陳燈

(福建福清核電有限公司 福建福清 350300)

壓水堆核電廠是我國核電事業(yè)發(fā)展中最主要的一類電站堆型，也是我國核電事業(yè)中的重要支柱。一回路水化學(xué)是壓水堆核電廠中關(guān)鍵構(gòu)成內(nèi)容之一，確保其效用良好，能夠減少工作人員所受輻射，延長放射性屏障運行時間，從而實現(xiàn)壓水堆核電廠安全運行。目前核電廠一回路水化學(xué)管控質(zhì)量提升中，工作重點主要集中在反應(yīng)堆冷卻劑水質(zhì)控制以及溶解氧腐蝕問題的處理上，實現(xiàn)更有針對性的質(zhì)量管控模式，以充分發(fā)揮一回路水化學(xué)的應(yīng)用價值。

1 核電廠一回路水化學(xué)基本概述

壓水堆核電廠中的水化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，不過具體可以從反應(yīng)堆放射現(xiàn)象及水輻射兩點簡要討論。放射現(xiàn)象主要與反應(yīng)堆中各類放射物質(zhì)的存在有關(guān)，由其構(gòu)成反應(yīng)堆中各類射線的分布與穿透，同時這一過程中還存在著如電離作用、核轉(zhuǎn)變作用以及射線激發(fā)與衰變作用等物質(zhì)之間的相互作用，對水化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生很多間接影響；水輻射基于冷卻劑中大量氫氧自由基變換組合，因高溫或電流作用而發(fā)生不穩(wěn)定性化學(xué)變化，并在射線對水分子的轟擊中借助輻射作用造成大量輻射自由基產(chǎn)物密布在冷卻劑中，而且這些產(chǎn)物很不穩(wěn)定，也無法準(zhǔn)確測量反應(yīng)[1]。這些一回路水化學(xué)的系列反應(yīng)把握是實現(xiàn)其質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，據(jù)此我們看出這些反應(yīng)會造成很多問題，如水含氧量增加造成各類結(jié)構(gòu)材料以及燃料包殼上的腐蝕或結(jié)垢問題等，甚至可能在控制不當(dāng)下出現(xiàn)裂變產(chǎn)物的泄漏，造成嚴(yán)重危害；所以水化學(xué)反應(yīng)的控制更加重要也更加復(fù)雜，不僅要解決過氧問題，還要注意所用冷卻劑中的高純性，減少各類等離子的干擾，才能保證核反應(yīng)的安全進(jìn)行。

2 核電廠一回路水化學(xué)優(yōu)化管控策略

2.1 水化學(xué)控制一般措施

在壓水堆核電廠一回路水化學(xué)控制的一般應(yīng)用措施中，主要以冷卻劑硼濃度調(diào)節(jié)和pH值控制為主要內(nèi)容，通過這兩種方法實現(xiàn)水化學(xué)反應(yīng)的正常展開。冷卻劑硼濃度調(diào)節(jié)在操作上相對復(fù)雜，需要水化學(xué)系統(tǒng)中控制與補給兩個子系統(tǒng)的支持，從而完成在冷卻劑中的加硼（硼化）與減硼（稀釋）措施，其屬于一種反應(yīng)堆化學(xué)補償式的控制模式；該調(diào)節(jié)需要是基于壓水堆燃料利用中不同節(jié)點對冷卻劑中硼濃度有不同要求的基本點而提出的，在水化學(xué)反應(yīng)初期，隨著反應(yīng)堆燃耗硼濃度逐漸降低，換料或停運檢修期間需對反應(yīng)堆進(jìn)行硼化，控制硼濃度在2100～2300或2300～2500mg/L（根據(jù)核燃料鈾濃度決定），而在運行后期要結(jié)束時，需使用除硼床除硼。在pH值控制管理中，要明確其具體應(yīng)用價值，即保證結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕性，通過添加氫氧化鋰進(jìn)行硼-鋰協(xié)調(diào)，并監(jiān)測冷卻劑中鋰濃度的含量，根據(jù)硼-鋰協(xié)調(diào)曲線，確保鋰濃度處于期望值內(nèi)，當(dāng)鋰濃度超出硼-鋰協(xié)調(diào)曲線期望值時，需進(jìn)行加鋰和除鋰操作，確保反應(yīng)堆冷卻劑pH處于最優(yōu)狀態(tài)，以此確保水化學(xué)反應(yīng)中材料具備良好的耐腐蝕性，從而避免出現(xiàn)燃料包殼腐蝕狀況，其也應(yīng)作為壓水堆核電廠一回路水化學(xué)管控工作中核心要點之一。

2.2 溶解氧腐蝕問題的控制

作為一種比較強烈的腐蝕性元素，氧能通過與金屬反應(yīng)而造成金屬腐蝕，而在核電廠反應(yīng)堆中，其不但腐蝕金屬，還能催化其他元素對金屬的腐蝕速率，而溶解氧在其中更會造成反應(yīng)堆堆芯的嚴(yán)重?fù)p害。壓水堆核電廠對于溶解氧的腐蝕問題主要采用化學(xué)平臺除氧和輻射分解抑制法?；瘜W(xué)平臺除氧主要應(yīng)用聯(lián)氨，在反應(yīng)堆中冷卻劑溫度到達(dá)80℃時即可在其中加入適量聯(lián)氨，使之與冷卻劑中的氧反應(yīng)，形成氨氣、氧氣和水，這些反應(yīng)物對于水化學(xué)系統(tǒng)沒有危害，從而避免結(jié)構(gòu)材料腐蝕問題；不過這一方法在使用時需要注意聯(lián)氨的濃度，既要滿足溶解氧反應(yīng)需要，同時也不能使反應(yīng)后最終剩余量及氨氣反應(yīng)產(chǎn)物超過1mg/kg。輻射分解抑制法主要是在主系統(tǒng)中添加氫而降低溶解氧的輻射反應(yīng)，γ射線為主的混合射線在一回路水化學(xué)反應(yīng)中的輻照會造成反應(yīng)堆冷卻劑中的水出現(xiàn)可逆輻射分解，通過在水中加氫，能夠抑制該反應(yīng)的發(fā)生，從而逐漸消除水中的游離氧，降低冷卻劑的腐蝕性，以保證反應(yīng)堆中結(jié)構(gòu)材料的安全性[2]。

圖1 混床離子交換器

2.3 冷卻劑中的雜質(zhì)控制

反應(yīng)堆冷卻劑中雜質(zhì)，如各類懸浮顆粒物、裂變氣體產(chǎn)物以及腐蝕產(chǎn)物等都會影響水化學(xué)反應(yīng)的正常展開，必須要采取合理措施實現(xiàn)水質(zhì)的有效提升。具體可以從如下三個部分探究控制措施。其一，過濾：過濾是用于去除水中懸浮顆粒物的常見方法，不過這方面的處理上，一回路水本身就已經(jīng)完成如多層纖維、過濾器、交換樹脂床等多次超純過濾環(huán)節(jié)，所以主要以過濾質(zhì)量的嚴(yán)格控制為主，并在除鹽床出口處同樣安裝過濾器，以實現(xiàn)冷卻劑中水質(zhì)提升。其二，除離子：循環(huán)凈化系統(tǒng)是冷卻劑處理的必要環(huán)節(jié)，壓水堆核電廠在其中主要使用的是混床離子交換器，如圖1所以，將陽離子與陰離子兩種離子交換樹脂充分混合在同一個離子交換器中，能夠同時進(jìn)行陽、陰離子的交換，從而保證冷卻劑水質(zhì)更好維持，以避免燃料包殼腐蝕問題；該交換器在具體使用中要留意核燃料不同反應(yīng)階段中的過剩反應(yīng)問題，再加上混合離子交換器在除硼效果上并不甚好，還要在換料末期及時應(yīng)用除硼床。其三，冷卻劑除脫氣：冷卻劑脫氣也要作為水質(zhì)控制的關(guān)鍵點之一，主要可以從化學(xué)脫氣法和物理脫氣法兩種來看；化學(xué)脫氣法主要用于特殊氣體處理，在壓水堆一回路應(yīng)用中主要是上文所說的加聯(lián)氨抑制氧分解；物理脫氣法以熱力和真空作為應(yīng)用思路，多適用于惰性氣體的脫氣處理，相對局限較大[3]。上述三種方法多需聯(lián)合應(yīng)用，才能有效保證反應(yīng)堆冷卻劑中雜質(zhì)的有效清除，使一回路水化學(xué)順利展開。

3 結(jié)語

總之，壓水堆核電廠一回路水化學(xué)輻射的優(yōu)化管控中務(wù)必要從反應(yīng)堆冷卻液雜質(zhì)處理及水化學(xué)一般控制入手，加強對水化學(xué)反應(yīng)整體過程的管理與控制，此外，具體應(yīng)用中還可參考一些新的控制方法，比如冷卻劑中添加氮元素等降低材料腐蝕率，也能保證pH值更穩(wěn)定控制，以減少對水化學(xué)反應(yīng)干擾等，以工藝的不斷優(yōu)化為核電廠工作提供更多助力。