劉 瑋

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

核電發(fā)電機組內(nèi)冷水處理方法

劉 瑋

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

文章闡述了發(fā)電機內(nèi)冷水問題及處理現(xiàn)狀，對江蘇核電有限公司使用的發(fā)電機內(nèi)冷水處理方法進行了介紹，并分析了該方法的優(yōu)、缺點。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)性能良好，適合發(fā)電機組內(nèi)冷水處理的廣泛應(yīng)用。

核電機組；內(nèi)冷水；內(nèi)冷水處理

1 內(nèi)冷水問題

在Cu-H2O體系中，各電極的還原標(biāo)準(zhǔn)電位為：

φ（H+/H2）=0 V；

φ（O2/OH-）=1.229 V；

φ（Cu+/Cu）=0.522 V；

φ（Cu2+/Cu）=0.340 V。

由以上數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

由上述反應(yīng)式可知，影響銅在水中腐蝕的主要因素是溶解氧和pH值，降低內(nèi)冷水中的溶解氧濃度或提高內(nèi)冷水的pH值，均可使反應(yīng)式向左平衡移動，從而使系統(tǒng)中的銅離子降低，有效抑制銅材料的腐蝕。內(nèi)冷水中溶解氧來源于補充水中攜帶的溶解氧和系統(tǒng)不嚴(yán)密處漏入空氣后氧氣在內(nèi)冷水中的擴散。

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展及國內(nèi)外內(nèi)冷水水質(zhì)不良引發(fā)的事故，關(guān)于內(nèi)冷水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及水質(zhì)控制問題引起了人們的高度重視。對國內(nèi)大型電廠關(guān)于內(nèi)冷水系統(tǒng)運行情況及水質(zhì)指標(biāo)實際情況的調(diào)查結(jié)果表明：各電廠普遍存在pH值偏低、銅含量超標(biāo)的問題；由于內(nèi)冷水水質(zhì)不良引起的事故逐步增加；由于水質(zhì)不合格，發(fā)生腐蝕產(chǎn)物堵塞系統(tǒng)等問題，嚴(yán)重威脅機組的安全穩(wěn)定運行。

2 國內(nèi)主要內(nèi)冷水處理方法

發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)因水質(zhì)原因而引起銅導(dǎo)線腐蝕問題，或者說因銅導(dǎo)線腐蝕而引起水質(zhì)不合格問題，是國內(nèi)外普遍存在的問題。銅導(dǎo)線腐蝕產(chǎn)物使內(nèi)冷水電導(dǎo)率增大，發(fā)生腐蝕產(chǎn)物堵塞系統(tǒng)等問題，危及發(fā)電機安全。國內(nèi)有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)冷水的pH值、電導(dǎo)率和銅離子濃度作出規(guī)定，其中，pH值和銅離子濃度指標(biāo)控制系統(tǒng)銅導(dǎo)線的腐蝕速率，電導(dǎo)率指標(biāo)控制發(fā)電機的絕緣，3個指標(biāo)相互關(guān)聯(lián)、相互制約。目前，國內(nèi)電廠3個指標(biāo)同時符合標(biāo)準(zhǔn)要求較困難。用凝結(jié)水作水源，pH值可滿足要求，但電導(dǎo)率難滿足要求，用除鹽水作水源，電導(dǎo)率可滿足要求，但pH值偏低，內(nèi)冷水系統(tǒng)銅含量不穩(wěn)定，大部分處于超標(biāo)狀態(tài)。

目前，國內(nèi)內(nèi)冷水水質(zhì)調(diào)節(jié)防腐處理方法主要有以下幾種，其主要目的是降低內(nèi)冷水中銅等雜質(zhì)含量，提高內(nèi)冷水pH值，防止內(nèi)冷水系統(tǒng)銅導(dǎo)線腐蝕，確保發(fā)電機安全穩(wěn)定運行。

2.1 溢流排水法

內(nèi)冷水采用連續(xù)補入除鹽水或凝結(jié)水，并維持溢流，控制內(nèi)冷水電導(dǎo)率≤2.0 μS/cm。

該方法簡單易行，但只控制電導(dǎo)率，pH值未作調(diào)整，內(nèi)冷水銅含量較大，連續(xù)補水造成水資源的嚴(yán)重浪費，用凝結(jié)水作補充水，系統(tǒng)安全性差，凝汽器泄漏會污染內(nèi)冷水水質(zhì)。

2.2 混床旁路處理法

將部分內(nèi)冷水通過裝有陰陽樹脂的混合離子交換器，以除去內(nèi)冷水中各種陰陽離子，達到凈化內(nèi)冷水水質(zhì)的目的。在300 MW及以上機組出廠時均配置混床處理設(shè)備，可有效地降低內(nèi)冷水電導(dǎo)率(≤0.2 μS/cm)，內(nèi)冷水中銅離子與交換樹脂反應(yīng)，降低含銅量，但內(nèi)冷水pH值偏低。該方法沒有從根本上解決內(nèi)冷水系統(tǒng)銅的腐蝕問題。

2.3 混床+NaOH處理法

在對內(nèi)冷水進行混床處理的同時，再加入稀NaOH溶液，提高內(nèi)冷水pH值從而達到控制內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)的目的。稀NaOH用加藥泵注入內(nèi)冷水系統(tǒng)，這種處理方式從提高內(nèi)冷水pH值，抑制內(nèi)冷水系統(tǒng)銅腐蝕方面講是合適的，但加入稀NaOH溶液后，內(nèi)冷水的電導(dǎo)率增大?，F(xiàn)場加藥量、加藥周期不好控制和調(diào)整，pH值穩(wěn)定性差，水質(zhì)控制指標(biāo)不穩(wěn)定。使用這種處理方式，要求系統(tǒng)可靠性要好，且必須24 h連續(xù)監(jiān)測內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)。

2.4 氫型、鈉型混床處理法

為提高內(nèi)冷水pH值，降低系統(tǒng)銅腐蝕，將混床內(nèi)樹脂配比進行改變，增加鈉型樹脂，對內(nèi)冷水進行微堿性處理，鈉型、氫型、氫氧型樹脂按一定比例混合，提高內(nèi)冷水pH值。這種方法目前在國內(nèi)電廠應(yīng)用較多，效果較好。

該方法在實際應(yīng)用中存在pH值升高幅度小，不好調(diào)整穩(wěn)定pH值，各種樹脂的配比比例難控制，樹脂使用周期較短，運行中調(diào)整操作較頻繁等問題。

3 田灣核電站內(nèi)冷水處理系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)簡介

田灣核電站兩臺機組均為隱極式同步汽輪發(fā)電機。發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)通過凝結(jié)水的閉式循環(huán)來冷卻發(fā)電機定子繞組、保證發(fā)電機定子繞組的運行：泵→換熱器→機械過濾器→磁性過濾器→定子繞組→水箱→泵，系統(tǒng)流程簡圖如圖1所示。

圖1 內(nèi)冷水處理流程框圖Fig.1 The flow diagram of inner cooling water system

向冷卻部件供給化學(xué)除鹽水（或凝結(jié)水）是由兩臺離心泵（1臺工作，1臺備用）完成的。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低或切除1臺工作泵，則備用泵自動投入；為冷卻化學(xué)除鹽水，設(shè)計了兩臺熱交換器（1臺工作，1臺備用），安裝在泵的后面，化學(xué)除鹽水在熱交換器中由非重要用戶中間回路冷卻到必要的溫度，化學(xué)除鹽水的溫度由熱交換器出口的冷卻水調(diào)節(jié)器來保證；化學(xué)除鹽水在機械過濾器中得到清洗，該系統(tǒng)有3臺機械過濾器（2臺工作，1臺備用），這種設(shè)計以備檢查、清洗濾網(wǎng)時不需停機，用安裝在過濾器前后的壓差計來監(jiān)測濾網(wǎng)堵塞情況；為清除意外進入化學(xué)除鹽水中的鐵雜質(zhì)，在發(fā)電機入口安裝了持續(xù)工作的6臺磁性過濾器，磁性過濾器安裝在緊接發(fā)電機入口管處；清洗并冷卻后的化學(xué)除鹽水被泵送到發(fā)電機定子；水箱保證系統(tǒng)足夠的水備用，為防止空氣進入化學(xué)除鹽水，工作時在水箱中建立氮氣墊；借助氣體捕集器，在線監(jiān)測從定子線圈出口集管出來的化學(xué)除鹽水中是否含有從發(fā)電機氫氣冷卻系統(tǒng)漏入的氫氣；為保證化學(xué)除鹽水的電導(dǎo)率和pH值，該系統(tǒng)設(shè)計了定期投入的陰陽離子過濾器。

3.2 水質(zhì)控制方法

發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)由來自水制備系統(tǒng)的電導(dǎo)率不大于5.0 μS/cm的除鹽水進行充注。在運行過程中，凝結(jié)水精處理后的凝結(jié)水含氧量小，pH值偏堿性，從水質(zhì)角度考慮是理想的補水來源，本廠采用凝結(jié)水作為內(nèi)冷水的補水水源。

結(jié)合國標(biāo)DL/T 801—2010，本廠內(nèi)冷水控制標(biāo)準(zhǔn)見表1。

本廠內(nèi)冷水箱配置有一高度為2.3 m的氣封，正常在氣封中可建立高度為2 m的液柱。正常運行期間，在內(nèi)冷水箱上部建立7～10 kPa壓力的氮氣墊。為了除去系統(tǒng)中溶解的氧氣，通過向水箱內(nèi)連續(xù)供氮氣的方式進行氮氣吹掃，除去水箱中析出的氧氣。吹掃的氮氣通過氣封鼓泡排出。

表1 內(nèi)冷水指標(biāo)Table 1 Inner cooling water indicators

當(dāng)內(nèi)冷水電導(dǎo)率升高時，通過投運裝載30 L C100PLH-型陽樹脂和30 L A400DLOH-型陰樹脂的混床來降低系統(tǒng)電導(dǎo)率。

當(dāng)內(nèi)冷水的pH值下降時，通過投運裝載60 L Na-型陽樹脂的陽床來提高系統(tǒng)pH值。

當(dāng)內(nèi)冷水中含的銅升高時，可以通過投運任何一個過濾器或者通過系統(tǒng)換水來去除。

4 系統(tǒng)優(yōu)缺點

4.1 系統(tǒng)優(yōu)點

1）系統(tǒng)采用并列設(shè)置混床和鈉型陽床的方法，可單獨分別投入，也可同時投入，調(diào)節(jié)控制水質(zhì)方便、穩(wěn)定、有效。

2）在兩臺發(fā)電機組內(nèi)冷水系統(tǒng)運行后，內(nèi)冷水的pH范圍8.2～8.6，電導(dǎo)率為0.8～1.2 μS/ cm，[Cu2+]=1～4μg/L，上述指標(biāo)全部滿足DL/ T 801—2010標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)腐蝕速率得到了有效控制并滿足要求。

3）系統(tǒng)為閉式循環(huán)，且補水通過設(shè)置在頭箱內(nèi)的浮球閥自動補水，補水量大大降低，有效地防止了水箱水位波動和溢流造成浪費。

4.2 系統(tǒng)缺點

本廠發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)缺少專門的除氧手段，只能依靠內(nèi)冷水箱上部供應(yīng)氮氣，通過內(nèi)冷水系統(tǒng)頭箱上部氣空間用氮氣吹掃析出氧氣。機組運行時，[O2]=100～200 μg/L，未達到DL/T 801—2010標(biāo)準(zhǔn)中建議控制指標(biāo)溶解氧≤30 μg/L的要求。當(dāng)出現(xiàn)溶氧意外升高時，除氧手段有限，除氧速度較慢。

國外在內(nèi)冷水除氧和控制含氧量方面技術(shù)先進，并有應(yīng)用實例，有專門用于除氧用的樹脂。由于技術(shù)原因、系統(tǒng)的特殊要求及價格昂貴等原因，國內(nèi)暫沒有此方面應(yīng)用實例。

5 結(jié)束語

本廠發(fā)電機內(nèi)冷水處理系統(tǒng)采用并列設(shè)置混床和鈉型陽床的方法，具有操作簡單、安裝方便，占地面積小、維護量小、調(diào)整控制水質(zhì)穩(wěn)定等特點，是目前國內(nèi)內(nèi)冷水處理新方法，適合發(fā)電機組內(nèi)冷水處理的廣泛應(yīng)用。

[1] 賈新兵. 發(fā)電機內(nèi)冷水處理方法試驗研究及應(yīng)用[J]. 山西：山西電力，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] 江蘇核電有限公司發(fā)電機內(nèi)冷水系統(tǒng)運行規(guī)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

TL35

A

1674-1617(2013)03-0242-04

2013-04-17

劉 瑋（1981—），男，湖南新化人，工程師，江蘇核電有限公司運行處高級操縱員。