核电发电机组内冷水处理方法

刘 玮

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042)

核电发电机组内冷水处理方法

刘 玮

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042)

文章阐述了发电机内冷水问题及处理现状，对江苏核电有限公司使用的发电机内冷水处理方法进行了介绍，并分析了该方法的优、缺点。运行结果表明，该系统性能良好，适合发电机组内冷水处理的广泛应用。

核电机组；内冷水；内冷水处理

1 内冷水问题

在Cu-H2O体系中，各电极的还原标准电位为：

φ（H+/H2）=0 V；

φ（O2/OH-）=1.229 V；

φ（Cu+/Cu）=0.522 V；

φ（Cu2+/Cu）=0.340 V。

由以上数据可知，系统优先发生的化学反应如下：

由上述反应式可知，影响铜在水中腐蚀的主要因素是溶解氧和pH值，降低内冷水中的溶解氧浓度或提高内冷水的pH值，均可使反应式向左平衡移动，从而使系统中的铜离子降低，有效抑制铜材料的腐蚀。内冷水中溶解氧来源于补充水中携带的溶解氧和系统不严密处漏入空气后氧气在内冷水中的扩散。

随着电力工业的迅速发展及国内外内冷水水质不良引发的事故，关于内冷水水质标准及水质控制问题引起了人们的高度重视。对国内大型电厂关于内冷水系统运行情况及水质指标实际情况的调查结果表明：各电厂普遍存在pH值偏低、铜含量超标的问题；由于内冷水水质不良引起的事故逐步增加；由于水质不合格，发生腐蚀产物堵塞系统等问题，严重威胁机组的安全稳定运行。

2 国内主要内冷水处理方法

发电机内冷水系统因水质原因而引起铜导线腐蚀问题，或者说因铜导线腐蚀而引起水质不合格问题，是国内外普遍存在的问题。铜导线腐蚀产物使内冷水电导率增大，发生腐蚀产物堵塞系统等问题，危及发电机安全。国内有关行业标准对内冷水的pH值、电导率和铜离子浓度作出规定，其中，pH值和铜离子浓度指标控制系统铜导线的腐蚀速率，电导率指标控制发电机的绝缘，3个指标相互关联、相互制约。目前，国内电厂3个指标同时符合标准要求较困难。用凝结水作水源，pH值可满足要求，但电导率难满足要求，用除盐水作水源，电导率可满足要求，但pH值偏低，内冷水系统铜含量不稳定，大部分处于超标状态。

目前，国内内冷水水质调节防腐处理方法主要有以下几种，其主要目的是降低内冷水中铜等杂质含量，提高内冷水pH值，防止内冷水系统铜导线腐蚀，确保发电机安全稳定运行。

2.1 溢流排水法

内冷水采用连续补入除盐水或凝结水，并维持溢流，控制内冷水电导率≤2.0 µS/cm。

该方法简单易行，但只控制电导率，pH值未作调整，内冷水铜含量较大，连续补水造成水资源的严重浪费，用凝结水作补充水，系统安全性差，凝汽器泄漏会污染内冷水水质。

2.2 混床旁路处理法

将部分内冷水通过装有阴阳树脂的混合离子交换器，以除去内冷水中各种阴阳离子，达到净化内冷水水质的目的。在300 MW及以上机组出厂时均配置混床处理设备，可有效地降低内冷水电导率(≤0.2 µS/cm)，内冷水中铜离子与交换树脂反应，降低含铜量，但内冷水pH值偏低。该方法没有从根本上解决内冷水系统铜的腐蚀问题。

2.3 混床+NaOH处理法

在对内冷水进行混床处理的同时，再加入稀NaOH溶液，提高内冷水pH值从而达到控制内冷水水质指标的目的。稀NaOH用加药泵注入内冷水系统，这种处理方式从提高内冷水pH值，抑制内冷水系统铜腐蚀方面讲是合适的，但加入稀NaOH溶液后，内冷水的电导率增大。现场加药量、加药周期不好控制和调整，pH值稳定性差，水质控制指标不稳定。使用这种处理方式，要求系统可靠性要好，且必须24 h连续监测内冷水水质指标。

2.4 氢型、钠型混床处理法

为提高内冷水pH值，降低系统铜腐蚀，将混床内树脂配比进行改变，增加钠型树脂，对内冷水进行微碱性处理，钠型、氢型、氢氧型树脂按一定比例混合，提高内冷水pH值。这种方法目前在国内电厂应用较多，效果较好。

该方法在实际应用中存在pH值升高幅度小，不好调整稳定pH值，各种树脂的配比比例难控制，树脂使用周期较短，运行中调整操作较频繁等问题。

3 田湾核电站内冷水处理系统

3.1 系统简介

田湾核电站两台机组均为隐极式同步汽轮发电机。发电机内冷水系统通过凝结水的闭式循环来冷却发电机定子绕组、保证发电机定子绕组的运行：泵→换热器→机械过滤器→磁性过滤器→定子绕组→水箱→泵，系统流程简图如图1所示。

图1 内冷水处理流程框图Fig.1 The flow diagram of inner cooling water system

向冷却部件供给化学除盐水（或凝结水）是由两台离心泵（1台工作，1台备用）完成的。当系统压力降低或切除1台工作泵，则备用泵自动投入；为冷却化学除盐水，设计了两台热交换器（1台工作，1台备用），安装在泵的后面，化学除盐水在热交换器中由非重要用户中间回路冷却到必要的温度，化学除盐水的温度由热交换器出口的冷却水调节器来保证；化学除盐水在机械过滤器中得到清洗，该系统有3台机械过滤器（2台工作，1台备用），这种设计以备检查、清洗滤网时不需停机，用安装在过滤器前后的压差计来监测滤网堵塞情况；为清除意外进入化学除盐水中的铁杂质，在发电机入口安装了持续工作的6台磁性过滤器，磁性过滤器安装在紧接发电机入口管处；清洗并冷却后的化学除盐水被泵送到发电机定子；水箱保证系统足够的水备用，为防止空气进入化学除盐水，工作时在水箱中建立氮气垫；借助气体捕集器，在线监测从定子线圈出口集管出来的化学除盐水中是否含有从发电机氢气冷却系统漏入的氢气；为保证化学除盐水的电导率和pH值，该系统设计了定期投入的阴阳离子过滤器。

3.2 水质控制方法

发电机内冷水系统由来自水制备系统的电导率不大于5.0 μS/cm的除盐水进行充注。在运行过程中，凝结水精处理后的凝结水含氧量小，pH值偏碱性，从水质角度考虑是理想的补水来源，本厂采用凝结水作为内冷水的补水水源。

结合国标DL/T 801—2010，本厂内冷水控制标准见表1。

本厂内冷水箱配置有一高度为2.3 m的气封，正常在气封中可建立高度为2 m的液柱。正常运行期间，在内冷水箱上部建立7～10 kPa压力的氮气垫。为了除去系统中溶解的氧气，通过向水箱内连续供氮气的方式进行氮气吹扫，除去水箱中析出的氧气。吹扫的氮气通过气封鼓泡排出。

表1 内冷水指标Table 1 Inner cooling water indicators

当内冷水电导率升高时，通过投运装载30 L C100PLH-型阳树脂和30 L A400DLOH-型阴树脂的混床来降低系统电导率。

当内冷水的pH值下降时，通过投运装载60 L Na-型阳树脂的阳床来提高系统pH值。

当内冷水中含的铜升高时，可以通过投运任何一个过滤器或者通过系统换水来去除。

4 系统优缺点

4.1 系统优点

1）系统采用并列设置混床和钠型阳床的方法，可单独分别投入，也可同时投入，调节控制水质方便、稳定、有效。

2）在两台发电机组内冷水系统运行后，内冷水的pH范围8.2～8.6，电导率为0.8～1.2 µS/ cm，[Cu2+]=1～4µg/L，上述指标全部满足DL/ T 801—2010标准要求，系统腐蚀速率得到了有效控制并满足要求。

3）系统为闭式循环，且补水通过设置在头箱内的浮球阀自动补水，补水量大大降低，有效地防止了水箱水位波动和溢流造成浪费。

4.2 系统缺点

本厂发电机内冷水系统缺少专门的除氧手段，只能依靠内冷水箱上部供应氮气，通过内冷水系统头箱上部气空间用氮气吹扫析出氧气。机组运行时，[O2]=100～200 µg/L，未达到DL/T 801—2010标准中建议控制指标溶解氧≤30 µg/L的要求。当出现溶氧意外升高时，除氧手段有限，除氧速度较慢。

国外在内冷水除氧和控制含氧量方面技术先进，并有应用实例，有专门用于除氧用的树脂。由于技术原因、系统的特殊要求及价格昂贵等原因，国内暂没有此方面应用实例。

5 结束语

本厂发电机内冷水处理系统采用并列设置混床和钠型阳床的方法，具有操作简单、安装方便，占地面积小、维护量小、调整控制水质稳定等特点，是目前国内内冷水处理新方法，适合发电机组内冷水处理的广泛应用。

[1] 贾新兵. 发电机内冷水处理方法试验研究及应用[J]. 山西：山西电力，2006，8.（JIA Xin-bing. Experimental study and application of power generator internal cooling water treatment method [J]. Shanxi:Shanxi Electric Power, 2006,8）

[2] 江苏核电有限公司发电机内冷水系统运行规程SOP-1-MKF00-001[R]，2010，5.（Operation regulations for power generator internal cooling water system of Jiangsu Nuclear Power Co., Ltd. SOP-1-MKF00-001[R], 2010, 5.）

Introduction of Inner Cooling Water System of Nuclear Power Plant

LIU Wei
（Jiangsu Nuclear Power Co., Ltd., Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

This article described problems and treatment state of inner cooling water system, introduced the treatment method of inner cooling water system of Tianwan nuclear power plant, and analyzed the advantages and disadvantages of this method, the operation results showed good performance of the system, and this method could be widely used in inner cooling water system.

nuclear power plant；inner cooling water system；treatment of inner cooling water system

TL35Article character：A

1674-1617(2013)03-0242-04

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A

1674-1617(2013)03-0242-04

2013-04-17

刘 玮（1981—），男，湖南新化人，工程师，江苏核电有限公司运行处高级操纵员。