核電廠二回路陽(yáng)電導(dǎo)率高研究

白彬彬　黃旭

【摘 要】核電廠正常運(yùn)行時(shí)一回路的水高溫高壓且含有強(qiáng)烈的放射性，一旦蒸汽發(fā)生器發(fā)生破損，將會(huì)釋放到二回路水中，造成放射性污染和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此減緩蒸發(fā)器的腐蝕，保證核電機(jī)組在壽期內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。腐蝕主要源于二回路水中陰離子即陽(yáng)電導(dǎo)率的超標(biāo)。針對(duì)二回路陽(yáng)電率高的問題，通過(guò)儀表檢查、離子分析、二回路水中的雜質(zhì)離子鑒定等方法找到了根本原因，為其它電廠提供了借鑒和指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】核電廠；二回路陽(yáng)電導(dǎo)率；有機(jī)物APG樹脂

0 前言

2016年2月6日，秦二廠4號(hào)機(jī)組404大修后，因水質(zhì)轉(zhuǎn)好停運(yùn)4ATE（凝結(jié)水精處理系統(tǒng)）。4ATE停運(yùn)后，4AHP高加給水陽(yáng)電導(dǎo)率開始逐步上升，到2月7日已到0.20us/cm，觸發(fā)4SIT102AA（高加給水陽(yáng)電導(dǎo)率）高報(bào)警。2月9日重啟4ATE除鹽床，4AHP高加給水陽(yáng)電導(dǎo)率逐步下降并恢復(fù)到0.07 us/cm左右。3月2日停運(yùn)4ATE后，4AHP陽(yáng)電導(dǎo)率再次上升，并持續(xù)上漲，于3月13日再次到達(dá)0.20us/cm的主控報(bào)警值。

陽(yáng)電導(dǎo)率反映的是二回路的陰離子含量。二回路給水中的微量雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物不易隨蒸汽一起進(jìn)入汽輪機(jī)，絕大部分留在蒸汽發(fā)生器內(nèi)，蒸汽發(fā)生器就像一個(gè)濃縮裝置，濃縮倍率達(dá)到90倍，若陽(yáng)電導(dǎo)率長(zhǎng)期超標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器嚴(yán)重腐蝕。蒸汽發(fā)生器是一回路壓力邊界，一旦因腐蝕破損，一回路的放射性水將通過(guò)主蒸汽釋放到二回路水汽系統(tǒng)，導(dǎo)致停機(jī)停堆，造成放射性污染和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在二回路水質(zhì)出現(xiàn)問題時(shí)，應(yīng)盡快解決，消除隱患。

1 故障診斷

正常情況下，ATE停運(yùn)后二回路陽(yáng)電導(dǎo)率有升高的現(xiàn)象，但不會(huì)到達(dá)主控報(bào)警值，而且會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，自行下降。這是因?yàn)锳TE的半處理流量是1200t/h，而APG的處理流量卻只有50t/h左右，因此會(huì)有個(gè)升高值，再慢慢回落，維持在一個(gè)穩(wěn)定值，一般為0.13us/cm左右。此次二回路陽(yáng)電導(dǎo)率直接升到報(bào)警值，屬于異?，F(xiàn)象，需要診查。

由陽(yáng)電導(dǎo)率的測(cè)量方法可知，在被測(cè)水樣經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子交換柱后，陽(yáng)離子被去除，在水中的氫氧根離子與被置換出的氫離子中和，水樣中僅留下陰離子。二回路系統(tǒng)中能夠影響陽(yáng)電導(dǎo)率的主要是陰離子和總有機(jī)碳（TOC）（有機(jī)物含量的重要指標(biāo)）。我們分析時(shí)優(yōu)先考慮陽(yáng)電導(dǎo)率儀表測(cè)量是否有問題，在儀表準(zhǔn)確的前提下，再進(jìn)行雜質(zhì)離子分析。

1.1 在線儀表檢查

3月20日在儀控人員配合下，一起對(duì)儀表的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)。樣水從高壓加熱器出口母管取出，經(jīng)降溫減壓后，再經(jīng)過(guò)恒溫裝置，進(jìn)入陽(yáng)離子交換柱，最后通過(guò)測(cè)量電極后排到地溝。檢查降溫減壓和恒溫裝置，未發(fā)現(xiàn)問題，于是重點(diǎn)對(duì)陽(yáng)離子交換柱和測(cè)量電極進(jìn)行檢查。

1.1.1 陽(yáng)離子交換柱檢查

1）將AHP陽(yáng)電導(dǎo)率表與測(cè)量準(zhǔn)確的AHP-6陽(yáng)電導(dǎo)率表的陽(yáng)離子交換柱進(jìn)行互換，更換后兩者測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化。

2）更換AHP陽(yáng)電導(dǎo)率表的陽(yáng)離子交換樹脂為重新再生好的新樹脂，陽(yáng)電導(dǎo)率有微微上升，主要是因?yàn)樾略偕慕粨Q樹脂會(huì)析出一些雜質(zhì)，運(yùn)行一段時(shí)間后自會(huì)下降。

3）為避免再生樹脂柱的再生質(zhì)量問題，更換AHP陽(yáng)離子交換柱為已使用過(guò)但未失效的便攜式陽(yáng)電導(dǎo)率表的陽(yáng)離子交換柱，陽(yáng)電導(dǎo)率最低到0.21us/cm，下降了一些，但變化幅度不大。

4）排除水中氧氣對(duì)陽(yáng)電導(dǎo)率表測(cè)量的影響。過(guò)多的氣泡不僅會(huì)使水樣發(fā)生偏流和短路，還會(huì)使交換柱內(nèi)的陽(yáng)樹脂發(fā)生亂層現(xiàn)象，影響陽(yáng)電導(dǎo)率。在便攜式陽(yáng)電導(dǎo)率表的陽(yáng)離子交換柱前串入氧表，測(cè)量陽(yáng)電導(dǎo)最低到0.206us/cm，變化不大。

經(jīng)過(guò)以上的試驗(yàn)，確認(rèn)了陽(yáng)離子交換柱沒有問題，雖有誤差，但在測(cè)量精度范圍內(nèi)。

1.1.2 測(cè)量電極檢查

1）對(duì)測(cè)量電極的取樣池進(jìn)行刷洗清潔后再測(cè)量，發(fā)現(xiàn)與原測(cè)數(shù)據(jù)變化不大。

2）將AHP與VVP的陽(yáng)電導(dǎo)率表測(cè)量電極互換，數(shù)據(jù)與原測(cè)數(shù)據(jù)變化不大。

由此可見測(cè)量電極也沒有問題，綜合上述在線儀表測(cè)量裝置沒有問題，二回路水中陽(yáng)電導(dǎo)率真實(shí)高（即陰離子含量高）。

1.2 雜質(zhì)離子分析

4AHP高加給水陽(yáng)電導(dǎo)率超過(guò)限值0.2us/cm，是在ATE精處理裝置停運(yùn)后。正常ATE停運(yùn)的條件為：蒸發(fā)器排污水陽(yáng)電導(dǎo)率<0.3us/cm，鈉離子<0.8ppb，氯離子<1.6ppb，硫酸根<1.7ppb。此時(shí)二回路的陰離子含量已經(jīng)很低，一般不會(huì)再次超標(biāo)，于是對(duì)影響陽(yáng)電導(dǎo)率的陰離子逐一進(jìn)行分析。目前二廠主要監(jiān)測(cè)的陰離子為CL-、SO42-，另外水中溶解過(guò)多的CO2產(chǎn)生CO32-也會(huì)造成陽(yáng)電導(dǎo)率高。

1.2.1 二回路水中CL-、SO42-含量的影響

影響二回路CL-、SO42-的因素從系統(tǒng)內(nèi)部和外部?jī)煞矫婵紤]。

內(nèi)部因素主要考慮：

1）二回路設(shè)備檢修時(shí)引入的雜質(zhì)。隨著機(jī)組的運(yùn)行逐漸從系統(tǒng)里釋放出來(lái)，但4ATE已經(jīng)運(yùn)行將近2個(gè)月了，雜質(zhì)釋放應(yīng)基本已結(jié)束，即使有，含量也很低，應(yīng)予以排除。

2）凝汽器中的冷卻盤管漏入微量的海水。凝汽器一旦漏入海水，二回路水質(zhì)的Na+將會(huì)明顯變化，期間蒸發(fā)器的排污水中Na+含量很低，一般在0.5ppb附近，可見冷卻盤管未發(fā)生泄漏。

3）ATE和APG的混床樹脂失效釋放出來(lái)的。高加給水陽(yáng)電導(dǎo)率高是在ATE停運(yùn)以后出現(xiàn)的，此時(shí)ATE的混床是被隔離的，即使失效也不會(huì)釋放到二回路。經(jīng)化學(xué)人員對(duì)APG的混床樹脂出口CL-、SO42-含量進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)含量超標(biāo)。

外部因素主要考慮：

1）SIR加藥系統(tǒng)的藥劑品質(zhì)不純引起。經(jīng)詢問得知，化學(xué)處對(duì)每一批次聯(lián)氨都進(jìn)行取樣驗(yàn)收，產(chǎn)品全部合格，且3/4號(hào)機(jī)組所用的聯(lián)氨都是同廠家同批次產(chǎn)品，3號(hào)機(jī)組卻沒有出現(xiàn)，可見不是藥劑品質(zhì)問題。

2）二回路補(bǔ)水水質(zhì)較差。3/4號(hào)機(jī)組所用的補(bǔ)水水源為同一路水源，化學(xué)每周對(duì)二回路補(bǔ)水進(jìn)行取樣分析雜質(zhì)離子，期間補(bǔ)水水質(zhì)合格，補(bǔ)水水質(zhì)沒問題。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證，對(duì)二回路水中的CL-、SO42-進(jìn)行取樣分析，分析結(jié)果如下：

1.2.2 二回路水中CO32-離子含量的影響

CO32-離子主要來(lái)源于空氣中的CO2溶于水產(chǎn)生。影響CO32-離子含量的因素有：

1）凝汽器漏入空氣

二回路的水容積為4018m3，非常大，微量的空氣泄露不會(huì)引起陽(yáng)電導(dǎo)率的升高。二回路除了凝汽器為負(fù)壓外，其余均為正壓，因此重點(diǎn)考慮凝汽器。經(jīng)過(guò)氦檢漏后，沒有發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)。

2）二回路補(bǔ)水中的溶解CO2

目前3/4機(jī)組補(bǔ)水水源為同一水源，不可能出現(xiàn)3號(hào)機(jī)組陽(yáng)電

導(dǎo)不高，4號(hào)機(jī)組高，應(yīng)予以排除。

3）二回路補(bǔ)給水的CO2大于除氧器排出的CO2

正常運(yùn)行時(shí)不凝氣體CO2等經(jīng)除氧器加熱溢出后排到凝汽器，由凝汽器的真空泵抽到汽輪機(jī)廠房外。目前除氧器排氣到凝汽器前的手動(dòng)節(jié)流閥，3號(hào)機(jī)組閥桿露出9個(gè)螺紋，4號(hào)機(jī)露出7個(gè)螺紋。把4號(hào)機(jī)組手動(dòng)節(jié)流閥的開度開到和3號(hào)機(jī)組一樣，4號(hào)機(jī)組陽(yáng)電導(dǎo)基本無(wú)變化，可見不是根本原因。

綜上可知，CO32-離子不是造成高加出口陽(yáng)電導(dǎo)率高的因素。

1.2.3 二回路水中有機(jī)物含量的影響

有機(jī)物進(jìn)入熱力系統(tǒng)后高溫分解為低分子有機(jī)酸，主要成分是乙酸CH3COOH，其次是甲酸HCOOH。CH3COO-、HCOO-會(huì)導(dǎo)致二回路陽(yáng)電導(dǎo)率升高。有機(jī)物的來(lái)源主要有ATE和APG碎樹脂漏過(guò)樹脂捕捉器進(jìn)入二回路高溫分解產(chǎn)生以及二回路補(bǔ)水中溶解的有機(jī)物。

1）ATE的碎樹脂進(jìn)入二回路

4ATE系統(tǒng)已經(jīng)停運(yùn)，與二回路已經(jīng)隔開，是不可能進(jìn)入的。

2）4APG碎樹脂漏入二回路

查看APG樹脂后的樹脂捕捉器，其前后壓差并不高，應(yīng)予以排除。

3）二回路補(bǔ)水中溶解的有機(jī)物

二回路補(bǔ)水每天平均要補(bǔ)水100m3左右，經(jīng)化學(xué)取樣后，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)水中的TOC不高，不會(huì)引起高加出口陽(yáng)電導(dǎo)率高。

在線儀表檢查和雜質(zhì)離子分析都無(wú)法找到根本原因后，采用對(duì)高壓加熱器、凝泵出口、主蒸汽以及汽水分離再熱器的水質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。分析結(jié)果如下：

通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)組的F-和CH3COO-、HCOO-含量（即有機(jī)物）含量較高。

正常情況下在機(jī)組啟動(dòng)階段ATE（凝結(jié)水精處理系統(tǒng)）運(yùn)行，用于除去二回路的雜質(zhì)。正常功率運(yùn)行時(shí)當(dāng)二回路水質(zhì)較好的情況下，ATE處于備用停運(yùn)狀態(tài)，依靠APG（蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)）的陽(yáng)床樹脂和混床樹脂進(jìn)行小流量?jī)艋芈罚瑫r(shí)停止連續(xù)加氨。即使二回路不斷進(jìn)入有機(jī)物，4APG混床的樹脂也能夠連續(xù)進(jìn)行凈化去除，不應(yīng)該會(huì)有很高的CH3COO-、HCOO-。在各個(gè)因素排除后，只能懷疑APG系統(tǒng)自身。除了APG系統(tǒng)本身陰離子腐蝕產(chǎn)物外，混床樹脂是唯一可能的污染源，因?yàn)樗恢痹诓煌５匚贞庪x子。調(diào)閱4APG混床的更換記錄，發(fā)現(xiàn)混床4APG004DE已經(jīng)連續(xù)兩年沒有進(jìn)行更換。于是在3月24日將4APG004DE更換為新樹脂，4AHP陽(yáng)電導(dǎo)逐步下降（除了4月3、4日清明節(jié)降功率引起短時(shí)擾動(dòng)外），到4月13日已下降到0.12us/cm。（注：2月12日至4月1日期間，機(jī)組滿功率運(yùn)行，功率穩(wěn)定。）具體情況見下圖。

更換4APG004DE為混床新樹脂后，又重新對(duì)二回路水質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，如下圖：

通過(guò)表4可知，4號(hào)機(jī)組和3號(hào)機(jī)組的二回路水質(zhì)差不多，并且還要好一些，已恢復(fù)到正常水平，至此找到了高加出口陽(yáng)電導(dǎo)高的根本原因。正常情況下4APG混床樹脂能夠凈化所有的陰陽(yáng)離子，這次二回路系統(tǒng)中的CH3COO-、HCOO-、F-異常升高而CL-、SO42-升高不明顯，跟混床離子交換樹脂對(duì)陰離子的吸附順序有關(guān)。強(qiáng)堿樹脂在稀溶液中對(duì)CL-、SO42-的吸附要遠(yuǎn)強(qiáng)于CH3COO-、HCOO-、F-，但釋放順序卻正好相反，CH3COO-、HCOO-、F-比CL-、SO42-更容易從樹脂上洗脫出來(lái)重新溶于水中。在混床樹脂快失效時(shí)，CL-、SO42-不斷地置換原來(lái)已經(jīng)吸附在樹脂上CH3COO-、HCOO-、F-，導(dǎo)致二回路高加出口陽(yáng)電導(dǎo)升高。

此次水質(zhì)檢測(cè)同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了F-超標(biāo)。對(duì)F-的主要來(lái)源也進(jìn)行了分析，二回路設(shè)備中有較多的地方墊片、膠水等橡膠塑料材料中含F(xiàn)，如該類產(chǎn)品不合格可能在運(yùn)行期間會(huì)釋放處F-；另外二回路檢修時(shí)使用的一些材料也可能帶入以及APG和ATE破損樹脂在高溫高壓下分解產(chǎn)生。我廠使用的材料正常情況下都是經(jīng)過(guò)驗(yàn)收的合格品，應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生大量的F-。此次F-超標(biāo)主要是APG混床樹脂釋放導(dǎo)致的。

3 結(jié)論和建議

1）ATE停運(yùn)后高加出口陽(yáng)電導(dǎo)率高的根本原因是APG混床樹脂接近失效導(dǎo)致弱酸陰離子不斷釋放。

2）建議定期對(duì)APG混床出口陰導(dǎo)進(jìn)行取樣分析，尤其是CH3COO-、HCOO-、F-，一旦超標(biāo)應(yīng)及時(shí)更換。

3）建議正常運(yùn)行時(shí)定期對(duì)二回路補(bǔ)水的TOC進(jìn)行測(cè)量，確保引入二回路的有機(jī)物在可控范圍內(nèi)，以及APG樹脂出口樹脂捕捉器的壓差定期進(jìn)行巡檢。

4）通過(guò)對(duì)此次高加出口陽(yáng)電導(dǎo)率高的原因分析，為其它機(jī)組類似故障提供了借鑒。在分析時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮儀表問題，其次是二回路的水凈化系統(tǒng)，最后再去進(jìn)行雜質(zhì)離子分析。這樣可以少走彎路，盡快找到根源。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]秦建華.秦山第二核電廠二回路水質(zhì)問題及對(duì)策研究[D].學(xué)位論文，2008，3.

[責(zé)任編輯：田吉捷]