壓水堆核電站二回路水陽電導(dǎo)率高原因分析與控制

海南核電有限公司 安 洋 鄭 彬

某核電廠兩臺機組高壓給水加熱系統(tǒng)（AHP）陽電導(dǎo)長期穩(wěn)定在期望值左右（＜0.20μs/cm），但是蒸汽發(fā)生器（SG）水質(zhì)的陽電導(dǎo)率卻呈較低的趨勢。陽電導(dǎo)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(zhì)和腐蝕產(chǎn)物除少量隨蒸汽一起進入汽輪機外，絕大部分留在蒸汽發(fā)生器內(nèi)，是影響蒸汽發(fā)生器等二回路系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢速率的重要因素。因此需查找二回路陽電導(dǎo)率長期在期望值左右波動的原因及制定解決辦法。

1 原因分析

由陽電導(dǎo)率的測量方法可知，被測水樣經(jīng)過陽離子交換柱后，陽離子被去除，水中的氫氧根離子被置換出的氫離子中和，水樣中僅留下陰離子。二回路系統(tǒng)中能夠影響陽電導(dǎo)率的因素主要是無機陰離子和有機酸根離子含量。在保證測量準(zhǔn)確性的前提下，通過人工分析和多塊在線儀表的平行測量，對能夠影響二回路陽電導(dǎo)率的內(nèi)部因素和外部因素進行了排查。

內(nèi)部因素包括：二回路設(shè)備檢修時引入的雜質(zhì)在投運后逐漸釋放進入二回路，或凝汽器存在微量泄漏；二回路補水或二回路非金屬材料長期緩慢釋放陰離子或有機酸根離子；凝結(jié)水精處理系統(tǒng)（ATE）或蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)（APG）混床樹脂碎片漏入二回路受熱降解。外部因素包括：化學(xué)試劑加藥系統(tǒng)（SIR）的藥劑品質(zhì)不純引入雜質(zhì)離子；取樣架上陽樹脂柱對陽離子的去除效果不佳；二回路水中離子含量的影響。

1.1 內(nèi)部因素

1.1.1 二回路設(shè)備檢修時引入的雜質(zhì)或凝汽器微量泄漏

此部分雜質(zhì)對二回路陽電導(dǎo)率的影響表現(xiàn)為在檢修后隨著機組的運行逐漸從系統(tǒng)里釋放出來。投入ATE，該部分雜質(zhì)被系統(tǒng)凈化去除，陽電導(dǎo)率逐步下降；待ATE 退出后陽電導(dǎo)率不會再升高。對ATE 投運和退出前后陽電導(dǎo)數(shù)據(jù)進行比較(表1)。

表1 ATE 除鹽床投運試驗時在線表數(shù)據(jù)

表明投運ATE 后，二回路各系統(tǒng)陽電導(dǎo)率均有一定程度的下降，ATE 退出運行后陽電導(dǎo)率出現(xiàn)反彈，并維持在一個相對穩(wěn)定的水平。出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因，是由于系統(tǒng)運行過程中補水引入的微量雜質(zhì)、或設(shè)備腐蝕產(chǎn)生的微量離子引起的陽電導(dǎo)率略有升高，但最終達到平衡狀態(tài)，陽電導(dǎo)率保持穩(wěn)定。如果是檢修引入的雜質(zhì)、只能引起陽電導(dǎo)率短暫升高，在ATE 投入后可將雜質(zhì)除去并在ATE 退出后不再影響電導(dǎo)率的變化。因此，檢修引入的雜質(zhì)并不是造成二回路陽電導(dǎo)率長期偏高的主要原因。

若凝汽器存在微量泄漏，二回路陽電導(dǎo)應(yīng)該呈現(xiàn)持續(xù)上漲的趨勢，然而陽電導(dǎo)在沒有ATE 投運情況下能夠保持穩(wěn)定，沒有持續(xù)上漲跡象，且蒸汽發(fā)生器排污水和凝汽器檢漏裝置鈉表和陽電導(dǎo)表也保持穩(wěn)定，因此排除凝汽器緩慢泄漏的可能性。

1.1.2 二回路補水或二回路化學(xué)材料長期緩慢釋放陰離子、有機酸根離子

ATE 退出、APG 正常運行時，分析二回路各系統(tǒng)水質(zhì)的陰離子含量（F-、Cl-、SO42-），同時記錄陽電導(dǎo)率數(shù)值，做出趨勢圖。由趨勢圖可知，二回路陰離子本身含量處于很低的水平，對陽電導(dǎo)率的貢獻不大。且陰離子含量相對穩(wěn)定，與二回路陽電導(dǎo)率的變化沒有相關(guān)性。二回路水中有機酸根離子含量及TOC 數(shù)據(jù)見表2。

圖1 1號機組氟離子趨勢

圖2 1號機組氯離子趨勢

表2 有機酸根離子含量及TOC 數(shù)據(jù)

結(jié)果表明二回路水與除鹽水系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器排污水的總有機碳及有機酸根離子含量差別并不大，證明除鹽水進入二回路后有機酸根含量及TOC 并沒有明顯的增長，且蒸發(fā)器排污水的陽電導(dǎo)率在遠低于二回路水陽電導(dǎo)率的情況下，有機酸根含量卻高于二回路水中的含量。同時，比對同類型機組，在有機酸根含量低于參考電站的情況下，陽電導(dǎo)率卻略高，可知有機酸根離子不是引起陽電導(dǎo)率高的主要原因。

1.1.3 ATE 或APG 混床樹脂碎片漏入二回路受熱分解

收集ATE 退出運行時二回路陽電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，見趨勢圖5。由趨勢圖可知，ATE 退出運行時期二回路陽電導(dǎo)保持平穩(wěn)，無上漲跡象；根據(jù)大修期間的檢查結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)樹脂進入二回路系統(tǒng)，同時根據(jù)圖3二回路硫酸根分析結(jié)果可知，硫酸根含量處于較低水平，因此排除存在碎樹脂漏入二回路并受熱降解的可能性。

圖3 1號機組硫酸根離子趨勢

圖4 1號機組二回路各系統(tǒng)陽電導(dǎo)率趨勢

圖5 1號機組ATE 退出運行后二回路各系統(tǒng)陽電導(dǎo)率趨勢

1.2 外部因素

1.2.1 SIR 加藥系統(tǒng)的藥劑品質(zhì)不純引入雜質(zhì)離子

對二回路主要添加藥品氨和聯(lián)氨進行了分析檢測，檢測結(jié)果見表3～4：

表3 氨水及聯(lián)胺藥品分析結(jié)果

表4 氨水溶液及聯(lián)胺溶液分析結(jié)果

以上數(shù)據(jù)以及第三方檢測報告均顯示產(chǎn)品品質(zhì)合格，按公式C雜=(C藥V藥)/(V二回路T)可計算引入雜質(zhì)離子的含量。式中，C雜為藥品引入系統(tǒng)的雜質(zhì)離子濃度；C藥為藥品中離子濃度含量；V藥為加入二回路系統(tǒng)藥品的體積；V二回路為二回路的水裝量；T 為加藥時長。以雜質(zhì)含量最多的聯(lián)氨溶液為例，每小時引入系統(tǒng)的氟離子約為0.04μg/L，對陽電導(dǎo)率幾乎沒有影響，因此SIR 加藥系統(tǒng)的藥劑并不是引起二回路陽離子偏高的主要原因。

1.2.2 陽樹脂柱對陽離子的去除效果不佳

新、舊樹脂比對。對目前使用的某品牌新樹脂和經(jīng)過多次再生的舊樹脂進行對比，發(fā)現(xiàn)更換新樹脂后陽電導(dǎo)率會出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，而后隨著使用時間變長而降低。說明新樹脂中含有一定的雜質(zhì)，而目前新樹脂靜態(tài)預(yù)處理工藝無法有效去除樹脂中的雜質(zhì)離子，會造成使用初期陽電導(dǎo)率偏高（圖6）。

圖6 二回路各系統(tǒng)更換新樹脂后陽電導(dǎo)率趨勢

不同品牌樹脂比對。選擇2AHP、2VVP、2號機組3號低加疏水、2號機凝汽器檢漏C2列4個點位，進行二回路陽電導(dǎo)與不同品牌樹脂的關(guān)系比對試驗。實驗數(shù)據(jù)如圖7。由圖可知，樹脂品牌更換后，各點二回路陽電導(dǎo)率均有一定程度的下降，約比換樹脂之前下降0.02μs/cm 左右。以高加陽電導(dǎo)為例，使用原品牌樹脂時陽電導(dǎo)率讀數(shù)在期望值（＜0.20μs/cm）左右波動，更換樹脂后能穩(wěn)定在期望值以內(nèi)。

圖7 二回路各系統(tǒng)更換樹脂柱陽電導(dǎo)率趨勢

不同樹脂再生工藝比對。同類型機組取樣架上樹脂柱中的陽樹脂均采用自動裝置再生，樹脂再生度較高，一般可連續(xù)使用20天左右才會失效。而該電站采用浸泡、人工攪拌方式再生，樹脂再生度低，一般使用3～4天左右即會失效。根據(jù)研究數(shù)據(jù)表明，采用自動再生裝置進行動態(tài)再生，樹脂的再生度可達98%左右；而采用靜態(tài)再生工藝，在相同濃度再生液浸泡4h 以上樹脂再生度最高只可達到65%。通過靜態(tài)再生和自動再生裝置再生樹脂效果比對試驗。

由圖8可知，采用自動裝置再生的樹脂后，陽電導(dǎo)率迅速下降，下降幅度達到0.04μs/cm 左右，且使用達到16天樹脂才完全失效，樹脂再生效果明顯優(yōu)于使用靜態(tài)再生工藝。因此，目前采用的陽樹脂再生方式是導(dǎo)致出水水質(zhì)指標(biāo)偏高的重要因素。

圖8 AHP 使用自動再生裝置再生樹脂后陽電導(dǎo)率趨勢

綜上可知，由于該電站目前樹脂再生及預(yù)處理工藝無法較為徹底的去除樹脂中的雜質(zhì)，再生度不高，影響樹脂凈化效果，導(dǎo)致陽電導(dǎo)率偏高。

2 結(jié)論分析及成果建議

根據(jù)目前收集的數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結(jié)論：

二回路設(shè)備檢修時引入的雜質(zhì)、化學(xué)材料長期緩慢釋放無機陰離子或有機酸根離子、ATE 或APG 混床樹脂碎片漏入二回路釋放、SIR 加藥系統(tǒng)的藥劑品質(zhì)不純引入雜質(zhì)離子，均不是引起二回路陽電導(dǎo)率長期偏高的主要因素。

樹脂中的雜質(zhì)含量及樹脂再生工藝對陽電導(dǎo)率的測量具有直接關(guān)系。在相同水樣及分析環(huán)境下，雜質(zhì)較少且再生度更高的樹脂能夠測得更低的陽電導(dǎo)。調(diào)研同類型機組，在相同工藝及工況條件下，二回路陽電導(dǎo)率維持在0.18μs/cm 左右，略低于我廠的陽電導(dǎo)率（我廠陽電導(dǎo)率在0.20μs/cm 左右波動）。因此取樣架上樹脂中的雜質(zhì)和較差的再生工藝是造成我廠二回路陽電導(dǎo)率略高于同類型機組的主要原因；由于二回路取樣系統(tǒng)不能做到完全的密封，因此水中溶解微量CO2形成的離子對陽電導(dǎo)的測量產(chǎn)生了一定的影響，在對水樣進行脫碳處理后能在一定程度上降低樣水的陽電導(dǎo)率。

通過本課題研究，發(fā)現(xiàn)取樣架樹脂中的雜質(zhì)含量較高及再生度不足是導(dǎo)致二回路陽電導(dǎo)測量長期偏高的原因，不能真實反映二回路實際陽電導(dǎo)率。建議改進樹脂再生及新樹脂預(yù)處理方式，以增加陽電導(dǎo)率測量的準(zhǔn)確性，可通過使用自動樹脂再生裝置提高樹脂再生度。