壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器老化管理蘇州院林根仙

壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器老化管理一水化學(xué)管理林根仙蘇州熱工研究院摘要：對(duì)我國(guó)壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器可能發(fā)生的性能劣化進(jìn)行了分析，闡述蒸汽發(fā)生器老化管理水化學(xué)的內(nèi)容是遵守水化學(xué)導(dǎo)則、控制二次側(cè)雜質(zhì)的進(jìn)入與二次側(cè)雜質(zhì)的去除。并提出對(duì)于合金690TT為傳熱管材質(zhì)的蒸汽發(fā)生器，影響它壽命的主要問(wèn)題可能是鉛致應(yīng)力腐蝕、低價(jià)硫應(yīng)力腐蝕與酸性應(yīng)力腐蝕等。同時(shí)提出今后蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水化學(xué)管理方面可研究的內(nèi)容。關(guān)鍵詞：性能劣化水化學(xué)管理鉛致應(yīng)力腐蝕低價(jià)硫應(yīng)力腐蝕酸性應(yīng)力腐蝕.前言為確保電站設(shè)備在整個(gè)服役期內(nèi)（包括在電站的延壽期內(nèi)）安全裕度要求能夠得到滿足，必須對(duì)設(shè)備老化進(jìn)行有效的管理。作為核電廠安全運(yùn)行和延長(zhǎng)壽命的一個(gè)重要保障，老化研究在國(guó)際上得到廣泛的關(guān)注和快速的發(fā)展。IAEA（國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)）1985年就開始資助與核電廠老化有關(guān)的研究活動(dòng)。而在國(guó)內(nèi)，老化研究工作才剛剛開始，但已經(jīng)受到了國(guó)家核安全局（NNSA珀高度重視，它已經(jīng)被NNS剛為核電站10年安全審評(píng)的一個(gè)重要專題。蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站的關(guān)鍵設(shè)備之一，它把一回路和二回路聯(lián)系在一起，又使之彼此分隔，構(gòu)成反應(yīng)堆壓力邊界的一部分。蒸汽發(fā)生器是一回路最薄弱的環(huán)節(jié)，它的工作條件十分惡劣，容易造成傳熱管降質(zhì)甚至損壞。世界上運(yùn)行的反應(yīng)堆中，每年都有約半數(shù)的蒸汽發(fā)生器發(fā)生破損事故。一旦傳熱管破損，一回路的放射性物質(zhì)泄漏，可導(dǎo)致放射性污染，危及全廠，并且造成非計(jì)劃停堆、大規(guī)模堵管、降功率運(yùn)行甚至更換蒸汽發(fā)生器，在經(jīng)濟(jì)上造成巨大的損失。、.關(guān)注和焦點(diǎn)我國(guó)的壓水堆核電站中，大亞灣、嶺澳與秦山二期核電站采用的蒸汽發(fā)生器傳熱管材質(zhì)為690TT,而秦山一期采用的是800NG690TT從1989年開始使用，已有15年的歷史，至今未發(fā)現(xiàn)有因腐蝕問(wèn)題而堵管的案例。但這并不意味著690TT就不會(huì)發(fā)生腐蝕破壞，因?yàn)閺?00合金的使用情況來(lái)看，凡是在實(shí)驗(yàn)室研究中出現(xiàn)過(guò)的腐蝕問(wèn)題，最后都在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生了，因此應(yīng)對(duì)690TT在實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)過(guò)的腐蝕問(wèn)題引起重視.影響蒸汽發(fā)生器壽命的二次側(cè)腐蝕問(wèn)題鉛致應(yīng)力腐蝕很多蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂時(shí)都發(fā)現(xiàn)有鉛，1987年，St.Lucie核電站的600合金管發(fā)現(xiàn)沿晶和穿晶混合模式SCC在受影響區(qū)域的晶界上，發(fā)現(xiàn)有鉛；Bruce核電站蒸汽發(fā)生器的600合金管的失效導(dǎo)致多處泄漏，在2#機(jī)組裂紋表面發(fā)現(xiàn)鉛并證實(shí)是鉛引起穿晶開裂；在Bugey和Fessenhein也有鉛導(dǎo)致SCC的經(jīng)歷。1990年Kori-2核電站在蒸汽發(fā)生器管板頂部發(fā)現(xiàn)穿晶SCC管表面沉積物中有5.4%Pb^沉積物7?泥中有0.225%PbtPb污染主要來(lái)自于汽輪機(jī)及泵中的各種污染源，包括：含鉛的軸承合金，接頭的密封圈和密封墊，高壓用潤(rùn)滑脂，測(cè)量汽輪機(jī)縫隙的鉛縫隙線，安全殼，組裝用鉛，涂層，含銘酸鉛的涂料。以及機(jī)組補(bǔ)給水及冷卻水滲漏。Pb可以破壞原有鈍化膜的完整性和穩(wěn)定性，特別是在低電位下陽(yáng)極峰附近。根據(jù)鉛在水中的電位一pH圖表明，在靠近標(biāo)準(zhǔn)氫電極平衡電位以及NiO/Ni平衡電位的全部pH值范圍內(nèi)，Pb可被氧化成可溶性離子，引起PbSCC勺Pb的形態(tài)是它的氧化性離子，例如Pb(OH3一的形態(tài)。但是當(dāng)鉛化物PbO濃度增大到如10%時(shí)陽(yáng)極峰消失，可能是表面有沉積物生成，出現(xiàn)相反的趨勢(shì)，抑制了合金腐蝕。有研究表明AVT處理的水中PbO濃度低到0.1ppm也會(huì)引發(fā)PbSCC另外，在中性以及NaOH^境中鉛都向裂紋尖端滲透，且沿SCCS紋長(zhǎng)度，鉛分布廣泛，且濃度基本相同，這說(shuō)明鉛以陰離子的形式向合金的裂紋尖端遷移，阻止表面鈍化。由裂紋表面合金元素分析可以看出，鉛的存在使合金中Ni減少，表明在表面生成了特殊的Ni的絡(luò)合物或是形成了酸性環(huán)境。-ElementoPbNiCrFeNearcrack8.9219649,8529.799.47Crackmouth4,211.396至324.027.85Middlecrack4.601.7860.6924.967.96Crackdp4410.1259.6527618.21Matrix0.06。:0060,5830J99.17Compositionandconditionsoftest:IMNaOH,5,000ppmPb,95mVNiAlloy690TT圖32PbSCC裂紋處的Ni減少低價(jià)硫應(yīng)力腐蝕水中的硫酸根中來(lái)自于補(bǔ)水中的硫酸鹽雜質(zhì)和滲漏的離子交換樹脂，核電廠二回路系統(tǒng)采用AVT還原性處理，高濃度的NH將高價(jià)硫化合物SO”和HSO,還原生成低價(jià)硫化合物如一連四硫酸鹽&Q2,硫代硫酸鹽&Q"和硫化物S2o低價(jià)硫化合物能以兩種模式加速690TT和600合金的腐蝕：a、加速全面腐蝕和局部腐蝕，&O2-和&O2-使表面鈍化膜破裂電位降低，使鈍化電流密度增大，破壞鈍化膜，難以鈍化。-1,000-^00-1,000-^0005001,000Potential(mVSCE)GEO/VUJ)門京匚蛆口wolJjnQ圖37低價(jià)硫化合物對(duì)合金鈍化的影響圖38低價(jià)硫化合物破壞合金表面膜b、低價(jià)硫物質(zhì)，如&O",&Q2一和S”能阻止金屬表面原子氫復(fù)合的電化學(xué)過(guò)程,因而促使原子氫進(jìn)入金屬，促進(jìn)應(yīng)力腐蝕。

圖39低價(jià)硫化合物促使合金產(chǎn)生氫損沒有保護(hù)性的NiS膜促進(jìn)Sy-SCC的發(fā)生。裂紋外部的SO”在裂紋內(nèi)部與金屬反應(yīng)被還原為S2,產(chǎn)生的硫化物會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)展型應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生。酸性應(yīng)力腐蝕AcSC3括氯致應(yīng)力腐蝕開裂（CISC。、硫酸鹽溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂（SO一SCC以及銅致應(yīng)力腐蝕開裂（CuSCCoAcSCCg生在pH值為2的強(qiáng)酸到pH值為9的弱堿范圍內(nèi)。pH在2附近時(shí)AcSC飯為嚴(yán)重，隨pH值上升直到10左右，腐蝕程度單調(diào)遞減。AcSCCE中性pH值范圍可以發(fā)生，而蒸汽發(fā)生器介質(zhì)內(nèi)物質(zhì)的摩爾比使得縫隙內(nèi)的pH值接近中性或弱酸性，因此有可能發(fā)生AcSCCInconel600以及Inconel690耐全面腐蝕的能力大致相同，隨著介質(zhì)中Cl-濃度增加，Cl—/SO2一比值的增加，點(diǎn)蝕敏感性增加，會(huì)導(dǎo)致在高氯濃度下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。圖24Cl-/SO：一比值與點(diǎn)蝕敏感性今后研究的課題對(duì)于二次側(cè)冷卻劑系統(tǒng)，從水化學(xué)角度，需要研究的內(nèi)容仍然是如何進(jìn)行水質(zhì)控制，使蒸汽發(fā)生器的性能劣化最少的問(wèn)題。主要研究的內(nèi)容為選擇什么種類與什么劑量的pH調(diào)節(jié)劑、除氧劑，使二回路系統(tǒng)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物最少，蒸汽發(fā)生器的腐蝕可能性降到最低，并對(duì)汽輪機(jī)等其它熱力系統(tǒng)部件的影響最小；采取什么樣的處理方式可以使蒸汽發(fā)生器淤泥沉積的量最??；另外，對(duì)蒸汽發(fā)生器的性能劣化有效的添加劑等。.蒸汽發(fā)生器老化管理之水化學(xué)管理遵守水化學(xué)導(dǎo)則一回路與二回路水化學(xué)導(dǎo)則的最終目的是為了防止或減少蒸汽發(fā)生器老化所導(dǎo)致性能劣化，從而使部件的壽命盡量延長(zhǎng)。而經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，一回路與二回路的水化學(xué)導(dǎo)則已經(jīng)發(fā)展較為成熟，不只可以作為抑制蒸汽發(fā)生器性能劣化的指導(dǎo)，還可作為防止一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)其它部件腐蝕的。主要控制內(nèi)容為與二回路系統(tǒng)其它部件及蒸汽發(fā)生器的性能劣化有關(guān)的水質(zhì)指標(biāo)、停堆過(guò)程中的保養(yǎng)等等。控制二次側(cè)雜質(zhì)進(jìn)入統(tǒng)計(jì)表明，傳熱管的破損80犯上是由腐蝕造成的。腐蝕類型有應(yīng)力腐蝕、品問(wèn)腐蝕、點(diǎn)蝕、耗蝕等。在蒸汽發(fā)生器中，腐蝕往往發(fā)生在有化學(xué)物質(zhì)濃縮的滯流區(qū)。傳熱管-管板縫隙、傳熱管-支撐板縫隙、管板上表面的泥渣區(qū)，是傳熱管最容易損壞的地方。蒸汽發(fā)生器二次側(cè)淤泥渣的沉積是誘發(fā)傳熱管破損的主要原因之一。蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)匯集了各種雜質(zhì)，包括補(bǔ)給水帶入的有害物質(zhì)和懸浮粒子、來(lái)自二回路系統(tǒng)的雜質(zhì)、材料的腐蝕產(chǎn)物等。部分雜質(zhì)以重力沉降、沸騰沉積、紊流沉積等方式逐漸沉積在傳熱管、管板、支撐板等的表面上和各種縫隙中，造成了傳熱管的結(jié)垢和管板等部位的泥渣堆積。1990年，法國(guó)蒸汽發(fā)生器的2500根堵管中，泥渣區(qū)的堵管占堵管總數(shù)的38%充分說(shuō)明蒸汽發(fā)生器中沉積物的嚴(yán)重危害性。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制二次側(cè)雜質(zhì)的進(jìn)入。去除蒸汽發(fā)生器二次側(cè)雜質(zhì)二次側(cè)凈化的目的是去除淤泥堆及位于淤泥堆里面和下面的各種化學(xué)雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物，同時(shí)要去除集中在管/管板縫隙里和在管/管支撐板間的化學(xué)雜質(zhì)。這些工作的最終目的是為了防止和減輕品間應(yīng)力腐蝕裂紋、晶間腐蝕和點(diǎn)腐蝕。目前最為有效的去除蒸汽發(fā)生器二次側(cè)雜質(zhì)的方式有兩種：蒸汽發(fā)生器沖洗，蒸汽發(fā)生器浸泡。蒸汽發(fā)生器沖洗在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，常規(guī)使用的方法為泥渣槍水力沖洗。利用蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的通道（手孔或窺孔）將帶有噴嘴的除泥渣槍伸入蒸汽發(fā)生器的蹭管廊。噴嘴中射出高壓達(dá)8~20MPa勺水，將泥渣層擊碎，并趕至外管廊。噴頭上布有多個(gè)噴嘴，分別對(duì)應(yīng)著不同的傳熱管管問(wèn)，可以同時(shí)沖洗幾列管間，每列管問(wèn)一般要沖洗幾次。泥渣槍的沖洗要進(jìn)行兩種基本運(yùn)動(dòng)：1）噴嘴相對(duì)于管間的步進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同管間的沖洗；2）噴嘴相對(duì)于泥渣層的直線運(yùn)動(dòng)或放置運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一管間泥渣層沖洗。泥渣槍沖洗出來(lái)的泥渣從管間被沖到外管廊，在那里用中壓水（例如壓力為1.5MPa）周向?qū)娝傻哪嘣鼪_往吸出口，由真空裝置抽吸泥渣，然后把它排往過(guò)濾器。過(guò)濾器由預(yù)過(guò)濾器（一般濾芯為20mn）和主過(guò)濾器（濾芯為611m組成。濾芯的更換由過(guò)濾器的壓差來(lái)確定。過(guò)濾后的沖洗水在系統(tǒng)中可循環(huán)使用。由于鹽類的隱藏現(xiàn)象，在停堆降負(fù)荷過(guò)程中，蒸汽發(fā)生器縫隙中和傳熱表面的雜質(zhì)離子會(huì)釋放出來(lái)，有人稱之為“免費(fèi)的去污”。因此有人建議在90~150C溫度下浸泡，這種方法是最有效而簡(jiǎn)單的促使雜質(zhì)從縫隙釋放的方法。但從管板縫隙去除有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)受到管板上沉淀物的阻礙，所以熱浸泡應(yīng)該在沉淀物清除以后進(jìn)行。在線監(jiān)測(cè)目前，電廠中水化學(xué)監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)冷卻取樣管線中的在線儀表，或者通過(guò)定時(shí)從這些管線中取樣再使用離線儀表對(duì)它們分析，這種辦法的缺點(diǎn)是：作為取樣程序的一個(gè)后果可能會(huì)改變水的特性和組成；耽誤獲得重要信息；獲取的信息不完整。實(shí)施高溫測(cè)量可以不改變反應(yīng)堆水的物理和化學(xué)現(xiàn)狀?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能向操作人員提供補(bǔ)充性的和有價(jià)值的信息。并可為電廠運(yùn)行的最佳控制和數(shù)學(xué)模型的專家系統(tǒng)的開發(fā)提供數(shù)據(jù)。高溫在線監(jiān)測(cè)考慮的項(xiàng)目為：ECP（電化學(xué)電位），pH、高溫電導(dǎo)率、溶解氣體、化學(xué)核素、粒子測(cè)量、裂紋生長(zhǎng)率、電化學(xué)噪聲及電阻抗。這些項(xiàng)目可為蒸汽發(fā)生器性能劣化分析提供依據(jù)。關(guān)鍵的問(wèn)題是應(yīng)確定如何監(jiān)測(cè)和在何處監(jiān)測(cè)（在給水管中，支流高壓釜、蒸汽發(fā)生器本身內(nèi)部或是在排污管線內(nèi)）。國(guó)外現(xiàn)在已經(jīng)有的經(jīng)驗(yàn)是：氧化還原電位和腐蝕電位的測(cè)量、高溫電導(dǎo)率、高溫pH氧氣和其它氣體、支流高壓釜內(nèi)的受熱裂紋以及數(shù)據(jù)采集和評(píng)估的診斷系統(tǒng)