桃花江内陆核电站附近水域的水质指标评价

曾 娟，肖国光，余侃萍，邓景衡

(长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)

0 引言

内陆核电站是内陆工业企业中的耗水大户，其用于循环冷却系统的水占核电站全部耗水量的95%以上［1］，减少循环水损耗的技术途径是提高循环冷却水系统的浓缩倍率，但循环冷却水的不断浓缩，容易使系统产生结垢与腐蚀。当系统产生结垢或腐蚀时，会引起水冷设备换热效率下降、管线阻力增大或管道系统腐蚀穿孔发生渗漏等［2］，影响核电站的核能利用效率和正常运行。因此，必须研究内陆核电站厂址附近水域的水质指标情况，考察其是否可以满足核电厂对取水原水的水质要求及在循环冷却水系统运行过程中可能出现的结垢或腐蚀倾向，为桃花江内陆核电站循环冷却水系统的防腐及阻垢提供技术参考。

1 桃花江核电站厂址10 km 范围水质指标

湖南桃花江核电站厂址位于湖南省益阳市桃江县某乡，资水右岸，下游，厂址所临资江段水域属于Ⅲ类功能区域。水质指标监测取核电站取水口上游5km、3km、下游2km、10km 和取水口五个断面，取全年监测指标最劣时段数据(枯水期)。桃花江核电站10 km 范围内水质指标见表1。

从表1的数据可以看出，资江桃花江核电站取水口段全年最劣水质指标均满足《地表水环境质量标准》(GB 3838－2002)中的Ⅱ类水质标准［4］，厂址附近全年水质均优于工业冷却水现行国标［3］，满足核电厂对取水原水的水质要求。

2 结垢腐蚀趋势分析

2.1 结垢机理

结垢的原因多种多样，包括沉淀、结晶、化学反应、腐蚀和微生物生长等，是各种因素综合作用的结果［5］。冷却水的结垢趋势是决定腐蚀速率的主要因素，而Cl－和SO2－4的腐蚀则成为次要因素，因为碳酸钙垢可以使金属表面不直接与水中有害物质接触，抑制腐蚀电极的反应过程。因此，在有碳酸钙膜析出的循环水系统中，腐蚀不是主要问题。

表1 桃花江核电站厂址10 km 范围内水质指标

2.2 水质判断指数［6］

(1)Langlier 饱和指数。该指数是Langlier 据水中碳酸盐平衡理论提出的描述碳酸钙固体与含二氧化碳溶液之间平衡关系表达式，LSI =pH－pHs。判据:若LSI ＜0，说明水中的碳酸钙处于未饱和状态，仍能继续溶解，水具有产生腐蚀的趋势;若LSI ＞0，碳酸钙处于过饱和状态，水具有产生碳酸钙沉积的趋势;若LSI =0，水质处于稳定状态，既不结垢，也无产生腐蚀的趋势。

(2)Ryznar 指数。该指数是根据饱和指数的含义并结合冷却水的实际运行资料提出的稳定指数，RSI=2pHs－pH。判据:若RSI ＜6.0 时，形成水垢，RSI 越小，水质越不稳定，结垢倾向越严重;若RSI =6.0～7.0 时，水质基本稳定;若RSI ＞7.5～8.0 时，出现腐蚀，RSI 越大，腐蚀越严重。

(3)Larson－Skold 指数。Larson 指数是Larson和Skold 教授在研究水对碳钢腐蚀时总结出来的。Larson 指数= (Cl－+ SO2－4)/(HCO－3+ CO2－4)。判据:若Larson 指数＜0.8，氯离子和硫酸根离子不太会破坏碳钢成膜;若0.8 ≤Larson 指数≤1.2，氯离子和硫酸根离子有可能会破坏碳钢成膜，有一定的腐蚀性;若Larson 指数＞1.2，随指数的增加，发生严重局部腐蚀的倾向更加明显。

Langlier 饱和指数和Ryznar 指数都是以碳酸钙的溶解平衡作为判断依据，在一般情况下，利用这两种指数得出的结论基本相同;但是，Langlier 饱和指数的理论性较强，而Ryznar 指数是一个经验指数，具有较强的实用性，因此，在实际生产过程中配合应用这两种指数，更有助于判断水的结垢和腐蚀倾向。

2.3 结垢趋势预判

根据水质分析资料，分别计算Langlier 饱和指数、Ryznar 指数和Larson 指数，对不同浓缩倍率下，资江水体作为循环冷却水的结垢与腐蚀趋势进行预判，结果见表2。

表2 不同浓缩倍率下循环冷却水结垢与腐蚀趋势判断

从表2可知，核电站取水口段水体作为循环冷却水在浓缩1.0 倍时，碳酸钙和硫酸钙在水体中趋向稳定，而循环水中存在的Cl－和SO24－对管道产生轻微的腐蚀，而随着浓缩倍率的增加，冷却水中离子浓度相应增加，碳酸钙和硫酸钙等在管道上形成垢层，阻隔了具有腐蚀作用的Cl－和SO24－与管壁的接触［7］，因此，浓缩倍率越高，结垢现象越严重。

3 结垢腐蚀趋势判断

3.1 厂址临近水域水体腐蚀性能的测定

厂址临近水域水体腐蚀性能的测定采用旋转挂片试验，具体试验方法参考《水处理剂缓蚀性能测定－旋转挂片法》(GB/T 18175－2000)［8］。挂片材料选用不锈钢片和铜片，试片大小4×3 cm2，挂片直径4 cm，试验结果见表3。

表3 核电站循环冷却水补充水旋转挂片试验结果

从表3可知，当循环冷却水补充水的浓缩倍率为1.0 时，铜片与不锈钢片均产生轻微的腐蚀，其中铜片腐蚀速率大于不锈钢片腐蚀速率;随着浓缩倍率的上升，铜片与不锈钢片腐蚀速率为零［9－10］。

3.2 厂址临近水域水体结垢性能的测定

厂址临近水域水体结垢性能的测定采用静态阻垢试验［11］。试验方法如下:选定核电站取水口水为试验水样，在32 ℃和50 ℃的试验温度下分别蒸发浓缩至1.0～5.0 倍，达到pH 值升高和钙离子及碳酸氢根离子浓度增加的目的，恒温静置10 h 后，取上清液经0.45 m 滤头过滤，分析测定滤液中钙离子的含量，以评定水样在不同温度及浓缩倍率的结垢性能，试验结果见表4。

表4 在不同浓缩倍率下的静态阻垢试验结果

结果表明，在32 ℃和50 ℃试验温度下浓缩倍率在1.0 时，阻垢效率为100%和99.7%不会结垢，而随着浓缩倍率的增加，其阻垢效率逐渐降低，结垢现象越来越严重，直至浓缩倍率为5.0 时，水样中有30.4%的Ca2+以CaCO3和CaSO4晶体的形态附着在容器壁和形成沉淀析出。

4 结语

(1)桃花江核电站取水口段全年最劣水质指标均满足《地表水环境质量标准》中Ⅱ类水质标准。

(2)用Langlier 饱和指数、Ryznar 指数和Larson指数对核电站不同浓缩倍率下的循环冷却水的结垢和腐蚀趋势进行预判，与实际核电站取水口水质结垢与腐蚀试验结果一致。

(3)浓缩倍率为1.0 时，核电站取水口段10km范围内水体对铜片和不锈钢片产生轻微腐蚀，而随着浓缩倍率的增加，结垢趋势越来越严重。

(4)为了控制水体腐蚀，必须使Langlier 饱和指数＞0，同时又要防止严重结垢，因此，循环水冷却浓缩倍率宜在2.0～3.0 之间。为了保证机组安全运行，建议可通过对循环冷却水进行加酸或投加阻垢剂处理，适当提高循环冷却水的浓缩倍率。

［1］于 宁.我国核电站近岸水域环境功能区若干问题研究［D］.青岛:中国海洋大学，2010.

［2］丁兆勇，王秀梅.凝汽器冷凝管的腐蚀与防护［J］.节能与环保，2009，(5):56－59.

［3］GB 50050－2007，工业循环冷却水处理设计规范［S］.

［4］GB 3838－2002，地表水环境质量标准［S］.

［5］吴静然，陈颖敏.火电厂循环冷却水系统中沉积物控制的研究［J］.广州化工，2009，37(1):142－144.

［6］祝 欢，陈颖敏，寇利卿，等.循环冷却水浓缩倍率对凝汽器管路的腐蚀和结垢趋势［J］.电力环境保护，2009，25(4):52－54.

［7］张新英.循环冷却水中氯离子的腐蚀影响探析［J］.聚酯工业，2012，25(2):32－35.

［8］GB/T 18175－2000，水处理剂缓蚀性能测定—旋转挂片法［S］.

［9］安 洋，徐 强，吴子涛，等.模拟循环冷却水中几种离子对碳钢腐蚀的影响［J］.电镀与精饰，2011，33(4):35－38.

［10］杨培燕，张继恒，顾宝珊，等.循环水管道腐蚀原因分析［J］.生产实践，2011，25(2):23－29.

［11］张 强，郑敏聪.电厂循环冷却水阻垢缓蚀剂筛选及评价研究［J］.安徽电力，2007，24(3):16－18.