核电厂换料大修期间二回路水化学控制

高明华　李娅璇　李安荣　姚景文

【摘 要】核电厂停堆换料大修期间二回路水化学控制是系统设备管理和维护的重要内容之一，大修期间的水化学控制质量直接关系到功率运行期间二回路的水化学指标。文章结合核电厂停堆换料大修期间二回路水化学控制的特点，对大修期间的水化学控制措施及影响因素进行探讨，以进一步提升二回路水化学管理整体水平，为机组正常功率运行创造良好的水化学运行环境。

【关键词】换料大修;二回路;水化学控制;腐蚀

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0069-003

0 前言

核电站二回路水化学控制的主要目标一是减少二回路系统设备的均匀腐蚀速率和在蒸汽发生器管板和支撑板上的泥渣沉积量，二是尽可能地减少二回路系统设备特别是蒸汽发生器传热管的局部腐蚀开裂，以提高核电厂的运行安全性和可利用率[1]。为了达到这一目的，必须最大程度地降低二回路系统设备的腐蚀以及腐蚀产物往蒸汽发生器二次侧的转移。核电厂停堆换料大修期间，二回路水化学控制是系统设备管理和维护的重要内容之一，水化学控制质量直接与系统设备管理和维护有关。根据大修期间二回路系统设备实际状况，采取并加强这一期间的水化学控制措施对于改善后续功率运行期间的水质相当重要，从某种意义上说，做好停堆大修期间的化学控制比正常功率运行期间更有价值。文章就核电厂停堆换料大修期间二回路水化学控制措施作一些探讨，以进一步提升二回路水化学管理整体水平，降低二回路系统设备腐蚀。

1 大修期间二回路水化学控制的特殊性

停堆换料大修期间二回路水化学控制与正常功率运行期间相比有很大差异，具有其特殊性，如表1所示。大修期间，二回路系统处于停运状态，整个系统设备检修面广，且许多系统设备需开口，涉及人员多，水化学控制受到检修工况变化的影响大，且化学控制效果又不能马上体现，只能在后续机组启动和并网升功率后逐渐反映出来，这对化学控制增加了难度和不确定性。因此需根据大修期间水化学控制的特殊性，采取有针对性的水化学控制措施。

2 大修期间二回路水化学控制措施

2.1 管理理念更新

早期的二回路水化学控制重点放在功率运行期间，保证关键指标参数不超规范，不太关注停堆大修期间的水化学控制。随着电厂水化学管理水平的提高以及运行经验的积累，对水化学的认识也不断加深，逐步形成了核电厂各运行阶段的全过程二回路水化学控制策略，仅仅关注功率运行期间二回路水化学参数或指标是远远不够的，必须重视大修期间的二回路水化学控制。

——制定并严格执行化学管理制度

制定换料大修期间电厂化学管理制度，对大修期间化学品及辅助材料使用、系统设备检查和保养要求、二回路各系统水质控制和处理措施等进行规定，明确各相关人员的职责和行为要求，严格执行水化学管理制度，使化学控制管理有章可循。

——人员化学知识培训

大修前对参与大修的人员（包括承包商人员）进行化学基础知识培训，让每位大修人员了解基本的化学知识以及使用化学（品）原材料的要求与危害等方面知识，提高大修人员化学品使用、风险防护以及水化学控制意识，使全体大修人员知道他们的工作不仅是检修、维护设备，同时也是把好水化学控制的第一道关口。

另外，需重视经验反馈工作，对以往大修期間发生的影响后续功率运行期间二回路水质的事例以及良好的水化学控制实践进行学习总结，进一步提高二回路水化学的整体管理水平。

2.2 系统设备保养

二回路系统设备停（备）用期间，系统的水汽侧不可避免残留有水份，如一些管道弯头死角，这些水份在金属表面形成水膜，再加上许多系统设备需开口检修，空气中的氧溶解在这些水和水膜中，引起系统设备水汽侧的氧腐蚀。停用系统设备水汽侧金属表面发生的腐蚀，其本质属于电化学腐蚀的氧腐蚀[2]。碳钢的氧腐蚀表现为短时间内大面积的“浮锈”，其下是腐蚀坑和蚀孔。系统设备停用时产生的腐蚀在机组功率运行期间有可能成为腐蚀的源点而继续腐蚀，因此，停用期间防锈蚀保养对减少设备腐蚀、延长设备使用寿命，减少腐蚀产物迁移到蒸汽发生器具有重要意义。

大修期间，二回路水汽系统长时间暴露于潮湿的空气中，碳钢材料很容易受到腐蚀，设备内部的氧化物保护膜也会受到破坏。对于停用的热力设备，金属表面的湿度对腐蚀速度影响很大，一般来说，金属受大气腐蚀的临界湿度为45%～75%左右。图1为碳钢腐蚀速率与空气相对湿度的关系，当空气相对湿度高于临界值60%，碳钢的腐蚀速度急剧增大，高相对湿度（60%～100%），碳钢的腐蚀速度是低相对湿度（30%～55%）下的100～1000倍[3]。

因此大修期间应做好二回路系统设备的保养工作。设备停用后尽快清理干净设备和管道内积水，采用通干燥空气等方式降低系统设备内部的相对湿度，密闭的容器可以考虑氮气保养。系统设备检修完成以后，相关系统设备要及时进行干保养或湿保养。湿保养就是对系统充入含高浓度联氨和氨的保养液，而干保养就是对系统设备充入氮气，压力保持在0.13MPa以上，或者用热的干燥空气吹干内部表面，然后隔离。一般来说，对于需保养时间较长且条件许可，尽可能采用湿保养;而对于不可能进行湿保养（如条件不允许、湿保养液不能达到等）或保养时间较短时可采用干保养。

2.3 系统设备状态检查

二回路系统设备停用期间，对开口系统设备状况检查是对机组运行期间二回路水化学控制以及停用期间系统设备保养效果的综合检验。通过二回路系统设备的腐蚀状态检查，了解一个燃料运行周期后设备的腐蚀、结垢及沉积等状况，并依据历史数据对发生腐蚀、结垢或沉积的设备部件进行监督和原因分析，建立相关设备的腐蚀状况历史档案，为设备和系统运行的安全性和可靠性评估以及采取积极的预防性措施提供依据;并结合本燃料运行周期内二回路水化学运行数据进行分析，为下个燃料运行周期二回路水化学控制和优化提供依据。同时，大修期间需重点做好凝汽器传热管以及蒸汽发生器传热管的检查工作。

——凝汽器利用海水通过传热管将蒸汽冷却成凝结水，如传热管有缺陷或磨损破裂，将增大海水漏入二回路系统水中的可能性，影响到二回路水汽品质。通过大修期间传热管探伤检查工作，跟踪以往缺陷管状况变化，了解新增减薄管的减薄量和堵管情况，保证凝汽器传热管的完整性，确保功率运行阶段良好的二回路水质。

——蒸汽发生器传热管是核电厂一回路压力边界的重要组成部分，一旦传热管泄漏将造成一回路的放射性物质外泄。通过蒸汽发生器传热管在役检查，与役前检查的数据作对比，监督蒸汽发生器传热管缺陷在运行中的扩展，通过检查也可发现可预见性缺陷，提前采取相应的措施，避免运行中蒸汽发生器传热管破裂事故的发生[4]。

2.4 蒸汽发生器二次侧冲洗

一个燃料周期运行下来，蒸汽发生器传热管、管板、缝隙等处聚集了不少残渣，这些物质会沉积，影响传热管的传热，并且浓集在这些沉积物中的有害杂质离子会对蒸汽发生器传热管造成很大危害。换料大修期间，对蒸汽发生器二次侧实施水力冲洗，不仅除去了一个运行周期以来沉积在蒸发器传热管、管板及缝隙等处的残渣，提高了蒸汽发生器传热管的热交换性能，同时也减少了浓集在残渣中的有害杂质离子（如氯离子、硫酸盐、钠离子等）在下个运行周期慢慢释放出来对二回路水质的影响以及对蒸汽发生器内部设备的危害;另外，刚开始形成的沉积物也比较疏松，容易冲洗除去，时间久后，沉积结垢会变硬而很难除去，因此趁残渣疏松时就冲洗掉，成本低，也有利于延长蒸汽发生器的寿命。

2.5 杂质控制

大修期间，二回路系统设备开口检修，使用到的化学品以及检修材料也众多，由此引入到系统设备内部杂质的可能性比正常功率运行期间高许多。所以必须做好大修期间化学品使用以及异物控制，最大程度减小由于检修原因造成的杂质离子含量升高的影响。

2.5.1 化学品原材料使用控制

大修期间，由于检修需要而用到的化学品原材料种类和数量繁多，包括密封垫片、滤芯材料、密封胶、除锈剂、去污剂、焊接材料、油漆及润滑脂等，这些化学品往往都含有硫、氯、钠、硅等有害成分，有的含量还比较高，并且大多数在系统高温高压下会发生分解，釋放出腐蚀性物质。一旦质量差的化学品原材料被用在了设备上，其后果要到机组启动后才能体现反映出来。因此，必须严格控制化学品原材料的使用。

——采购高质量的符合技术规范要求的化学品原材料，严禁不合格产品进入现场，从源头上加以保证。

——化学品原材料必须经过技术审定，并粘贴允许化学品使用信息的标签。

——加强化学品原材料使用的现场检查和监督。

——禁止含有较高含量的硫、氯、钠和硅等杂质的化学品原材料使用到二回路主辅助系统等重要系统设备上。

——化学品原材料必须在规定的使用范围内使用。

——清洁检修要求：对于重要设备内表面以及解体维修回装到重要系统上的与水质接触的备品备件，在使用化学品后还需进行擦拭或除盐水清洗干净，减少化学危害物质残留。

2.5.2 异物控制

异物是指在系统、设备自身以外的，进入、遗留或存在于系统设备中对系统设备运行和性能造成不利影响的所有物项，如污垢、焊渣、碎布、化学制剂、研磨物、密封剂及其它遗留材料等。大修期间，许多系统和设备需要开口以便检修，同时会有许多工具、盖板、化学品、线绳、塑料膜等带到现场以便作业，或在作业过程中产生各种焊渣、切割物、解体部件等，因此存在异物控制不慎进入设备和系统的极大可能性。

异物进入系统设备，一方面会堵塞、损害设备，影响设备的正常运行，另一方面，有些异物经过长时间水浸泡，会释放出有害的杂质离子，腐蚀系统设备。大量经验教训告诉我们，如果防异物工作不到位，或没有有效的控制与检查措施，可能导致系统功能降级、设备损坏或不可用、大修延迟、机组强迫停堆停机等严重后果。

因此，对于设备（容器）或回路开口的维修作业，作业前应进行防异物风险分析，制定防异物措施，确保防异物屏障的有效性，防止维修过程中异物进入设备和系统。尽量缩短设备和系统的开口时间以及尽量减少进入作业区的人员和物品的数量，建立并严格执行人员和物品进出作业控制区的检查及登记管理制度，开口处使用防异物盖布，开口作业结束后关闭前，要认真检查并确保取出所有应取出的物件，涉及到重大检修项目，确认相关工作均已完成，可以组织防异物联合检查。

2.6 设置化学控制点

为防止检修过程中不必要的外来沾污对运行期间水质的影响，例如使用自来水清洗设备、管道，或使用可能含有害杂质离子的清洗剂等，这些看似很普通的做法，实质对以后水质控制埋下了很大的隐患，特别是检修的设备或系统在启动阶段或投运时无法做到冲洗。因此，可以选择一些可能影响运行期间水质的系统设备设置检修过程的化学控制点，由化学专业人员提供化学控制技术支持，以尽可能避免或减小由于化学品使用不当或其它因素引起的二回路水质问题。

3 结束语

核电厂停堆换料大修对运行来说是一个燃料运行周期的结束，而对化学控制来说则是下一个管理周期的开始，换料大修期间二回路水化学控制是电厂二回路水化学控制与管理完整过程中的重要环节，大修期间的水化学控制质量直接关系到功率运行期间二回路的水质好坏。通过严格执行换料大修期间二回路水化学控制各项措施，做好做实二回路水化学控制各项工作，为机组正常功率运行创造良好的水化学运行环境。

【参考文献】

[1]韩延德.核电厂水化学[M].北京：原子能出版社，2010：111.

[2]刘衡，魏挺.宁德核电一号机组二回路水质控制[J].辐射防护通讯，2014，34（5）：2.

[3]DL/T956-2005，火力发电厂停（备）用热力设备防锈蚀导则[S].

[4]张海峰，席前锋，等.核电厂蒸汽发生器传热管运行维护[J].科技视界，2016（8）：219.