在线钠表在核电站二回路化学监督中的应用

孙显海

辽宁红沿河核电有限公司 辽宁大连 116000

核燃料在核反应堆中发生特殊形式的燃烧，进而利用该过程产生的热能对水蒸气进行加热，借由能量转换实现发电。过热蒸汽很可能将大量含钠化合物带入汽轮机设备中，一旦含钠化合物从蒸汽中析出，进而沉积在汽轮机内，将会造成一系列影响。使用在线钠表对二回路进行化学监督，保证蒸汽品质十分重要。

1 核电站钠监督工作的重要性及意义分析

核能发电站运用特殊的装置将核能转变为电能。实际上，核电站可被视为一类特殊的火电站，主要以核反应堆替代传统火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式燃烧的过程替代传统火电站中煤炭等化石能源在锅炉中的燃烧过程，运用燃烧产生的热量加热水分，使其汽化为水蒸气，进而推动汽轮机转动（将核燃料的能量转变为热能，作用于水转变为机械能，推动汽轮机带动发电机，最终转化为电能）。在上述过程中，作用于汽轮机的过热水蒸气中含有大量含钠化合物，如硫酸钠、氢氧化钠、硅酸钠等。该类杂质在过热蒸汽中的溶解度较低，一旦蒸汽压力下降，在原本就不高的溶解度的“作用”下，含钠杂质会迅速从蒸汽中析出，并沉积在汽轮机内。如此一来，汽轮机的运转效率不仅会受到影响，还可能造成安全事故。因此，在核电站正常开展发电工作期间，为避免含钠杂质析出而导致生产事故，必须对蒸汽中的含钠量，即蒸汽品质的恶化情况进行连续监督，发现问题时迅速采取有效措施，保证核电站整体的正常运行。

2 核电站对在线钠表提出的特殊要求

在线钠表是一类专用于在线工业流程式成份的化学分析仪表，作用与电测仪表及热工仪表不同，主要用于对水汽品质进行质量监督，使各项指标处于生产要求范围之内。核电站对在线钠表的应用提出的特殊要求如下。

2.1 核安全方面的要求

遵照ASME压力容器标准规范，我国多个核电站的发电运行机组均使用SG传热管。在核电站正常运转期间，如果SG传热管受到持续性的腐蚀，进而出现爆管等事故，必然会将带有辐射的一回路水汽泄漏至二回路，不仅影响正常发电，还会对设备及在场人员的健康造成严重影响。因此，基于核安全方面的考虑，在线钠表除了应用于常规的核电站防腐防垢、热力系统保护工作之外，还需及时检测出SG传染管中杂质的成分，避免出现核安全事故。

2.2 预防性维修方面的要求

在现代工业领域，维修通常分为常规的纠正性维修（即问题出现后的针对性维修，目的在于“纠正错误”）以及预防性维修（定期维护，防患于未然）。在线钠表作为化学监督工作中的重要设备，在周期性的维护工作时，应该以“元器件未出现明显损耗”为标准，实时显示相关设备的运行情况，将维修成本控制在较小的范围内，以期延长使用寿命。

2.3 核电站维修程序的特殊性分析

核电站设备的维修程序与传统火电发电厂的程序相比，具备较大的特殊性，不仅相关标准及复杂程度较高，还需严格执行QDR设备质量缺陷报告的管理程序。一般而言，在核电站二回路的工作流程中，检测人员如果发现质量缺陷，需按照QDR中规定的项目，完成审批、执行、验收、归档、审核等多个环节。如果设备频繁出现故障，将会导致QDR数量在短时间内骤然增加，进而使维修人员面临较大的压力，极大地提升维护成本[1]。因此，基于维修程序的特殊性，核电站更加注重在线钠表的可靠性。

3 在线钠表在核电站二回路化学监督中的具体应用

3.1 钠表工作原理——离子选择性电极法的原理简析

在线钠表的工作原理——离子选择性电极法主要围绕钠离子对数相应与钠离子浓度之间的关系而进行，常规Nernst方程式为：

公式（1）中各项的意义为：

①E：电极电位的参数；

②E0：等电势点电极电位的参数；

③R：水汽处于理想状态下的常数（一般为具体值，需根据核电站对水汽品质的要求而定，如山东核电一号机组适用的常数R为8.31J/mol·k）；

④T：水样水汽的热力学温度；

⑤N：钠离子价态；

⑥F：法拉第常数，一般为96485C/mol；

⑦C：水样水汽中钠离子的活跃程度（有效性浓度）；

⑧Ciso：钠离子的一般浓度（单位moi/L）。

在线钠表基于上述公式对水样水汽中钠离子浓度进行测量时，电极电位E与环境温度之间不存在关联性。

3.2 在线钠表的测点及作用

目前，我国核电站二回路机组共用一套杂质盐清除装置，在线钠表的功能配置及监督标准如下：

（1）SDA系统。主要测点为：①阳床：对设备的运行工况进行连续监督，失效时退出；②混床，作用同阳床；③除盐水的出口母管，对水的品质进行监测。

（2）ATE系统。主要测点为：①精处理混床，作用同SDA系统中的阳床；②精处理装置出口，作用同SDA系统除盐水出口母管；③凝结水泵出口，对凝结水水质进行监测的同时，还需防止凝汽器发生泄漏故障。

（3）SIT系统。主要测点为：①主蒸汽机，对主蒸汽的质量进行监测，避免汽轮机高压缸中积累大量自水蒸气中析出的钠盐；②凝汽器检漏装置，主要监测热井泄漏现象。

（4）REN系统：主要测点为：蒸发器，对水质进行二次监测，防止SG传热管受到腐蚀[2]。

3.3 与氢电导相比，在线钠表的优势分析

为了保证核电站二回路化学监督工作的质量，一般于在线钠表之外，还会配备电导率表或氢电导率表。尽管氢电导的稳定性较高，测量结果的精确程度也不低，且维护工作相对简单，但问题在于：如果阳床中钠离子的含量较低（浓度低），则氢电导率表很可能“忽略”较少的钠离子（敏感性较差）。相较而言，在线钠表尽管成本比氢电导高，但综合性能更强[3]。

4 结语

在线钠表在核电站二回路化学监督中不可或缺，应用价值极高。