同時也減少了濃集在殘渣中的有害雜質離子（如氯離子、硫酸鹽、鈉離子等）在下個運行周期慢慢釋放出來對二回路水質的影響以及對蒸汽發生器內部設備的危害;另外，剛開始形成的沉積物也比較疏松，容易沖洗除去，時間久后，沉積結垢會變硬而很難除去，因此趁殘渣疏松時就沖洗掉，成本低，也有利于延長蒸汽發生器的壽命。

2.5 雜質控制

大修期間，二回路系統設備開口檢修，使用到的化學品以及檢修材料也眾多，由此引入到系統設備內部雜質的可能性比正常功率運行期間高許多。所以必須做好大修期間化學品使用以及異物控制，最大程度減小由于檢修原因造成的雜質離子含量升高的影響。

2.5.1 化學品原材料使用控制

大修期間，由于檢修需要而用到的化學品原材料種類和數量繁多，包括密封墊片、濾芯材料、密封膠、除銹劑、去污劑、焊接材料、油漆及潤滑脂等，這些化學品往往都含有硫、氯、鈉、硅等有害成分，有的含量還比較高，并且大多數在系統高溫高壓下會發生分解，釋放出腐蝕性物質。一旦質量差的化學品原材料被用在了設備上，其后果要到機組啟動后才能體現反映出來。因此，必須嚴格控制化學品原材料的使用。

——采購高質量的符合技術規范要求的化學品原材料，嚴禁不合格產品進入現場，從源頭上加以保證。

——化學品原材料必須經過技術審定，并粘貼允許化學品使用信息的標簽。

——加強化學品原材料使用的現場檢查和監督。

——禁止含有較高含量的硫、氯、鈉和硅等雜質的化學品原材料使用到二回路主輔助系統等重要系統設備上。

——化學品原材料必須在規定的使用范圍內使用。

——清潔檢修要求：對于重要設備內表面以及解體維修回裝到重要系統上的與水質接觸的備品備件，在使用化學品后還需進行擦拭或除鹽水清洗干凈，減少化學危害物質殘留。

2.5.2 異物控制

異物是指在系統、設備自身以外的，進入、遺留或存在于系統設備中對系統設備運行和性能造成不利影響的所有物項，如污垢、焊渣、碎布、化學制劑、研磨物、密封劑及其它遺留材料等。大修期間，許多系統和設備需要開口以便檢修，同時會有許多工具、蓋板、化學品、線繩、塑料膜等帶到現場以便作業，或在作業過程中產生各種焊渣、切割物、解體部件等，因此存在異物控制不慎進入設備和系統的極大可能性。

異物進入系統設備，一方面會堵塞、損害設備，影響設備的正常運行，另一方面，有些異物經過長時間水浸泡，會釋放出有害的雜質離子，腐蝕系統設備。大量經驗教訓告訴我們，如果防異物工作不到位，或沒有有效的控制與檢查措施，可能導致系統功能降級、設備損壞或不可用、大修延遲、機組強迫停堆停機等嚴重后果。

因此，對于設備（容器）或回路開口的維修作業，作業前應進行防異物風險分析，制定防異物措施，確保防異物屏障的有效性，防止維修過程中異物進入設備和系統。盡量縮短設備和系統的開口時間以及盡量減少進入作業區的人員和物品的數量，建立并嚴格執行人員和物品進出作業控制區的檢查及登記管理制度，開口處使用防異物蓋布，開口作業結束后關閉前，要認真檢查并確保取出所有應取出的物件，涉及到重大檢修項目，確認相關工作均已完成，可以組織防異物聯合檢查。

2.6 設置化學控制點

為防止檢修過程中不必要的外來沾污對運行期間水質的影響，例如使用自來水清洗設備、管道，或使用可能含有害雜質離子的清洗劑等，這些看似很普通的做法，實質對以后水質控制埋下了很大的隱患，特別是檢修的設備或系統在啟動階段或投運時無法做到沖洗。因此，可以選擇一些可能影響運行期間水質的系統設備設置檢修過程的化學控制點，由化學專業人員提供化學控制技術支持，以盡可能避免或減小由于化學品使用不當或其它因素引起的二回路水質問題。

3 結束語

核電廠停堆換料大修對運行來說是一個燃料運行周期的結束，而對化學控制來說則是下一個管理周期的開始，換料大修期間二回路水化學控制是電廠二回路水化學控制與管理完整過程中的重要環節，大修期間的水化學控制質量直接關系到功率運行期間二回路的水質好壞。通過嚴格執行換料大修期間二回路水化學控制各項措施，做好做實二回路水化學控制各項工作，為機組正常功率運行創造良好的水化學運行環境。

【參考文獻】

[1]韓延德.核電廠水化學[M].北京：原子能出版社，2010：111.

[2]劉衡，魏挺.寧德核電一號機組二回路水質控制[J].輻射防護通訊，2014，34（5）：2.

[3]DL/T956-2005，火力發電廠停（備）用熱力設備防銹蝕導則[S].

[4]張海峰，席前鋒，等.核電廠蒸汽發生器傳熱管運行維護[J].科技視界，2016（8）：219.